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Autonomes füllen einer mikrokassette unter minimalisieren der luftbläschenbildung in der pumpenkammer

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DE60111058T2
DE60111058T2 DE2001611058 DE60111058T DE60111058T2 DE 60111058 T2 DE60111058 T2 DE 60111058T2 DE 2001611058 DE2001611058 DE 2001611058 DE 60111058 T DE60111058 T DE 60111058T DE 60111058 T2 DE60111058 T2 DE 60111058T2
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DE
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D. Thomas CANUP
A. David KRAJEWSKI
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Hospira Inc Lake Forest
Hospira Inc
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Hospira Inc
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    • A61M2205/00General characteristics of the apparatus
    • A61M2205/12General characteristics of the apparatus with interchangeable cassettes forming partially or totally the fluid circuit

Description

  • [0001]
    Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum autonomen Vorfüllen einer Kassette, die in einem volumetrischen Verdrängungs-Infusionspumpen-System verwendet wird, und im speziellen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Minimierung der Ansammlung von Luftbläschen in der Kassette während des autonomen Vorfüllbetriebs.
  • Hintergrund der Erfindung
  • [0002]
    Verschiedene Arten von Pumpen werden von medizinischem Personal genutzt, um dem Körper eines Patienten Arzneimittel zu infundieren. Unter diesen werden Kassetten-Infusionspumpen häufig bevorzugt, da sie für eine genauer kontrollierte Geschwindigkeit und ein genauer kontrolliertes Volumen von Arzneimittel-Infusion sorgen als andere Arten von Infusionspumpen. Eine Kassettenpumpe verwendet typischerweise eine Einweg-Kunststoffkassette, gekoppelt in einer Flüssigkeitsleitung, die sich zwischen einem Arzneimittelbehälter und dem Körper des Patienten erstreckt. Die Kassette wird von einer Pumpe angetrieben, um Flüssigkeit aus dem Behälter durch die Flüssigkeitsleitung zu infundieren.
  • [0003]
    Bei einer Konstruktion einer Kassetten-Infusionspumpe aus dem Stand der Technik umfasst die Kassette eine Kunststoffschale oder ein Kunststoffgehäuse mit einem vorderen Abschnitt, der mit einem hinteren Abschnitt verbunden ist. Eine dünne Elastomerfolie oder -membran ist zwischen den zwei Abschnitten eingekapselt. Flüssigkeit fließt aus dem Behälter durch eine Einlassöffnung in eine Pumpenkammer, die zwischen der Elastomermembran und einer konkaven Vertiefung definiert ist, die im Gehäuse gebildet ist. Die Kassette wird in einen entsprechenden Behälter in einem Pumpen-Chassis eingesetzt, das typischerweise eine Mikroprozessorsteuerung und einen Motor oder solenoidgesteuerten Treiber einschließt. Ein Plunger, der vom Motor oder Solenoid im Pumpentreiber angetrieben wird, verdrängt die Elastomermembran in die Pumpenkammer, um Flüssigkeit unter Druck aus der Pumpenkammer durch eine Auslassöffnung zu drücken. Das Pumpen-Chassis liefert somit die Antriebskraft, die Flüssigkeit durch die Kassette pumpt. Die Mikroprozessorsteuerung ist programmierbar, um ein ausgewähltes Flüssigkeitsvolumen mit einer ausgewählten Strömungsgeschwindigkeit an den Patienten zu verabreichen. Zusätzlich schließt das Pumpen-Chassis normalerweise einen oder mehrere Drucksensoren und Luftblasensensoren zur Überwachung und Steuerung des Arzneimittel-Infusionsvorgangs ein, zum Schutz vor potentiellen Problemen, die während der Arzneimittelverabreichung auftreten können.
  • [0004]
    Viele Pumpensysteme aus dem Stand der Technik erfordern manuelle Vorfüll-Verfahren, wenn das System anfänglich mit dem Behälter oder der Flüssigkeitsversorgung verbunden ist, und dann wieder, wenn eine neue Flüssigkeitsversorgung angeschlossen wird oder wenn eine verbrauchte Flüssigkeitsversorgung ersetzt wird. Das Ziel des Vorfüllens eines Pumpensystems besteht darin, sicherzustellen, dass es korrekt funktioniert, und, noch wichtiger, sicherzustellen, dass Luftbläschen, die zu Beginn des Anschlusses an die Kassette in einer Flüssigkeitsleitung eingeschlossen sein können, nicht in die Blutbahn eines Patienten eintreten, da Luftbläschen potentiell schädliche Folgen haben können. Manuelle Vorfüll-Verfahren sind jedoch zeit- und arbeitsintensiv und müssen häufig von einem Arzt oder einer Krankenschwester durchgeführt werden, was dazu neigt, die Gesundheitskosten zu erhöhen. Autonome Vorfüllsysteme, wie zum Beispiel das System, das im U.S. Patent Nr. 5,496,273 beschrieben ist, welches auf den Inhaber des vorliegenden Patents übertragen wurde, sind im Stand der Technik bekannt.
  • [0005]
    Das U.S. Patent Nr. 5,496,273 offenbart ein automatisiertes Vorfüllsystem und ein Verfahren, das einen Entleerungsschritt, gefolgt von einem Vorfüllungsschritt, einschließt, in dem das Einlassventil zum selektiven Anhalten der Flüssigkeitsströmung von der Luftfalle in die Pumpenkammer eine herkömmliche mechanische Vorrichtung ist.
  • [0006]
    Ein herkömmliches Verfahren zum Vorfüllen einer Infusions pumpe besteht darin sicherzustellen, dass das distale Ende der Flüssigkeitsleitung nicht an den Patienten angeschlossen ist, und die Pumpe zu bedienen, bis keine Luft in der Flüssigkeit beobachtet wird, die distal aus diesem Ende der Flüssigkeitsleitung abgelassen wird. Diese Vorfüll-Technik ist zwar effektiv, aber es muss eine erhebliche Menge an Flüssigkeit verwendet werden, um das System vorzufüllen. In ärztlich betreuten Umgebungen ist die Flüssigkeit oftmals eine medizinische Lösung, die teure Arzneimittel enthält, und Sterilitätserfordernisse stehen der Wiederverwendung der Flüssigkeit, die während des Vorfüllens abgelassen wird, entgegen. Aus diesem Grund ist eine Entleerungstechnik nützlich, um die Menge an Flüssigkeit zu minimieren, die während des Vorfüllens verlorengeht. Das Entleeren beinhaltet das Einführen von Flüssigkeit in die Pumpe aus dem Flüssigkeitsbehälter und dann das Veranlassen der Pumpe, die Flüssigkeit zum Fließen in umgekehrte Richtung zu zwingen (proximal), wodurch Luft aus der Pumpe in den Flüssigkeitsbehälter abgelassen wird. Diese Luft strömt nach oben durch die Flüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter und steigt in einen Luftraum im oberen Teil des Behälters. Das Entleeren ist nur dann möglich, wenn das Volumen der Flüssigkeit, die durch einen einzigen Hub der Pumpe bewegt werden kann, größer ist als das Volumen der Flüssigkeitsleitung, die von der proximalen Einlassöffnung der Pumpe zum Flüssigkeitsbehälter führt. Durch Anwendung des Entleervorgangs kann eine Vergeudung der Flüssigkeit minimiert werden, die verursacht wird durch das Ablassen von Flüssigkeit aus der distalen Flüssigkeitsleitung, die nicht an den Patienten angeschlossen ist.
  • [0007]
    Autonome Vorfüll-Verfahren aus dem Stand der Technik konnten zwar den Großteil der Luft innerhalb einer Pumpe und ihren dazugehörigen Flüssigkeitsleitungen entfernen, der Vorgang des autonomen Vorfüllens kann jedoch Luft-Mikroblasen in der Flüssigkeit während des Vorfüll-Vorgangs erzeugen. Dieses Problem tritt auf, weil während der Vorfüllzyklen die Bewegung der Flüssigkeit-Luft-Mischung innerhalb der Pumpe und die Druckänderungen innerhalb der Pumpe, die während des Pumpvorgangs auftreten, zur Bildung von Luftbläschen führen. Die Oberflächen spannung entlang den Innenwänden der Kassette kann ein erhebliches Volumen dieser Luftbläschen aufnehmen, und das Entfernen dieser Bläschen während des Vorfüll-Vorgangs ist schwierig. Über einen gewissen Zeitraum können solche Bläschen zusammenwachsen, um größere Blasen zu bilden, und sind somit unerwünscht. Blasen, die in der Luftfalle einer Pumpenkassette enthalten sind, stellen ein geringes Problem dar, da es der Zweck der Luftfalle ist, Blasen zurückzuhalten, die in der von der Pumpe geförderten Flüssigkeit mitgerissen werden, und es ist wahrscheinlich, dass eventuelle Mikroluftblasen, die an den Wänden der Luftfalle haften, zum oberen Ende der Luftfalle steigen und am Austritt aus der Pumpe gehindert werden. Luftblasen, die in der Pumpenkammer einer Kassette gebildet werden oder dahin wandern, sind jedoch problematischer. Solche Blasen beeinträchtigen die Genauigkeit des Pumpvorgangs, da ihr Vorhandensein das verfügbare Flüssigkeitsvolumen der Pumpenkammmer geringfügig verändert. Außerdem können Luftblasen in der Pumpenkammer mit der Flüssigkeit mitgerissen werden, die in den Patienten gepumpt wird. Das relative Volumen dieser Blasen ist zwar gering und stellt somit nur ein geringes echtes Risiko für den Patienten dar, aber es wäre eindeutig wünschenswert, ein Verfahren bereitzustellen, um die Ansammlung von Luftblasen in der Pumpenkammer einer Kassettenpumpe während einer Sequenz autonomen Vorfüllens zu minimieren.
