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Die Erfindung betrifft eine peristaltische Pumpe, eine Pumpvorrichtung mit einer peristaltischen Pumpe sowie eine tragbare Blutbehandlungsvorrichtung.
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Bei einer extrakorporalen Blutbehandlung, wie etwa einer Hämodialyse, durchströmt in einem extrakorporalen Blutkreislauf zu behandelndes Blut eine erste Kammer eines durch eine semipermeable Membran in die erste Kammer und eine zweite Kammer unterteilte Blutreinigungsvorrichtung, die bei einer Hämodialyse ein Dialysator ist. Der extrakorporale Blutkreislauf weist eine arterielle Schlauchleitung auf, die vom Patienten zu der ersten Kammer führt, und eine venöse Schlauchleitung, die von der ersten Kammer zurück zum Patienten führt.
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Zusätzlich zur Hämodialyse oder stattdessen kann eine Hämofiltration durchgeführt werden, bei der die Blutreinigungsvorrichtung ein Filter ist, über dessen Membran dem Blut aufgrund von Konvektion bestimmte Substanzen entzogen werden. Dem Patienten bei den Blutreinigungsverfahren entzogene Flüssigkeit lässt sich durch eine Substitutionsflüssigkeit (auch Substituat genannt) ersetzen, die dem extrakorporalen Blutkreislauf während der Blutbehandlung zugeführt wird.
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Bei der Blutbehandlung kommen Schlauchleitungssysteme zum Einsatz, die in die Blutbehandlungsvorrichtung eingelegt werden.
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Die Schlauchleitungen der extrakorporalen Blutbehandlungsvorrichtung werden im Allgemeinen als zur einmaligen Verwendung bestimmte sogenannte „Disposables” bereitgestellt.
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Extrakorporale Blutbehandlungsvorrichtungen enthalten mehrere Pumpen, die das Blut des Patienten und die Substitutionsflüssigkeit in den Schlauchleitungen der Schlauchleitungssysteme fördern. Vor allem an Blutpumpen werden hohe technische Anforderungen gestellt. Daher kommen nur bestimmte Pumpentypen in Betracht. In der Praxis haben sich vor allem peristaltische Pumpen bewährt, bei denen sich mindestens eine Eng- oder Verschlussstelle – eine sogenannte Okklusion – längs des als Pumpenraum dienenden elastischen Schlauchs bewegt und dadurch die eingeschlossene Flüssigkeit in Förderrichtung verschiebt. Diese Schlauchpumpen werden daher auch als okkludierende Pumpen bezeichnet.
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Die beweglichen Eng- oder Verschlussstellen, die das But im Pumpenschlauch transportieren, können unterschiedlich erzeugt werden. Es sind Rollenpumpen bekannt, bei denen der Schlauch zwischen einem Stator, der eine gebogene Rollenbahn als Widerlager bildet, und einem drehbar darin gelagerten, mit Rollen besetzten Rotor eingelegt wird, so dass sich die Rollen in Förderrichtung auf dem Schlauch abwälzen. Daneben sind auch Fingerpumpen bekannt, bei denen Verschlusskörper durch eine längs des Schlauchs angeordnete Reihe von beweglichen Stempeln („Fingern”) gebildet werden. Diese Pumpen werden auch als lineare Okklusionspumpen bezeichnet. Anstelle eines sich drehenden Rotors kommt hier ein sich linear bewegender Translator zum Einsatz.
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Die Schlauchstücke sind in den Bereichen, in denen sie als Pumpenraum dienen, häufig von den restlichen Bereichen der Schlauchleitung des Disposables verschieden, da dort beispielsweise bezüglich Durchmesser und Steifigkeit andere Anforderungen zu erfüllen sind als im restlichen Blutleitungssystem. So verringern kleine Durchmesser das Blutvolumen, das zum Füllen eines extrakorporalen Blutkreislaufs benötigt wird. Eine möglichst vollständige Okklusion unter dem Druck eines Verdrängungskörpers, also einer Rolle oder eines Fingers, wird dagegen eher durch größere Durchmesser und weiche Materialien erzielt. Allerdings ist außer einer guten Okkludierbarkeit auch die Fähigkeit des Schlauchs von Bedeutung, sich nach einer Okklusion möglichst schnell und möglichst vollständig wieder aufzurichten, so dass der Schlauchquerschnitt zumindest weitgehend wieder kreisförmig wird und somit wieder große Durchflüsse zulässt. Wegen dieser Fähigkeit, sich möglichst gut wieder aufzurichten, wurden Pumpenschläuche einer hohen Steifigkeit vorgeschlagen. Diese lassen sich jedoch schwerer okkludieren als Schläuche geringer Steifigkeit. Eine nicht vollständige Okklusion ist zum einen unerwünscht, da das durch die Pumpe tatsächlich gepumpte Volumen nicht vorhergesagt werden kann. Zum anderen besteht die Gefahr einer Hämolyse durch die hohen Scherkräfte, die in einem verbleibenden schmalen Lumen an der Okklusionsstelle entstehen. Pumpen mit großen Anpressdrücken lassen sich darüber hinaus nicht miniaturisieren, beispielsweise zur Bestückung von tragbaren Blutreinigungsvorrichtungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schlauchpumpe vorzuschlagen, die die Nachteile des Stands der Technik überwindet, insbesondere auch bei Pumpenschläuchen einer hohen Steifigkeit eine gute, d. h. möglichst vollständige, Okklusion zu erzielen. Dabei soll der Aufbau der Schlauchpumpe einfach sein und geringe Pumpenbaugrößen ermöglichen.
