DE68918439T2 - Spritzenpumpe. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Spritzeninfusionspumpen mit einem Schraubenspindelgetriebe zum Umwandeln einer Drehbewegung eines Antriebsmotors in eine Linearbewegung eines Schlittens, der parallel zur Achse der Schraubenspindel geführt ist und auf einen Kolben einer Spritze einwirkt, wobei der Schlitten von der Schraubenspindel zum Austausch der Spritze auskuppelbar ist. Eine solche Infusionspumpe ist bereits aus US-A-4 838 857 bekannt.
• Auf dem Gebiet der modernen Heilbehandlung ist es erforderlich, Flüssigkeiten mit steuerbarer Geschwindigkeit und Menge in einen Körper zu infundieren. Es sind mehrere Arten von Infusionspumpen entwickelt worden, eine unter dem Namen Spritzeninfusionspumpe, die eine Vorrichtung zum Verschieben eines Spritzenkolbens ist, um eine Flüssigkeit über einen Katheter in einen Körper einzubringen.
• Insbesondere dann, wenn eine Pumpe für eine parenterale (oder intravenöse) Darreichung verwendet werden soll, muß sie folgende Empfehlungen erfüllen: Sie muß präzise und sicher funktionieren, robust und verschleißfest sowie leicht zu handhaben sein, sie muß den Druck der Infusionsflüssigkeit innerhalb präziser Unter- und Obergrenzen regeln, es müssen unterschiedliche Abgabemengen und -geschwindigkeiten einstellbar und ein sicherer und fehlerfrei funktionierender Mechanismus vorhanden sein, der für Spritzen unterschiedlicher Hersteller geeignet ist. Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, entsprechend diesen Empfehlungen Verbesserungen für mehrere technische Lösungen vorzuschlagen.
• Eine Spritzeninfusionspumpe, wie sie beispielsweise aus US-A-4 838 857 bekannt ist, deren Antrieb auf einer Antriebstange mit Außengewinde basiert (auch Schraubenspindelgetriebe genannt), muß so ausgerüstet sein, daß der Kolben der Spritze während der normalen Verwendung unter Druck gesetzt wird, daß aber auch das den Druck ausübende Element durch einen Einkuppel-/Auskuppel-/Einkuppelvorgang des Antriebsmechanismus und der Antriebsstange hinter dem Kolben freigegeben werden kann. Die bekannte Vorrichtung erfüllt jedoch die Forderung nach Verschleißfestigkeit nicht. Wenn an der Spritze aufgrund von venösem oder arteriellem Druck oder wegen einer Okklusion eine rückwärts wirkende Kraft auftritt, trennt ein Lösen der druckausübenden Vorrichtung beim Austausch der Spritze die Antriebshalbmuttern, auf die eine tangential wirkende Kraft ausgeübt wird. Die Halbmuttern können bei dem Trennvorgang, der sie bis zur endgültigen Trennung über mehrere Gewindegänge der Schraubenspindel führt, beschädigt werden. Der gleiche Schaden entsteht, wenn die Vorrichtung eingekuppelt wird, während die den Druck ausübende Vorrichtung bewegt wird, da die Kopplung lediglich über die Muttern geschieht. Es gibt einen Vorschlag, der hinsichtlich dieses Problems einen schnellen Trennvorgang vorschlägt; damit wird zwar das Problem gemildert, aber nicht gelöst.
• Aus US-A-4 563 175 ist ein Spindelantrieb für den Kolben einer Spritze bekannt, bei dem eine Mutter ständig mit der Schraubenspindel des Spindelantriebs gekuppelt ist. Die Kopplung von Antriebsgetriebe und Spindel geschieht über eine lösbare Reibungskupplung.
• Weiterhin ist aus GB-A-2 166 497 eine Infusionspumpe bekannt, bei der der Kolben einer Spritze von einem mechanischen Energiespeicher, d. h. einer Feder, betätigt wird. Die Feder wird von Hand über einen Schaltrad/Klinkenmechanismus gespannt, der das Drehen eines Schneckenrades in eine Richtung zuläßt, ein Drehen in die andere Richtung jedoch verhindert. Das Schneckenrad greift in ein Schneckengetriebe ein, das von einem batteriebetriebenen Elektromotor so in Drehbewegung versetzt wird, daß die in der dem Kolben zugeordneten Feder gespeicherte Energie steuerbar freigegeben wird.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spritzeninfusionspumpe mit einem Schraubenspindelgetriebe vorzuschlagen, bei der der Verschleiß des Mechanismus stark reduziert und die Zuverlässigkeit des Antriebssystems verbessert wird.
• Nach der vorliegenden Erfindung ist eine Spritzeninfusionspumpe, wie sie oben definiert wurde, gekennzeichnet durch mindestens ein Schnekkenrad, das drehbar auf dem Schlitten gelagert ist und in die äußeren Schneckengänge der durch den Antriebsmotor angetriebenen Schraubenspindel eingreift; und einen Betätigungsmechanismus, der eine Bremse derart steuert, daß diese normalerweise zur Erzielung einer Linearbewegung ein Drehen des Schneckenrades in beiden Richtungen verhindert und zur Unterbrechung der Übertragung der Linearbewegung das Schnekkenrad zur freien Drehung in beiden Richtungen freigibt.
• Eine Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem Schneckenrad ein Hebel schwenkbar an dem Schlitten gelagert sowie eine Halbmutter vorgesehen ist, die normalerweise in die Schraubenspindel eingreift, und daß der Betätigungsmechanismus sowohl die Bremse des Schneckenrades als auch den Hebel betätigt, um die Halbmutter außer Eingriff mit der Schraubenspindel zu bringen.
• Eine andere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schneckenräder drehbar an dem Schlitten auf einander gegenüberliegenden Seiten der Schraubenspindel gelagert sind, und daß die Bremse normalerweise die Schneckenräder arretiert und dazu ausgebildet ist, die Schneckenräder gleichzeitig freizugeben.
• Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.
• Bei der Spritzeninfusionspumpe nach der vorliegenden Erfindung in ihren unterschiedlichen Ausführungsformen ist die Zuverlässigkeit des Antriebssystems verbessert. Durch die Verwendung einer Bremse wird der Einkuppel- und Auskuppelvorgang der Halbmutter nur in einem verhältnismäßig stationären System und daher ohne Beschädigung der Halbmutter durchgeführt, da die drei Funktionen der Halbmutter, nämlich Eingreifen, Bremsen, Verriegeln, während jedes Einkuppel-/Auskuppel-/Einkuppelvorganges in einer präzisen Sequenz erfolgen. Die Bremse wird in Verbindung mit der Eigenschaft eines Antriebskegelrades (Schneckenrad) eines Schneckengetriebes eingesetzt, über eine Antriebsstange mit Außengewinde (Schraubenspindel) abzurollen, und die Bewegung wird während des Bremsvorganges auf das Schneckengetriebe übertragen, das als Halbmutter wirkt.
• Da es bei einer Spritze von Vorteil ist, daß ein Alarmzeichen auftritt, wenn der Druck im Spritzenzylinder eine obere Grenze erreicht oder wenn ein niedriger Druck anzeigt, daß eine Kanüle falsch plaziert wurde, muß an einer Stelle ein Sensor vorgesehen sein. Um direkt an der Flüssigkeit zu messen, wird ein besonderer Einwegkatheter mit weicher Membran benötigt, der gegenüber einem Standardkatheter unwirtschaftlich ist. Ein weiteres bekanntes Verfahren ist das Messen des Druckes mit Hilfe eines Dehnungsmessers, das in der Nähe des Motors angeordnet ist, wobei durch das ganze System hindurch die Reibung gemessen wird, die vom Kolben der Spritze auf den Motor wirkt, wobei mindestens drei Reibungsabschnitte zu passieren sind. Bei den bekannten Lösungen kann die Verwendung von Spritzen mit kleinerem Durchmesser als ihn die geeichten Spritzen haben zu einem die Druckobergrenze weit übersteigendem Druck der Pumpe führen. Bei der vorliegenden Erfindung ist das Sensorelement unmittelbar auf der den Druck ausübenden Vorrichtung angeordnet, lediglich mit dem Kolben der Spritze in Verbindung. Kein Reibung verursachendes Teil der Pumpe ist dazwischengeschaltet. Ein Analog/Digital-Wandler gibt eine direkte Gegendruckmessung ab, und der Druck wird vom Mikroprozessor des Systems aus dem Verhältnis von P=C1·F/S + C2 berechnet, wobei P für den Druck, C1 und C2 für Kalibrierfaktoren jeder Spritzenart, F für die Analog/Digital- Anzeige und S für die Querschnittfläche der verwendeten Spritze steht. Daraus geht hervor, daß mit Hilfe der vorliegenden Erfindung jede Spritzenart die gleichen, sicheren Druckgrenzen hat.
• Da es bei einer Spritzenpumpe von Vorteil ist, wenn sie an unterschiedliche Spritzen anzupassen ist, muß für jede Spritze eine sichere digitale Kennzeicheneingabe erfolgen, damit eine Verwechslung ausgeschlossen ist. Bei den bekannten Pumpen wird ein BCD- oder Hexadezimalschalter verwendet, den jede Krankenschwester neu einstellen kann, was zu Einsatzfehlern führt. Bei der vorliegenden Erfindung wird eine besondere Art von Stecker mit redundanten (aus Sicherheitsgründen) Drahtbrücken, die wahlweise für jede Spritzenart ausgewählt werden, für die digitale Eingabe von Informationen an den Prozessor verwendet; der Stecker weint eine große Anzeigefläche mit unterschiedlichen Hintergrund/Buchstaben-Kombinationen auf. Die Sicherheit ist dadurch verbessert, daß jede Änderung über eine autorisierte Bedienungsperson laufen muß, die die Stecker in Händen hat, und daß jede Änderung angezeigt wird.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.
• Fig. 1 zeigt die Außenansicht der Spritzeninfusionspumpe,
• Fig. 2 zeigt einen Wahlanzeigestecker für die Spritzentypen,
• Fig. 3 zeigt Details eines Mechanismus mit Schneckenrad und Halbmutter sowie einer Bremse und einem Verriegelungsantrieb,
• Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht der Spritzenpumpe und
• Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform mit zwei Schneckenrädern und einem veränderten Bremsmechanismus.
• Die bevorzugte Ausführungsform besteht aus einem Gehäuse mit einem Mehrfachtastenfeld 25 und einer Mehrzahl von Anzeigen 13, Alarmanzeigevorrichtungen 26, einer Abdeckung 12 zum festhalten einer Spritze, einem Motor 18 im Gehäuseinnern, der zum Antrieb mit einer Schraubenspindel 1 mit Außengewinde verbunden ist. Die Rotation des Motors 18 wird über eine Halbmutter 5 und ein Schneckenrad 2 in eine Linearbewegung an einen Schlitten und bewegbare Stangen 7 und 11 übertragen, die auf einer Führungsstange 8 gleiten. Die Stange 7 ist an einem Ende an einen Druck ausübenden Glied 17 befestigt. An ihrem Außenende ist sie an einem Schlitten 9 befestigt, der das Schneckenrad 2 trägt, das so angrenzend an der Gehäusewand angeordnet ist, daß es nicht um die Führungsstange 8 rotieren kann, was bedeutet, daß auch das Glied 17 nicht rotiert. Am Glied 17 und in Berührung mit dem Kolben der Spritze ist eine Linearkraftsensoranordnung 16 angeordnet. Die Stange 11 ist mit einem Ende an einem Glied 15 befestigt, das von Hand in einer Weise gedreht werden kann, daß der Kolben einer Spritze unter Umgehung das Glied 17 umfaßt oder dieses freigegeben wird. Am anderen Ende ist die Stange 11 mit einem Nocken 14 verbunden, der gemeinsam