  • [0008]
    Ein solches Verfahren würde vorzugsweise Luftblasen daran hindern, während des autonomen Vorfüll-Vorgangs von der Luftfalle in die Pumpenkammer zu wandern, es jedoch ermöglichen, dass Luftblasen von der Pumpenkammer in die Luftfalle entweichen und dort festgehalten werden. Ein solches Verfahren könnte vorzugsweise an vorhandene Pumpensysteme angepasst werden, ohne zusätzliche Komponenten zu erfordern, und stattdessen nur mit Hilfe von Software-Modifikationen umgesetzt werden. Ein solches Verfahren sollte vorzugsweise einen empirisch bestimmten Algorithmus verwenden, der Echtzeitmessungen des Vorhandenseins von Luft innerhalb der Pumpenkassette benutzt, um den autonomen Vorfüll-Vorgang als Reaktion auf Bedingungen innerhalb der Kassette zu steuern. Der Stand der Technik bietet keinen Algorithmus für autonome Vorfüllung, der die Migration von Luftblasen in die Pumpenkammer einer Pumpenkassette minimiert.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • [0009]
    Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Vorfüllen einer Kassettenpumpe definiert, die verwendet wird, um einem Patienten eine Flüssigkeit zu infundieren, um die Migration von Luftblasen in eine Pumpenkammer der Kassette zu minimieren. Das Verfahren schließt folgende Schritte ein: Bilden einer Flüssigkeitsschicht in einer Luftfalle der Kassette, so dass die Flüssigkeitsschicht die Luftfalle von der Pumpenkammer trennt, und Entleeren der Kassette, bis Luft aus dem proximalen Volumen des Systems entfernt wird. Die Kassette wird dann aufgefüllt, bis Luft aus der Pumpenkammer und einem distalen Volumen des Systems entfernt wird.
  • [0010]
    In einer Ausführungsform wird Luft aus dem proximalen Volumen entfernt durch Einführen von Flüssigkeit in die Kassette und Pumpen der Flüssigkeit in eine proximale Richtung, bis keine Luft von einem proximalen Luftsensor innerhalb der Kassette gemessen wird. Luft wird dann aus der Pumpenkammer und dem distalen Volumen entfernt, durch Einführen zusätzlicher Flüssigkeit in die Kassette und Pumpen der zusätzlichen Flüssigkeit in eine distale Richtung, bis ein gewünschtes Volumen von Flüssigkeit distal verabreicht wird.
  • [0011]
    In einer Ausführungsform wird die Flüssigkeitsschicht erstellt durch Einführen eines ganzen Hubs von Flüssigkeit in eine Einweg-Kassette während jedes Pumpenzyklus, bis ein proximaler Luftsensor innerhalb der Kassette Flüssigkeit erkennt. Während des Einführens von Flüssigkeit, verursacht durch diesen Vollhub, wird Luft distal aus der Einweg-Kassette ausgestoßen. Der Pumpvorgang wird an diesem Punkt im Pumpenzyklus angehalten. Mehr als ein Vollhub von Flüssigkeit wird während des nächsten Pumpenzyklus in die Kassette gefördert. Vorzugsweise liefert der letztgenannte Schritt ein Volumen an Flüssigkeit, das nahe beim Innenvolumen der Luftfalle liegt.
  • [0012]
    In einer anderen Ausführungsform wird das Entleeren erzielt durch Einführen von Flüssigkeit in die Kassette und Pumpen dieser Flüssigkeit in eine proximale Richtung, bis von einem proximalen Luftsensor innerhalb der Einweg-Kassette keine Luft gemessen wird, unter Anwendung von ganzen Pumpenhüben von Flüssigkeit während jedes Pumpenzyklus. Vorzugsweise wird das Entleeren fortgesetzt, bis keine Luft vom proximalen Luftsensor gemessen wird, und dann wird ein zusätzlicher ganzer Pumpenhub von Flüssigkeit entleert, um sicherzustellen, dass eventuell vorhandene Luft innerhalb des proximalen Volumens in einen Flüssigkeitsbehälter abgegeben wird, der in Fluidaustausch mit dem proximalen Volumen steht. Damit das Entleeren erfolgreich ist, sollte das Volumen eines ganzen Pumpenhubs von Flüssigkeit über dem proximalen Volumen liegen.
  • [0013]
    Was das Auffüllen und Entfernen von Luft aus der Pumpenkammer und dem distalen Volumen betrifft, wird in einer Ausführungsform ein ganzer Pumpenhub von Flüssigkeit in jedem Pumpenzyklus distal gefördert. In einer anderen Ausführungsform wird, wenn das distale Volumen über dem Volumen eines ganzen Pumpenhubs von Flüssigkeit liegt, nachdem ein ganzer Pumpenhub von Flüssigkeit gefördert wird, der nächste Pumpenhub dahingehend modifiziert, dass er nur ausreichend Flüssigkeit fördert, um den Unterschied zwischen einem ganzen Pumpenhub von Flüssigkeit und dem distalen Volumen auszugleichen. In einer weiteren Ausführungsform, wenn das distale Volumen geringer ist als das Volumen eines ganzen Pumpenhubs von Flüssigkeit, wird das Auffüllen durch Anwendung eines ganzen Pumpenhubs von Flüssigkeit erreicht. In noch einer anderen Ausführungsform wird, wenn das distale Volumen geringer ist als das Volumen eines ganzen Pumpenhubs von Flüssigkeit, das Auffüllen erreicht durch Anwendung eines Teil-Pumpenhubs von Flüssigkeit.
  • [0014]
    Vorzugsweise schließt die Pumpe, die vorgefüllt wird, ein Gehäuse ein, das einen Flüssigkeitspfad zwischen einer Einlassöffnung bestimmt, die ausgebildet ist, um in Fluidaustausch mit einer Quelle zu stehen, und einer Auslassöffnung, die ausgebildet ist, um in Fluidaustausch mit einer Infusionsstelle am Patienten zu stehen. Die Pumpe schließt außerdem vorzugsweise einen Einlass-Luftsensor ein, der ein Signal erzeugt, welches das Messen von Luft nahe der Einlassöffnung anzeigt, wobei der Flüssigkeitspfad eine Pumpenkammer einschließt, die von einer Elastomermembran bedeckt ist, die, wenn sie von einem getriebenen Glied in die Pumpenkammer getrieben wird, die Flüssigkeit aus der Pumpenkammer durch eine der Einlassöffnung und der Auslassöffnung verdrängt; und eine Luftfalle, die vorzugsweise zwischen dem Einlass-Luftsensor und der Pumpenkammer angeordnet ist. Durch Einführen von ausreichend Flüssigkeit in die Luftfalle der Kassette trennt eine Flüssigkeitsschicht das Innenvolumen der Pumpenkammer vom Innenvolumen der Luftfalle und wirkt so als Einweg-Ventil, das es Luft von der Pumpenkammer gestattet, in die Luftfalle zu strömen, und gleichzeitig Luft aus der Luftfalle daran hindert, in die Pumpenkammer zu strömen. Vorzugsweise bedeckt die Flüssigkeitsschicht im wesentlichen den Boden der Luftfalle. In einer Ausführungsform wird die Flüssigkeitsschicht durch Pumpen in eine Vorwärtsrichtung erzeugt, unter Verwendung von Hüben, die ein Standardvolumen von Flüssigkeit in jedem Pumpenzyklus fördern, bis der Einlass-Luftsensor keine Luft nachweist, und anschließendes Pumpen in Vorwärtsrichtung über einen zusätzlichen Zyklus unter Verwendung eines extralangen Hubs, der in dem zusätzlichen Zyklus (den zusätzlichen Zyklen) ein Flüssigkeitsvolumen fördert, das größer ist als der Standard. Vorzugsweise ist das vom extralangen Hub (den extralangen Hüben) geförderte Volumen im wesentlichen gleich dem Innenvolumen der Luftfalle. In einer anderen Ausführungsform wird das vom extralangen Hub (den extralangen Hüben) geförderte Volumen empirisch bestimmt, um innerhalb der Luftfalle eine Flüssigkeitsschicht zu erzeugen, die eine gewünschte Größe hat.