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Die Aufgabe wird mit einer peristaltischen Pumpe gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben. Die peristaltische Pumpe, insbesondere zum Pumpen einer medizinischen Flüssigkeit, wie etwa von Blut oder Substituat, weist ein Pumpenbett mit einer ersten Pressfläche und eine Mehrzahl von Presskörpern mit jeweils einer zweiten Pressfläche auf, wobei die Pumpe geeignet ist, einen zwischen die erste Pressfläche und die zweite Pressfläche einlegbaren okkludierbaren Schlauch in einem Quetschbereich der Pumpe zu okkludieren. Die erste und/oder die zweite Pressfläche weist ein in Schlauchrichtung verlaufendes Längsprofil auf, dessen Querschnitt einen ersten Querbereich und einen zweiten Querbereich aufweist, wobei im Quetschbereich ein Abstand zwischen der ersten und der zweiten Pressfläche im ersten Querbereich geringer ist als im zweiten Querbereich.
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Der Begriff „Längsprofil”, wie er hier verwendet wird, bezeichnet eine erhabene oder vertiefte Strukturierung in der ersten und/oder zweiten Pressfläche, wobei sich die Strukturierung in Längsrichtung, also in Schlauchrichtung eines einlegbaren Schlauchs erstreckt. Im Falle eines Profils auf den Presskörpern ist die Schlauchrichtung tangential zu verstehen.
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Die „Schlauchrichtung” bezieht sich dabei auf einen Zustand der Pumpe, in dem ein Schlauch entsprechend seiner Funktionsweise in der peristaltischen Pumpe als Pumpenraum eingelegt ist. Somit entspricht die Schlauchrichtung beispielsweise der Längsrichtung des Schlauchbetts.
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Der „Quetschbereich” bezeichnet eine Stelle in der Pumpe, an der ein in die erfindungsgemäße Pumpe eingelegter Schlauch zumindest teilweise okkludiert wird. Der Quetschbereich läuft während eines Betriebs der Pumpe mit einem Presskörper mit. Je nach Anzahl der Presskörper, der Ausbildung des Pumpenbetts und der Anordnung der Presskörper bezüglich des Pumpenbetts können zumindest zeitweise zwei oder mehr Quetschbereiche gleichzeitig vorliegen.
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Der erfindungsgemäßen peristaltischen Pumpe liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass das Vorliegen eines geringeren Abstands zwischen der ersten und der zweiten Pressfläche in einem ersten Querbereich des Quetschbereichs als in einem zweiten Querbereich des Quetschbereichs dazu führen kann, dass im Betrieb der Pumpe eine stärkere Okklusion eines eingelegten Schlauchs erzielt werden kann als bei – in Querrichtung gesehen – durchgehend gleichem Abstand zwischen erster und zweiter Pressfläche herkömmlicher peristaltischer Pumpen.
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Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn ein Schlauch eingelegt wird, der bei – in Querrichtung gesehen – durchgehend gleichem Abstand zwischen erster und zweiter Pressfläche im ersten Querbereich schwächer okkludieren würde als im zweiten Querbereich.
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Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, dass sich bei einem gequetschten Schlauch im Quetschbereich oftmals die Wandstärken lokal ändern. Vermutlich aufgrund von durch die Quetschung entstehenden Zug- und Druckspannungen in der Schlauchwandung im Quetschbereich tritt eine solche Änderung in Umfangsrichtung betrachtet lokal verschieden auf. Somit können unter anderem je nach Schlauchmaterial und Schlauchdicke verschiedene Okklusionsgeometrien des Schlauchquerschnitts auftreten, wenn bei einer Schlauchpumpe entgegen der Erfindung ein durchgehend gleicher Abstand zwischen erster und zweiter Pressfläche vorliegt. Entsprechend lässt sich durch gezieltes Entgegenwirken mit einer peristaltischen Pumpe gemäß der Erfindung ein Bereich herkömmlich schwächerer Okklusion durch Vorsehen eines geringeren Abstands zwischen erster und zweiter Pressfläche im ersten Querbereich stärker als herkömmlich okkludieren.
