CN113365676A - 带有功能性真空脉冲的吸乳泵 - Google Patents

Abstract

用于增强从乳腺泡中挤出乳汁的方法和系统包括提供输送脉冲真空的泵。脉冲真空可由采用刚性活塞的真空泵输送，该泵用作多冲程蓄能器泵。在一个实施例中，刚性活塞的活塞头相对于泵的汽缸的侧壁进行非线性运动，从而在汽缸中的真空室的内部产生振荡脉冲。将泵的真空脉冲频率施加在循环真空频率之上，否则，如果活塞头仅上下移动，同时保持与汽缸侧壁的垂直关系，则施加循环真空频率。

Description

带有功能性真空脉冲的吸乳泵

相关申请的交叉引用

这是非临时申请，并根据35 USC§119(e)要求2019年3月7日提交的美国临时申请62/815,135的申请日的权益，将其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

技术领域

本公开一般地涉及挤奶，并且更具体地，涉及产生并输送脉冲真空的吸乳泵。

现有技术描述

乳腺泡与肺泡有许多功能相似之处。在肺泡的情况下，氧气和二氧化碳在肺和血流之间转移，二氧化碳被转移到空气中，然后被排出体外。在乳腺泡的情况下，母乳的成分，例如营养物质，从血流中转移到乳汁中，然后被排出体外。在足月和近足月婴儿中发生呼吸窘迫综合征的一种已知治疗方法是应用高频振荡通气(HFOV)。这种通气形式的有效性归因于HFOV通过肺泡改善氧合的事实。HFOV的工作原理是产生真空脉冲。

传统的电动吸乳泵提供循环真空，无论吸乳泵是单冲程还是蓄能器式吸乳泵。虽然在提供以频率向乳头施加力的吸乳泵方面取得了长足的进步，以模拟喂养婴儿所输送的那些，但在使用传统吸乳泵的吸乳过程中挤出的乳汁量可能低于通过直接喂养输送的乳汁量。此外，虽然乳汁的脂肪含量为母乳喂养提供了一些最大的营养益处，但已发现母乳中的脂肪浓度在喂奶或吸奶结束时会增加。高脂肪浓度乳汁可能是最理想的，因为乳汁中较高的脂肪浓度会导致将乳汁更完全地输出给正在喂养的婴儿，或导致更有效的吸乳泵。然而，分泌乳汁的上皮细胞的生理机能使得它们往往随着乳汁中脂肪浓度的增加而关闭，从而阻止将高脂肪浓度的乳汁输送给正在喂食的婴儿，或者在吸乳泵的情况下到乳汁收集容器。

发明内容

鉴于乳腺泡和肺泡的功能相似性，我们设计了一种利用真空脉冲产生的吸乳泵。通过在常规循环真空之外(或代替其)提供真空脉冲产生，本公开的吸乳泵提供了改善的乳汁从乳腺泡的移出并促进上皮乳汁分泌细胞的开放孔的维持以提供改善的乳汁从乳腺泡的移出。

有利地，本公开的吸乳泵在单次抽吸过程中输送更大体积的收集的母乳，同时对乳房施加较低的有效真空压力。

在优选实施例中，吸乳泵采用具有固有真空阶跃的多冲程蓄能器。虽然传统的蓄能泵采用弹性隔膜，但由于隔膜及其相关支撑结构对由此类泵的马达产生的真空脉冲的阻尼作用，这种泵会遭受损失。本吸乳泵使用密封在汽缸中的实心活塞头，而不是弹性隔膜。在使用过程中，刚性活塞产生明显的真空阶跃或脉冲，其可通过真空输送管传送到吸乳罩或相关装置，穿过介质分离膜(如有必要)，并最终到吸奶母亲。

尽管构造为线性活塞/汽缸式吸乳泵，但本公开的系统利用了多冲程泵式的特性，其中往复运动构件产生小的真空增量，这些增量蓄积在一起以达到目标真空。

为了用实心活塞传递真空脉冲，发现以偏心方式致动实心活塞是有益的。尽管实心活塞偏心运动，但由于需要保持活塞头圆周和真空缸壁之间的气动密封的完整性，因此具有非圆形横截面构造的低摩擦压缩密封，例如可从美国明尼苏达州明尼阿波利斯市的Precision Associates,Inc.获得的