  • [0015]
    Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen, die Elemente einschließen, welche Funktionen ausführen, die im wesentlichen mit den Schritten übereinstimmen, die durch das oben beschriebene Verfahren implementiert werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • [0016]
    Die obenstehenden Aspekte und viele der dazugehörigen Vorteile dieser Erfindung werden mehr geschätzt werden, wenn dieselbe mit Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verständlich wird, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird, worin:
  • [0017]
    1 ein schematisches Blockdiagramm eines Kassetten- Pumpensystems mit einer Kassette ist, die gemäß der vorliegenden Erfindung autonom gefüllt werden kann;
  • [0018]
    2 ein. Ablaufplan ist, der die logischen Schritte darstellt, die implementiert werden, um die Kassette in 1 unter Anwendung eines Drei-Phasen-Vorgangs gemäß der vorliegenden Erfindung autonom zu füllen;
  • [0019]
    3A und 3B schematische Ansichten sind, welche die Bildung einer Flüssigkeitsschicht am Boden der Luftfalle in der Kassette in 1 darstellen;
  • [0020]
    4 ein Ablaufplan ist, der die logischen Schritte darstellt, die implementiert werden, um die erste Phase des Drei-Phasen-Vorgangs in 2 umzusetzen;
  • [0021]
    5 ein Ablaufplan ist, der die logischen Schritte darstellt, die implementiert werden, um die zweite Phase des Drei-Phasen-Vorgangs in 2 umzusetzen; und
  • [0022]
    6 ein Ablaufplan ist, der die logischen Schritte darstellt, die implementiert werden, um die dritte Phase des Drei-Phasen-Vorgangs in 2 umzusetzen.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • Überblick über die vorliegende Erfindung
  • [0023]
    Die vorliegende Erfindung verwendet einen Algorithmus, um die Migration von Luftblasen aus einer Luftfalle in eine Pumpenkammer in der Kassette einer Infusionspumpe während einer Sequenz autonomen Vorfüllens zu minimieren. Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in Abbott Laboratories' PLUM A +TM-Infusionspumpe eingearbeitet werden, die in Verbindung mit ihrer PLUMTM-Kassette verwendet werden wird. Ein in dieser Ausführungsform verwendeter Algorithmus benutzt Variablen, die empirisch für diese speziellen Produkte bestimmt wurden. Es ist jedoch anzumerken, dass ein ähnlicher Algorithmus Variablen verwenden kann, die emprisch für andere Konstruktionen von Infusionskassetten und Kassettenpumpen bestimmt wurden. Daher ist nicht beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung in irgendeiner Art und Weise auf die unten behandelte spezifische Konstruktion der Pumpe und Kassette beschränkt wird.
  • [0024]
    Die Begriffe "proximal" und "Einlass", wie hierin in Verbindung mit der folgenden Beschreibung und den folgenden Ansprüchen verwendet, beziehen sich synonym auf einen Abschnitt der Kassette, der ausgebildet ist, um mit einer Flüssigkeitsleitung oder Flüssigkeitsleitungen verbunden zu werden, wobei jede Flüssigkeitsleitung in Fluidaustausch mit einer Flüssigkeitsversorgung oder einem Flüssigkeitsbehälter gekoppelt ist. Ähnlich beziehen sich die Begriffe "distal" und "Auslass" synonym auf einen Abschnitt der Kassette, der ausgebildet ist, um mit einer Flüssigkeitsleitung in Fluidaustausch mit einem Patienten verbunden zu werden. Der Begriff "Entleeren" (back prime oder back priming) sollte so verstanden werden, dass er sich auf den Betrieb einer Pumpe in der Weise bezieht, dass Flüssigkeit und/oder Luft in die proximale Richtung gepumpt werden, wodurch die Flüssigkeit und/oder Luft zum Flüssigkeitsbehälter anstatt zum Patienten gefördert wird. Ähnlich sollte "Auffüllen" (forward prime oder forward priming) der so verstanden werden, dass es einen solchen Betrieb einer Pumpe bezeichnet, dass Flüssigkeit und/oder Luft in die distale Richtung gepumpt werden, so dass die Flüssigkeit und/oder Luft zum Auslass der Pumpe gefördert wird. Es ist anzumerken, dass während des Vorfüllens die distale Flüssigkeitsleitung vorübergehend von einem Patienten getrennt ist, um zu verhindern, dass Luft in den Körper des Patienten eingeführt wird. Der Begriff "proximales Volumen" sollte so verstanden werden, dass er das Volumen des Abschnitts des Flüssigkeitspfads bezeichnet, der an dem Flüssigkeitsbehälter beginnt und an einem proximalen Luftsensor in der Kassette endet. Der Begriff "distales Volumen" sollte so verstanden werden, dass er das Volumen des Abschnitts des Flüssigkeitspfads bezeichnet, der an einem distalen Luftsensor in der Kassette beginnt und am distalen Auslass (Ende) der distalen Flüssigkeitsleitung endet. Es ist anzumerken, dass Begriffe wie "Fluidleitung" und "Fluidversorgung" oft in Verbindung mit Pumpen verwendet werden und dass der Begriff "Fluid" im allgemeinen entweder ein Gas oder eine Flüssigkeit (oder eine Mischung aus Gas und Flüssigkeit) bezeichnet. In dieser Beschreibung wurden die Begriffe "Flüssigkeitsleitung" und "Flüssigkeitsversorgung" anstelle der breiteren Begriffe "Fluidleitung" und "Fluidversorgung" verwendet, da idealerweise das Material, das von der Versorgungsquelle bereitgestellt wird und durch die Leitungen und die Pumpe strömt, eine Flüssigkeit ist und nicht ein Gas oder eine Mischung aus Gas und Flüssigkeit. Es sollte klar sein, dass sich im nicht vorgefüllten Zustand Luft in den proximalen und distalen Leitungen befindet, obwohl diese Leitungen als Flüssigkeitsleitungen bezeichnet werden. Sobald jedoch das System korrekt vorgefüllt wird, wird das Fluid, das durch diese Leitungen und die Pumpe strömt, eine Flüssigkeit sein (mit wenig Luft oder ohne Luft, die mit der Flüssigkeit mitgerissen wird), daher die Verwendung des Begriffs "Flüssigkeit" anstelle von "Fluid".
  • [0025]
    Da die folgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ihre Verwendung mit der PLUM A +-Pumpe und PLUM-Kassette betrifft, werden bestimmte Aspekte durch die Betriebsspezifikationen dieser Pumpe bestimmt. Zum Beispiel beträgt ein förderbares Volumen pro Pumpenzyklus in dieser Ausführungsform von 0–500 μl mit einem bevorzugten Volumen von ungefähr 333 μl. Das Kassettenvolumen ist 1170 μl und das Luftfallenvolumen innerhalb der Kassette beträgt 550 μl. Das proximale Volumen ist 305 μl, während das distale Volumen 330 μl beträgt.
  • [0026]
    In seiner einfachsten Form ist das autonome Vorfüllen einer Pumpenkassette der Vorgang, bei dem eine Infusionspumpe eine Flüssigkeit (als Flüssigkeit oder als Mischung aus Luft und Flüssigkeit) automatisch aus einer Flüssigkeitsquelle (zum Beispiel einem proximal verbundenen Arzneimittelbehälter oder -reservoir) zieht, die Luft innerhalb der Kassette ausstößt und die distale Leitung mit einem Flüssigkeitsvolumen vorfüllt. Während dieses Vorgangs neigen das Verschütteln und die Bewegung von Luft und Flüssigkeit innerhalb der Kassette dazu, es zu ermöglichen, dass Luftbläschen in der Kassette eingeschlossen werden, indem sie an den Wänden der Luftfalle und der Pumpenkammer haften bleiben. Die Oberflächenspannung der Innenwände der Kassette kann eine erhebliche Menge dieser Luftbläschen aufnehmen. Somit wird, obwohl ein erheblicher Teil der Luft bei autonomen Vorfüll-Verfahren aus dem Stand der Technik aus der Kassette entfernt wird, eine geringe Luftmenge in Form dieser Luftbläschen in der Kassette dispergiert. Dies resultiert in einer nicht zufriedenstellend vorgefüllten Kassette. Das Vorhandensein dieser Luftbläschen in der Luftfalle hat nur geringe Folgen, da das Volumen der Luftfalle (550 μl) das voraussichtliche zusammengenommene Volumen solcher Luftbläschen signifikant übersteigt und somit während normaler Pumpvorgänge diese Luftbläschen in der Luftfalle eingeschlossen bleiben.
  • [0027]
    Das Vorhandensein dieser Luftbläschen in der Pumpenkammer ist jedoch problematischer. Diese Bläschen reduzieren geringfügig das Volumen der Pumpenkammer, das zum Pumpen von Flüssigkeit verfügbar ist, und somit wird während jedes Pumpenzyklus geringfügig weniger als das gewünschte Flüssigkeitsvolumen gefördert. Noch größere Fehler sind darauf zurückzuführen, dass während eines Pumpenzyklus sich die Druckverhältnisse innerhalb der Pumpenkammer verändern. Somit bleibt das Gesamtvolumen aller Luftbläschen, die innerhalb der Pumpenkammer eingeschlossen sind, nicht konstant, sondern schwankt, während sich der Druck innerhalb der Pumpenkammer verändert. Obwohl das Gesamtvolumen der Pumpenkammer bekannt ist, ist es, da das Gesamtvolumen aller Luftbläschen, die innerhalb der Pumpenkammer eingeschlossen sind, nicht während eines Pumpenzyklus konstant ist, unmöglich, das tatsächliche Volumen an Fluid, das während dieses Pumpenzyklus gefördert wird, mit Sicherheit zu bestimmen. Weiterhin können Luftbläschen innerhalb der Pumpenkammer in die Flüssigkeit entweichen, die dem Patienten verabreicht wird. Obwohl diese Luftblasen klein sind und im allgemeinen keine ernsthafte Bedrohung darstellen, verbessert die Minimierung der Menge solcher Bläschen in der Pumpenkammer sowohl die Genauigkeit als auch die Sicherheit.
