Henkel Kern, Feiler Cr Hänzel Patentanwälte
Möhlstraße 37 Baxter Travenol Laboratories, Inc. D-8000München80
Deerfleld, 111., V.St.A.
Telegramme: ellipsoid
Verfahren und Vorrichtung für die Infusion einer Flüssigkeit aus einem Behälter in den menschlichen Körper
Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeit-Infusionsvorrichtung
und betrifft insbesondere ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung für die Infusion
von Flüssigkeiten bzw. Strömungsmitteln in den menschlichen Körper«
Die Infusion von Flüssigkeiten, etwa von parenteralen Lösungen oder Blut, in den menschlichen Körper erfolgt im allgemeinen
mittels einer Verabreichungsvorrichtung in Verbindung mit einer entsprechenden Durchsatzmengen- bzw. Strömungsmengen-Dosiereinrichtung
zur Steuerung der Größe des Flüssigkeitsdurchsatzes durch die Vorrichtung. Eine für diesen Zweck „■
potentiell besonders günstige Strömungsmengen-Dosiereinriehtung
ist eine sog. Peristaltik-Pumpe, die im Betrieb einen Schlauchabschnitt wiederholt zusammenpreßt und expandiert,
so daß das Strömungsmittel mit geregelter Strömungsgeschwindigkeit
den Schlauch durchfließt. Bisher war Jedoch die Arbeitsweise einer solchen Peristaltik-Pumpe in Verbindung
mit Verabreichungsgeräten bzw. Infusionsvorrichtungen nicht
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voll zufriedenstellend, was auf die durch die teilweise unelastischen
Eigenschaften des üblicherweise bei solchen Geräten verwendeten Vinylschlauches eingeführten Dosierungenauigkeiten
zurückzuführen ist, weshalb die Verwendung derartiger Pumpen auf Anwendungsfälle beschränkt blieb, in
denen eine weniger kritische Durchflußmengenregelung erforderlich ist als bei der Verarbeitung von Blut.
Im Betrieb einer Peristaltik-Pumpe wird der Schlauch, auf
den die Pumpe einwirkt, wiederholt bzw. periodisch einer mit Streckung verbundenen Kompression unterworfen. Aufgrund ihrer
teilweisen Unelastizität können Schläuche aus Vinyl oder anderen thermoplastischen Materialien aufgrund dieser periodischen
Arbeitsweise im Laufe der Zeit ihre Form und Größe dauerhaft ändern, was dazu führt, daß die Strömungsmenge,
mit welcher die Strömungsmittel durch die Pumpe geliefert werden, unerwünscht variieren kann. Die bisher verwendeten
Peristaltik-Pumpen verwenden Mitnehmerstifte, Rollen, Klemmrollen o.a. Mittel, die sich nach der Zusammendrückung bzw.
Kompression an die Ränder des verformten Schlauches anlegen, um ihm seine ursprüngliche Form wieder zu erteilen, doch
waren diese Maßnahmen bisher nur begrenzt wirksam.
Eine andere Schwierigkeit, die sich bei der Verwendung von Peristaltik-Pumpen in Verbindung mit Strömungsmittel-Infusionsgeräten
ergibt, besteht darin, daß im Fall eines Schlauchbruches oder bei einer versehentlichen Trennung des Schlauches
von der Pumpe die Möglichkeit für einen unkontrollierten, unter Schwerkrafteinwirkung erfolgenden Strömungsmittelfluß
in den Körper besteht. Außerdem können die in einer zu verabreichenden Flüssigkeit gelösten Gase in Form von Gasbläschen
freigesetzt werden, wenn die Flüssigkeit beim Durchgang durch die Peristaltik-Pumpe Druck- und/oder Temperaturänderungen
ausgesetzt ist. Diese Bläschen können dabei koaleszieren und
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größere Gasblasen oder Gastaschen bilden, die zusammen mit der Flüssigkeit in den Körper eingebracht werden können, was
für den Patienten sehr nachteilig und in gewissen Fällen sogar tödlich sein kann.
Zur Verhinderung einer Gaseinführung in den Körper können unterhalb des Auslaßendes der Pumpe Fühler angeordnet sein,
welche die Pumpe automatisch abstellen, sobald Gas festgestellt wird oder wenn der Flüssigkeitsstrom unterbrochen ist.
Obgleich derartige Fühler die Infusion von Gas wirksam zu verhindern vermögen, kann die Unterbrechung des Infusionsvorgangs selbst für einen schwererkrankten Patienten ein
Risiko darstellen, so daß ständig medizinisches Personal in Bereitschaft stehen muß, um nötigenfalls den InfusionsVorgang
wieder in Gang zu setzen.
Die Erfindung bezieht sich nun auf eine Vorrichtung für die Infusion von Strömungsmitteln bzw. Flüssigkeiten, die eine
verbesserte Strömungsmengenregelung unter weitgehender Ausschaltung phyikalischer Änderungen und Maßänderungen des
Schläuche gewährleistet, dabei die Freisetzung von gelösten
Gasen aus der Flüssigkeit weitgehend vermindert und einen Schutz vor unkontrolliertem Flüssigkeitsstrom bietet, falls
die Pumpe ausfallen oder versehentlich abgeschlossen werden sollte.