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Der obige Versuch, die Ursache einer herkömmlich schwächeren Okklusion bei herkömmlichen Pressflächen ohne Längsprofil zu erklären, sowie die Ursache für die gute Okkludierbarkeit mit einer Pumpe gemäß der Erfindung, basiert lediglich auf einer Theorie und ist daher nicht als beschränkend für den Schutzumfang der Erfindung zu sehen.
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Insbesondere, aber nicht nur, bei Vorsehen genormter Pumpenschläuche, wie sie beispielsweise bei Blutbehandlungsverfahren, wie etwa Hämodialyse, Hämofiltration und Hämodiafiltration, üblicherweise eingesetzt werden, kann die Geometrie des herkömmlich schwächeren Okklusionsverhaltens der in die Blutpumpe einzulegenden Schläuche vorbestimmt werden und die Geometrie der ersten und/oder zweiten Pressfläche entsprechend ausgebildet werden.
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Es ließen sich im Zuge der Erfindung vor allem zwei Okklusionsgeometrien des Schlauchquerschnitts identifizieren. Dies ist zum ersten ein Querschnitt, der einer liegenden „8” ähnelt. Bei diesem Okklusionstyp wird im Quetschbereich ein in Querrichtung gesehen mittlerer Bereich des Pumpenschlauchs gut okkludiert, wohingegen an den beiden Breitenenden ein offenes Lumen verbleibt, das sich eventuell erst bei sehr hohen Anpressdrücken schließen lässt. Dieser Okklusionstyp ließ sich beispielsweise bei PVC- oder Silicon-Schläuchen beobachten. Ein zweiter Okklusionstyp okkludiert an den Breitenenden besser als der erstgenannte, wohingegen im mittleren Bereich des Pumpenschlauchs bei geringen bis herkömmlichen Anpressdrücken ein offenes Lumen verbleibt. Abgesehen von den Schlauchmaterialien kann auch die Geometrie des Schlauchs, wie etwa Innen- und Außendurchmesser sowie Wandstärke Einfluss auf den Okklusionstyp haben. Der Fachmann kann beispielsweise mit einem einfachen Quetschtest feststellen, welchen Okklusionstyps der Schlauch ist, mit dem die Pumpe betrieben werden soll und das Längsprofil entsprechend anordnen und ausbilden.
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Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen peristaltischen Pumpe weist das Längsprofil eine in Schlauchrichtung eines einlegbaren Schlauchs verlaufende Längsvertiefung auf, die im zweiten Querbereich ausgebildet ist. Dabei kann der zweite Querbereich vorteilhaft im mittleren Bereich des Schlauchquerschnitts und damit auch in einem mittleren Bereich des Schlauchbetts und/oder des Presskörpers liegen. Vorteilhaft kann ein größerer Anpressdruck auf die Breitenenden des im Quetschbereich okkludierenden Schlauchs als auf einen mittleren Bereich des Schlauchs zu einer besseren, d. h. zumindest nahezu vollständigen Okklusion führen. Durch die Längsvertiefung sind Schultern definiert, die den der Längsvertiefung zugewandten seitlichen Bereich außerhalb der Längsvertiefung in der ersten bzw. der zweiten Pressfläche darstellen. Die zwei Breitenenden des Schlauchs sind diejenigen Bereiche, die bei einem okkludierten Schlauch, dessen Außenumrisse des Querschnitts im Idealfall vollständiger Okklusion als abgerundetes schmales Rechteck beschrieben werden können, die beiden Längsenden des Querschnitts bezeichnen.
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Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung ist die peristaltische Pumpe derart ausgebildet, dass bei angenäherter erster und zweiter Pressfläche im Quetschbereich die Breitenenden eines einzulegenden Schlauchs zwischen den Schultern und der gegenüberliegenden Pressfläche liegen. Ist sowohl in der ersten als auch der zweiten Pressfläche eine Längsvertiefung ausgebildet, kann der Schlauch mit seinen Breitenenden jeweils zwischen den Schultern der ersten Pressfläche und den Schultern der zweiten Pressfläche zu liegen kommen.
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Diese Ausführungsform kann insbesondere bei Einlegen eines Schlauchs des ersten Okklusionstyps (mit einer liegenden „8” als Querschnitt) in die peristaltische Pumpe vorteilhaft sein.