  • [0028]
    Obwohl es wahrscheinlich ist, dass die in der Falle erzeugten Luftbläschen unter normalen Betriebsbedingungen in der Falle bleiben, ist es möglich, dass während des Vorfüllens diese Luftbläschen von der Luftfalle in die Pumpenkammer wandern. Die Lösung, um diese Migration zu verhindern und so die Ansammlung dieser Luftbläschen innerhalb der Pumpenkammer zu minimieren, besteht darin, eine Flüssigkeitsschicht am Boden der Luftfalle zu erzeugen, während die Vorfüll-Sequenz begonnen wird. Diese Flüssigkeitsschicht wirkt als Einweg-Ventil. Da die verwendeten Flüssigkeiten hauptsächlich wässerig sind, sind die Flüssigkeiten schwerer als Luft. Daher ermöglicht es eine Flüssigkeitsschicht am Boden der Luftfalle, dass Luftbläschen aus der Pumpenkammer durch die Flüssigkeitsschicht in die Luftfalle steigen, während sie gleichzeitig verhindert, dass Luftbläschen in der Luftfalle durch die Flüssigkeitsschicht in die Pumpenkammer hinabsinken. Es ist anzumerken, dass die Luftfalle in der Plum A+-Kassette oberhalb der Pumpenkammer angeordnet ist und dass diese Anordnung in Kassettenpumpen relativ häufig zu finden ist.
  • [0029]
    Sobald die Flüssigkeitsschicht erzeugt wurde, verwendet der Algorithmus Entleeren und Auffüllen, um Luft aus der Kassette herauszutreiben und dann die Kassette und die distale Leitung mit Flüssigkeit zu füllen. Der Erfolg des Algorithmus bei der Minimierung der Ansammlung dieser winzigen Luftbläschen in der Pumpenkammer liegt im umfassenden Verständnis der physischen Maße der Flüssigkeitspfade innerhalb einer Kassette und dem empirischen Bestimmen des Volumens der Flüssigkeitsströmung, das erforderlich ist, um zu Beginn die Flüssigkeitsschicht zu erzeugen, welche die Luftfalle von der Pumpenkammer trennt.
  • [0030]
    Der Algorithmus besteht aus drei Pumpenphasen:
    • 1) Erzeugen der Flüssigkeitsschicht, welche die Luftfalle von der Pumpenkammer trennt.
    • 2) Entleeren, um Luft aus der Luftfalle und dem proximalen Volumen zu entfernen.
    • 3) Auffüllen, um Luft aus der Pumpenkammer und dem distalen Volumen zu entfernen.
  • [0031]
    Weitere Details der bevorzugten Ausführungsform sind wie im folgenden beschrieben.
  • Details einer bevorzugten Ausführungsform
  • [0032]
    Mit Bezug auf 1 wird eine kasettenartige Infusionspumpe 10 gezeigt, welche die vorliegende Erfindung implementiert. Eine Quelle 12 für medizinische Flüssigkeit A ist in Fluidaustausch mit einem proximalen Ende 13 einer Kassette 15 gekoppelt. Die Strömung medizinischer Flüssigkeit A in die Kassette wird selektiv von einem Einlassventil 14 gesteuert. Es ist anzumerken, dass oftmals zusätzliche Quellen für medizinische Flüssigkeiten in Verbindung mit kasettenartigen Infusionspumpen verwendet werden und dass die autonome Vorfüll-Sequenz der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann, um eine Kassette und Flüssigkeitsleitungen aus einer Vielzahl von Flüssigkeitsquellen autonom zu füllen. Wenn das Versorgungsventil 14 in offener Position ist, strömt medizinische Flüssigkeit A durch einen Luftsensor 16 und in eine Luftfalle 20. Solche Luftsensoren und Luftfallen sind herkömmliche Bestandteile von kasettenartigen Infusionspumpen. Der Zweck des Luftsensors ist es, Luftblasen nachzuweisen, die möglicherweise in der medizinischen Flüssigkeit A mitgerissen werden, bevor die Flüssigkeit in die Pumpenkammer und an den Patienten weitergeleitet wird. Ein Überschuß an Luftblasen, die in die Blutbahn eines Patienten eintreten, können zu einer Luftembolie mit potentiell schädlichen Folgen führen.
  • [0033]
    Ein proximaler (oder Einlass-)Durcksensor 18 ist innerhalb der Luftfalle 20 angebracht. Medizinische Flüssigkeit A tritt durch ein Einlassventil 22 aus der Luftfalle aus und fließt, wenn das Einlassventil in offener Position ist, in eine Pumpenkammer 24. Ein Auslassventil 26 öffnet sich, um es medizinischer Flüssigkeit A zu ermöglichen, während des entsprechenden Abschnitts des Pumpenzyklus aus der Pumpenkammer 24 auszutreten. Es ist anzumerken, dass sich in der bevorzugten Ausführungsform, wenn sich sowohl das Einlassventil als auch das Auslassventil gleichzeitig bewegen, das sich schließende Ventil zuerst bewegt, dicht gefolgt von dem Ventil, das sich öffnet. Somit schließt sich während des Betriebs das Auslassventil, und das Einlassventil öffnet sich (oder das Einlassventil schließt sich, und das Auslassventil öffnet sich), anstatt dass sich das Einlassventil öffnet und sich danach das Auslassventil schließt.
  • [0034]
    Kasettenartige Infusionspumpen sind Pumpen mit konstanter Verdrängung. Das Volumen medizinischer Flüssigkeit in der Pumpenkammer 24 ist daher im allgemeinen bei jedem Pumpenzyklus identisch. Wie oben vermerkt, ist das bevorzugte Fördervolumen der medizinischen Flüssigkeit, die in der Pumpenkammer 24 enthalten ist, 333 μl bei dieser speziellen Ausführungsform. Eine Seite der Pumpenkammer 24 ist mit einer Elastomermembran (nicht dargestellt) bedeckt. Die Infusionspumpe 10 schließt eine Pumpenantriebseinheit 34 ein, die folgendes enthält: einen Pumpenmotor (vorzugsweise einen elektrischen Schrittmotor), einen vom Pumpenmotor angetriebenen Plunger, der auf die Elastomermembran wirkt, und eine Vielzahl von Ventilaktuatoren, welche das Versorgungsventil 14, das Einlassventil 22 und das Auslassventil 26 steuern (es sind keine Komponenten der Antriebseinheit separat dargestellt). Medizinische Flüssigkeit wird aus der Pumpenkammer 24 gedrückt (wenn das Einlassventil 22 geschlossen ist und das Auslassventil 26 geöffnet ist), durch Wirkung des Plungers der Antriebseinheit, welcher die Elastomermembran in die Pumpenkammer drückt, um die darin enthaltene Flüssigkeit zu verdrängen.
  • [0035]
    In der bevorzugten Ausführungsform ist die Plungerposition von –489 Schritten bis +220 Schritten des Schrittmotors variabel, wobei eine Ruhestellung des Plungers bei 0 Schritten definiert wird. Ein nominaler Hubweg des Plungers, um 333 μl Flüssigkeit zu fördern, beträgt +169 Schritte. Das Einlassventil 22 und das Auslassventil 26 werden durch die Wechselwirkung zwischen der Elastomermembran und einem Abschnitt der Kassette geformt und werden geschlossen, wenn die Aktuatorstangen (nicht dargestellt) der Antriebseinheit 34 auf die Elastomermembran wirken, um die Strömung durch einen Flüssigkeitsdurchlass der Kassette abzuschneiden. Details der Ventilmechanismen sind hierin nicht offenbart, sind jedoch Personen mit grundlegenden Fachkenntnisse gut bekannt. Wenn das Auslassventil 26 in seiner offenen Position ist, strömt die medizinische Flüssigkeit, die aus der Pumpenkammer gedrückt wird, an einem distalen Drucksensor 28 vorbei, durch einen distalen Luftsensor 30 und tritt an der Kassette an einem distalen Ende 36 aus, um einem Patienten 38 verabreicht zu werden. Details zu Drucksensoren, die zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet sind, und Details zu anderen Aspekten der Kassette sind im U.S. Patent Nr. 5,554,115 offenbart, das auf den Inhaber des vorliegenden Patents übertragen wurde und dessen Beschreibung und Zeichnungen hiermit spezifisch durch Bezugnahme eingeschlossen sind. Es ist zu beachten, dass, obwohl der proximale Drucksensor 18, der distale Drucksensor 28 und der distale Luftsensor 30 Elemente der Plum A+-Kassette sind, diese Elemente nicht zur Verwendung der vorliegenden Erfindung erforderlich sind.
  • [0036]
    Die Infusionspumpe 10 schließt auch eine Benutzeroberfläche 40 und eine Steuereinheit 32 ein. Die Steuereinheit schließt vorzugsweise einen Mikroprozessor und einen Speicher (nicht separat dargestellt) ein; es versteht sich jedoch, dass die Steuereinheit alternativ andere Arten von Logikbausteinen verwenden kann, um den Algorithmus zu implementieren, wie zum Beispiel eine fest verdrahtete Logiksteuerung, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) usw. Der Algorithmus wird als eine Vielzahl von Anweisungen und Daten in Maschinensprache im Speicher gespeichert und aktiviert, wenn ein Benutzer über die Benutzeroberfläche 40 einen Befehl eingibt, um die autonome Vorfüll-Sequenz für die Infusionspumpe 10 zu starten. Die Anweisungen in Maschinensprache bewirken, dass der Mikroprozessor der Steuereinheit 32 Informationen vom proximalen Luftsensor 16 empfängt und überwacht und die autonome Vorfüllsequenz für die Infusionspumpe implementiert.