双向唇式密封件用于活塞头和真空缸侧壁之间的界面。

本公开的吸乳泵施加不同的真空脉冲以刺激乳腺泡。与在类似功率条件下运行的传统隔膜式蓄能器吸乳泵相比，本吸乳泵可以实现更高的真空，因为消除了材料拉伸造成的能量损失。因为刚性活塞可以为每个单独的冲程排空腔室中的更多体积，所以本公开的吸乳泵还可以被构造成具有比隔膜式蓄能器吸乳泵更小的总占地面积。由于隔膜式吸乳泵容易疲劳，甚至隔膜撕裂，因此本发明的刚性活塞式吸乳泵具有优越的可靠性。此外，基于马达电流消耗与产生的真空之间的强相关性，可以经济地执行真空控制，而无需昂贵的压力监控器。根据本公开的教导构造的吸乳泵的机械结构也是可调的，因为可以通过修改位移室的容积来优化真空脉冲频率。腔室容积越大(其可以通过使用更大的汽缸横截面或通过增加活塞冲程来创建)，真空阶跃就越大，而腔室容积越小，真空阶跃就越低。

附图说明

图1是通过与泵马达的偏心连接而致动的传统隔膜式蓄能泵的半示意图；

图2是本公开的多冲程蓄能器线性活塞/汽缸式泵的剖视图，刚性活塞和马达轴之间具有偏心连接；

图3是本公开的泵的刚性线性活塞/汽缸和多向密封垫组件的分解图；

图4是本公开的泵的刚性线性活塞和偏心辊轴承的分解图，其带马达和多向密封垫；

图5是本公开的泵的线性活塞的轴承嵌件的端视图，其中轴承嵌件的偏移轴线处于第一位置，与活塞的下止点位置(或初始位置)一致；

图6是本公开的泵的线性活塞的轴承嵌件的端视图，其中轴承嵌件的偏移轴线处于第二中间位置，与活塞的偏心(或倾斜)位置一致；

图7是本公开的泵的线性活塞的轴承嵌件的端视图，其中轴承嵌件的偏移轴线处于第三位置，与活塞的上止点(或腔室抽空)位置一致；

图8是本公开的泵的线性活塞的轴承嵌件的马达端视图，示出了处于第一位置的轴承嵌件的轴插孔，与图5所示轴承嵌件的偏移轴线的第一位置同轴，与活塞的下止点位置(或初始位置)一致；

图9是本公开的泵的线性活塞的轴承嵌件的马达端视图，示出了处于第二位置的轴承嵌件的轴插孔，与图6所示轴承嵌件的偏移轴线的第二位置同轴，与活塞的偏心位置一致；

图10是本公开的泵的线性活塞的轴承嵌件的马达端视图，示出了处于第三位置的轴承嵌件的轴插孔，与图7所示轴承嵌件的偏移轴线的第三位置同轴，与活塞的上止点位置一致；

图11是本公开的泵的活塞、轴承、轴承嵌件和多向垫圈的端视图，以实线示出了处于其第一位置的轴承嵌件和位于其对应下止点位置(或初始位置)的活塞，并以虚线示出了轴承嵌件的第二和第三位置(以及活塞各自对应的偏心和上止点位置)；

图12是类似于图11的活塞、轴承、轴承嵌件和多向垫圈的端视图，但以实线示出了处于其第二位置的轴承嵌件和处于其相应偏心位置的活塞，并以虚线示出了轴承嵌件的第一和第三位置(以及活塞各自对应的下止点(或初始)和上止点位置)；

图13是类似于图11和12的活塞、轴承、轴承嵌件和多向垫圈的端视图，但以实线示出了处于其第三位置的轴承嵌件和处于其相应上止点位置的活塞，并以虚线示出了轴承嵌件的第一和第二位置(以及活塞各自对应的下止点(或初始)和偏心位置)；

图14是本公开的活塞-汽缸组件的端视图，其中汽缸为虚线，轴承嵌件在其第二位置，并且活塞在其对应的偏心位置；

图15是本公开的泵的示例性循环的示意图；

图16是本公开的泵的马达和活塞-汽缸组件的透视图；

图17是沿图16的线17-17截取的本公开的泵的活塞-汽缸组件的剖视图，轴承嵌件在其第二位置并且活塞在其相应的偏心位置；

图18是本公开的泵的透视图；

图19是本公开的泵的另一透视图，其中移除了马达的外壳；

图20是本公开的泵的马达和活塞-汽缸组件的分解图；

图21是本公开的泵的透视图，包括马达外壳；

图22是真空压力对时间(单位为毫米汞柱/秒)的曲线图，比较了来自传统单冲程泵、传统隔膜泵和本公开的多冲程蓄能泵的真空输出；

图23是使用具有处于多个排空状态的四个位移室的传统蓄积式吸乳泵(图23中指定为“18202QUEEN”)的吸乳期的乳汁流速(以克/秒为单位)与时间(以分钟为单位)的关系图；和

