DE3104874C2 - Verfahren zum Erfassen von Okklusionen in einem Fluid-Infusionsrohr einer peristaltischen Fluid-Infusionspumpe und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Erfassen von Okklusionen in einem Fluid-Infusionsrohr einer peristaltischen Fluid-Infusionspumpe und Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Abstract
Eine Änderung in dem Innendruck des Fluid-Infusionsrohrs (16, 39) einer peristaltischen Fluid-Infusionspumpe (11) aufgrund einer Okklusion (Verstopfung) in dem Fluid-Infusionsrohr (16, 39) wird über eine Änderung des Durchmessers des Fluid-Infusionsrohrs (16, 39) erfaßt. Die Okklusion wird durch Erfassen der Änderung des Abstandes zwischen den sich gegenüberliegenden Wandabschnitten des Rohrs (16, 39) erfaßt.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erfassen von Okklusionen (Verstopfungen) in einem
Fluid-Infusionsrohr und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei einer mittels einer Fluid-infusionspumpe durchgeführten
Infusion werden beim Auftreten einer Okklusion im Infusionsrohr nicht nur eine sanfte Infusion gestört,
sondern es wird auch die Dosierung der Infusion verändert, und darüber hinaus sind auch Beschädigungen
der Fluid-infusionspumpe dann nicht auszuschließen, wenn Okklusionen an der Auslaßseite der Infusionspumpe
auftreten, weil in einem solchen Fall der Druck im Infusionsrohr aufgrund des Förderdrucks der
Infusionspumpe steigt und eine solche Höhe annehmen kann, bei der das Infusionsrohr gedehnt wird oder auch
platzt.
Man ist deshalb dazu übergegangen, die Infusionsströmung zu überwachen. Bei einem in der DE-OS
27 03 163 beschriebenen Infusionsverfahren und einer in dieser Druckschrift ebenfalls beschriebenen und dargestellten
Vorrichtung zur Durchführung einer Infusion wird die Infusionsströ/nung in einem transparenten Infusionsrohr
mittels einer Fotozelle zum Zweck der Feststellung von Gasblasen in der Infusionsströmung überwacht.
Diese bekannten Maßnahmen sind deshalb unbefriedigend, weil sie zum einen auf optischer Überwachung
beruhen und deshalb entweder auf transparente Infusionsrohre und/oder transparente lnfusionsflüssigkciten
beschränkt sind, und zum anderen Okkiusionen im Sinne von Verstopfungen des Infusionsrohrs kaum feststellbar
sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erfassen von Okklusionen in einem Fluidfnfusionsrohr
einer peristaltischen Fluid-Infusionspumpe zu finden, mit dem Okklusionen in einem Infusionsstrom unabhängig von der optischen Beschaffenheil des
infusionsrohrs und der Infusionsflüssigkeit auf einfache Weise und sichel ermittelt werden können.
Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine preiswerte und funktionssichere Vorrich-
timg zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
Die der Erfindung jeweils zugrunde liegende Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs
1 bzw. 2 gelöst
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Okklusion
im Infusionsrohr aufgrund der Druckveränderung ermittelt, die sich beim Vorhandensein einer Okklusion
automatisch einstellt. Erfindungsgemäß wird an Wandabschnitten des Infusionsrohrs an der Einlaßseite und
der Auslaßseite der Infusionspumpe ein vorbestimmbarer Referenzdruck ausgeübt, dessen Summenwert mit
dem Summenwert des Gegendrucks des geförderten Fluids verglichen wird, wobei bei einem vorbestimmten
Differenzwert, der beim Vorhandensein einer Okklusion auftritt, eine Meldung über das Vorliegen der Okklusion
abgegeben wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren erweist sich als einfach
und funktionssicher, weil die bei einer Okklusion auftretenden Druckveränderungen im Infusionsrohr
zum einen sichere Kriterien des Vorhandenseins einer Okklusion vorgeben und zum anderen eine einfache und
genaue Erfassung dieser Anzeige gestatten. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die Druckverhältnisse
im Infusionsrohr an der Einlaßseite und an der Auslaßseite der Infusionspumpe fortlaufend ermittelt. Hierdurch
können auf einfache Weise nicht nur Okklusionen festgestellt werden, die an der Auslaßseite der Infusionspumpe
entstehen und aufgrund des Förderdrucks in der Infusionspumpe zu einer Druckerhöhung führen,
sondern auch Okklusionen, die an der Einlaßseite der Infusionspumpe auftreten und im Bereich der Infusionspumpe
zu einer Druckverminderung führen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein quer zum Infusionsrohr bewegliches Glied auf, das an der
Einlaßscite und an der Auslaßseite der Infusionspumpe mit Druckstempeln den bestimmten Referenzdruck auf
Wandabschnitte des Infusionsrohrs ausübt, und zwar auf Wandabschnitte, die stationären, am Infusionsrohr
anliegenden Druckstempeln gegenüberliegen. Mit einer solchen Am rdnung läßt sich der Differenzwert zwischen