Die bisher verwendeten Peristaltik-Pumpen weisen typischerweise eine Vielzahl von Rollen oder dgl. auf, gegen welche
der Schlauch mit Hilfe einer federbelasteten Druckplatte angedrückt wird, so daß der Schlauch bei der Bewegung der Rollen
längs der Platte wiederholt zusammengedrückt und entspannt wird, wodurch der Flüssigkeitsstrom durch den Schlauch hervorgebracht
wird. Bei derartigen Pumpen ändert sich bei der Bewegung der Rollen die Zahl der mit dem Schlauch in Andruckbe-
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nahrung stehenden Rollen, so daß der Schlauch beispielsweise
zum einen Zeitpunkt durch zwei Rollen und zu einem anderen Zeitpunkt durch eine einzige Rolle zusammengedrückt sein kann·
Da die Rollen gegen eine gemeinsame Druckplatte wirken, ändert sich die durch jede einzelne Rolle auf den Schlauch ausgeübte
Druckkraft mit einer Änderung der Zahl der den Schlauch zusammendrückenden Rollen. Wenn die Kompressions- bzw. Druckkraft
zu stark variiert, z.B. in einem Verhältnis von 2:1, kann der üblicherweise bei Infusionsgeräten verwendete Vinylschlauch
sehr schnell verformt werden, wobei er gestreckt und verpreßt wird und möglicherweise sogar aufplatzen kann.
Hieraus kann sich eine Verminderung oder sogar ein völliger Abfall der Flüssigkeits-Strömungsmenge mit möglichem Schaden
für den Patienten ergeben.
Die Erfindung richtet sich daher weiterhin auf eine verbesserte Peristaltik-Pumpe zur Verwendung bei Flüssigkeit-Infusionsgeräten,
die unabhängig von der Zahl der Punkte, an denen das Schlauchsegment zusammengedrückt wird, eine gleichmäßige Kompressionskraft
an einem zugeordneten Schlauchsegment gewährleistet.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte und zweckmäßige Flüssigkeit-Infusionsvorrichtung
sowie ein entsprechendes Verfahren zu schaffen, insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Infusion von
Flüssigkelten in den menschlichen Körper unter Gewährleistung einer genaueren Dosierung und eines verbesserten Pumpen-Wirkungsgrades·
Bei dieser Vorrichtung soll ein verbesserter Schutz vor unkontrollierter
Strömung von Flüssigkeit durch die Vorrichtung gewährleistet werden.
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Weiterhin bezweckt die Erfindung die Schaffung einer verbesserten und zweckmäßigen Peristaltik-Pumpe, welche unabhängig
von der Zahl der Punkte, an denen der Schlauch zusammengedrückt wird, eine gleichmäßige Kompressionskraft
an einem zugeordneten Schlauchstück aufrechterhält.
Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Maßnahmen und Merkmale gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe der Erfindung bei einer Fördervorrichtung
für die Infusion einer Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter in den menschlichen Körper gelöst durch ein
zwischen Vorratsbehälter und Körper angeordnetes flexibles Schlauchsegment, durch eine längs des Schlauchsegments angeordnete
und mit diesem an einer ersten vorbestimmten Stelle zusammenwirkende Pumpe zur Bemessung bzw« Dosierung des
Flüssigkeitsstroms durch das Schlauchsegment und durch eine
an einer zweiten vorbestimmten Stelle längs des Schlauchsegments angeordnete, der ersten vorbestimmten Stelle nachgeschaltete
Strömunge-Drosseleinrichtung zur Erhöhung des Strö*
mungsmitteldrucks im Schlauchabschnitt hinter der ersten vorbestimmten Stelle und vor der zweiten vorbestimmten Stelle,
wobei das in der Flüssigkeit bzw. im Strömungsmittel gelöste Gas unabhängig von den durch die Pumpe eingeführten Druck-
und Temperaturänderungen in Lösung gehalten wird.
In abgewandelter Ausführungsform weist diese Vorrichtung ein
flexibles Schlauchsegment auf, das sich zwischen dem Vorratsbehälter und den Infusionspunkt zu einer Pumpenanordnung erstreckt,
die eine am Schlauchsegment angeordnete und damit zusammenwirkende Pumpe zur Dosierung des Flüssigkeitsstree durch
dieses Schlauchsegment und eine der Pumpe nachgeschaltete Strömungs-Drosseleinrichtung zur Erhöhung des Flüssigkeitsdrucks im Schlauch umfaßt, wobei das in der Flüssigkeit ge-
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löste Gas unabhängig von den durch die Pumpe eingeführten Druck- und/oder Temperaturänderungen in Lösung gehalten wird.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren für die Infusion einer Flüssigkeit aus einem Flüssigkeitsbehälter
in den menschlichen Körper, dessen Besonderheit darin besteht, daß ein Strömungsweg für die Flüssigkeit vom Behälter
zum Körper hergestellt wird, die Flüssigkeit über diesen Strömungsweg gefördert wird und der Strömungsweg stromab der
Pumpe sowie stromauf der Infusionsstelle in den Körper teilweise
blockiert wird, um den Druck der Flüssigkeit an der Pumpe zu erhöhen und dadurch die in der Flüssigkeit gelösten
Gase in Lösung zu halten.
