CN1315876A - 用伺服阀控制的容积式输液泵 - Google Patents

Abstract

一种输液泵(10),它有一个储存要输液的治疗液体的储存罐(18)。这种储存罐(18)有一个用于液体的出口(36)。一台容积式空气泵(24)与上述储存罐(18)协同工作,用以对储存罐加压,从而使液体流出出口(36)。一个阀门(12)与上述液体出口(36)协同工作,并在上述出口中达到所选定的压力之前阻止液体流过上述液体出口。此后,上述阀门保持上述出口处于打开状态,并使上述储存罐(18)中的压力基本上保持选定的压力,从而使流过出口(36)的液体的容积流量与空气从容积式空气泵(24)中流出的空气的容积流量成正比。上述阀门(12)要改变出口的开口大小,以便保持所选定的压力。同时还公开一种给患者输液的方法。

Description

用伺服阀控制的容积式输液泵

技术领域

本发明涉及容积式输液泵，更具体的说，涉及一种用于容积式输液泵的自调节伺服阀。

背景技术

在医疗领域中，让一种治疗用的液体的压力提高到公知的程度，使其通过一种具有公知的内部横断面的限流装置，以产生合理的恒定的流速，把它输送到患者体内，是很普通的操作。实现这种操作的一种方式是提供一个有弹性的球形瓶，在压力下充灌治疗液体，把弹性球形瓶拉长，而拉长后的球形瓶又对上述液体加压。然后，液体通过一个限流装置排出。在实践中已经发现，很难精确地调节球形瓶的全部容积中的液体的压力，因为，在输液的过程中，当弹性的球形瓶形状改变时，施加在治疗液体上的压力是变化的。一种实施这种输液方法的有代表性的设备公开在Hessel的美国专利No.4,769,008中。

向患者输液治疗液体的另一种类似的设备包括一个与可充气的气囊并排放置的装有治疗液体的可伸缩的口袋，并且上述气囊和可伸缩的口袋都装在一个刚性的壳体内。气囊内充满气，例如，压缩空气，以便对可伸缩的口袋施加压力，从而把治疗液体从口袋中挤出来。上述治疗液体是通过一根带有横断面积不变的出口管挤出来的，或者，这种出口管有一个横断面积不变的流量限制器。气体以受到控制的速率灌入气囊内，目的是能迫使治疗液体能以大致相同的流速通过上述出口管。公开这种结构的有代表性的专利有：Ross的美国专利No.Re35,501和Mc Williams的美国专利No.5,788,674。但是，实际上已经发现，很难为某些治疗器械提供它所要求的、合适的、恒定的缓慢流速。

Shen的美国专利No.5,749,854试图提出一种能控制空气流入驱动输液泵的气囊的阀门来克服现有技术中的缺点。但是，Shen需要一种复杂而昂贵的阀门机构，并且可能仍然无法提供合适的、恒定的缓慢流速。

本发明的目的就是要克服以上提到的这些缺点。

发明概述

本发明的第一个方面是一种输液泵，它有一个储存要输液的治疗液体的储存罐。这种储存罐有一个用于液体的出口。一台容积式空气泵与上述储存罐协同工作，用以对储存罐加压。一个阀门与上述液体出口协同工作，并在上述出口中达到所选定的压力之前阻止液体流过上述液体出口。此后，上述阀门保持上述出口处于打开状态，并使上述储存罐中的压力基本上保持选定的压力，从而使流过出口的液体的容积流量与从容积式空气泵中流出的空气的容积流量成正比。通常，上述阀门要改变出口的开口大小，以便保持所选定的压力。上述出口可以包括一根挠性的导管，这根导管有一个选定的，未变形的内部横断面积，而阀门是通过压紧导管中的一段，改变这一段导管的内部横断面积来改变出口的开度的。通常，上述储存罐具有可伸缩的壁部，并且上述输液泵还包括一个与该储存罐的可伸缩的壁部并排放置的可充气的气囊。上述容积式空气泵与上述气囊连通。该容积式空气泵以第一流速向上述气囊充气，直到对上述储存罐施加选定的压力为止，然后，再以小于第一流速的基本上均匀的第二流速向气囊充气。