dem Sumrnendruck des sich im Infusionsrohr aufbauenden Gegendrucks und dem Referenzdruck an Einlaß-
und Auslaßseite als Verstellmaß des beweglichen Gliedes leicht ermitteln. Wenn dieser Differenzwert einen
vorbestimmten Betrag überschreitet, wird die Meldung über das Vorliegen einer Okilusion abgegeben.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung erweist sich sowohl gegenständlich als auch funktionell als sehr einfach
und auch funktionsgenau. Die Funktionsgenauigkeit ist abhängig von der Kraft, mit der das bewegliche Glied
verschoben wird. Diese Kraft läßt sich durch entsprechende Be-.nessung der Wandabschnitte an eine erforderliche
Größe anpassen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den weiteren Unteransprüchen
beschrieben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand in der Zeichnung
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es /eigen
Fig. 1 in Seitenansicht eine peristaltische Fluid-Infusions-Pumpe
mit einer Vorrichtung zum Erfassen einer Okklusion in der peristaltischen Fluid-Infusionspumpe
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig.2 im Schnitt die peristaltische Pumpe gemäß Fig.l;
F i g. 3 den Schnitt 3-3 der Pumpe gemäß F i g. 2;
Fig.4 in Aufsicht einen exzentrischen Fluid-Infusions-Nocken
der Pumpe;
Fig.5 mehrere übereinander angeordnete exzentrische
Fluid-Infusions-Nocken;
F i g. 6 in Aufsicht einen exzentrischen Pulsationskorrektur-Nocken;
F i g. 7 eine Darstellung der übereinander angeordneten Beziehung der exzentrischen Fluid-Infusions-Nokken
und der exzentrischen Pulsationskorrektur-Nokken;
F i g. 8 eine Darstellung des Pulsationsverlaufei, des
Infusionsfluids, das durch die Fluid-Infusionsfinger gefördert
wird;
F i g. 9 eine Ansicht des Pulsationsverlaufes mit Geis genphase der durch die Pulsationskorrekturfinger erreicht
wird;
Fig. 10 in Seitenansicht die Vorrichtung zum Erfassen
der Okklusion;
F i g. 11 ein Schaltbild der Vorrichtung zum Erfassen
der Okklusion;
Fig. 12 in Aufsicht den Fluid-InL-iions-Nocken gemäß
einer Weiterbildung der Erfindung;
Fig. 13 eine Darstellung zur Erläuterung des Meßverfahrens
zur Bestimmung der Pulsationskorrsktur-Nocken;
Fig. 14 eine Darstellung des zusammengedrückten Zustandes des Rohrs,
F i g. 15 in Seitenansicht eine Vorrichtung zum Erfassen
der Okklusionen mit einer peristaltischen Rollenpumpe.
F i g. 1 zeigt eine Vorrichtung zum Erfassen von Okklusionen, die bei einer peristaltischen Fingerpumpe 11
vorgesehen ist. Die Fingerpumpe 11 weist eine Druckplatte
14 auf, die von einer Basisplatte 12 mittels einer Feder 13 getragen ist, sowie mehrere Finger 15i —15|2.
die dieser Druckplatte 14 gegenüberliegend angeordnet sind. Eine Leitung oder ein Rohr 16 aus weichem Vinylchlorid
mit 2,5 mm Innendurchmesser und 4,0 mm Außendurchmesser ist zwischen diesen Fingern 15| —15|2
und der Druckplatte 14 angeordnet Ein Fluid, wie ein Ar?neimittel innerhalb des Rohrs 16 wird durch die Finger
15i —15i2 gefördert, die sequentiell das Rohr 16
drücken. Stationäre Stempel 17 und 18 gleicher Form sind symmetrisch an dem Einlaßabschnitt bz\y. der Einlaßöffnung
und dem Auslaßabschnitt oder der Auslaßöffnung der peristaltischen Fingerpumpe 11 angeordnet.
Ein bewegliches Glied 19, folgend mit Erfassungsglied bezeichnet, der Vorrichtung zum Erfassen der Okklusion
ist zum Zusammendrücken des Rohrs 16 mit vorgegebenem Druck an der Einlaßöffnung und der
Auslaßöffnung der Fingerpumpe 11 in Zusammenwirkung mit den stationären Stempeln 17 und 18 vorgesehen.
Dieses bewegliche Hrfassungsglied 19 besitzt einen Drehpunkt 20 an einem Mittelpunkt zwischen den stationären
Stempeln 17 und 18 derart, daß das bewegliche Erfassungsglied 19 um diesen Drehpunkt 26 schwenkbar
und das Rohr 16 durch Druckstempel 19a und \9b zusammendrückbar ist, die den stationären Stempein 17
und 18 gegenüber'regen. Ein Detektor 21 zum Erfassen einer Verschiebung des Erfassungsglieds 19 ist mit dem
Erfassungsglied 19 gekoppelt.
• Wie sich aus F ig. 2 ergibt, sindrechtecIfförTnjge Nokkehöffnungen
116| — ί 16j2 in den Fingern 15j— 15|2 gebildet,
die sich — wie noch beschrieben wird — in Fluid-Infüsions-Finger
15, „bis 15·ο und Pulsätiönskorrektur-Finger
lün und 15|2 aufteilen. Exzentrische Nocken
117i—117|2,die sich in Fluid-Infusions-Nocken 117| bis
117io und Pulsationskorrektur-Nocken 1l7n und 1!7|2
aufteilen, sind jeweils in diesen Nockenöffnungen 116| —116|2 aufgenommen. Fig.3 ist eine Schnittansicht
längs der Linie 3-3 in Fi g. 2. Jeder der Fluid-Infusions-Nocken
117| —117)0 hat eine kreisförmige Nokkenfläche
117a und eine Wellenöffnung 1176 wie in F i g. 4 dargestellt und ist auf einer Welle 118 unter Verschiebung
um einen vorgegebenen Winkel von beispielsweise 36° gegeneinander, vergl. F i g. 5, befestigt.