Zudem bezieht sich die Erfindung auf eine Fördervorrichtung für die Infusion einer Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter
in den menschlichen Körper, bei welcher ein flexible Wände besitzendes Schlauchsegment zwischen dem Behälter und dem
Körper angeordnet ist, eine Peristaltik-Pumpe mit mindestens
einem für die Verformung der Seitenwand des Schlauchsegments vorgesehenen Druckelement an einer ersten vorbestimmten Stelle
für die Zumessung bzw. Dosierung des Flüssigkeitsstroms durch das Segment vorgesehen ist und an einer zweiten vorbestimmten,
der ersten vorbestimmten Stelle nachgeschalteten Stelle eine Strömungs-Drosseleinrichtung zur Erhöhung des Flüssigkeitsdrucks
im Schlauch zwischen den beiden vorbestimmten Stellen angeordnet ist, um die Rückverformung der Wand des
Schlauchsegments nach der Verformung durch das Druckelement zu unterstützenβ
Im folgenden sind bevorzugte AusfUhrungsformen der Erfindung
anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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Figo 1 eine schaubildliche Darstellung einer Infusionsvorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung,
Fig. 2 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Stirnseitenansicht der Peristaltik-Pumpe sowie der Strömungs-Drosseleinrichtung
der Infusionsvorrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. 3a und 3b in vergrößertem Maßstab gehaltene Teilansichten eines Abschnitts der Infusionsvorrichtung
zur Veranschaulichung der Wirkung der Drosseleinrichtung auf die Vorrichtung,
Fig. 4 eine Stirnseitenansicht einer linearen Peristaltikpumpe
mit zugeordneter Strömungs-Drosseleinrichtung
zur Verwendung bei der Infusionsvorrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. 5 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Teilansicht
einer peristaltischen Kreiselpumpe nebst zugeordneter Strömungs-Drosseleinrichtung unter Verwendung eines
gemeinsamen Tragblocks,
Fig. 6 eine Fig. 5 ähnelnde Ansicht, in welcher eine abgewandelte Ausführungsform der Drosseleinrichtung dargestellt
ist,
Fig. 7 eine in vergrößertem Maßstab und teilweise im Schnitt gehaltene Ansicht zur Veranschaulichung der Konstruktionseinzelheiten
der Drosseleinrichtung gemäß Fig. 2,
Fig. 8 eine Stirnseitenansicht einer abgewandelten Ausführungsform
der Strömungs-Drosseleinrichtung,
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Fig. 9 eine Schnittansicht einer weiter abgewandelten Ausführungsform
der Strömungs-Drosseleinrichtung,
Fig. 10 eine teilweise im Schnitt gehaltene Stirnseitenansicht noch einer weiteren Ausführungsform der Strömungs-DrosseIe
inri chtung,
Fig. 11 eine Stirnseitenansicht einer Peristaltik-Pumpe gemäß
der Erfindung in ihrem nicht-betrieblichen offenen Zustand,
Fig. 11a eine Teil-Stirnseitenansicht der Peristaltik-Pumpe und der Strömungs-Drosseleinrichtung gemäß Fig. 11
zur weiteren Veranschaulichung der Arbeitsweise der Vorrichtung,
Fig. 12 einen Schnitt längs der Linie 12-12 in Fig. 11 durch die Peristaltik-Pumpe zur Veranschaulichung der
in Offenstellung befindlichen Strömungs-Drosseleinrichtung,
Fig. 12a eine Fig. 12 ähnelnde Ansicht, welche die Drosseleinrichtung
jedoch in Schließstellung zeigt,
Fig. 13 einen Schnitt längs der Linie 13-13 in Fig. 12 zur Darstellung der Steuer- und Arbeitsflächen des Strömungs-Drosselstößels,
Fig. 14 eine zur Veranschaulichung der innerhalb des Pumpenrotors angeordneten Druckrollen teilweise weggebrochene
Stirnseitenansicht der peristaltischen Pumpe
in einem geschlossenen Betriebszustand und
Fig. 15 einen Schnitt längs der Linie 15-15 in Fig. 14.
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Gemäß Fig. 1 weist eine erfindungsgemäß aufgebaute Infusionsvorrichtung
10 zum Injizieren einer Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter 11 in eine Vene oder Arterie eine Einweg-Verabreichungsanordnung
auf, die aus einem ersten Schlauchsegment 12, einer Tropfkammer 13» einem zweiten Schlauchsegment 14,
einer Strömungsregel-Schlauchklemme 18 und einem Nadelanschluß 19 besteht, an dem eine Infusionsnadel entsprechen··
der Größe und Form angebracht ist» Die Schlauchsegmente der Verabreichungsanordnung, die von herkömmlicher Form und Konstruktion
und in einem sterilen, keimfreien Zustand verpackt sein kann, bestehen vorzugsweise aus einem thermoplastischen
Material, wie Vinyl.
Der zweite Schlauchabschnitt 14 der Verabreichungsanordnung
verläuft durch eine Pumpenanordnung 15» die eine peristaltische Kreiselpumpe 16 und eine dieser nachgeschaltete Strömungs-Drosseleinrichtung
17 umfaßte Die Pumpenanordnung weist ein geeignetes mechanisches Gestänge 22 ο.dgl. zum Trennen
des Schlauches 14 von der Pumpe und von der Drosseleinrichtung beim Zusammensetzen und Zerlegen auf· Außerdem kann ein
geeigneter Pumpensteuerkreis vorgesehen sein, um eine genaue und folgerichtige Steuerung und Zumessung bzw«. Dosierung der
in den Körper einzuführenden Flüssigkeit zu ermöglichen,, Ein
solcher Steuerkreis kann eine Photozelle 20 und eine damit zusammenwirkende Lichtquelle 21 zur Feststellung der Abwesenheit
von Flüssigkeit im Schlauch, einen Dosenzähler 23 zum Summieren der zugeführten Flüssigkeitsmenge sowie Steuerungen
bzw. Regler 24 und 25 zur Steuerung bzw. Regelung der Zufuhrmenge bzw. der Gesamtdosis aufweisen.