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Offensichtlich bewirkt der geringe Abstand von erster und zweiter Pressfläche im ersten Querbereich im Schulterbereich eine überraschend gute Okklusion.
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Nach einer Variante ist die Längsvertiefung im Querschnitt konkav, insbesondere ellipsensegmentförmig, kreissegmentförmig, insbesondere halbkreisförmig, oder rechteckig ausgebildet. Sowohl fertigungstechnisch als auch hinsichtlich des Okklusionsverhaltens können diese Ausbildungen vorteilhaft sein.
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Nach einer weiteren Variante weisen die die Längsvertiefung seitlich begrenzenden Schultern eine abgerundete Kante auf. Dadurch lässt sich erreichen, dass der zu okkludierende Schlauch im Quetschbereich besonders schonend gequetscht wird. Die abgerundete Kante kann dadurch definiert sein, dass die Abrundung einen Radius mindestens 0,5 mm besitzt, insbesondere von mindestens 1 mm, insbesondere von mindestens 2 mm, insbesondere weniger als 10 mm, insbesondere weniger als 5 mm. Je nach Größe der Pumpe und Größe und Eigenschaften des Schlauchs können auch andere Abrundungsgeometrien vorteilhaft sein.
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Nach einer weiteren Ausführungsform weist das Längsprofil eine in Schlauchrichtung eines einlegbaren Schlauchs verlaufende Längserhöhung auf, die im ersten Querbereich vorliegt. Diese Ausführungsform kann insbesondere bei Einlegen eines Schlauchs des zweiten Okklusionstyps (der Schlauch okkludiert an den Breitenenden besser als der erste Okklusionstyp, wohingegen im mittleren Bereich des Pumpenschlauchs bei geringen bis üblichen Anpressdrücken ein offenes Lumen verbleibt) in die peristaltische Pumpe vorteilhaft sein.
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Offensichtlich bewirkt der geringe Abstand von erster und zweiter Pressfläche im ersten Querbereich im mittleren Bereich eine überraschend gute Okklusion.
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Die Längserhöhung kann im Querschnitt konvex sein, insbesondere ellipsensegmentförmig, kreissegmentförmig, insbesondere halbkreisförmig, oder sinusförmig ausgebildet. Sowohl fertigungstechnisch als auch hinsichtlich des Okklusionsverhaltens können diese Ausbildungen vorteilhaft sein.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die peristaltische Pumpe eine Schlauchrollenpumpe. Entsprechend sind die Presskörper Pressrollen.
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Für gewisse Anwendungen kann es aber auch vorteilhaft sein, wenn die peristaltische Pumpe eine lineare peristaltische Pumpe ist. In diesem Fall sind die Verdrängungskörper bzw. Presskörper Gleitschuhe, die auch Finger genannt werden. Im Folgenden sollen alle Beschreibungen, die sich auf Pressrollen beziehen – soweit technisch sinnvoll übertragbar – auch für die lineare Bauform als offenbart gelten.
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Nach einem Aspekt der Erfindung kann eine das Längsprofil aufweisende Schicht am Pumpenbett und/oder an den Presskörpern befestigt sein. Diese Variante hat den Vorteil, dass Pumpenbett bzw. Presskörper und die restliche peristaltische Pumpe separat gefertigt werden können oder auch existierende Pumpen nachgerüstet werden können. Mit genauer Kenntnis des Okklusionsverhaltens des einzulegenden Pumpenschlauchs kann das Längsprofil in Geometrie und Lage dem Okklusionsverhalten angepasst werden. Die Schicht kann beispielsweise aus Metall, wie etwas Stahl oder Aluminium, oder aus Kunststoff, wie etwa Duroplast oder Thermoplast gefertigt sein.
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Nach einer weiteren Variante ist die Schicht, in der das Längsprofil ausgebildet ist, reversibel am Pumpenbett und/oder an den Presskörpern befestigt. Da das Pumpenbett ein Teil eines Stators ist, kann das Längsprofil auch direkt am Stator befestigt sein, je nach den vorliegenden Geometrien. Dies hat den Vorteil, dass das Längsprofil individuell an den jeweiligen Schlauchtypus (also den Okklusionstyp, aber auch z. B. die Härte und/oder den Durchmesser des Schlauchs) angepasst und nach Bedarf wieder ausgetauscht werden kann. Die reversible Befestigung kann durch Schrauben oder Einrastelemente oder ähnliche bekannte Befestigungsmittel erzielt sein.
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Nach einem weiteren Aspekt weist die peristaltische Pumpe Führungsrollen auf, die geeignet sind, den einzulegenden Schlauch quer zur Schlauchrichtung zu halten. Vorteilhaft weisen die Führungsrollen zu diesem Zweck eine konkave Ausnehmung auf, in die der Pumpschlauch aufgenommen werden kann.