mit Glied 15 rotiert. Ein Hebel 10 ist auf einem Drehzapfen 23 auf dem Schlitten 9 schwenkbar gelagert, und beide Teile bilden für die Schraubenspindel 1 einen Verriegelungsmechanismus, wobei eine Feder 6 so angeordnet ist, daß sie auf ein Schließen des Verriegelungsmechanismus um die Schraubenspindel 1 hinzielt. Die Form des Verriegelungsmechanismus arretiert die Schraubenspindel 1 in einer Weise, daß keine vertikale Kraft auf sie ausgeübt wird, da sie über eine geringe Toleranz (mit Zwischenraum) damit im Eingriff ist. Ein Verriegelungsstift 4 (der in eine Bohrung 4a eingreift) dient dazu, ein Öffnen des Verriegelungsmechanismus zu verhindern, wenn auf die Schraubenspindel eine übermäßig große Kraft einwirkt. Die Kraft der Feder 6 ist kein kritischer Wert, und kann geringer sein, als wenn sie die Funktion hätte, Teile 10 und 9 mit der Schraubenspindel 1 im Antriebseingriff zu halten. Eine Bremse 3 wird eingesetzt, um die Rotation des Schneckenrades 2 zu stoppen, wodurch es die Funktion einer Halbmutter annimmt, so daß ein Einkuppeln oder Trennen der Hauptantriebshalbmutter 5 in einem verhältnismäßig stationärem System vorgenommen wird, d. h. unabhängig davon, ob der Motor läuft oder nicht, da die Gewindegänge der Halbmutter 5 und des Schneckenrades 2 durch Öffnungen 21 synchronisiert sind, die entlang der Seite des Schneckenrades, wo die Bremse (Arretierstift) 3 eingreift, angeordnet sind. Jede Öffnung 21 bietet eine stabile Position für jede mögliche diskrete Eingriffsstellung der Gewindegänge von Halbmutter 5 und Schraubenspindel 1. Es ist deutlich, daß mit diesem System eine Beschädigung der Haupthalbmutter 5 nicht möglich ist; die Bremse 3 selbst ist verhältnismäßig unempfindlich, da sie für eine solche Bremsfunktion ausgelegt ist. Das Gewinde des Schneckenrades 2 ist kein Standardgewinde, es hat tiefe Gewindegänge, die mit der Schraubenspindel 1 im Eingriff und so konzipiert sind, daß sie allein die verhältnismäßig große Last aushalten, die eine Hand auf das Glied 15 ausüben kann. Dieses System verlängert die Dauer der Einsatzfähigkeit der Infusionspumpe. Da elektronische Bauteile sehr zuverlässig sind, waren bei den bisher bekannten Konstruktionen die antreibenden Halbmuttern die schwächste Stelle; sie wurden durch die Einkuppel -Auskuppel-Vorgänge abgenutzt. Wird der Nocken 14 über das manuelle Bewegen von Stange 11 und Glied 15 gedreht, löst er für den Trennvorgang die folgende Funktionsfolge aus:
• a) System in vollem Eingriff; Sperre 4 eingeschaltet, Bremse 3 eingeschaltet, Halbmutter 5 im Eingriff, Rotationsbewegung wird in Linearbewegung umgewandelt.
• b) Sperre 4 ausgeschaltet.
• c) Halbmutter 5 getrennt.
• d) Bremse 3 ausgeschaltet, freie Linearbewegung.
• In umgekehrter Reihenfolge wird für einen Einkuppelvorgang verfahren, was aus Fig. 3 hervorgeht.
• Hat sich der Nocken 14 in die Position für einen freien Lauf gedreht, so wird er von einem Vorsprung 24 am Hebel 10 blockiert und findet so eine zweite stabile Position.
• In Fig. 5 ist eine weitere Ausführung nach dem gleichen Bremssystem wie im Zusammenhang mit dem Schneckenrad 2 der Fig. 3 dargestellt. Dabei sind zwei Schneckenräder 2a und 2b vorgesehen, auf jeder Seite der Schraubenspindel 1 eines, die in der ausgekuppelten Stellung über diese abrollen. Sie werden durch Arretierstifte 3a, 3b über die Rotation des Nockens 14 in Einkuppelposition gebremst und übernehmen damit die Funktion von Halbmuttern.
• Bei der vorliegenden Erfindung sind (beim Betätigungsvorgang) keine über das Gehäuse gleitende Teile vorhanden, sondern lediglich zwei Wellenlager am Ende der Stangen 7 und 11 mit Führungsstange 8, die durch das Gehäusewellenlager hindurchreichen, wobei sie nur eine minimale und höchst sanfte Reibung entlang ihres Weges verursachen. Das bedeutet, daß bei Verwendung einer selbstanpassenden PID-Regelung und eines Gleichstrommotors nur eine minimale Schwingungsneigung auftritt.
• Ein Signal eines Dehnungsmeßgerätes 16 kann über Stangen 7 und 11, die wie ein Koaxialkabel wirken, an den Schlitten 9 geleitet werden, an dessen Seite ein magnetischer oder optischer Sensor vorgesehen ist, der in Übereinstimmung mit einem adäquaten Streifen entlang dem Gehäuse eine absolute Positionsbestimmung vornehmen kann. Zum Messen kann jede Art von Schalter verwendet werden, wenn Teile 9 und 10 verriegelt sind. Signale von Schalter, Kodierer und Kraftsensor werden über ein flexibles Kabel an ein sicheres Mikroprozessorsystem übertragen. Am Rotor des Motors 8 können eine Magnettrommel und Halleffektsensoren vorgesehen sein, die als Tachogeber eingesetzt sind. Ihr Strom wird begrenzt, so daß ein Fehler im Druckwandler kein Überschreiten der maximalen Druckgrenzen der Pumpe nach sich zieht.
• In Fig. 2 ist das steckerartige Spritzenwahlanzeigegerät 19 dargestellt, bei dem eine zwei farbige Aufschrift den Markennamen und das Volumen der eingesetzten Spritze anzeigt. Dabei sind unterschiedliche Farbsätze für unterschiedliche Spritzenkombinationen vorgesehen, und die Steckerstifte sind im Stecker wahlweise zu überbrücken, um für die eingesetzte Spritze die entsprechende digitale Information an den Mikroprozessor zu geben. Der Sicherheit halber sind zwei zusätzliche Sätze der überbrückbaren Stifte vorhanden.