  • [0037]
    Die Ansammlung von Luftbläschen innerhalb der Pumpenkammer wird in der vorliegenden Erfindung minimiert durch Erzeugen einer Flüssigkeitsschicht, welche die Luftfalle von der Pumpenkammer trennt und danach die Kassette durch Steuerung der Plungerbewegung und des Betriebs der Einlass- und Auslassventile vorfüllt. 2 ist ein Ablaufplan, der die logischen Schritte darstellt, die implementiert werden, um mit Hilfe eines Drei-Phasen-Vorgangs das Kassettenpumpen-System in 1 autonom zu füllen. Der Vorgang wird an einem Block 42 von einem Benutzer gestartet, der über die Benutzeroberfläche 40 einen Befehl zum Starten des autonomen Vorfüllens eingibt. Es ist anzumerken, dass vor dem Starten einer Vorfüll-Sequenz einer Infusionspumpe der Benutzer sicherstellen muss, dass die distale Flüssigkeitsleitung, die mit dem distalen Ende 36 des Pumpensystems verbunden ist, nicht an einen Patienten angeschlossen ist. Während des Vorfüll-Vorgangs wird Luft innerhalb der Pumpe aus dem distalen Ende dieser Flüssigkeitsleitung gedrückt und darf nicht in den Körper des Patienten eingeflößt werden. Vorzugsweise wird die Benutzeroberfläche 40 einen Benutzer auffordern zu überprüfen, dass die Infusionspumpe nicht an einen Patienten angeschlossen ist, bevor die Sequenz autonomen Vorfüllens gestartet wird, und sie wird außerdem den Benutzer auffordern zu bestätigen, dass die Flüssigkeitsleitung nach Beenden der autonomen Vorfüll-Sequenz erneut an den Patienten angeschlossen wurde.
  • [0038]
    Die meisten Infusionspumpensysteme schließen Luft- und Druckfühler-Alarmvorrichtungen ein, und vorzugsweise werden solche Alarmvorrichtungen während der autonomen Vorfüll-Sequenz abgekoppelt. Die Logik schreitet fort zu einem Block 44, in dem der Mikroprozessor die Phase I der Sequenz ausführt, um eine Flüssigkeitsschicht am Boden der Luftfalle zu erzeugen, um die Luftfalle von der Pumpenkammer zu trennen. Die Logik schreitet dann fort zu einem Block 46, und die Logik führt Phase II des Algorithmus aus, in welcher die Pumpe die Richtung der Fluidströmung umkehrt und den Entleervorgang ausführt, bis sich keine Luft in der Luftfalle 20 oder der proximalen Flüssigkeitsleitung befindet. Die Logik schreitet dann zu einem Block 48 weiter und führt Phase III des Algorithmus aus, in welcher das Pumpensystem 10 die Richtung erneut umkehrt und den Auffüllvorgang durchführt, um Luft aus der Pumpenkammer zu entfernen und die distale Flüssigkeitsleitung zu füllen. Nach Abschluss der Phase III schreitet die Logik weiter zu einem Endblock 50, und die autonome Vorfüll-Sequenz ist abgeschlossen.
  • [0039]
    Die 3A und 3B sind schematische Ansichten, die zeigen, wie eine Flüssigkeit 110a aus der proximalen Flüssigkeitsleitung in die Luftfalle 20 eindringt und eine Flüssigkeitsschicht 110b bildet, welche die Luftfalle von der Pumpenkammer 24 trennt. Es ist anzumerken, dass das Einlassventil 22 (2) in einem Flüssigkeitspfad 118 zwischen der Luftfalle 20 und der Pumpenkammer 24 angebracht ist, in den 3A und 3B jedoch weggelassen wurde, da nur dann, wenn das Einlassventil 22 in offener Position ist, die Flüssigkeitsschicht in der Luftfalle 20 funktionsfähig ist, um die Pumpenkammer von der Luftfalle zu trennen. In der 3A strömt Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter 12 (siehe 1) durch einen Flüssig keitspfad 117 in die Luftfalle 20. Die Schwerkraft und die Oberflächenspannung der Flüssigkeit führen dazu, dass sich ein Tropfen 110a an der Oberseite der Luftfalle 20 bildet. Luftbläschen 112a, 114a und 116 haften an den Wänden der Luftfalle 20, des Flüssigkeitspfads 118 bzw. der Pumpenkammer 24. Es ist anzumerken, dass diese Luftbläschen in Durchsicht dargestellt sind, da in diesem Stadium des Vorfüll-Vorgangs die Innenvolumen der Luftfalle 20, des Flüssigkeitspfads 118 und der Pumpenkammer 24 mit Luft gefüllt sind und diskrete Luftbläschen sich erst dann bilden, wenn diese Volumen mit Flüssigkeit gefüllt werden. Die Bewegung der Flüssigkeit und Luft innerhalb dieser Volumen werden in Verbindung mit den Druckänderungen, die den Vorfüll-Vorgang begleiten, jedoch im allgemeinen Bedingungen herbeiführen, welche die Entstehung solcher Luftbläschen begünstigen, die im allgemeinen von den Wänden dieser Volumen angezogen werden. Die Luftbläschen 112a, 114a und 116 sind mit Pfeilen dargestellt, um anzuzeigen, dass die Bläschen im allgemeinen frei steigen oder sinken können, wenn sie von den Volumenwänden gelöst werden. Es ist zu beachten, dass es von Schwerkraft-, Temperatur- und Druckbedingungen abhängt, ob diese Luftbläschen steigen oder sinken, und davon, ob ein bestimmtes Bläschen in einem Flüssigkeitsstrom mitgerissen wird.
  • [0040]
    In 3B haben die Schwerkraft und die Oberflächenspannung den Tropfen 110a von der Flüssigkeitssäule im Flüssigkeitspfad 117 getrennt, und der Tropfen ist auf den Boden der Luftfalle 20 gefallen und hat so eine Flüssigkeitsschicht 110b gebildet, die sich im allgemeinen an die Form der Bodenoberfläche der Luftfalle 20 anpasst. Da die Dichte der Flüssigkeitsschicht 110b wesentlich höher ist als diejenige der Luftbläschen, werden die Luftbläschen, die sich oberhalb der Flüssigkeitsschicht 110b befinden, daran gehindert, unter die Flüssigkeitsschicht zu sinken. Die Flüssigkeitsschicht 110b wirkt als Einweg-Ventil.
  • [0041]
    Das Luftbläschen 116 kann frei steigen oder sinken, wenn das Luftbläschen 116 von der Wand der Pumpenkammer gelöst wird. Die Luftbläschen 114b und 112b können jedoch aufgrund von Dichteunterschieden zwischen der Luft des Bläschens und der Flüssigkeit in der Schicht nicht frei nach unten durch die Flüssigkeitsschicht 110b dringen. Es ist zu beachten, dass in 3B das Luftbläschen 114a von der Wand des Flüssigkeitspfads 118 gelöst wurde und als Luftbläschen 114b durch die Flüssigkeitsschicht 110b gestiegen ist. Ein Luftbläschen 112b kann jedoch nicht nach unten durch die Flüssigkeitsschicht 110b dringen, sondern sich, wenn es von der Wand gelöst wird, nur nach oben bewegen. Somit verhindert die Flüssigkeitsschicht 110b, dass Luftbläschen aus der Luftfalle in die Pumpenkammer wandern, ermöglicht es jedoch Luftbläschen aus der Pumpenkammer 24 oder dem Flüssigkeitspfad 118, nach oben in die Luftfalle zu wandern. Es ist wichtig, dass der Tropfen 110a groß genug ist, um die Flüssigkeitsschicht 110b zu bilden, so dass die Flüssigkeitsschicht im wesentlichen die Bodenoberfläche der Luftfalle 20 bedeckt, um sicherzustellen, dass Luftbläschen daran gehindert werden, aus der Luftfalle in die Pumpenkammer 24 zu wandern. Vorzugsweise wird das Flüssigkeitsvolumen, das erforderlich ist, um sicherzustellen, dass die Flüssigkeitsschicht 110b groß genug ist, empirisch bestimmt. In der bevorzugten Ausführungsform wird ein Flüssigkeitsvolumen, dass im wesentlichen gleich dem Volumen der Luftfalle 20 ist, in die Pumpe eingeführt, bevor die Entleer- und Auffüllphasen gestartet werden.