Gemäß Fig. 2 weist die Peristaltik-Pumpe 16, im folgenden
einfach als Pumpe bezeichnet, einen. Rotor 30 mit einer Anzahl von Druckrollen 31 auf, die mit gleichen Abständen voneinander
um den Umfang des Rotors 30 herum angeordnet sind.
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Ein Druckblock 32 mit einer Arbeitsfläche, deren Form praktisch dem Umfang des Pumpenrotors 30 angepaßt ist, ist so
angeordnet, daß er den Schlauch 14 in Andruckberührung gegen einen Teil der Rollen 31 bringt, so daß die Rollen bei der
(gemäß Fig. 2 im Uhrzeigersinn erfolgenden) Drehbewegung des Rotors 30 die im Inneren des Schlauches befindliche Flüssigkeit
durch den Schlauch hindurch zum Nadelanschluß fördern. Gemäß Figo 3 bilden die mit dem Schlauch bzw· der Leitung 14
in Berührung befindlichen drei Rollen 31a, 31b und 31c längs des Schlauches zwei getrennte Segmente 14a und.14b, in denen
die Flüssigkeit bei ihrer Förderung in Förder- bzw. Stromabrichtung eingeschlossen ist«, Ersichtlicherweise muß der
Schlauch 14 unter den Rollen praktisch vollständig zusammengepreßt sein und zwischen den Rollen zumindest teilweise in
seinen normalen, nicht komprimierten Zustand zurückkehren, wenn die peristaltische Pumpe einwandfrei arbeiten soll·
Nach dem Durchgang durch die Pumpe verläuft der Schlauch 14 zwischen der Lichtquelle 20 und dem Photodetektor bzw· der
Photozelle 21 zur Strömungs-Drosse!einrichtung· Diese Stufe
umfaßt einen Druckblock 33 und einen gleitfähig gelagerten, keilförmigen Stößel 34, der unter Abstützung gegen den Druckblock
an die Wand des Schlauches andrückt· Infolgedessen wird das Lumen der Schlauchleitung so reduziert, daß zwischen dem
Angriffspunkt der letzten Rolle 31 der Pumpe und dem Angriffspunkt des keilförmigen Stößels 34 ein Leitungssegment 14c
gebildet wird. Der Kolben bzw. Stößel 34 ist in einem Gehäuse 35 gleitfähig geführt und durch eine Schraubenfeder 36 im Gehäuse
gegen die Wand des Schlauches 14 vorbelastet, wobei sich die Feder an einem am Stößel befestigten Kragen 37 und an
einer ausbaubar in das hintere Ende des Gehäuses eingeschraubten Kappe 38 abstützt.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung bewirkt die Strömungs-Drosse!einrichtung
17 eine Erhöhung des Drucks im Schlauchabschnitt
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I4c. Beim Fehlen dieser Drosseleinrichtung könnten sich gemäß
Fig. 3a die in der zu verabreichenden Flüssigkeit gelösten
Gase infolge von durch die Pumpenrollen 31 eingeführten Temperatur- und/oder Druckänderungen oder infolge einer Erwärmung
der Flüssigkeit durch die Pumpenanordnung bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten
hinter der Pumpenstation von der Flüssigkeit abtrennen und dabei zwischen dem Nadelanschluß
19 und der Pumpenstation Blasen 39 bilden. Wenn sich derartige Blasen zusammenschließen, können sie Lufttaschen bilden,
die beim Eindringen in den Körper des Patienten zu schweren Schäden oder sogar zu seinem Tod führen könnten. Gemäß Fig„
wird durch die Strömungs-Drosseleinrichtung der Flüssigkeitsdruck in der Leitung 14c erhöht, wodurch eine Abscheidung der
gelösten Gase verhindert wird.
Erfindungsgemäß unterstützt außerdem der im Segment 14c herrschende
Druck die Ausdehnung der Schlauchwände, nachdem sich der Schlauch von der letzten Druckrolle 31 getrennt hat» Dieser
Zustand ist in Fig. 3b veranschaulicht, in welcher sich die Rolle 31c eben vom Schlauch trennt und der im Schlauchsegment
/entwickelte Druck die Rückverformung der Außenwand des
Schlauches unterstützt, so daß die in der Tasche 14b eingeschlossene
Flüssigkeit ungehindert von der Pumpenstation abströmen kann. Eben diese Rückstell- bzw» Rückverformungskraft
an den Wänden des Schlauches ermöglicht die Verwendung einer peristaltischen Pumpe in Verbindung mit dem üblicherweise bei
Flüssigkeits-Infusionsvorrichtungen verwendeten Schlauchmaterial aus Vinyl oder einem thermoplastischen Material.