本发明的第二方面是一种输液泵，它包括一个形成一治疗液体的储存罐的可伸缩的口袋，这个可伸缩的口袋有一根弹性管子，形成一个从该口袋延伸出来的储存罐出口。一个可充气的气囊与上述可伸缩的口袋并排放置。一个刚性的壳体形成一个容纳上述可伸缩的口袋和可充气的气囊的腔室，并且有一个容纳上述弹性管子的口。一台容积式空气泵与上述气囊连通，用以向气囊充气，从而对可伸缩的口袋施加压力。一个阀门与上述弹性管子协同工作，以便根据作用在上述可伸缩的口袋上的压力，改变对通过这根弹性管子的液体流量的限制，以使可伸缩的口袋中所选定的压力基本上保持恒定。上述阀门通常在可伸缩的口袋上施加选定的压力之前阻止液流通过弹性管子。上述阀门可以由把弹性管子夹在中间的闸刀和砧座所组成。上述闸刀向砧座加压，以限制通过弹性管子的液流，而闸刀则与可伸缩的口袋协同工作，当可伸缩的口袋内部的压力增大时，把闸刀从砧座上推开。通常，容积式空气泵以第一流速向气囊供应气体，直到储存罐中的压力达到足以克服压在闸刀上的压力的选定压力，以使臂和闸刀移动；此后，再以小于上述第一流速的基本上均匀的第二流速向气囊供应气体。可以用一个探测器与上述臂和容积式空气泵协同工作，该探测器用于检测上述臂的最初的运动，并把一个第一信号传送给容积式空气泵。上述传感器还可以进一步检测，上述闸刀离开砧座的移动距离是否大于选定的距离，并在此时把第二信号传送给容积式空气泵。

本发明的第三方面是一种给患者输液治疗液体的方法。这种方法包括下列步骤：提供一个装有治疗液体并且有一个液体出口的储存罐；提供一台与上述储存罐协同工作的容积式空气泵，以便为上述储存罐加压，并保持上述储存罐中的选定的压力，以使流过上述液体出口的液体与上述容积式空气泵的容积流量成正比。上述液体出口可以是一根弹性管子，而上述方法还可以包括这样的步骤：对上述弹性管子的一段管子施加挤压力，并且当上述储存罐中的压力增大时，减小上述挤压力，以便增大上述弹性管子这一段的有效内部横断面积。上述方法还可以包括这样的步骤：用一个与上述储存罐并排，且与上述容积式空气泵连通的气囊来使上述储存罐增压，并且，如果上述储存罐中的压力小于选定的压力时，阻止液流通过上述液体出口。上述方法还可以包括这样的步骤：以第一流速为上述气囊充气，直到储存罐中达到选定的压力，此后，再以小于上述第一流速的基本上恒定的第二流速对上述气囊充气。

本发明的用伺服阀控制的输液泵以及输液治疗液体的方法，提供了一种能在很宽广的流量范围内保持从输液泵中流出恒定的流量的高度可靠的方式。由于直接把出口的有效内部横断面积与施加在可伸缩的储存罐上的选定的压力联系在一起，所以能精确地保持出口处的选定压力，从而可以通过使液体的容积流量与由容积式空气泵所提供的容积流量成正比，保证基本上恒定的流量。如果通向患者的一条管线中的压力增大了，例如，由于降低了泵相对于输液点的位置，口袋里的压力就会增高，从而使阀门进一步打开，容许流量逐渐增大，直到口袋内的压力恢复到选定的压力。泵就是以这种方式进行自我调节的。如果阀门打开的程度超过了选定的量，表明下游阻塞，容积式空气泵便停止运转，防止压力过度增高。

附图简述

下面参照附图详细描述本发明的实施例。附图中：

图1是表示本发明的用伺服阀控制的容积式输液泵的示意正视断面图。

优选实施例

图1中示意地表示了一台包括本发明的伺服阀12的容积式输液泵10。这台容积式输液泵10有一个壳体14，形成了一个容积固定的腔室16。在腔室16内有可伸缩的口袋18，形成了用于治疗液体的储存罐。在腔室16内还有一个与可伸缩的口袋18并排的可充气的气囊20，它用管道22与容积气体源24连通。在该优选实施例中，容积气体源24是一台由一台编码的电动机27驱动的容积式空气泵26。这台编码的电动机27用一个连接器29联结在一条控制电路或微处理器28上。微处理器28可以是预先编程的，或者是能通过输入终端30反复地重新编程的。上述微处理器28和电动机27通常由单一的电源31供电，电源31通过线路32和33供电。电源31可以是内部电池，这种电池可以是能替换的，能重新充电的，或者是和整个充气泵10一起丢弃掉。或者，上述电源可以是在泵10的外部，例如是平常的生活用电源。一根具有选定的未变形的内部横断面积的弹性的出口管子36从可伸缩的口袋18和壳体14上的出口38中延伸出来，并且与患者的治疗设施(图中未表示)连通，以便将治疗液体从可伸缩的口袋18输送给患者。正如本技术领域所公知的，液体是借助于可充气的气囊20对容积固定的腔室16内的可伸缩的口袋18施加压力而从弹性的出口管子36中流出的。