  • [0042]
    4 ist ein Ablaufplan, der die Reihe von logischen Schritten darstellt, die implementiert werden, um Phase I der autonomen Vorfüll-Sequenz, die Bildung der Flüssigkeitsschicht 110b, auszuführen. Der Vorgang beginnt bei einem Block 52. Die Logik schreitet fort zu einem Block 54, und der Algorithmus weist die Pumpensteuereinheit 32 an, das Einlassventil 22 zu schließen und das Auslassventil 26 zu öffnen. Die Logik geht dann weiter zu einem Block 56, und die Pumpensteuereinheit 32 fährt den Plunger zur +169-Schritt-Position aus. Wie oben erwähnt, steht der Plunger im Kontakt mit der Elastomermembran, welche die Pumpenkammer 24 bildet, und während sich der Plunger fortbewegt, wird die Elastomermembran verdrängt, wodurch das Volumen der Pumpenkammer 24 verringert und Luft durch das offene Auslassventil 26 aus der Pumpenkammer 24 ausgestoßen wird. Die Logik schreitet dann fort zu einem Block 58, und die Pumpensteuereinheit 32 schließt das Auslassventil 26, öffnet das Einlassventil 22 und öffnet das Versorgungsventil 14 (falls es nicht bereits offen ist). Die medizinische Flüssigkeit A kann jetzt in die Kassette strömen. Die Logik schreitet fort zu einem Block 60, wo die Pumpensteuereinheit 32 den Plunger in die Ruheposition zurückzieht und gleichzeitig den proximalen Luftsensor 16 überwacht. Das Zurückziehen des Plungers und die resultierende Vergrößerung des Pumpenkammervolumens erzeugen ein Druckgefälle, das Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter 12 zur Kassette hin zieht. Die Steuereinheit 32 überwacht den proximalen Luftsensor, und die Logik schreitet zu einem Entscheidungsblock 62. Wenn im Entscheidungsblock 62 mindestens drei "Schritte" der Flüssigkeit zu sehen sind (d. h., ein Flüssigkeitsvolumen, das drei Schritten des Schrittmotors entspricht, der den Plunger antreibt), dann geht die Logik weiter zu einem Block 64, und das Zurückziehen des Plungers wird angehalten. An diesem Punkt schließt die Pumpensteuereinheit 32 das Einlassventil 22 und öffnet das Auslassventil 26. Wie oben erwähnt, fördert ein Vollhub des Plungers vorzugsweise 333 μl Flüssigkeit. Die Bewegung des Plungers von der Ruheposition in die +169-Schritt-Position stellt einen Vollhub dar. Somit entspricht ein einzelner Schritt des Plungers 333 geteilt durch 169 oder 1,97 μl, und drei Schritte der Flüssigkeit entsprechen ungefähr 6 μl.
  • [0043]
    An diesem Punkt wurde das proximale Volumen (d. h., das Volumen, das vom Flüssigkeitspfad vom Flüssigkeitsbehälter 12 zum Luftsensor 16 definiert wird) mit Flüssigkeit gefüllt, und der nächste Einlasshub fördert Flüssigkeit in die Luftfalle 20. Da das proximale Volumen eine bestimmbare Quantität ist, kann anstelle der Verwendung eines Luftsensors, um zu bestimmen, dass das proximale Volumen mit Flüssigkeit gefüllt wurde, die Bewegung des Plungers angehalten werden, nachdem die Anzahl von Schritten, die dem proximalen Volumen entspricht, durchgeführt wurde (basierend auf 1,97 μl pro Schritt oder was sonst das Verhältnis für die spezielle Art von Pumpe ist, auf welche die vorliegende Erfindung angewandt wird). Diese Alternative ist besonders nützlich, wenn die verwendete Pumpenkassette keinen proximalen Luftsensor einschließt. Es ist anzumerken, dass die Plungerbewegung angehalten wird, sobald das proximale Volumen mit Flüssigkeit gefüllt ist, um sicherzustellen, dass der nächste Pumpenzyklus ausreichend Flüssigkeit fördern wird, um die Flüssigkeitsschicht 110b zu bilden.
  • [0044]
    Wie oben erwähnt, ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Größe des Tropfens 110a kontrolliert wird, um sicherzustellen, dass die Flüssigkeitsschicht 110 ausreichend Volumen hat, um zu verhindern, dass Luftbläschen von der Luftfalle 20 in die Pumpenkammer 24 wandern. Anstatt einfach das Volumen geförderter Flüssigkeit zu kontrollieren, wird es bevorzugt, die Größe des Tropfens zu kontrollieren, so dass die Flüssigkeitsschicht auf dem Boden der Luftfalle 20 aus einer einzigen zusammenhängenden Schicht besteht und nicht aus einer Schicht, die aus einer Vielzahl kleiner Tropfen gebildet wird. Eine Vielzahl kleiner Flüssigkeitstropfen würde zwar in ähnlicher Weise die Migration von Luftbläschen von oberhalb der Vielzahl von Flüssigkeitstropfen in die Pumpenkammer verhindern, Luftbläschen können jedoch auf dem Boden der Luftfalle in den Lücken der Vielzahl kleiner Flüssigkeitstropfen eingeschlossen werden. Diese eingeschlossenen Luftbläschen könnten dann in die Pumpenkammer wandern, da sie sich bereits unterhalb der Flüssigkeitsschicht befinden. Daher wird es bevorzugt, dass die Flüssigkeitsschicht 110b aus einem einzelnen Tropfen 110a in einem einzigen Pumpenzyklus gebildet wird, und nicht aus einer Vielzahl kleinerer Tropfen, die über mehrere Pumpenzyklen gefördert werden. Durch Sicherstellen, dass die distale Seite der Luftfalle 20 mit einem einzigen zusammenhängenden Flüssigkeitstropfen beschichtet wird, sorgt der Algorithmus dafür, dass keine Luftbläschen zwischen mehreren Flüssigkeitstropfen mitgerissen werden.
  • [0045]
    Wenn Flüssigkeit in die Luftfalle 20 eindringt, beeinflussen viele Faktoren die Größe des Tröpfchens, das gebildet wird. Diese Faktoren schließen die Viskosität und Oberflächenspannung der Flüssigkeit ein, die physischen Maße des Flüssigkeitspfads und der Luftfalle, die Wirkung der Schwerkraft und das Volumen von Flüssigkeit, die in die Luftfalle eingeführt wird. Diese Parameter sind bestimmbar, so dass eine bevorzugte Größe des Tröpfchens berechnet werden kann. Der berechnete Wert kann dann empirisch getestet werden. Empirische Tests der bevorzugten Ausführungsform, die auf eine Plum A+-Kassette und -Pumpe angewandt wurden, haben gezeigt, dass, sobald drei Flüssigkeitsschritte vom proximalen Luftsensor 16 erfasst wurden, ein Tropfen mit der gewünschten Größe und dem gewünschten Volumen auf dem Boden der Luftfalle 20 gebildet werden kann, wenn der nächste Pumpenzyklus ein Volumen an Flüssigkeit fördert, das 250 Schritten des Plungers entspricht (d. h., ungefähr 500 μl und ungefähr so viel wie das Volumen der Luftfalle 20).
  • [0046]
    Mit erneutem Bezug auf den Entscheidungsblock 62 kehrt, wenn der proximale Luftsensor 16 nicht bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Plunger in die Ruheposition zurückgekehrt ist, drei Flüssigkeitsschritte erfasst hat, die Logik dann zu Block 54 zurück, und die logischen Schritte die von den Blöcken 54, 56, 58 und 60 beschrieben wurden, werden wiederholt, bis drei Flüssigkeitsschritte erfasst wurden. Sobald vom proximalen Luftsensor 16 drei Flüssigkeitsschritte erfasst wurden, schreitet die Logik zu einem Block 64 weiter.
  • [0047]
    Wie oben erwähnt stoppt in Block 64 die Pumpensteuereinheit 32 das Zurückziehen des Plungers in die Ruheposition, schließt das Einlassventil 22 und öffnet das Auslassventil 26. An diesem Punkt hat sich kein Flüssigkeitstropfen in der Luftfalle 20 gebildet, aber das proximale Volumen ist mit Flüssigkeit gefüllt worden. Da sich das Einlassventil 22 in geschlossener Position befindet, wird die Flüssigkeit im proximalen Volumen in diesem Abschnitt der autonomen Vorfüll-Sequenz daran gehindert, sich zu bewegen. Die Logik schreitet dann weiter zu einem Block 66, und der Plunger wird zur +169-Schritt-Position vorwärts bewegt. An diesem Punkt bereiten sich der Plunger und die Pumpenkammer auf den Einlasshub im Pumpenzyklus vor, der weitere Flüssigkeit in die Pumpe saugen wird.
  • [0048]
    Die Logik schreitet dann fort zu einem Block 68, in dem die Pumpensteuereinheit 32 das Auslassventil 26 schließt und das Einlassventil 22 öffnet. Als nächstes schreitet die Logik weiter zu einem Block 70, und der Plunger wird zurückgezogen. Zu diesem Zeitpunkt wird der Plunger von +169 Schritten auf –81 Schritte zurückgezogen (was eine Gesamtbewegung von 250 Schritten bedeutet). Diese Bewegung des Plungers entspricht einem extralangen Einlasshub, wie oben behandelt, und die Luftfalle 20 sollte fast vollständig mit Flüssigkeit gefüllt sein, um sicherzustellen, dass eine ausreichende Flüssigkeitsschicht 110b vorhanden ist, um zu verhindern, dass Luftbläschen in die Pumpenkammer 24 wandern. Die Logik schreitet dann weiter zu einem Entscheidungsblock 71.