Dasselbe Prinzip gilt für eine linear wirkende Peristaltikpumpe, die anstelle der peristaltischen Kreiselpumpe gemäß
Fig. 1 bis 3 verwendet werden kann. In diesem Fall wird der Schlauch 14 über einen Druckblock 41 geführt, wobei eine Anzahl
von einzeln ausfahrbaren Fingern 42 in Andruckberührung
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an die Wand des Schlauches gebracht wird. Die Finger 42 verpressen
den Schlauch 14 an mindestens zwei getrennten Stellen I4d und I4e unter Festlegung eines getrennten» nicht zusammengedrückten
Schlauchabschnitts I4f. Im Betrieb werden die Finger 42 periodisch von links nach rechts ausgefahren bzw«
vorgeschoben, so daß sich das getrennte bzw. abgeschlossene Segment I4f und folglich die darin eingeschlossene Flüssigkeit
von der Pumpe aus in Förderrichtung bewegt. Bei dieser Vorrichtung ist der Pumpe 40 eine Strömungs-Drosseleinrichtung
17 nachgeschaltet, welche der Drosseleinrichtung bei der Pumpenanordnung 15 entsprechen kann· Diese Drosseleinrichtung
bildet ein Schlauchsegment 14g, in welchem ein erhöhter Flüssigkeitsdruck herrscht, um die Abscheidung von gelösten Gasen
aus der Flüssigkeit zu verhindern und die Rückverformung des Schlauches nach dem Verpressen durch die Finger der Pumpe 40
zu unterstützen.
Um den Schlauch 14 in gerader Linie ausgerichtet zu halten, kann die Pumpenvorrichtung gemäß Fig. 4 ein der Pumpe 40 vorgeschaltetes
erstes Schlauchklemmelement 43 und ein der Drosseleinrichtung 17 nachgeschaltetes zweites Schlauchklemmelement
44 aufweisen. Wie bei der vorher beschriebenen Vorrichtung 15 können dem Schlauchsegment 14g eine Lichtquelle 20
und ein Photodetektor 21 zur Feststellung eines etwaigen Fehlens von Flüssigkeit in der Anlage zugeordnet sein«
Ersichtlicherweise sind zur Vereinfachung des Betriebs verschiedene
Änderungen bzw«, Abwandlungen der Konstruktion der Pumpenanordnung 15 für die Infusionsvorrichtung 10 möglich·
Beispielsweise kann gemäß Fig. 5 ein gemeinsamer Druckblock sowohl für die Peristaltik-Pumpe als auch für die Strömungs-Drosseleinrichtung
vorgesehen sein· Dieser Druckblock 45 weist einen gekrümmten Teil auf, welcher - ebenso wie sein Gegenstück
32 gemäß Fig. 2 - den Schlauch gegen die Druckrollen
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«ο
des Pumpenrotors 30 andrückt. Der Druckblock weist einen dem Rotor nachgeschalteten Flachteil auf, der eine Fläche bildet,
gegen welche sich der Stößel 34 anlegen kann. Durch diese Anordnung werden Ein- und Ausbau des Schlauches vereinfacht,
doch sind dabei andere Strömungsabsperrmittel (etwa ein Verschluß der Schlauchklemme 18) erforderlich, um bei einem Bruch
oder Abrutschen des Blocks 45 einen Flüssigkeitsstrom unter Schwerkrafteinfluß zu verhindern«,
Eine Abwandlung dieser gemeinsamen Druckblockanordnung gemäß Figo 5 ist in Fig. 6 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform besteht
die Strömungs-Drosseleinrichtung aus einem keilförmigen Kolben bzw. Stößel 46, der in einem im Druckblock 48 vorgesehenen
Durchgang 47 verschieblich geführt ist. Das keilförmige Ende des Stößels 46 drückt unter Verkleinerung der
lichten Weite des Schlauches 14 gegen einen feststehenden Druckblock 50 an. Ein durch einen Benutzer bedienbares Ritzel
49, das mit einer Zahnstangenfläche am Stößel zusammenwirkt, ermöglicht ein selektives Vorschieben oder Zurückziehen des
Stößels durch den Benutzer, um den auf den Schlauch wirkenden Druck zu variieren, die Verwendung von Schlauchmaterial
verschiedener Durchmesser und Wanddicken zu ermöglichen sowie verschiedene, ggf. auftretende Temperatur- und Druckeinflüsse
auszugleichen.
Gemäß Fig. 7 wird eine ähnliche Druckeinstellung an der Strömungs-Drosseleinrichtung
17 gemäß Fig. 1 und 2 dadurch erreicht, daß an der Rückseite der Feder 36 ein einstellbares Kappenelement
51 vorgesehen ist, mit dessen Hilfe die durch die Feder ausgeübte Kraft und somit die Andruckkraft des Stößels nach
Belieben des Benutzers, d.h„ der Bedienungsperson, vergrößert
oder verkleinert werden kann. Das in das Gehäuse 35 eingeschraubte Kappenelement kann einen gerändelten Knopfteil 52
aufweisen, welcher der Bedienungsperson ein leichteres Drehen
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des Kappenelements gegenüber dem Gehäuse ermöglichte
Eine weitere Ausführungsform der Strömungs-Drosseleinrichtung
ist in Fig. 8 veranschaulicht. Bei dieser Ausführungsform ist ein Druckblock 53 mit einer Nut 54 vorgesehene Der Schlauch
14 liegt/3er einen Wand dieser Nut an, während an der gegenüberliegenden
Wand der Nut ein flaches Federelement 55 befestigt ist« Letzteres wird gegen die Wand des Schlauches
mittels einer gerändelten Daumenschraube 56 angedrückt, die sich am Mittelteil des Federelements abstützt und dessen
freies Ende gegen den Schlauch hin vorschiebt.