Die Pulsationskorrektur-Nocken 117n und 117|2, die in
den Pulsationskorrektur-Fingern 15n und 15u aufgencföhmen
sind, besitzen Nockenflächen wie gemäß F i g. 6, die entsprechend einem weiter unten erläuterten
Verfahren bestimmt sind, und sie sind auf der Welle 118
befestigt. Die Hübe der Pulsationskorrektur-Nocken 117ii und 117|2 sind kurzer bemessen als diejenigen der
Fluid-Infusions-Nocken 117| —117|0. Eine flache Nokkenfläche
119 ist auf der Seite des kürzesten Hubes vorgesehen. Die relativen Lagen der Fluid-Infusions-Nocken
U7| bis 117io, hier des Fluid-Infusions-Nockens
117io, und der Pulsationskorrektur-Nocken 117u sowie
117|2 sind in Fig.7 dargestellt. Gemäß Fig.7 ist der
Punkt des maximalen Hubes des Fluid-Infusions-Nokkens
117io mit X, der Punkt des kürzesten Hubes, d.h.,
der untere Totpunkt der Pulsationskorrektur-Nocken 117ii und 117i2 mit Y, der Punkt des maximalen Hubes,
d. h„ der obere Totpunkt der Pulsationskorrektur-Nokken
117|, und 1 ί 7,2 mit Zund der Mittelpunkt der Welle
mit O definiert. Es ist vorteilhaft, wenn der Winkel XOY
55° und der Winkel XOZ 105,4° betragen.
Das Rohr 16 z. B, mit einem Innendurchmesser von
2,5 mm und einem Außendurchmesser von 4,0 mm, ist zwischen den Fingern 15i — 15i2 und der Druckplatte 14
eingeklemmt. Die Druckplatte 14 drückt das Rohr 16 in Richtung auf die Finger 15| —15|2 durch die Vorspannkraft
der Feder 13 derart, daß das Rohr 16 konstant von einigen der Finger 15i — 15u geschlossen wird. Wenn
die Welle 118 und die Nocken 117| —117|2 simultan sich
drehen, führen die Finger 15i —15i2 eine Bewegung im
Sinne einer Peristaltik für das Rohr 16 aus. Daher verschieben die Fluid-Infusions-Finger 15| —15io sequentiell
Schließungspunkte des Rohrs 16, und das Fluid innerhalb des Rohrs 16 wird auf diese Weise von der
Einlaßöffnung 122 bis zur Auslaßöffnung 123 gefördert
Wenn das Fluid durch die Fluid-Infusions-Finger 15j — 15jo gefördert bzw. geführt wird, ändert sich die
Strömungsgeschwindigkeit des Fluids für die Fluid-Infusions-Nocken 117| — 117io, wodurch Pulsationen verursacht
werden (vergl. F i g. 8). Wenn Pulsationen, die diesen Pulsationen entgegengesetzt sind, d. h„ Pulsationen
mit Gegenphase gebildet werden (Fig.9), löschen die Verläufe dieser Pulsationen einander aus, so daß ein
konstanter Fluidinfusions-Verlauf erhalten werden kann. Gemäß der Erfindung werden die gegenphasigen
Pulsationen durch die Pulsationskorrektur-Nocken 15n und 15i2 erzeugt Wenn die Strömungsgeschwindigkeit
kleiner wird bei dem Fluidinfusions-Verlauf gemäß F i g. 8, der durch die Fiuid-Infusionsfinger 15i—15io erzeugt
wird, drücken die Pulsationskorrektur-Finger 15 n
und 15i2 das Rohr 16 zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit
an der Auslaßöffnung 123 um ein Maß zusammen, das dem Volumen des zusammengedrückten
bzw. zusammengequetschten Rohrs entspricht In diesem Fall drückt der obere Totpunkt Z der Pulsationskorrektur-Nocken
117n und 117i2 die Pulsationskorrektur-Fmger
15n und 15r2- Wenn die Strömungsgeschwindigkeit
bei dem Fiuidinfusions-Verlauf groß wird, werden die Pulsationskorrektur-Finger 15i ι und 15i2 allmählich
von dem Rohr 16 weggezogen bzw. entfernt Die Korrekturnocken 117n und 117|2 drehen sich derart,
daß die Lage des oberen Totpunktes Z verschoben wird und durch den unteren Totpunkt Y ersetzt wird.
Wenn die Pulsationskorrektur-Finger 15n und 15υ
weggezogen bzw. entfernt sind, nimmt das Rohr 16 aufgrund seiner Elastizität die ursprüngliche Form wieder
ein, wodurch die Menge des Fluids verringert wird, die von der Auslaßöffnung 123 abgegeben wird. Die Strömungsgeschwindigkeit
des Infusionsfluids, das von der
ίο .Auslaßöffnung 123 abgegeben wird, wird konstant gehalten
durch das Durchführen der Kompression und der Expansion des Rohrs 16 an der Auslaßöffnung J23 gemäß
dem Fluidinfusions-Verlauf.