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Die Führungsrollen bewirken eine Fixierung des einzulegenden Schlauchs in Querrichtung zum Schlauch und ermöglichen, die Lage des Schlauchs in Bezug auf das Pumpenbett und die Presskörper so exakt festzulegen, dass bei einer Okklusion durch einen Presskörper die Breitenenden des Schlauchs möglichst genau auf den Schultern zu liegen kommen, wenn das Längsprofil eine Längsvertiefung aufweist.
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Außerdem bewirken die Führungsrollen durch ihre Ausnehmung, die bevorzugt der Schlauchgeometrie im nicht okkludierten Zustand entspricht, ein Wiederaufrichten des Schlauchs nach einer Okklusion.
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Eine Geometrie der Ausnehmung der Führungsrollen kann beispielsweise dem Außendurchmesser eines für Blutpumpen genormten Pumpenschlauchs von 12 mm oder etwa einem Außendurchmesser eines Schlauchs, wie er üblicherweise für Dialysenadeln verwendet wird, einem sogenannten Nadelschlauch, insbesondere 5 mm, entsprechen.
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Es kann vorteilhaft sein, dass eine Pressrolle der peristaltischen Pumpe mit einem Zahnrad antreibbar in Eingriff steht. Dadurch lassen sich bezogen auf eine Hauptebene der Schlauchrollenpumpe Antriebszahnräder horizontal anordnen, die einen flachen Aufbau der Schlauchrollenpumpe ermöglichen. Durch einen derartigen direkten Antrieb rollen die Pressrollen ohne Relativbewegung auf dem Schlauch ab, und es entsteht kein Abrieb am Pumpenschlauch.
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Es kann weiterhin vorteilhaft sein, dass die Pressrollen der Schlauchrollenpumpe nach Art eines Planetengetriebes angeordnet und antreibbar sind. Bei dieser Bauform sind die Pressrollen mit Zahnrädern versehen, die mit einem zentralen Sonnenrad kämmen. Der restliche Aufbau ist der wie bei einem Planetengetriebe üblich und muss hier nicht weiter ausgeführt werden. Durch diesen Aufbau wird vorteilhaft gewährleistet, dass die Pressrollen alle aktiv angetrieben sind und somit keinen Abrieb verursachen.
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Selbstverständlich kann eine peristaltische Pumpe gemäß der Erfindung in der Ausführungsform einer Schlauchrollenpumpe jedoch auch einen herkömmlichen Aufbau mit beispielsweise einer Anordnung von Pressrollen auf einer Tragscheibe, die über eine Drehachse antreibbar ist, aufweisen.
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Die Aufgabe wird des Weiteren mit einer Pumpvorrichtung gemäß Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben. Danach weist die Pumpvorrichtung eine erfindungsgemäß peristaltische Pumpe auf, in die zwischen erster und zweiter Pressfläche ein okkludierbarer Schlauch, insbesondere zum Führen einer medizinischen Flüssigkeit, eingelegt ist.
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Die absolute Geometrie des Längsprofils, wie etwa der Längsvertiefung und damit auch der Abstand zwischen den beiden Schultern der Längsvertiefung, können von der Geometrie des einzulegenden Schlauchs abhängen. Dabei weiß der Fachmann, welche Schläuche bei welchen Schlauchpumpen zum Einsatz kommen, und er kennt die handelsüblichen Geometrien von Schlauchstücken beispielsweise bei Blutpumpen oder bei Substituatpumpen.
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Bevorzugt ist die Breite der Längsvertiefung höchstens so groß wie die Breite des okkludierten Schlauchs abzüglich der doppelten Wandungsdicke des Schlauchs. Dadurch wird sichergestellt, dass im Betrieb der peristaltischen Pumpe der Bereich der Breitenenden des Schlauchs besonders gut verpresst werden kann, was sich positiv auf die Okklusion auswirkt. Beispielsweise kann die Längsvertiefung bei peristaltischen Pumpen, in die Normschläuche eines Außendurchmessers von 12 mm einlegbar sind, eine Breite von 8 bis 13 mm, insbesondere von 9 bis 12 mm aufweisen.
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Es kann vorteilhaft sein, dass die Breite der Längsvertiefung höchstens so groß ist wie die Breite des okkludierten Schlauchs abzüglich der drei- bis vierfachen Wandungsdicke des Schlauchs. So kann selbst bei nicht exakt in Längsrichtung verlaufenden Schläuchen eine gute Verpressung der Breitenenden und somit eine hohe Okklusion sichergestellt werden. Beispielsweise kann die Längsvertiefung bei peristaltischen Pumpen, in die Normschläuche eines Außendurchmessers von 12 mm einlegbar sind, eine Breite von 6 bis 11 mm, insbesondere von 7 bis 10 mm aufweisen.