  • [0049]
    Im Block 71 bestimmt der proximale Luftsensor 16, ob Luft gemessen wurde. Wenn dies der Fall ist, kehrt die Logik zurück zu Block 52, und die logischen Schritte, die durch die Blöcke 5271 dargestellt werden, werden wiederholt, bis keine Luft mehr gemessen wird. Wenn keine Luft gemessen wurde, schreitet die Logik weiter zu einem Block 72, und die Pumpensteuereinheit 32 fährt den Plunger in die +169-Schritt-Position aus und überwacht gleichzeitig Flüssigkeit und Luft mit Hilfe des proximalen Luftsensors 16. Da das Auslassventil 26 sich in geschlossener Position befindet, wirkt der sich vorwärtsbewegende Plunger auf die Elastomermembran und drückt Luft in einer proximalen Richtung aus der Pumpenkammer 24, am offenen Einlassventil 22 vorbei und durch die Flüssigkeitsschicht 110b. Dieser Vorgang ist das "Entleeren".
  • [0050]
    Die Logik schreitet dann weiter zu einem Entscheidungsblock 74, und der proximale Luftsensor 16 bestimmt erneut, ob Luft nachgewiesen wurde. Wenn dies nicht der Fall ist, schreitet die Logik weiter zu einem Block 76, indem sie die Phase I abschließt, und die Pumpensteuereinheit 32 startet die Phase II. Falls Luft nachgewiesen wurde, kehrt die Logik durch den Block 75 zum Block 70 zurück, wodurch die Pumpensteuereinheit 32 300 Millisekunden wartet, um es dem Fluid zu ermöglichen, ins Gleichgewicht zu kommen. Die logischen Schritte, die von den Blöcken 7075 dargestellt werden, werden wiederholt, bis keine Luft nachgewiesen wird.
  • [0051]
    5 stellt die logischen Schritte dar, die implementiert werden, um Phase II der autonomen Vorfüll-Sequenz auszu führen, die das Entleeren über einen zusätzlichen Pumpenzyklus fortsetzt, um sicherzustellen, dass eventuelle Luftbläschen im proximalen Volumen (zwischen Flüssigkeitsbehälter 12 und Luftsensor 16) aus dem proximalen Volumen und in den Flüssigkeitsbehälter gedrückt werden. Sobald Luftbläschen in den Flüssigkeitsbehälter 12 gedrückt werden, steigen sie durch die Flüssigkeit in einen Luftraum mit dem Behälter für die Flüssigkeitsversorgung 12. Es ist anzumerken, dass, damit das Entleeren effektiv ist, das Volumen an Flüssigkeit, das in einem einzelnen Pumpenzyklus gefördert wird, das proximale Volumen überschreiten sollte. Wenn dies nicht der Fall ist, ist es möglich, dass Luft im proximalen Volumen bleibt. Wenn zum Beispiel ein normaler Pumpenzyklus 333 μl Flüssigkeit fördert und das proximale Volumen 400 μl beträgt, dann bleiben 67 μl des proximalen Volumens unvorgefüllt. In der bevorzugten Ausführungsform ist das proximale Volumen geringer als 305 μl, und das Fördervolumen ist 333 μl, wodurch sichergestellt wird, dass das gesamte proximale Volumen vorgefüllt wird.
  • [0052]
    Die Phase II beginnt bei einem Startblock 78. Die Logik schreitet fort zu einem Block 79, worin die Pumpensteuereinheit 32 den Plunger zurückzieht. Zu diesem Zeitpunkt wird der Plunger für eine Gesamtbewegung von 250 Schritten (den oben beschriebenen extralangen Hub) zurückgezogen. Es ist zu beachten, dass dieses Zurückziehen des Plungers einen Einlasshub darstellt. Die Luftfalle 20 sollte vollständig mit Flüssigkeit gefüllt sein, um sicherzustellen, dass eine Flüssigkeitsschicht 110b vorhanden ist, die ausreicht, um Luftbläschen daran zu hindern, in die Pumpenkammer 24 zu wandern. Die Logik schreitet dann weiter zu einem Block 80, wo die Pumpensteuereinheit 32 das Einlassventil 22 schließt und das Auslassventil 26 öffnet (und außerdem sicherstellt, dass sich das Versorgungsventil 14 in seiner offenen Position befindet, wie es bereits der Fall sein sollte). Die Logik schreitet dann weiter zu einem Block 82, und die Pumpensteuerung 32 fährt den Plunger in die +169-Schritt-Position aus. Es ist zu beachten, dass dies zu einer Bewegung von 250 Schritten und nicht 169 Schritten führt, da der Plunger zuvor 250 Schritte (siehe Block 79) von der +169-Schritt- Position zurückgezogen wurde (siehe Block 72 in 4). Die Logik geht dann zu einem Block 84, in dem die Pumpensteuereinheit 32 das Auslassventil 26 schließt und das Einlassventil 22 öffnet. Die Logik geht zu einem Block 85, wo die Pumpensteuereinheit 32 den Plunger erneut in einem extralangen Hub zurückzieht, was zu einer Gesamt-Plunger-Bewegung von 250 Schritten führt. Die Logik fährt fort bei einem Block 86, wo die Pumpensteuerung 32 den Plunger zur +169-Schritt-Position vorwärts bewegt, wodurch das Volumen der Pumpenkammer 24 verringert wird. Diese Bewegung des Plungers drückt eventuelle Luftbläschen im proximalen Volumen in den Flüssigkeitsbehälter 12. Es ist zu beachten, dass auch Luft aus der Pumpenkammer 24 in die Luftfalle 20 gedrückt wird, aber da die Luftfalle 20 ein erheblich größeres Innenvolumen hat als die Pumpenkammer 24 (550 μl gegenüber 330 μl bei einem normalen Pumpenhub), entweicht keine Luft aus der Luftfalle 20 durch Bewegung in proximale Richtung. Somit wird das proximale Volumen vollständig vorgefüllt ohne distale Förderung von Flüssigkeit. Weiterhin trennt eine Flüssigkeitsschicht die Luftfalle von der Pumpenkammer, so dass, wenn die Pumpenkammer und das distale Volumen in Phase III vorgefüllt werden, keine Luftbläschen aus der Luftfalle in die Pumpenkammer wandern können.
  • [0053]
    Nachdem die Schritte von Block 86 abgeschlossen wurden, schreitet die Logik fort zu einem Block 88, in dem die Pumpensteuereinheit 32 den Plunger in die Ruheposition zurückzieht. In diesem Schritt füllt, da sich das Einlassventil 22 in der offenen Position befindet, Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter 12 die Pumpenkammer 24. Es ist zu beachten, dass, während zusätzliche Flüssigkeit in die Pumpe eintritt, die Flüssigkeit, welche die Flüssigkeitsschicht 110b bildet, in die Pumpenkammer 24 gedrückt wird, da zusätzliche Flüssigkeit während des Einlasshubs von Block 88 in die Pumpe gesaugt wird. Da sämtliche Luft im proximalen Volumen entfernt wurde, fließt eine durchgehende Säule von Flüssigkeit in die Pumpe, durch das proximale Volumen und die Luftfalle, und diese Flüssigkeit tritt in die Pumpenkammer ein. Somit wird die Flüssigkeit, die die Flüssigkeitsschicht 110b gebildet hatte, durch zusätzliche Flüssigkeit ersetzt, und Luftbläschen werden weiterhin daran gehindert, in die Pumpenkammer zu wandern. Die Logik schreitet dann weiter zu einem Block 90, und Phase II ist abgeschlossen.
  • [0054]
    6 stellt die logischen Schritte dar, die implementiert werden, um die Phase III der autonomen Vorfüll-Sequenz auszuführen, die ein festgelegtes Volumen von Flüssigkeit durch das Auslassventil 26 fördert, Luft aus der Pumpenkammer 24 und dem distalen Volumen entfernt und so die autonome Vorfüll-Sequenz abschließt. Der Vorgang beginnt bei einem Startblock 92. Die Logik schreitet fort zu einem Block 94, und die Pumpensteuereinheit 32 schließt das Einlassventil 22 und öffnet das Auslassventil 26 (es ist zu beachten, dass das Versorgungsventil 14 in der offenen Position bleibt). Die Logik schreitet dann fort zu einem Block 96, wo die Pumpensteuerung 32 den Plunger in die +169-Schritt-Position ausfährt und so eventuelles Fluid von innerhalb der Pumpenkammer 24 distal ausstößt. Die Logik wird fortgesetzt mit einem Block 98, in dem die Pumpensteuereinheit 32 das Auslassventil 26 schließt und das Einlassventil 22 öffnet. Ein Block 100 sorgt dafür, dass die Pumpensteuereinheit 32 den Plunger in die Ruheposition zurückzieht und so das Standardeinlassvolumen an Flüssigkeit (333 μl in der bevorzugten Ausführungsform) von dem Flüssigkeitsbehälter 12 in die Pumpenkammer 24 zieht. Ein Entscheidungsblock 102 sorgt dafür, dass die Pumpensteuerung 32 ermittelt, ob ausreichend Volumen distal gefördert wurde. Da das distale Volumen eine bekannte Größe ist, kann die Pumpensteuerung 32 ermitteln, ob der zuletzt durchgeführte Einlasshub ausreichend Flüssigkeit geliefert hat. Wenn zum Beispiel das distale Volumen weniger als 333 μl beträgt und ein normaler Einlasshub mit 169 Schritten 333 μl fördert, dann wurde ausreichend distales Volumen gefördert. Wenn das distale Volumen 333 μl überschreitet, dann kann die Pumpensteuerung 32 die Anzahl von Schritten ermitteln, die im nächsten Einlasshub erforderlich sind, um das restliche erforderliche Volumen zu fördern. Wenn zum Beispiel das distale Volumen 400 μl beträgt und 333 μl im Block 96 gefördert werden, dann müssen 67 μl im nächsten Pumpenzyklus gefördert werden.