Wenn die Fluidinfusion auf diese Weise normal durchgeführt wird, erhalten die Druckstempel 19a und 196 an beiden Enden des beweglichen Erfassungsglieds 19 gleichermaßen den Summendruck des Rückstelldrucks des Rohrs 16 und des Innendrucks des Rohrs 16. Deshalb wird das bewegliche Erfassungsglied 19 in der normalen ungeneigten Lage gehalten. Wenn eine Okklusion auftritt, beispielsweise an der Auslaßöffnung 123 der Pumpe 11 bei dieser Bedingung, wird der Innendruck des Rohrs 16 an der Auslaßöffnung 123 so erhöht, daß Druckstempel 19/? an dieser Seite von dem stationären Stempel 18 weggedrückt wird. Als Ergebnis wird das bewegliche Erfassungsglied 19 im Uhrzeigersinn um den Drehpunkt 20 geschwenkt und drückt den Druckstempel 19·> an der Einlaßöffnung 122 das Rohr 16 in Richtung auf den stationären Druckstempel 17. Die Schwenkbewegung des beweglichen Erfassungsglieds 19, d. h„ die Verschiebung aus der normalen Lage, wird mittels eines Detektors 21 erfaßt. Aufgrund dieser Wegmessung wird die Bildung der Okklusion mittels einer Alarmeinrichtung, wie eines Summers, signalisiert.
Wenn die Fluidinfusion auf diese Weise normal durchgeführt wird, erhalten die Druckstempel 19a und 196 an beiden Enden des beweglichen Erfassungsglieds 19 gleichermaßen den Summendruck des Rückstelldrucks des Rohrs 16 und des Innendrucks des Rohrs 16. Deshalb wird das bewegliche Erfassungsglied 19 in der normalen ungeneigten Lage gehalten. Wenn eine Okklusion auftritt, beispielsweise an der Auslaßöffnung 123 der Pumpe 11 bei dieser Bedingung, wird der Innendruck des Rohrs 16 an der Auslaßöffnung 123 so erhöht, daß Druckstempel 19/? an dieser Seite von dem stationären Stempel 18 weggedrückt wird. Als Ergebnis wird das bewegliche Erfassungsglied 19 im Uhrzeigersinn um den Drehpunkt 20 geschwenkt und drückt den Druckstempel 19·> an der Einlaßöffnung 122 das Rohr 16 in Richtung auf den stationären Druckstempel 17. Die Schwenkbewegung des beweglichen Erfassungsglieds 19, d. h„ die Verschiebung aus der normalen Lage, wird mittels eines Detektors 21 erfaßt. Aufgrund dieser Wegmessung wird die Bildung der Okklusion mittels einer Alarmeinrichtung, wie eines Summers, signalisiert.
Die obige Beschreibung betrifft einen Fall, bei dem die Okklusion an der Auslaßöffnung 123 gebildet wird.
Da das Fluid oder das Arzneimittel nicht gefördert wird, wenn die Okklusion an der Einlaßöffnung i22 gebildet
ist, wird der Innendruck des Rohrs 16 an der Einlaßöffnung 122 verringert Dann wird das Erfassungsglied 19
im Uhrzeigersinn wie bei dem obigen Fall verschwenkt, derart daß der Druckstempel 19a das Rohr 16 in Richtung
auf den stationären Stempel 17 drückt. Auf diese Weise wird die Okklusion erfaßt
Die Erfassung der Okklusion kann auf diese Weise durchgeführt werden, wenn die Okklusion entweder an
der Einlaßöffnung 122 oder der Auslaßöffnung 123 auftritt Als Detektor 21 kann ein Verschiebungserfassungsglied,
wie ein Grenzschalter, ein Hall-Element, ein magnetisches Widerstandselement (Reluktanzelcmenl),
ein Dehnungsmeßstreifen oder verschiedenartige \nnähemngsfühler
an einem Ende des Erfassungsgliedes 19 angeordnet werden.
Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein magnetisches Widerstandselement als Detektorglied
verwendet wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein magnetisches Widerstandselement 22 an einem Ende
des Erfassungsglieds 19 befestigt, und es ist ein Magnet 23 nahe dem magnetischen Widerstandselement 22
beispielsweise auf einem Grundkörper angeordnet'. Das magnetische Widerstandselement 22 ist gemäß F i g. 11
mit einer Brückenschaltung 24 der Erfassungsschaltung als eines der darin angeschlossenen Widerstandselemente
verbunden. Fig. 10 zeigt einen Fail, bei dem ein
magnetisches Widerstandselement 22 verwendet ist Wenn magnetische Widerstandselemente für vier Seiten
der Brücke verwendet werden, ist die Erfassungsempfindlichkeit erhöht und werden nachteilige Wirkun-
gen aufgrund von Temperaturänderungen durch die sich gegenüberliegenden Seiten ausgelöscht, so daß ein
stabilerer Betrieb erwartet werden kann. Der Ausgang der BrückenschalUing 24 ist mit den beiden Eingängen
eines Operationsverstärkers 27 über Widerstände 25 bzw. 26 verbunden. Ein Eingang des Operationsverstärkers
27 ist mit dem Ausgang über einen Widerstand 28 verbuniisn, und der andere Eingang ist über einen Widerstand
29 geerdet! bzw. an Masse gelegt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 27 ist mit je einem Eingang
von Vergleichern 30 und 31 verbunden. Die anderen Eingänge dieser Vergleicher 30 und 31 sind mit dem
Ausgang eines D/A-Umsetzers 32 (Digital/Analog-Umsetzcr)
verbunden. Der Ausgang des Vergleichers 30 ist mit einem Flipflop 33 verbunden, dessen Ausgang mit
einem Zähler 34 verbunden ist. Der Ausgang des Zählers 34 ist mit dem D/A-Umsetzer 32 verbunden. Bei der
Schaltung gemäß F i g. 11 bilden der Vergleicher 30, das
Flipflon 33. der Zähler 34 und der D/A-Umsetzer 32 eine digitale Abtastspeicherschaltung. Diese Abtastspeicherschaltung
ist vorgesehen zum Speichern des Ausgangspegels des Operationsverstärkers 27, der in
dem Anfangszustand erhalten wird, d. h., bei dem Zustand, bei dem keine Druckänderung in dem in der Vorrichtung
zum Erfassen der Okklusion befestigten Rohrs 16 vorliegt, und dient auch zum Beseitigen von Einwirkungen
aufgrund unterschiedlicher Befestigungsverfahren für das Rohr 16. Der Vergleicher 31 ist so aufgebaut,
daß er bei einer Spannung invertiert wird, die höher ist als diejenige, bei der der Vergleicher 30 invertiert wird.