伺服阀12由砧座40和闸刀42所组成，在砧座和闸刀之间夹着一段弹性的出口管子36。砧座40由壳体14的一部分构成，壳体14上有用于弹性的出口管子36的出口38。闸刀42在臂48的远端46上。臂48的近端50安装在壳体14上，能够转动。如本优选实施例所示，臂48是刚性的，而能转动的附件是一个铰链52。或者，壳体和臂14可以用合适的热塑性塑料制作成一个整体，而能转动的附件是活性铰链。处于臂48的近端50和远端46中间的压力垫54穿过壳体14上的开口56。压力垫54的与可伸缩的口袋18接触的表面具有确定的表面积。在臂48的远端设有一个弹簧58，它将闸刀压向砧座40，以便通过施加选定的压力把弹性的出口管子36压瘪，从而将其封闭住。如果泵保持图1中所示的方位，臂的重量就能施加上述选定的压力，可以作为弹簧58的替代物。一个传感器60与臂48协同工作，用以检测臂48的运动，从而也就是检测闸刀的运动。传感器60用连接器62与微处理器30连接。

工作时，可充气的气囊20用从容积式空气泵26通过管道22输送到气囊20的空气进行充气。在气囊充气时，它便对可伸缩的口袋18加压，要使口袋18中的治疗液体流出弹性管子36。但是，在可伸缩的口袋18内部的压力足以对上述压力垫54施加足够的压力来对抗弹簧58的弹力，从而打开弹性出口管子36之前，阀门12不会让液体流过上述弹性管子36。因而，为对抗弹簧的弹力，压力必须达到阈值，这个阈值通常是9psi。压力垫54的表面积是这样选择的，即，当可伸缩的口袋18内达到所要求的阈值时，就能克服选定的压力。一旦达到这个阈值，气体便以基本上恒定的流量，足以通过弹性的出口管子向患者提供所要求的液体流量，供入可充气的气囊20内。假定阈值压力为9 psi，则向可充气的气囊20供应的，为维持所要求的液体流量所必须的空气流量可用下式计算：

这样，举例来说，假定阈值为9 psi，要求的治疗液体的流速为25ml/h，而大气压力为14 psi，则可计算如下： $\frac{25\×(14+9)}{14}=38\mathrm{ml}/h$                                 (近似值)

根据通过输入终端30输入的一个使用者所需要的流量，微处理器便能按照上述等式计算出所需要的空气流量。在应用时，根据空气从空气泵流出来的流量是否平稳，上述阀门会“浮动”在维持平衡的位置上。

在开始输液时，容积式空气泵26以最高速度运行，以便对气囊充气，一直到可伸缩的口袋18内产生足够的压力为止，使臂48，也就是闸刀42从砧座40上抬起来。传感器60检测到臂最初的运动后，便输送给微处理器28一个信号，而微处理器又把一个信号输送给编码的电动机驱动装置27，使编码的电动机减慢速度，于是向气囊输送气体的速度就减慢到计算出来的必要的速度，通过上述弹性出口管子提供进入输入终端30内的，要求的流量。此后，这台泵就像压力调节器那样工作，在这个工作过程中，阀门12大开又关闭，使出口管子36中保持所要求的压力。如果患者的治疗设施中的流动阻力增大了，例如，由于泵相对于向患者输液的点的位置降低了，因而增加了出口管子36和可伸缩的口袋18中的压力，则上述闸刀42将进一步从砧座40移动得更远一些，从而临时增大弹性管子36的有效内部横断面积，让更多的液体流过去，直到在出口管子处的系统压力恢复到所要求的压力，流量恢复到所要求的流量为止。因此，这种泵是自调节的。如果在患者的治疗设施中或患者的血管中发生了障碍，使得系统的压力升高到超过所选定的最大值，则传感器60将检测到臂48相应的运动，并将信号输入到微处理器中，微处理器将停止电动机27，并发出警告的声音。

Claims (17)

1．一种输液泵，它包括：

一个储存要输液的治疗液体的储存罐，该储存罐有一个液体的出口；

一台容积式空气泵，与上述储存罐协同工作，用以对储存罐加压；

一个阀门，与上述液体出口协同工作，并在上述出口中达到所选定的压力之前阻止液体流过上述液体出口，此后，上述阀门保持上述出口处于打开状态，并使上述储存罐中的压力基本上保持选定的压力，从而使流过出口的液体的容积流量与空气从容积式空气泵中流出的空气的容积流量成正比。

2．如权利要求1所述的输液泵，其特征在于，上述阀门改变上述出口处的开度，以维持选定的压力。

3．如权利要求1所述的输液泵，其特征在于，上述出口包括一根挠性的导管，这根导管有一个选定的未变形的内部横断面积，而阀门是通过压紧导管中的一段，改变这一段导管的内部横断面积来改变出口的开度的。