In Fig. 9 ist noch eine weitere Ausführungsform der Strömungs-Drosseleinrichtung
dargestellt, bei welcher ein Druckblock 57 mit einer zentralen Nut bzw. Ausnehmung 58 vorgesehen ist,
in welcher ein zweiter Druckblock 59 gleitfähig geführt ist. Der Schlauch 14 ist dabei zwischen dem feststehenden Block
57 und dem verschiebbaren Block 59 angeordnet, und die beiden Blöcke werden durch eine Feder 60 gegeneinander gedrängt,
die sich an einem durch die Bedienungsperson verstellbaren, in eine Bohrung 52 im Block 57 eingeschraubten Gewindeeinsatz
61 abstützt.
Eine Abwandlung dieser Ausführungsform ist in Fig. 10 gezeigt,
bei welcher der verschiebbar geführte Druckblock 59 gegen den Schlauch 14 mittels einer Daumenschraube 63 angedrückt
wird, die in den feststehenden Block 57 eingeschraubt und in eine Bohrung 64 im Block 59 eingesetzt ist. Eine Stellschraube
65 verbindet die Daumenschraube 63 mit dem Block 59 unter Ermöglichung einer Axialbewegung bei Verhinderung einer
Dre hbewe gungβ
Obgleich die Strömungs-Drosseleinrichtung lediglich einen feststehenden Druckblock aufzuweisen braucht, gegen den sich
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ein feststehender Stößel abstützt, ergeben sich beträchtliche Vorteile mit einem federbelasteten Stößel» Eine solche Federbelastung
vermeidet die Notwendigkeit für eine Einstellung bzw. Regulierung der Strömungsdrosselung zur Anpassung an
unterschiedliche Strömungsmengen und unterschiedliche Schlauchgrößen. Außerdem kann der Schlauch bei Anwendung eines federbelasteten
Stößels vollständig abgesperrt werden, falls die Pumpe keinen Druck liefert, so daß bei einem Ausfall oder
einem unbeabsichtigten Abstellen der Pumpe der Stößel die Schlauchleitung vollständig abklemmt und einen unkontrollierten
Fallstrom zum Patienten verhindert. Außerdem unterstützt die Federbelastung die Aufrechterhaltung eines konstanten
stromauf sei tigen Drucks in der Schlauchleitung bei der Trennung
der stromabseitigen Rolle vom Schlauch.
Aufgrund der Fähigkeit peristaltischer Pumpen, vergleichsweise
große Förderdrücke zu erzeugen, kann durch den Stößel der Strömungs-Drosseleinrichtung eine ziemlich große Kraft
auf den Schlauch 14 ausgeübt werden, um dadurch zu gewährleisten, daß die Leitung bei Nichtanliegen eines Drucks von
der Pumpe vollständig abgeklemmt wird» Bei einer bereits erfolgreich
eingesetzten Ausführungsform der Erfindung unter
Verwendung einer peristaltischen Kreiselpumpe wurde Vinylschlauchmaterial
mit einer Wanddicke von 0,56 mm und einem lichten Durchmesser von 2,54 mm einem Druck von 7,0 kg/ca bzw.45,4
unterworfen. ^
Vor der Inbetriebnahme wird die Peristaltik-Pumpe geöffnet,
und die Schlauchleitung der Lösungs-Infusionsvorrichtung wird vom Vorratsbehälter über die Pumpe und die Strömungs-Drosseleinrichtung
zum Patienten geführt. Sodann wird die Pumpe in Betrieb gesetzt, bis die Schlauchleitung mit Flüssigkeit gefüllt
ist« Hierauf wird die Nadel in eine Vene oder Arterie eingeführt, und anschließend wird die Pumpe erneut in Betrieb
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gesetzt, um die kontrollierte Infusion der Flüssigkeit in den Patienten einzuleiten. Die Infusionsmenge wird mittels
der an der Pumpenanordnung vorgesehenen Regelelemente eingestellt· Die Infusionsvorrichtung kann jedoch auch vor dem
Einsetzen des Schlauches in die Pumpe durch Zufuhr unter Schwerkrafteinfluß vorgefüllt werden, wobei/Verbindung zum
Patienten nach oder unmittelbar vor dem Einsetzen der Schlauchleitung in die Pumpe vorgenommen wird. In jedem Fall erzeugt
die durch die Strömungs-Drosseleinrichtung, welche der Pumpen·*
station nachgeschaltet ist, bewirkte Verengung des Schlauchquerschnitts einen Gegendruck, gegen den die Pumpe arbeiten
muß. Hierdurch wird die Abscheidung von in der Flüssigkeit gelösten Gasen verhindert, wenn sich Temperatur und/oder Druck
der Flüssigkeit aufgrund des Pumpenbetriebs ändern· Durch die Strömungsdrosselung bzw« Querschnittsverminderung wird
auch ein unter Schwerkrafteinfluß erfolgender freier Strom
der Flüssigkeit durch die Vorrichtung beim NicHtanliegen von
Förderdruck verhindert.