Der P ruck zum Erfassen der Okklusion kann beliebig durch Einstellen dieses Spannungspegels eingestellt
werden.
Wenn das Erfassungsglied 19 gemäß F i g. 10 verschoben wird, ändert sich der Widerstandswert des magnetischen
Widerstandselementes 22 abhängig von dieser Verschiebung. Die Änderung der Reluktanz bzw. des
Wertes des magnetischen Widerstandes wird durch die Brückenschaltung 24 gemäß Fig. 11 erfaßt. Das Ausgangssignal
von der Brückenschaltung 24 wird durch den Operationsverstärker 27 verstärkt und dem Verglcicher
31 zugeführt, in dem es mit einem Bezugssignal von der Abtastspeicherschaltung verglichen wird. Wenn
das Ausgangssignal auf einem höheren Pegel als das Bczugssignal ist, wird das Ausgangssignal des Vergleichcrs
31 invertiert. Das invertierte Ausgangssignal wird zum Betätigen bzw. Auslösen der Okklusions-Alarmeinrichtung
verwendet.
Wenn sich die Welle 118 unter der Bedingung dreht,
daß der Finger 15i das Rohr 16 unter Druck verschließt in Zusammenwirkung mit der Druckplatte 14 an dem
äußersten Ende der Einlaßöffnung 122 in der peristaltischen Fingerpumpe 11, wie das erläutert worden ist,
wird der Finger 15| entfernt und drückt anstelle dessen der Finger 152 das Rohr 16. Da die Dicke des Rohrs 16
konstant ist, bewegt sich die Druckplatte 14, wenn der erste Finger 15i weggezogen wird. Wenn der Finger 152
über das Vorderende des Fingers 15j fortschreitet, wird die Druckplatte 14 durch den Finger 152 zurückgedrückt.
Wenn sich die Welle 118 weiter dreht, ersetzt der Finger 153 den Finger 152, so daß der Finger 153 das
Rohr 16 durch Druck anstelle des Fingers 152 verschließt.
Die Druckplatte 14 bewegt sich vorwärts/rückwärts bei jedem Hub der Fluid-Infusions-Finger 15i bis
15io- Da es aufgrund verschiedenartiger Entwurfsbedingungen
für die Nocken schwierig ist, eine derartige Vorwärts/Rückwärts-Bewegung
der Druckplatte 14 mittels der Pulsationskorrektur-Finger 15n und 15i2, die durch
die Pulsationskorrektur-Nocken 117u und 117i2 angesteuert
bzw. angetrieben werden, zu beseitigen, ist es vorzuziehen, daß die Druckplatte 14 keiner derartigen
Vorwärts/Rückwärts^Bewegung unterliegt. Zu diesem Zweck weisen die Fluid-Infusions-Nocken 117| — 117io
eine bogenförmige Fläche 119a entsprechend einem Bogen um die Welle 118 auf (Fig. 12). Wenn Nocken mit
einer derartigen gekrümmten Fläche 119a verwendet werden, bilden die FIuid-lnfusions-Nocken 117| bis
117c, die auf der Welle 118 bei einer gegenseitigen Verschiebung
um 36° befestigt sind, an ihren Umfangen einen im wesentlichen vollständigen Kreis. Deshalb erfolgt
keine Hin- und Herbewegung, wenn die Fluid-Infusions-Nocken 117| — I17iodrehen.
Nachfolgend wird das Verfahren zum Erzeugen der Formen der Pulsationskorrektur-Nocken 117n und
117i2 anhand Fig. 13 erläutert, das auf Messungen beruht.