图24是使用具有本公开的多冲程蓄能器线性活塞/汽缸式泵的吸乳泵的吸乳期的乳汁流速(以克/秒为单位)与时间(以分钟为单位)的关系图。

具体实施方式

参考图1，示出了传统的隔膜式蓄能器泵10。隔膜式蓄能器泵10的活塞12沿轴14与致动器马达(在图1中以参考字母M示意性表示)偏心接合。通过轴14的每次旋转，活塞12首先向隔膜16施加向上冲程，然后向下冲程。虽然这种循环运动具有在真空室18中建立压力的期望效果，但在每个冲程中，膜16上都有压力损失。

本公开的蓄能器式泵100在图2中以横截面示出，并具有位于汽缸104内的实心活塞头102。以偏心方式致动实心活塞头102，以便将真空脉冲传送到施加有来自脉冲的真空压力的表面，例如乳房或乳头。真空压力可以直接施加，或施加到中间表面，例如介质分离膜(未示出)，用于保持泵部件的完整性和无菌性并避免污染收集的流体(例如母乳)。

实心活塞头102接合汽缸104的侧壁106。因为实心活塞头102以偏心方式致动，所以活塞头102在其沿着汽缸104的内部行进的整个过程中不保持相对于侧壁106的垂直关系。相反，盘状活塞头102在其上下移动时以倾斜的方式摆动(如图2中的弯曲和直线箭头所示)。为了在活塞头102的整个偏心致动过程中保持活塞头102与汽缸104的侧壁106的密封接合，优选使用具有非圆形横截面构造的多向、低摩擦压缩密封垫圈108，例如可从美国明尼苏达州明尼阿波利斯市Precision Associates,Inc.获得的

双向唇式密封件。

在特定实施例中，实心活塞头102的偏心致动可以利用可旋转轴承110来实现，该可旋转轴承接收具有偏移旋转轴线114的轴承嵌件112。可旋转轴承110和轴承插件112被接收在活塞头102的互补圆形开口116中。泵100的马达M包括马达轴MS，马达轴MS牢固地接收在轴承嵌件112的轴插孔118中，该轴插孔118与轴承嵌件112的偏移旋转轴线114同轴。

本公开的多冲程蓄能器线性活塞/汽缸式泵的致动顺序可以参考图5-17理解。轴承嵌件112的三个不同位置分别在图5、6和7(端视图)和图8、9和10(马达端视图)中示出。活塞头102和密封垫圈108的对应视图在图11、12和13中示出。图5、8和11示出了处于第一位置的轴承嵌件112，对应于活塞头102的初始位置或下止点位置。图6、9和12示出了处于第二位置的轴承嵌件112，对应于活塞头102的偏心位置。图7、10和13示出了处于第三位置的轴承嵌件112，对应于活塞头102的上止点位置。虽然活塞头102和密封垫圈108在图11、12和13的各个第一、第二和第三位置中的每一个中以实线分别示出，但活塞头102的交替位置在这些图中的每一个中以虚线示出。

参考图12、14和17，可以理解，当活塞头102处于偏心位置时，活塞头102不仅垂直移动，而且相对于汽缸104的侧壁106移动了一个角度。与传统的单冲程活塞相比，本公开的泵100有利地施加超过循环真空频率的真空脉冲频率，否则将在活塞头102仅上下移动一次的情况下施加该频率。真空脉冲可归因于在循环真空循环期间活塞头102相对于汽缸104的侧壁106的多次旋转(大约20圈)。两个止回阀允许每次旋转增加真空，直到达到目标真空。活塞的单次旋转过程中移动的空气的体积是传统的单冲程活塞移位的空气的体积的大约1/20。

本公开的泵的示例性循环在图15中示出。下表显示了在给定循环状态下循环的每个部件的状态：

参考	状态	活塞	进口	出口	电磁阀
						1	上止点(TDC)	0	1	0	0
2	进气	1	1	0	0
						3	下止点(BDC)	0	1	0	0
4	排气	1	0	1	0
						5	结束循环	1	0	1	1

如图21所示，泵包括端口P，该端口可以被放置成与管道系统(在图中以虚线示出)流体连通，管道系统包括管道的第一长度T1、接头J、管道的第二长度T2，其与第一母乳收集套件K流体连通，该套件包括接收乳房(未示出)和介质分离膜(也未示出)的母乳收集容器C和接口I，例如乳罩，以允许将真空施加到接口的内部，并因此到接收在其中的乳房，并允许收集母乳，同时将管道回路与母乳隔离，从而防止泵的污染。为了提供同时泵吸，该系统可以任选地进一步包括与第二母乳收集套件(未示出)流体连通的管道的第三长度T3。