4．如权利要求1所述的输液泵，其特征在于，上述储存罐具有可伸缩的壁部，并且上述输液泵还包括一个与该储存罐的可伸缩的壁部并排放置的可充气的气囊，上述容积式空气泵与上述气囊流体连通。

5．如权利要求4所述的输液泵，其特征在于，上述容积式空气泵以第一流速向上述气囊充气，直到对上述储存罐施加选定的压力为止，然后，再以小于第一流速的基本上均匀的第二流速向气囊充气。

6．一种输液泵，它包括：

一个形成治疗液体的储存罐的可伸缩的口袋，该口袋有一根弹性管子，形成一个从该口袋延伸出来的储存罐出口；

一个可充气的气囊，与上述可伸缩的口袋并排放置；

一个刚性的壳体，它形成一个容纳上述可伸缩的口袋和可充气的气囊的腔室，并且有一个容纳上述弹性管子的口；

一台容积式空气泵，与上述气囊流体连通，用以向气囊充气，从而对可伸缩的口袋施加压力；以及

一个与上述弹性管子协同工作的阀门，以便根据作用在上述可伸缩的口袋上的压力，改变对通过这根弹性管子的液体流量的限制，以使可伸缩的口袋中所选定的压力基本上保持恒定。

7．如权利要求6所述的输液泵，其特征在于，上述阀门在向可伸缩的口袋上施加选定压力之前阻止液流通过弹性管子。

8．如权利要求6所述的输液泵，其特征在于，上述阀门包括：

把上述弹性管子夹在中间的一个闸刀和一个砧座，上述闸刀被压向上述砧座，以限制通过上述弹性管子的液体的流量，而上述闸刀与上述可伸缩的口袋协同工作，当上述可伸缩的口袋中的压力增大时，把上述闸刀从上述砧座推开。

9．如权利要求6所述的输液泵，其特征在于，上述阀门包括：

把上述弹性管子夹在中间的一个闸刀和一个砧座，上述砧座固定在上述壳体上；

一根臂，它有一个安装了上述闸刀的远端和一个安装在上述刚性壳体上能够转动的近端，在这根臂的近端与远端之间有一块压力垫，这块压力垫穿过壳体上的一个孔，并与上述可伸缩的口袋与可充气的气囊中之一接触；以及

用于提供将上述闸刀压向上述砧座的力的装置。

10．如权利要求9所述的输液泵，其特征在于，上述加压装置是一个与上述臂协同工作的弹簧。

11．如权利要求6所述的输液泵，其特征在于，容积式空气泵以第一流速向上述气囊供应气体，直到上述储存罐中的压力达到足以克服施加在闸刀上的压力的选定压力，以使臂和闸刀开始移动；此后，再以小于上述第一流速的基本上均匀的第二流速向上述气囊供应气体。

12．如权利要求11所述的输液泵，其特征在于，它还包括一个与上述臂和容积式空气泵协同工作的探测器，该探测器用于检测上述臂的最初的运动，并把一个第一信号传送给上述容积式空气泵。

13．如权利要求12所述的输液泵，其特征在于，如果上述闸刀移动到离开砧座的距离大于选定的距离，上述探测器将一个第二信号送给上述容积式空气泵。

14．一种把治疗液体输液给患者的方法，它包括下列步骤：

a)提供一个装有治疗液体并且有一个液体出口的储存罐；

b)提供一台与上述储存罐协同工作的容积式空气泵，以便为上述储存罐加压；

c)保持上述储存罐中的选定的压力，以使流过上述液体出口的液体与上述容积式空气泵的容积流量成正比。

15．如权利要求14所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，上述液体出口包括一根弹性管子，而在步骤c)中还包括这样的步骤：对上述弹性管子的一段管子施加挤压力，并且当上述储存罐中的压力增大时，减小上述挤压力，以便增大上述弹性管子这一段的有效内部横截面面积。

16．如权利要求14所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，上述液体出口是一根弹性管子，而上述储存罐是可伸缩的，并且步骤b)中还包括：用一个与上述储存罐并排，且与上述容积式空气泵流体连通的气囊来使上述储存罐增压，并且，上述方法还包括下列步骤：

d)如果上述储存罐中的压力小于选定的压力时，阻止液流通过上述液体出口。

17．如权利要求16所述的方法，其特征在于，上述方法还包括这样的步骤：

e)以第一流速为上述气囊充气，直到储存罐中达到选定的压力，此后，再以小于上述第一流速的基本上恒定的第二流速对上述气囊充气。

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