Gemäß diesem Verfahren wird die Welle 118 um eine Umdrehung gedreht, und es wird das Fluid in einer Menge zugeführt, die einer Umdrehung der Welle 118 der Pumpe entspricht. Das einem ultrafeinen Rohr 126 über einen Zylinder 125 zugeführte Fluid wird in Längeneinheiten gemessen, wobei diese Länge /in Segmente, beispielsweise π (100) Segmente unterteilt wird. Diese Länge In wird zu α definiert. Die Welle 118 wird auf den Winkel O eingestellt, und der Fluidpegel innerhalb des ultrafeinen Rohrs 126 wird auf einer Skala 127 auf 0 eingestellt. Unter dieser Bedingung wird die Welle 118 um 360°//? (100) gedreht und werden die Pulsationskorrektur-Finger 15ii und 15i2 in Vorwärts/Rückwärts-Richtung durch Einstellen eines Mikrometers 128 so verschoben, daß der Fluidpegel des ultrafeinen Rohrs 126 in eine Lage entsprechend der Länge auf der Skala 127 kommt. Der angezeigte Wert des Mikrometers 128 wird abgelesen, wenn der Fluidpegel in dem ultrafeinen Rohr 126 mit der Ablesung von λ auf der Skala 127 übereinstimmt. Der Kolben des Zylinders 525 wird anschließend bewegt, der Fluidpegel des ultrafeinen Rohrs
Gemäß diesem Verfahren wird die Welle 118 um eine Umdrehung gedreht, und es wird das Fluid in einer Menge zugeführt, die einer Umdrehung der Welle 118 der Pumpe entspricht. Das einem ultrafeinen Rohr 126 über einen Zylinder 125 zugeführte Fluid wird in Längeneinheiten gemessen, wobei diese Länge /in Segmente, beispielsweise π (100) Segmente unterteilt wird. Diese Länge In wird zu α definiert. Die Welle 118 wird auf den Winkel O eingestellt, und der Fluidpegel innerhalb des ultrafeinen Rohrs 126 wird auf einer Skala 127 auf 0 eingestellt. Unter dieser Bedingung wird die Welle 118 um 360°//? (100) gedreht und werden die Pulsationskorrektur-Finger 15ii und 15i2 in Vorwärts/Rückwärts-Richtung durch Einstellen eines Mikrometers 128 so verschoben, daß der Fluidpegel des ultrafeinen Rohrs 126 in eine Lage entsprechend der Länge auf der Skala 127 kommt. Der angezeigte Wert des Mikrometers 128 wird abgelesen, wenn der Fluidpegel in dem ultrafeinen Rohr 126 mit der Ablesung von λ auf der Skala 127 übereinstimmt. Der Kolben des Zylinders 525 wird anschließend bewegt, der Fluidpegel des ultrafeinen Rohrs
126 wird mit dem Wert 0 auf der Skala 127 in Übereinstimmung gebracht, und die Welle 118 wird wieder um
360° In (100) gedreht. Diese Vorgehensweise wird wiederholt,
bis die Welle 118 eine vollständige Umdrehung beendet hat. Die Bewegungen der Pulsationskorrektur-Finger
werden von den Mikrometermessungen erhalten, wenn die Welle 118 eine Umdrehung vollendet hat.
Die Pulsationskorrektur-Finger bzw. deren Nocken werden auf der Grundlage dieser Messungen bestimmt.
Das Verfahren zum Erhalten der Formen der Pulsationskorrektur-Nocken
mittels Berechnung wird im Folgenden erläutert. Wenn das Rohr in einer Richtung senkrecht zu seiner Achse zusammengedrückt bzw. zusammengequetscht
wird, ist der Querschnitt des zusammengedrückten Rohrs zunächst eine Ellipse, dann ein
außerordentlich zusammengedrückter Kreis und schließlich erhält er eine einem Brillengestell vergleichbare
Form, bevor das Rohr vollständig zusammengedrückt ist Die Form-Änderungen unterscheiden sich
abhängig von dem Werkstoff des Rohrs, dem Verhältnis der Wanddicke des Rohrs zu dessen Durchmesser und
dergleichen. Jedoch scheint die Grundtendenz die gleiche zu sein. Im Fall einer peristaltischen Fluid-Infusionsfingerpumpe
sind Änderungen in dem Volumen innerhalb des Rohrs, die durch Änderungen der Form des
Rohrs bestimmt sind, am größten, wenn der Querschnitt des Rohrs einem verlängerten Kreis entspricht. Es wird
daher angenommen, daß das Volumen des Rohrs sich annähernd mit der Querschnittsfläche des verlängerten
Kreises des Rohrs ändert.
Fig. 14 zeigt den kreisförmigen Querschnitt des Rohrs, bevor es durch die Finger zusammengedrückt
wird, überlagert zu dem Querschnitt eines leicht zusammengedrückten Kreises des Rohres. Die Querschnittsfläche des Rohrs vor dem Zusammendrücken ist So,
nämlich:
(8)
So
Aus F i g. 14 ergibt sich:
Aus F i g. 14 ergibt sich:
2R = a + 2r.
Daraus folgt:
Daraus folgt:
2b.
0) Die Strömungsgeschwindigkeit wird durch die Änderung im Volumen des Rohrs an der Auslaßöffnung der
Pumpe erhalten. Wenn dieser Finger an dem Schließungspunkt der /7-te Finger ist, ergibt sich das Volumen
des durch den Finger zusammengedrückten Rohrs zu:
10 -Σ
Af - ,;
1 - R cos Θ Κ
■)!
(9)
(2)
(3)
wobei & die Diirchrnessp.rverringernng HgS durch die
Finger zusammengedrückten Rohrs ist, und wobei b die Länge des horizontalen Teils des verlängerten Kreises
ist.