Die erfindungsgemäß vorgesehene, der Pumpe nachgeschaltete
Strömungs-Drosselstufe läßt sich noch vorteilhafter dann anwenden, wenn der Rotor eine kleinere Zahl von Druckrollen besitzt, beispielsweise bei der mit vier Rollen arbeitenden
Ausführungsform gemäß den Fig. 11 bis 15·
Bei dieser Ausführungsform weist die Peristaltik-Pumpe einen
Rotor 70 mit vier um seinen Umfang herum auf gleiche Abstände verteilten Druckrollen 71 auf. Die Druckrollen sind jeweils
auf einer Welle 72 frei drehbar angeordnet, und jede Welle wird von einem Schieber bzw. Gleitstück 73 (Fig. 14) getragen, wobei sie durch einen Radialschlitz 74 auf eine Radialbewegung beschränkt ist0 Jedes Gleitstück 73 ist in einer
radial angeordneten Hülse 75 geradlinig bewegbar geführt und durch eine in der Hülse angeordnete Schraubenfeder 76 radial
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nach außen vorbelastet. Die Feder sitzt mit ihrem einen Ende in einer Ausnehmung 77 im Gleitstück, während sie sich mit
ihrem anderen Ende in einer in der Nabe des Rotors ausgebildeten Ausnehmung 78 abstützt.
Die Pumpe weist außerdem eine Druckplatte 80 mit einer gekrümmten Arbeitsfläche 81 auf, deren Form praktisch dem Umfang
des Pumpenrotors 70 angepaßt ist und welche so angeordnet ist, daß sie den Schlauch 14 zumindest um den zwischen zwei einander
benachbarten Rollen befindlichen Abschnitt des Rotorumfangs herum in Andruckberührung mit einem Teil der Rollen 71 bringt.
Bei der mit vier Druckrollen arbeitenden Aus fUhrungs form muß sich ein Stück der Schlauchleitung 14 über zumindest 90° um
den Rotorumfang herum erstrecken. Die Druckplatte kann durch Bewegung eines Hebels 82, der in einem im Pumpenrahmen vorgesehenen
lotrechten Schlitz 83 geführt ist, zur Erleichterung des Einbaus und Ausbaus des Schlauchsegments 14 auf den Rotor
70 zu und von diesem hinweg verschoben werden. Diese Hebelbewegung wird durch eine vom Hebel 82 getragene, in einen in
Querrichtung zunehmend abweichenden Schlitz 84 der Druckplatte eingreifende Kurve in eine Querverschiebung der Druckplatte
umgewandelt. Wenn sich der Hebel 82 gemäß Fig. 14 la seiner unteren Stellung befindet, ist die Druckplatte gegen die Rolle
70 verschoben, so daß ihre Arbeitsfläche 81 so nahe am Rotorumfang lje gt, daß der Schlauch 14 durch die Rollen vollständig
zusammengedrückt wird. In dieser Stellung wird die Druckplatte selbstverständlich gesichert und gegenüber dem Rotor
lagenfest gehalten. Da die Rollen 71 Jeweils einzeln in Berührung mit dem Schlauchsegment vorbelastet sind, ist der
angelegte Druck unabhängig von der Stellung der Rolle sowie der Zahl der am Schlauchsegment angreifenden Rollen.
Wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen T#rlluft
der Schlauch 14 hinter der Peristaltik-Pumpe zwischen einer
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Lichtquelle 20 und einem Photodetektor 21 hindurch, die gemeinsam einen Gas- bzw· Blasendetektor bilden77zu einer Strömungs-Drosseleinrichtung. Letztere enthält einen Druckblock
86 und einen verschieblich geführten Strömungs-Drosselstößel
87· Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung weist das am Schlauch 14 angreifende Ende des Stößels 87 einen im wesentlichen L-förmigen Kopfteil 88 auf, der eine keilförmige Arbeitsfläche 90 und eine flache Steuer- bzw, Regelfläche 91
bildet. Der Stößel 87 umfaßt einen Schaftteil 92, der in einem Lagerblock 93 verschieblich geführt ist und welcher
sich durch das Innere einer Schraubendruckfeder 94 hindurch erstreckt, die zur Vorbelastung des Kopfteils 88 in Berührung
mit dem Schlauchmaterial 14 vorgesehen ist.
Die Arbeitsfläche 90 liegt praktisch senkrecht zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit in der Schlauchleitung 14 an deren
Seitenwand an, während die Schlauchleitung gegen den Druckblock 86 angedrückt wird, Infolgedessen wird der Innenquerschnitt der Schlauchleitung am Berührungspunkt verringert,
und zwischen dem Angriffspunkt der Rolle 71a (Fig. 14) der Pumpe sowie dem Angriffspunkt der Arbeitsfläche 90 bildet sich
ein der Pumpe nachgeschaltetes Leitungssegment 95· Wie erwähnt, wird durch das Abklemmen der Leitung der Druck im Segment 95 erhöht und dadurch ein Abscheiden von in der Flüssigkeit gelösten Gasen innerhalb dieses Segments verhindert.