  • [0055]
    Wenn ausreichend Volumen gefördert wurde, schreitet die Logik fort zu einem Block 104, und Phase III und die Sequenz autonomen Vorfüllens sind abgeschlossen. Wenn im Entscheidungsblock 102 die Pumpensteuerung 32 feststellt, dass nicht ausreichend distales Volumen gefördert wurde, kehrt die Logik zurück zu Block 94, und die logischen Schritte, die in den Blöcken 94102 implementiert wurden, werden wiederholt, bis ausreichend Volumen gefördert wurde. Es ist anzumerken, dass der Ablaufplan in 6 anzeigt, dass, wenn, wie oben beschrieben, ein Mangel von 67 μl existiert, der Plunger in Block 96 auf +169 Hübe (einen normalen Förderhub) ausgefahren wird und 333 μl Flüssigkeit gefördert werden, das bedeutet, dass 266 μl Flüssigkeit mehr distal gefördert werden als erforderlich sind, um das distale Volumen vorzufüllen. Eine Alternative zum Fördern von wesentlich mehr Flüssigkeit als erforderlich würde darin bestehen, dass die Pumpensteuerung 32 die Anzahl von Schritten berechnen würde, die erforderlich wären, um das fehlende Volumen zu fördern, und dass die Pumpensteuerung den Plunger nur um diese Anzahl von Schritten ausfahren würde, im Gegensatz zu ganzen 169 Schritten während des Förderhubs des nächsten Pumpenzyklus. In dem Beispiel, in dem ein Mangel von 67 μl besteht, werden 35 Schritte 68,95 μl fördern, daher kann die Pumpensteuerung 32 das Ausfahren des Plungers auf 35 Schritte begrenzen, um so sicherzustellen, dass ausreichend Volumen gefördert wird, und gleichzeitig die Vergeudung medizinischer Flüssigkeit zu minimieren.
  • [0056]
    Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit ihrer bevorzugten Praktizierungsform und Änderungen dazu beschrieben wurde, werden Personen mit grundlegenden Fachkenntnissen verstehen, dass innerhalb des Schutzumfangs der folgenden Ansprüche zahlreiche andere Modifikationen an der Erfindung vorgenommen werden können. Dementsprechend ist nicht beabsichtigt, dass der Schutzumfang der Erfindung in irgendeiner Weise durch die obige Beschreibung eingeschränkt wird, sondern stattdessen vollständig durch Bezugnahme auf die folgenden Ansprüche bestimmt wird.

Claims (9)

  1. Ein Verfahren zum Vorfüllen eines Pumpensystems (10), das eine Kassette (15) verwendet, um einem Patienten eine Flüssigkeit zu infundieren, so dass die Zufuhr von Luftbläschen in eine Pumpenkammer (24) der Kassette (15) verhindert wird, folgende Schritte umfassend: (a) Einführen von ausreichend Flüssigkeit in eine Luftfalle (20) der Kassette (15), die oberhalb der Pumpenkammer (24) angeordnet ist, so dass eine Schicht der Flüssigkeit (110b) ein inneres Volumen der Pumpenkammer (24) von einem inneren Volumen der Luftfalle (20) trennt, wobei die Flüssigkeitsschicht (110b) als Einweg-Ventil wirkt, das es Luftbläschen (112a, 114a, 116) gestattet, von der Pumpenkammer (24) in die Luftfalle (20) anzusteigen, während es gleichzeitig Luftbläschen (112a, 114a, 116) in der Luftfalle (20) daran hindert, in die Pumpenkammer (24) abzusinken; (b) Entleeren des Pumpensystems (10), bis Luft aus einem proximalen Volumen des Pumpensystems (10) entfernt wird; und (c) anschließendes Auffüllen des Pumpensystems (10), bis Luft aus der Pumpenkammer (24) und aus einem distalen Volumen des Pumpensystems (10) entfernt wird.
  2. Das Verfahren von Anspruch 1, worin der Schritt des Einführens ausreichender Flüssigkeit in die Luftfalle (20) der Kassette (15) den Schritt der Erzeugung der Flüssigkeitsschicht (110b) an einem Boden der Luftfalle (20) umfasst, so dass die Flüssigkeitsschicht (110b) im wesentlichen den Boden der Luftfalle (20) bedeckt.
  3. Das Verfahren von Anspruch 1, worin der Schritt des Einführens ausreichender Flüssigkeit in die Luftfalle (20) der Kassette (15) folgende Schritte umfasst: (a) Pumpen von Flüssigkeit aus der Quelle (12) zur Kassette (15) unter Verwendung von Hüben des angetriebenen Glieds, die ein Standardvolumen von Flüssigkeit während jedes Pumpzyklus liefern, bis der Einlass-Luftsensor keine Luft nachweist; und (b) anschließendes Ermöglichen des Stattfindens eines zusätzlichen Pumpenzyklus unter Verwendung eines extralangen Hubs des angetriebenen Glieds, der mehr als das Standardvolumen an Flüssigkeit von der Quelle (12) zur Kassette (15) im zusätzlichen Pumpenzyklus liefert.
  4. Das Verfahren von Anspruch 3, worin der extralange Hub ein Volumen an Flüssigkeit liefert, das im wesentlichen gleich dem inneren Volumen der Luftfalle (20) ist.
  5. Das Verfahren von Anspruch 1, worin der Schritt des Einführens ausreichender Flüssigkeit in die Luftfalle (20) der Kassette (15) den Schritt des Einführens eines Flüssigkeitsvolumens umfasst, von dem empirisch nachgewiesen wurde, dass es die Flüssigkeitsschicht (110b) innerhalb der Luftfalle (20), von geeigneter Größe, erzeugt.
  6. Das Verfahren von Anspruch 1, worin der Schritt des Entleerens der Kassette (15), um Luft aus dem proximalen Volumen zu entfernen, folgende Schritte umfasst: (a) Pumpen in einer umgekehrten Richtung unter Verwendung von Hüben, die ein Standardvolumen von Flüssigkeit in jedem Pumpenzyklus liefern, bis der Einlass-Luftsensor keine Luft nachweist; und (b) Pumpen eines zusätzlichen Zyklus in der umgekehrten Richtung unter Verwendung eines Hubs, der das Standardvolumen von Flüssigkeit in dem einen zusätzlichen Zyklus liefert.
  7. Das Verfahren von Anspruch 1, worin der Schritt des Auffüllens der Kassette (15), um Luft aus der Pumpenkammer (24) und dem distalen Volumen zu entfernen, den Schritt des Pumpens der Flüssigkeit in einer Vorwärtsrichtung umfasst, bis ein Volumen von Flüssigkeit geliefert wird, das größer ist als das distale Volumen.
  8. Ein computerlesbares Medium mit computerausführbaren Anweisungen zum Durchführen der in Anspruch 1 aufgeführten Schrit te.
  9. Ein Pumpensystem (10), um im wesentlichen zu verhindern, dass Luftbläschen während des Vorfüllens des Pumpensystems (10) in einer Pumpenkammer (24) eingeschlossen werden, wobei das Pumpensystem (10) verwendet wird, um eine Flüssigkeitsströmung durch eine intravenöse Leitung zu erzeugen, folgendes umfassend: (a) ein Pumpen-Chassis; (b) eine Pumpe in Fluidverbindung mit der intravenösen Leitung und montierbar innerhalb des Pumpen-Chassis, um eine Antriebskraft von einem angetriebenen Glied zu empfangen, das im Pumpen-Chassis eingeschlossen ist, wobei die Pumpe folgendes einschließt: (i) eine Einlass-Öffnung; (ii) eine Auslass-Öffnung und (iii) einen Flüssigkeitspfad, der die Pumpenkammer (24) einschließt und sich zwischen der Einlass-Öffnung und der Auslass-Öffnung erstreckt, wobei das angetriebene Glied die Flüssigkeit aus der Pumpenkammer (24) und in eine der Einlass-Öffnung und Auslass-Öffnung verdrängt; (c) einen Luftsensor, der in der Nähe der Einlass-Öffnung angebracht ist, wobei der Luftsensor ein Signal erzeugt, das eine Anwesenheit von Luft anzeigt; (d) eine Luftfalle (20), die in dem Flüssigkeitspfad zwischen der Pumpenkammer (24) und der Einlass-Öffnung angebracht ist; und (e) eine Steuerung, die innerhalb des Pumpen-Chassis angebracht ist und elektrisch mit dem Luftsensor gekoppelt ist, um während eines Pumpenzyklus Signale davon zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung die Pumpe betreibt, bevor sie eine Vorfüll-Sequenz einleitet, um eine Flüssigkeitsschicht (110b) innerhalb der Luftfalle (20) zu erzeugen, wobei die Flüssigkeitsschicht (110b) die Luftfalle (20) von der Pumpenkammer (24) trennt und verhindert, dass Luft von der Luftfalle (20) in die Pumpenkammer (24) strömt, es jedoch gestattet, dass Luft von der Pumpenkammer (24) in die Luftfalle (20) strömt.
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