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Nach einer Variante der Erfindung ist die Tiefe der Vertiefung geringer ist als die doppelte Dicke der Schlauchwandung des einlegbaren Schlauchs. Dadurch wird vermieden, dass während eines Annäherns von erster und zweiter Pressfläche der Schlauch so stark in die Vertiefung gedrückt wird, dass zwischen den Schultern und der gegenüberliegenden Pressfläche keine Breitenenden des einzulegenden Schlauchs zu liegen kommen oder zumindest ein zu geringer Bereich der Breitenenden.
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Nach einem weiteren Aspekt ist die Tiefe der Vertiefung größer als eine halbe Dicke der Schlauchwandung des einlegbaren Schlauchs. Ab dieser Tiefe kann sich der beschriebene Effekt der stärkeren Verpressung im Schulterbereich besonders gut einstellen.
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Die Tiefe der Längsvertiefung kann beispielsweise im Bereich von 0,1 bis 2 mm, insbesondere von 0,5 bis 1,5 mm liegen.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einer Blutbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 17. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben. Demnach weist eine derartige Blutbehandlungsvorrichtung eine erfindungsgemäße Pumpe und/oder eine Pumpvorrichtung wie vorstehend erläutert auf. Die Blutbehandlungsvorrichtung kann beispielsweise eine Hämodialysevorrichtung, einer Hämofiltrationsvorrichtung oder eine Hämodiafiltrationsvorrichtung sein.
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Es kann vorteilhaft sein, wenn die Blutbehandlungsvorrichtung tragbar ausgebildet ist. „Tragbar” (Englisch „wearable”) bedeutet hier am Körper tragbar ähnlich wie ein Kleidungsstück. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Pumpenbetts und/oder der Presskörper wird auch bei relativ geringen Presskräften eine hohe Okklusion des Pumpschlauchs erzielt. Dadurch sind miniaturisierte Bauweisen von peristaltischen Pumpen möglich. Eine geringe Baugröße wiederum ermöglicht den Einsatz in tragbaren Blutbehandlungsvorrichtungen.
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Nach einem weiteren Aspekt weist die Blutbehandlungsvorrichtung zusätzlich eine Membranpumpe zum Pumpen von Blut auf, wobei die Membranpumpe mittels der peristaltischen Pumpe betrieben wird. In diesem Fall ist ein Blutkreislauf von der peristaltischen Pumpe getrennt, so dass in der peristaltischen Pumpe keine Hämolyse auftreten kann. Auch führt eine Leckage auf der Pumpenseite nicht zu Blutverlust. Der Flüssigkeitskreislauf, über den die Membranpumpe mit Blut gefüllt und wieder entleert wird, kann eine für diesen Zweck geeignete Flüssigkeit enthalten, die in diesem Fall nicht notwendigerweise eine medizinische Flüssigkeit ist. Im Blutkreislauf kann ein Filter angeordnet sein, durch dessen Membran über geeignete Leitungs- und Ventilanordnung mittels der Membranpumpe Plasmawasser ultrafiltriert wird.
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Weitere Vorteile und Ausführungsformen werden im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und einiger Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen peristaltischen Pumpe ohne Abdeckung
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2 eine perspektivische Ansicht der Pumpe aus 1 ohne Pumpenbett
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3 schematisch den Querschnitt eines Pumpenschlauchs mit zunehmender Quetschung
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4 schematisch eine Schnittdarstellung durch die peristaltische Pumpe in 1, die die erste Oberfläche des Pumpenbetts und die zweite Oberfläche einer Pressrolle zeigt
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5 schematisch eine Schnittdarstellung durch die peristaltische Pumpe von 4 mit eingelegtem Pumpenschlauch und
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6 schematisch eine tragbare Blutreinigungsvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen peristaltischen Pumpe.