Da die vier vorhandenen Rollen 71 um den Umfang des Rotors 70 herum jeweils in einem Abstand voneinander angeordnet sind,
der geringfügig kleiner ist als der vom Schlauchsegment 14 umschlossene Abschnitt des Rotorumfangs, wird gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung praktisch das gesamte Schlauchsegment stromab der eine Flüssigkeitsförderung bewirkenden Rolle
71a (Fig. 14) dem Gegendruck unterworfen. Hierdurch wird ein optimaler Pumpenbetrieb gewährleistet, weil der Gegendruck
über die Gesamtlänge des Schlauchstücks, auf welches die Pumpen-
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rollen einwirken, vorhanden ist, so daß eine Abscheidung von Gas in den getrennten Schlauchabschnitten verhindert wird,
wie sie anderenfalls auftreten würde, wenn ein größerer Teil des Rotorumfangs und eine entsprechend größere Zahl von Rollen
mit der Schlauchleitung in Andruckberührung stehen würden. Außerdem werden hierdurch Ungenauigkeiten in der Dosierung
bzw. Zumessung vermieden, die sich daraus ergeben könnten, daß vom Druck beaufschlagte Abschnitte des Schlauchsegments
nach dem Angriff der Rollen keiner Rückformkraft unterworfen werden, weil diese getrennten Schlauchabschnitte aufgrund
eines Kaltflusses sowie anderer, von Ermüdung, Zeit und Temperatur abhängender Erscheinungen während einer bestimmten
Zeit nicht in den vollständig unverpreßten Zustand zurückkehren können.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung erstreckt sich die Steuerfläche 91 des Stößels 87 praktisch parallel zur
FlUssigkeitsströmungsrichtung, und diese Fläche ist erheblich größer als die Arbeitsfläche 90. Die vergleichsweise große
Oberfläche der Steuerfläche 91 läßt den Stößel im Betrieb der Pumpe empfindlicher auf die im Inneren der Schlauchleitung
herrschenden Drücke ansprechen, so daß die Feder 94 einen
höheren Druck ausüben kann, um die Schlauchleitung bei nicht in Betrieb befindlicher Pumpe vollständig zu verschließen,
ohne die Fähigkeit der Drosseleinrichtung, die Schlauchleitung auch bei niedrigen Arbeitsdrücken zu öffnen, zu beeinträchtigen.
Infolgedessen gewährleistet die erfindungsgemäße Pumpe bei Verwendung von Schlauchmaterial aus Vinyl und anderen
thermoplastischen Stoffen eine verbesserte Betriebsleistung.
Als spezielles Beispiel für die durch Verwendung der Steuerfläche erzielbare verbesserte Betriebsleistung im Fall eines
Vinylschlauchs mit einer lichten Weite von 2,54 mm und einer
Wanddicke von 0,51 mm, der durch einen Stößel mit einer Feder-
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kraft von 1,6 kg und einer effektiven Arbeitsfläche von
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0,09 cm abgesperrt wird, müßte durch die Pumpe ein Druck von
bis zu 17*6 kg/cm zum öffnen des Verschlusses erzeugt werden.
Bei Verwendung einer Steuerfläche mit einer effektiven Schlauch andruckfläche von 0,27 cm ist dagegen zum Offnen des Stößels
bzw. zur Aufhebung des Verschlusses der Schlauchleitung nur ein Druck von 5,84 kg/cm erforderlich«
Zur Erleichterung des Einlegens und Herausnehmens der Schlauchleitung 14 kann der Stößel 87 in einen Offenzustand gebracht
werden, indem durch die Bedienungsperson ein am freien Ende des Schafts 92 angelenkter Hebel 96 betätigt wird. In der
Offenstellung des Stößels gemäß Fig. 11 befindet sich der Hebel 96 in einer übermittigen bzw. Einraststellung gegenüber
dem Schaft, wodurch der Strömungs-Drosselstößel in der Offenstellung arretiert ist. In der Schließstellung gemäß Fig. 14
ist der Hebel 96 unter Ermöglichung einer freien Bewegung des Schafts in seine Freigabestellung zurückgestellt. Eine
am Hebel vorgesehene Kurvenfläche 97 wirkt mit einer Kurvenfläche 98 an der Druckplatte 80 zusammen, um den Stößel 87
beim Schließen der Druckplatte automatisch in seine Andruckstellung zu bringen.
In der Schließ- bzw. Andruckstellung ist die von der Feder 94 ausgeübte Kraft groß genug, um die Schlauchleitung 40 bei
Nichtanliegen eines Drucks von der Pumpe gemäß Fig. 12a vollständig zusammenzudrücken. Im Betrieb wird jedoch im Inneren
der Schlauchleitung genügend Druck erzeugt, um den Schlauch gemäß Fig. 12b zumindest teilweise zu öffnen. Dieser, im gesamten Schlauchsegment 95 herrschende Druck verhindert plötzliche Druckänderungen der Flüssigkeit, die anderenfalls im Segment auftreten würden, wenn sich die stromabseitige Rolle
(Rolle 71b gemäß Fig. 14) von der Schlauchleitung trennt.
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Οι?
Wie am besten axis Fig. 13 ersichtlich ist, weist der Kopfteil
88 des Stößels 87 vorteilhaft ein Leitelement 99 auf, welches ein Abrutschen des Schlauchsegments 14 verhindert.
Obgleich vorstehend spezielle Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben sind, sind dem Fachmann ersichtlicherweise
zahlreiche Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß vom Rahmen und Grundgedanken der Erfindung abgewichen
wird.
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