Claims (9)

1. Spritzeninfusionspumpe mit einem Schraubenspindelgetriebe zum Umwandeln einer Drehbewegung eines Antriebsmotors (18) in eine Linearbewegung eines Schlittens (9), der parallel zur Achse der Schraubenspindel (1) geführt ist und auf einen Kolben einer Spritze einwirkt, wobei der Schlitten (9) von der Schraubenspindel (1) zum Austausch der Spritze auskuppelbar ist, gekennzeichnet durch mindestens ein Schneckenrad (2; 2a, 2b), das drehbar auf dem Schlitten (9) gelagert ist und in die äußeren Schneckengänge der durch den Antriebsmotor (18) angetriebenen Schraubenspindel (1) eingreift; und einen Betätigungsmechanismus (11, 14), der eine Bremse (3; 3a, 3b) derart steuert, daß diese normalerweise zur Erzielung einer Linearbewegung ein Drehen des Schneckenrades (2; 2a, 2b) in beiden Richtungen verhindert und zur Unterbrechung der Übertragung der Linearbewegung das Schneckenrad (2; 2a, 2b) zur freien Drehung in beiden Richtungen freigibt.

2. Spritzeninfusionspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem Schneckenrad (2) ein Hebel (10) schwenkbar an dem Schlitten (9) gelagert sowie eine Halbmutter (5) vorgesehen ist, die normalerweise in die Schraubenspindel (1) eingreift, und daß der Betätigungsmechanismus (11, 14) sowohl die Bremse (3) des Schneckenrades (3) als auch den Hebel (10) betätigt, um die Halbmutter (5) außer Eingriff mit der Schraubenspindel (1) zu bringen.

3. Spritzeninfusionspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schneckenräder (2a, 2b) drehbar an dem Schlitten (a) auf einander gegenüberliegenden Seiten der Schraubenspindel (1) gelagert sind, und daß die Bremse (3) normalerweise die Schneckenräder (2a, 2b) arretiert und dazu ausgebildet ist, die Schneckenräder gleichzeitig freizugeben.

4. Spritzeninfusionspumpe nach einem der Ansprüche 1-3, gekennzeichnet durch ein durch handbetätigtes Glied (15) zum Halten des Kolbens der Spritze und zum Aktivieren des Betätigungsmechanismus (11, 14).

5. Spritzeninfusionspumpe nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen zwischen dem Schlitten (9) und dem Hebel (10) angeordneten Verriegelungsmechanismus (4, 4a), der durch den Betätigungsmechanismus (11, 14) derart betätigbar ist, daß er normalerweise die Halbmutter (5) im Eingriffszustand mit der Schraubenspindel (1) verriegelt.

6. Spritzeninfusionspumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremse (3) als Arretierstift ausgebildet ist, der in Öffnungen (21) eingreift, die um jedes der Schneckenräder (2; 2a, 2b) angeordnet sind.

7. Spritzeninfusionspumpe nach den Ansprüchen 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionen der Öffnungen (21) an die Schneckengänge der Schraubenspindel (1) angepaßt sind.

8. Spritzeninfusionspumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsmechanismus (11, 14) ein Nockenmechanismus ist.

9. Spritzeninfusionspumpe nach den Ansprüchen 2, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Nockenmechanismus (11, 14) dazu ausgebildet ist, die folgenden Phasen beim Trennen der Bewegungsübertragung durchzuführen:

a) Freigeben des Verriegelungsmechanismus (11, 14) zwischen dem Schlitten (9) und dem Hebel (10),

b) Betätigen des Hebels (9) zum Bewegen der Halbmutter (5) außer Eingriff mit der Schraubenspindel (1),

c) Freigeben der Bremse (3) aus dem Schneckenrad (2).