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Eine erfindungsgemäße peristaltische Pumpe 1 besitzt, wie vor allem in 1 und 4 zu sehen ist, einen Stator 2 mit einem Pumpenbett 3 mit einer ersten Pressfläche 4 und eine Mehrzahl von Pressköpfen 5 mit jeweils einer zweiten Pressfläche 6. In diesem Beispiel ist die peristaltische Pumpe 1 als Schlauchrollenpumpe ausgebildet, die als Pressköpfe Pressrollen 5 besitzt. Zwischen die erste Pressfläche 4 und die zweite Pressfläche 6 ist ein Schlauch 12 einlegbar. Die Pressrollen 5 sind in diesem Ausführungsbeispiel nach dem Prinzip eines Planetengetriebes 7 um ein Sonnenrad 8 von diesem antreibbar angeordnet. Das Sonnenrad 8 kämmt mit seinen Zähnen die Zähne der Pressrollen 5. Die Pressrollen sind innerhalb eines Hohlrads 9 angeordnet, mit dem sie ebenfalls kämmen. Ebenfalls im feststehenden Hohlrad 9 und um das Sonnenrad 8 angeordnet sind Führungsrollen 10. Diese besitzen einen „sanduhrartigen” Querschnitt, so dass sie einen eingelegten Schlauch 12 in Querrichtung stabilisieren können, also in Schlauchrichtung halten können. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Pressrollen 5 diametral gegenüberliegend angeordnet und dazwischen paarweise insgesamt vier Führungsrollen 10. Dreht sich das Hohlrad 9, rotieren ebenfalls die Führungsrollen 10 und Pressrollen 5 und kreisen wie Planeten um das Sonnenrad 8. Bei eingelegtem Schlauch 12 bewirkt das Kreisen der Pressrollen 5 eine rotierende Pumpbewegung, bei der Quetschbereiche 16 zwischen den Pressrollen 5 und dem Pumpenbett 3 in Schlauchrichtung bewegt werden und so Flüssigkeit im Schlauch 12 gefördert wird. Koaxial zum Sonnenrad 8 ist ein weiteres Zahnrad (nicht dargestellt) angeordnet, in das beispielweise ein Ritzel 11 über ein einfaches Zahnradgetriebe greift. Durch diese Anordnung ist eine sehr flache Bauform der peristaltischen Pumpe 1 möglich.
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Zur Ableitung von durch die Schlauchquetschung in den Quetschbereichen 16, die mit den Pressrollen 5 bei Betrieb der Pumpe in Umfangsrichtung mitlaufen, erzeugten Kräften kommt des Weiteren das Prinzip eines Wälzlagers zur Anwendung. Dazu ist in diesem Ausführungsbeispiel optional eine Mittenrolle 11 koaxial auf dem Sonnenrad 8 als Innenring in das Planetengetriebe 7 eingesetzt. Zusammen mit der Mittenrolle 11 wirken die Pressrollen 5 und Führungsrollen 10 als Walzen. Damit die Pressrollen 5 und Führungsrollen 10 nicht gegeneinander kippen können, werden diese durch ein Rollenlager, das hier auch die Aufgabe einer Abdeckung übernimmt, an einer Oberseite bedeckt. Zur besseren Übersichtlichkeit ist das Rollenlager in 1 nicht dargestellt.
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Bei einer erfindungsgemäßen Pumpvorrichtung ist in die peristaltische Pumpe 1 ein Pumpschlauch 12 eingelegt. Von dem Schlauch 12 wird zunächst das Okklusionsverhalten Pumpe bestimmt. Zu diesem Zweck wird der Schlauch 12 zwischen zwei ebenen Platten 13 immer weiter gequetscht und dabei der Querschnitt des Schlauchs 12 beobachtet. Wie in 3 zu sehen ist, nimmt der ursprünglich kreisrunde Querschnitt mit steigendem Druck eine zunehmend ovale Form an. Im mittleren der fünf Bilder von 3 ist zu erkennen, dass sich in einem mittigen Bereich des Schlauchs 12 eine bessere Okklusion ergibt als in Richtung der beiden Breitenenden 14, 50 dass sich ein erster Okklusionstyp in Form einer liegenden „8” ergibt. Kurz vor einer Endstellung der beiden Platten 13 ist trotz starker Komprimierung des Schlauchs an den Breitenenden 13 immer noch ein Lumen 30 offen. Es liegt keine vollständige Okklusion vor. Erst bei sehr starkem Druck (s. fünfte Abbildung in 3) ist der Schlauch vollständig okkludiert.
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Das Pumpenbett 3 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein in Schlauchrichtung verlaufendes Längsprofil 15 auf, dessen Querschnitt im Quetschbereich 16 einen ersten Querbereich 17 und einen zweiten Querbereich 18 besitzt, wobei im Quetschbereich 16 ein Abstand zwischen der ersten 4 und der zweiten Pressfläche 6 im ersten Querbereich 17 geringer ist als im zweiten Querbereich 18. In diesem Beispiel weist das Längsprofil 15 eine Längsvertiefung 19 auf, die in der ersten Pressfläche 4 des Pumpenbetts 3 eingebracht ist. Stattdessen oder zusätzlich kann eine Längsvertiefung 19 aber auch gegenüberliegend in der zweiten Pressfläche 6 der Pressrolle 5 eingebracht sein (nicht dargestellt).