Die Querschnittsfläche des Rohrs nach dem Zusammendrücken sei Snämlich:
25
S = λτ2 + 2br. (4)
Durch Einsetzen der Gleichungen (2) und (3) in die Gleichung (4) ergibt sich:
30
2R-a
b — — πα,
35
40
wobei a durch den Winkel des Nockens und die Exzentrität bestimmt ist. Wenn der Hub des Fingers in Vorwärts/Rückwärts-Richtung
2R ist und angenommen wird, daß das Rohr seine kreisförmige Form zurückerhält,
wenn der Finger am weitesten zurückgezogen ist, ist die. Exzentrizität des exzentrischen Nockens R. Wenn
der Finger am meisten zurückgezogen ist, d. h. wenn der Winkel des exzentrischen Nockens 0° beträgt, ergibt
sich:
a = R- RCOS0,
(6)
wobei θ der Winkel des exentrischen Nockens ist Bei Einsetzen der Gleichung (6) in die Gleichung (5') ergibt
sich:
55
(R -R cos Θ \
-π ( 1.
-π ( 1.
(7)
60
Das Volumen ν des durch den Finger zusammengedrückten Rohrs wird durch Multiplizieren der Dicke t
des Fingers mit diesem Wert erreicht, vorausgesetzt, daß die Querschnittsfläche des Rohrs sich nicht längs
der Achse des Rohrs ändert Daraus folgt:
wobei θ — 36° beträgt, wenn zehn Finger vorgesehen
sind. Wenn der Wert von V durch Ändern von n von 1 — 10 erhalten wird oder durch weiteres Teilen von 36°
für einen kleineren Winkel, wird das Volumen des Rohrs für diesen Winkel erhalten. Die Strömungsgeschwindigkeit
pro Winkel kann auf diese Weise erhalten wurden durch Ermittlung Her Diffprpn7 Hpr Werte für V Ohwohl
die so erhaltene Strömungsgeschwindigkeit Pulsationen besitzt, sind die Bewegungen der Pulsationskorrektur-Nocken
und der -Finger zur Erzeugung entgegengesetzter Pulsationen berechnet.
Durch Verwenden der Pulsationskorrektur-Nocken, die gemäß den erläuterten Messungen oder Berechnungen
bestimmt sind, werden Pulsationen in der peristaltischen Fluid-Infusionsfingerpumpe verhindert, so daß eine
konstante Strömung, die für die Fluid-Infusion ideal
ist, erhalten werden kann. Da die Pulsationskorrektur-Nocken auch auf der Welle der Fluid-Infusions-Finger
der Fingerpumpe befestigt sind, kann die Anzahl der erforderlichen Teile verringert werden. Obwohl die vorliegende
Erfindung bei Anwendung auf eine peristaltische Fluid-Infusionsfingerpumpe erläutert worden ist,
kann die vorliegende Erfindung auch auf eine peristaltische Fluid-Infusionsrollenpumpe gemäß Fig. 15 angewendet
werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 15 ist ein Rohr 39 zwischen einem Stator 38 und einem Rotorkörper
37 mit zwei Rollen 36 angeordnet. Die Pumpwirkung wird durch Zusammendrücken des Rohrs 39 mit
den Rollen 36 erreicht, wenn sich der Rotorkörper 37 in Richtung des Pfeiles dreht Das sich von der Einlaßöffnung
zur Auslaßöffnung einer derartigen Rollenpumpe 40 erstreckende Rohr 39 besitzt eine Vorrichtung 41
zum Erfassen von Okklusionen. Diese Vorrichtung 41 weist zwei stationäre Stempel 42 und 43 und ein bewegliches
Erfassungsglied 44 auf, das vertikal beweglich zwischen diesen stationären Stempeln 42, 43 angeordnet
ist und das das Rohr 39 mit einem vorgegebenen Druck in Zusammenwirkung mit den stationären Stempeln
42, 43 drückt Bei einer solchen Anordnung wird, wenn eine Okklusion an der Einlaßöffnung gebildet
wird, der Innendruck des Rohrs 39 an der Einlaßöffnung verringert Wenn die Okklusion an der Auslaßöffnung
gebildet wird, wird der Innendruck des Rohrs 39 an der Auslaßöffnung erhöht Auf jeden Fall wird das Erfassungsglied
44 aus der normalen Lage nach oben verschoben. Deshalb kann, wenn ein Wegmesser an dem
Erfassungsglied 44 befestigt ist die Erfassung der Okklusion in einer ähnlichen Weise durchgeführt werden,
wie im Fall des vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiels. Weiter sind gemäß der Erfindung die Lagen und
die Formen der stationären Teile, das ErfassungEglied
ü.id die anderen Komponenten symmetrisch. Deshalb ändert sich, selbst wenn sich die Elastizität des Rohrs 39
an einer Seite aufgrund einer Temperaturänderung ändert, die Elastizität der anderen Seite in ähnlicher Weise,
11
so daß die Lage des Erfassungsgliodes 44 sich nicht verändert
bzw. dieses sich nicht bewegt. Selbst wenn das Rohr 39 einer schleichenden Formänderung unterliegt,
and sich die Rückstellkraft an einer Seite ändert, ändert sich diese in ähnlicher Weise an der anderen S'Jite, so
daß die Lage des Erfassungsglieds 44 nicht geändert wird.