在本公开范围内的其他实施例包括用于实现可控振动脉冲的真空泵机构的替代结构配置。例如，真空泵不具有进行偏心运动的活塞，而是具有在其沿汽缸104的侧壁106的整个行程中保持垂直取向的活塞，但采用轭、连杆和/或直接作用(例如螺线管、伺服马达或能够脉冲驱动的直流步进马达)。

图22以图形方式比较了传统的单冲程泵200(从图中可以看出，其产生由平滑的真空曲线反映的循环真空)、传统的隔膜式蓄能器泵10以及本公开的多冲程蓄能器泵100的真空-时间曲线图。虽然隔膜式蓄能器泵10可以应用不平滑的真空曲线，但真空压力变化的幅度很小，这可能是由于隔膜16的阻尼效应。此外，由于隔膜16随着时间的推移而劣化，例如由于隔膜16的疲劳、破裂或撕裂，隔膜式蓄能器泵10的真空曲线随着时间的推移趋于平滑。使用隔膜式蓄能器泵10重复获得可预测的真空压力变化的能力也缺乏精度和存在基本困难。多冲程蓄能器泵100，由于其刚性活塞头102的偏心运动并且没有隔膜16，因此能够可靠地调谐到可预测的真空频率。

本公开的多冲程蓄能器泵100的马达M相对于与传统单冲程泵200或隔膜式蓄能器泵10一起使用的马达具有增加的扭矩，这是实现足够幅度的可辨别的、可预测的真空脉冲所必需的，以获得有利的结果，如下文更详细地描述。马达M扭矩增加的好处是每个真空脉冲在马达轴MS上产生不同的负载，该负载与马达M的电流消耗成正比。因此，可以基于电流消耗精确预测真空负载。

马达M的电流消耗与本公开的多冲程蓄能器泵100的所得真空之间的相关性的另一个好处是泵100可以通过监测马达M的电流输出来控制，而无需包括压力监测器。为了避免施加太强的真空，可以设置马达M的预定的不超过的电流输出。

与传统的单冲程泵200或隔膜式蓄能器泵10提供的真空相比，由本公开的多冲程蓄能器泵100在用于吸乳泵时产生的可预测真空脉冲的实际效果是增加了乳腺泡的氧合和改善了乳汁排出.由多冲程蓄能器泵100施加的组合的循环真空频率和真空脉冲频率赋予乳腺泡高频振荡通气。以类似于通过应用HVOC治疗呼吸窘迫综合征的方式——其利用真空脉冲产生为肺泡提供更多的氧合作用，发现在吸乳期间增加对乳腺泡的刺激会导致增加收集的母乳量。

移除的可用乳汁百分比或PAMR是用于量化收集的母乳量的指标。

图23和24的比较图解地示出了在使用本公开的多冲程蓄能器泵100(图24)的泵吸过程期间的乳汁流速相比于使用传统的蓄能器吸乳泵(图23)的同一位哺乳母亲在泵吸过程期间的乳汁流速的可测量增加。

此外，可以理解，具有较高脂肪浓度的母乳可以更完全地将乳汁输送给正在喂食的婴儿，并且泵更有效。在泵吸过程中，发现母乳的粘度在接近泵吸过程结束时增加，表明母乳中的脂肪含量增加。然而，使用传统的循环真空吸乳泵，尽管上皮泌乳细胞产生了额外的期望的高营养、相对高脂肪的母乳，但通气较差的乳腺泡往往会闭合，或者母乳的粘度会阻碍通过乳腺泡进一步分泌母乳。这种珍贵的额外母乳，当没有通过乳腺泡释放时，不会被使用。随着时间，无论是通过婴儿喂养、吸乳还是两者的某种结合，无法从乳腺泡中排出所有可用的乳汁将减少可用乳汁供应。因此，本公开的多冲程蓄能器泵100以及实现在本公开范围内的可控振动脉冲的其他真空泵机构的优点是提供了有助于完全或接近完全排空乳腺泡的装置，其促进了随时间增加或至少持续的乳汁供应。通过使用本公开的多冲程蓄能器泵100，发现不仅在给定的泵吸循环期间实现了增加的母乳收集，而且收集的母乳包括迄今为止未被电动和手动吸乳泵收集的较高脂肪含量的母乳。