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Die Längsvertiefung 19 wird seitlich durch Schultern 20 begrenzt, die abgerundet sind, um im Betrieb der Pumpe 1 einen eingelegten Schlauch 12 zu schonen.
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In 5 ist dargestellt, wie der eingelegte Schlauch 12 im Quetschbereich 16, in dem er durch die Pressrolle 5 bzw. die zweite Pressfläche 6 der Pressrolle 5 auf die erste Pressfläche 4 des Pumpenbetts 3 gequetscht wird. Die Breitenenden 14 des Schlauchs 12 liegen auf den Schultern 20 auf, und der Schlauch 12 wird auch an den Breitenenden 14 schon bei geringem Anpressdrücken vollständig okkludiert. Obwohl der Schlauch 12 im mittleren Bereich des Pumpenbetts 3, wo die Längsvertiefung 19 eingebracht ist, keinen Kontakt zur ersten Pressfläche 4 hat, ist er dort ebenfalls vollständig okkludiert.
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Die Längsvertiefung ist in diesem Beispiel, wie in 4 dargestellt, im Querschnitt rechteckig ausgebildet. Alternativ kann der Querschnitt ellipsensegmentförmig, kreissegmentförmig, halbkreisförmig oder anderweitig konkav ausgebildet sein.
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Die Breite der Längsvertiefung ist in diesem Beispiel, wie in 5 dargestellt, so breit wie die Breite des okkludierten Schlauchs abzüglich der vierfachen Wandungsdicke der Schlauchwandung 21. Die Längsvertiefung kann aber auch breiter ausgebildet sein, je nachdem wie viel von den Breitenenden zwischen den Schultern und der Pressrolle im Quetschbereich zu liegen kommen soll. Die Breite der Längsvertiefung ist dabei immer geringer als die Breite des Schlauchs im okkludierten Zustand, so dass die Breitenenden des okkludierten Schlauchs auf der Längsvertiefung zugewandten Schultern aufliegen können. Die Breite der Längsvertiefung kann beispielsweise auch höchstens so groß sein wie die Breite des okkludierten Schlauchs abzüglich der doppelten Wandungsdicke des Schlauchs.
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Zeigt ein Schlauch ein zweites Okklusionsverhalten, bei dem im mittleren Bereich des Schlauchs eine geringere Okklusion als an den Breitenenden auftritt (nicht dargestellt), wird vorzugsweise eine Variante der Erfindung gewählt, dass das Längsprofil auf dem Pumpenbett und/oder den Pressrollen eine Längserhöhung aufweist. In einem Quetschbereich 16 liegt die Längserhöhung im mittleren Bereich des Schlauchs und im ersten Querbereich 17 des Pumpenbetts 3 vor, was zu einer vollständigen Okklusion des Schlauchs 12 bei geringen Presskräften führt.
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Die Pumpvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel, die die peristaltische Pumpe 1 und den eingelegten Pumpschlauch 12 enthält, ist gemäß dem Ausführungsbeispiel in einer Blutbehandlungsvorrichtung vorgesehen. Dort könnte sie verschiedene Aufgaben übernehmen, beispielsweise die Förderung von Blut in einem extrakorporalen Blutkreislauf oder von Substituat in einer Substitutionszuführleitung zur Prä- oder Postdilution. In diesem Beispiel ist sie in einer tragbaren Blutbehandlungsvorrichtung 31 vorgesehen, wie sie schematisch in 6 dargestellt ist.
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Dort wird in einem sogenannten Single-Needle-System einem nicht dargestellten Patienten über eine Dialysenadel 22 Blut entnommen, das über eine Zuleitung 23 in eine Kammer 24 einer Membranpumpe 25 fließt. Dies geschieht über einen Unterdruck, der in der Pumpleitung 26 erzeugt wird. Dabei wird als Pumpe die Peristaltikpumpe 1 verwendet. Ist die Kammer 24 vollständig mit Blut gefüllt, wird die Peristaltikpumpe 1 in ihrer Laufrichtung umgekehrt, ein Ventil 27 in der Zuleitung 23 geschlossen und das Blut durch einen Filter 28 zurück in den Patienten gedrückt. Durch den Überdruck findet eine Filterung und Abtrennung von Plasmawasser in die Ultrafiltratleitung 29 statt. Wegen der sehr guten Okklusion bereits bei geringen Quetschkräften kann die Peristaltikpumpe 1 mit geringen Abmessungen hergestellt werden und zusammen mit der Membranpumpe 25 als kompakte, integrierte Einheit konstruiert werden.