Gemäß der Erfindung wird eine Okklusion an der Einlaßöffnung oder der Auslaßöffnung durch eine Erhöhung
oder Erniedrigung des Innendrucks des Rohrs 16, 39 erfaßt. Weiter bewegt sich das Erfassungsglied 19,44
in der gleichen Richtung, unabhängig, ob die Okklusion an der Einlaßöffnung oder der Auslaßöffnung gebildet
wird, so daß die Erfassung mit einem Verschiebungsdetektor durchgelührt werden kann. Es besteht keine Notwendigkeit,
die Glieder zum Erfassen der Okklusion innerhalb des Fluid-lnfusionssatzes für die Pumpe anzuordnen.
Dies löst keine Gefahr einer Kontamination bzw. Verunreinigung des Fluides oder des Arzneimittels
innerhalb des Rohrs an dem Teil für die Erfassung der Okklusion aut, da keine Berührung mit dem Fluid oder
dem Arzneimittel vorliegt. Eine üblicherweise verwendete Pumpe kann ebenso verwendet werden, wodurch
pumpenseitig keine zusätzlichen Kosten erforderlich sind. Weiter kann die Vorrichtung an jedem beliebigen
Teil des Rohrs befestigt werden. Das Rohr kann aus einem Werkstoff bestehen, das relativ geringe Elastizität
besitzt, wie Vinylchlorid. Das Fluid, das in dem Rohr einer Infusion unterworfen wird kann sowohl Blut als
ai.'ch ein flüssiges Arzneimittel sein.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
35
40
45
50
55
60
65
Claims (12)
1. Verfahren zum Erfassen von Okklusionen in
einem Fluid-Infusionsrohr einer peristaltischen
Fluid-Infusionspumpe, dadurch gekennzeichnet,
daß an Wandabschnitten des Fluid-Infusionsrohrs
(16; 39) an der Einlaßseite und der Auslaßseite der peristaltischen Infusionspumpe (Ii) jeweils ein Summendruck
aus einem auf den jeweiligen Wandabscnnitt ausgeübten vorbestimmten Referenzdruck
und dem jeweiligen Gegendruck des geförderten Fluids erfaßt wird,
daß die Differenz der beiden Summendrücke erfaßt wird, und daß bei Erfassen eines vorbestimmten
Wertes der Differenz eine Meldung über das Vorliegen einer Okklusion abgegeben wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung zwei stationäre Stempel (17,18; 42, 43) zur Auf- bzw. Anlage am Infusionsrohr (16;
39) an der Einlaß- bzw. Auslaßseite der Pumpe,
ein quer zum Infusionsrohr (16; 39) bewegliches Glied (19; 44) mit zwei den stationären Stempeln (17,
18; 42, 43) auf der anderen Seite des Infusionsrohrs (16; 39) gegenüberliegenden Daickstempeln (19a,
196/ die einen Druck auf das Infusionsrohr (16; 39)
ausüben, und
einen Detektor (21,22,23) zur Ermittlung der Bev/egung
des Gliedes (19; 44) beim Auftreten einer Okklusion im Infusionsrohr (16;39) aufweist.
3. Vorrichtung nach Aj.-spruct 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das bewegliche Glied (19) einen Drehpunkt (20) besitzt, um den die bein iseits vorgesehenen
Druckstempel (19a, i9b) in entgegengesetzte Richtungen verschwenkbar sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Infusionsrohr (16; 39) U-förmig
verläuft und daß das bewegliche Glied (19; 44) zwischen den nebeneinander angeordneten
Schenkeln des Infusionsrohrs (16; 39) angeordnet sowie durch ein einziges längliches starres Glied gebildet
ist, von dem die Druckstempel (19a, i9b) an entgegengesetzten Enden gegen die Schenkel des
Infusionsrohrs (16; 39) wegragen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstempel durch Endabschnitte
des beweglichen Glieds (44) gebildet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die stationären Stempel (42, 43) den Endabschnitten des beweglichen Glieds (44) jeweils
mit Abstand gegenüberliegen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (21) an
einjrn Ende des beweglichen Glieds (19; 44) befestigt
ist und einen Fühler zum Erfassen einer Lageänderung des beweglichen Glieds (19; 44) aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler durch einen nahe dem beweglichen
Glied (19; 44) angeordneten ortsfesten Annäherungsfühler gebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor ein magnetisches
Widerstandselement (22), das an einem Ende des beweglichen Glieds (19; 44) befestigt ist,
einen Magneten (23), der ortsfest nahe dem magnetischen Widerstandselement (22) angeordnet ist, eine
das magnetische Widerstandselement (22) einschließende Brückenschaltung (24), die ein dem magnetischen
Widerstand (Reluktanz) des magnetischen Widerstandselements (22) entsprechendes Ausgangssignal
abgibt, eine mit der Brückenschaltung (24) gekoppelte Abtastspeicherschaltung (31,32,33,
34), die den Anfangs-Ausgangspegel der Brückenschaltung (24) als Bezugssignal speichert, und einen
Vergleicher (30) aufweist, der das Bezugssignil mit
dem Ist-Ausgangssignai der Brückenschaltung (24) vergleicht
10. Vorrichtung nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Vergleichers (30)
mit einer Alarmeinrich?ung verbunden ist
11. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10 bei einer peristaltischen Finger-Infusionspumpe
mit mehreren Fingergliedern (15| bis 15io), die eine Peristaltik in dem Fluid-Infusionsrohr
(16) hervorrufen.
12. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10 bei einer peristaltischen Rollen-Infusionspumpe
mit einem Stator (38) und einem Rohr (37) mit zwei Rollen (36).
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