本公开的多冲程蓄能器泵100和实现在本公开范围内的可控振动脉冲的其他真空泵机构的又一个好处是通过施加较小的真空压力实现了泵吸过程中乳汁流速的增加。能够以较低的真空压力实现增多的乳汁收集的实际好处包括较低的功率要求(这促进使用成本更低的电源、更轻的电源和/或需要更少时间充电或在需要充电之前维持其电荷更长时间的可充电电源)，并为哺乳母亲提供更大的舒适度。增加的泵吸效率还提供了一些好处，例如更快的泵吸(因此更短的泵吸时间)、在单次泵吸过程中收集更多的母乳，以及如上所述，随时间增加或至少较小程度减少母乳供应。

虽然本公开以人类吸乳作为其主要用途，但是用于乳品行业的挤奶机可以构造有利用根据本公开的教导制造的多冲程蓄能器泵的泵机构和实现可控的振动脉冲的其他真空泵机构，以实现本文描述的许多(如果不是全部)好处。例如，对于乳制品行业的挤奶机，接口I可以代替地是接收一个或多个牛乳头的接口。本公开的单个泵可用于与多于两个奶头并且甚至与多于单个泌乳奶牛同时气动连通的这类装置中，以便同时给多头奶牛挤奶。

多冲程蓄能器泵100可以在0.1mmHg或更高以及低于80Hz的频率下操作。频率可以低于30Hz，或在10-30Hz的范围内。

尽管在此描述了某些实施例，但是可以做出仍在所附权利要求的范围内的变化。

Claims (15)

1.一种泵吸乳汁的方法，包括：

提供接收乳房或乳头以挤出乳汁的接口；

提供与所述接口连通的真空源；和

操作所述真空源以施加循环真空和真空脉冲频率，产生组合真空。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在操作所述真空源时，所述组合真空具有低于30Hz的频率。

3.根据权利要求1所述的方法，其中在操作所述真空源时，所述组合真空具有在10-30Hz范围内的频率。

4.一种改进的泵吸乳汁方法，包括对哺乳期妇女的乳房施加循环真空，所述改进包括：

在所述循环真空上另外施加真空脉冲频率。

5.根据权利要求4所述的改进的泵吸乳汁方法，其中在所述循环真空上另外施加所述真空脉冲频率中产生具有至少0.1mmHg的净有效真空和低于80Hz的频率的组合真空。

6.根据权利要求5所述的改进的泵吸乳汁方法，其中在所述循环真空上另外施加所述真空脉冲频率中操作偏心活塞泵。

7.一种吸乳方法，包括提供第一操作模式，其中以第一真空压力向乳房施加循环真空；并且提供第二操作模式，其中除了所述循环真空之外还选择性地施加真空脉冲，其中由组合的循环真空和真空脉冲产生的净负压有效地是将比第一真空压力更低的吸力施加到所述乳房的第二真空压力。

8.一种增强从乳腺泡挤出乳汁的方法，包括：

提供具有接收女性乳房以挤出乳汁的部分的乳罩；

提供与所述乳罩连通的真空源；

通过操作所述真空源以施加循环真空和真空脉冲频率，为乳腺泡提供高频振荡通气。

9.一种泵吸方法，包括：

提供除了循环真空之外还施加真空脉冲的泵，循环真空和真空脉冲结合以提供幅度变化的真空。

10.一种吸乳泵，包括：

施加真空脉冲频率和循环真空的真空源。

11.根据权利要求10所述的吸乳泵，其还包括：

具有马达轴的驱动马达；

汽缸；

刚性活塞，其设置在所述汽缸内，所述刚性活塞偏心地安装在所述马达轴上并且可通过所述马达轴的旋转致动以沿着所述汽缸的轴线垂直地并且以一角度平移；

一个或多个阀门，其设置在所述汽缸的壁上，所述一个或多个阀门允许施加在所述刚性活塞在所述汽缸中的多个循环之后在所述汽缸中积聚的负压。

12.根据权利要求11所述的吸乳泵，其中每个真空脉冲在所述马达轴上产生与所述马达的电流消耗成正比的不同负载。

13.根据权利要求12所述的吸乳泵，还包括传感器以及控制器，所述传感器感测由每个真空脉冲施加到所述马达轴上的负载对所述马达的电流消耗的影响，所述控制器包括存储器和比较器，所述存储器存储在非暂时性计算机可读介质上，其包括目标真空压力，所述比较器将从所述传感器感测的对所述马达的电流消耗的影响与存储的目标真空压力进行比较，并基于所述比较器是否确定对所述马达的电流消耗的影响高于、低于或等于所述目标真空压力选择性地打开或关闭所述一个或多个阀门。

14.根据权利要求11所述的吸乳泵，其进一步与至少一个乳罩和与所述乳罩和所述汽缸的一个或多个阀气动连通的管道组合。

15.根据权利要求11所述的吸乳泵，其与一个或多个附加的类似吸乳泵组合。

Images