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Gebiet der
Erfindung
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Die Beschreibung betrifft allgemein
einen Strömungsregler,
um die Strömung
von Fluiden zu regulieren. Spezieller betrifft die Erfindung im
Bereich der Medizin einen intravenösen Fluidströmungsregler,
um die Strömung
von intravenösen
Fluiden zu einem Patienten zu regulieren.
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Hintergrund der Erfindung
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Im Bereich der Medizin werden medizinische Fluide
oder Lösungen
häufig
an Patienten mit Hilfe von intravenösen (IV) Techniken verabreicht.
Das medizinische Fluid ist gewöhnlich
in einem IV-Beutel enthalten, der oberhalb des Patienten an einer IV-Stange
aufgehängt
ist. Eine IV-Schlauchleitung verbindet den IV-Beutel des medizinischen
Fluids mit dem Patienten durch eine IV-Nadel oder einen Katheter,
der in das Venensystem des Patienten eingesetzt ist.
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Das medizinische Fluid strömt aufgrund
der Gravitationskraft von dem hoch angeordneten IV-Beutel in den
Patienten. Medizinische Fluide können
auch mit Hilfe einer IV-Infusionspumpe, die mit einer IV-Schlauchleitung
verbunden ist, an einen Patienten verabreicht werden. Einrichtungen,
die diese Art von IV-Verabreichungstechniken nutzen, werden als
IV-Verabreichungssets bezeichnet.
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Häufig
muß die
Rate gesteuert werden, mit der das medizinische Fluid an den Patienten
verabreicht wird, um für
eine angemessene medizinische Behandlung zu sorgen. Daher wird das
medizinische Fluid an den Patienten eher über einen ausgedehnten Zeitraum
verabreicht, und wird nicht sofort gänzlich in den Patienten eingeflößt. Natürlich können verschiedene
medizinische Behandlungen und verschiedene medizinische Fluide unterschiedliche
Raten der IV-Fluidverabreichung erfordern. Die Rate der IV-Fluidverabreichung
hängt dabei
zum Teil von dem Fluiddruck in dem IV-Verabreichungsset ab.
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Es sind verschiedene Einrichtungen
und Techniken eingesetzt worden, um den Fluiddruck in dem IV-Verabreichungsset
und die entsprechende Fluidströmungsrate
des medizinischen Fluids zu dem Patienten zu steuern. Zum Beispiel
kann eine Klemme auf die IV-Schlauchleitung gesetzt werden, um die
Strömung
des Fluids durch den Schlauch teilweise einzuschränken.
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Die durch die Klemme aufgebrachte
Klemmkraft, das Ausmaß der
Einschränkung
des Schlauches und die Steuerung der Fluidströmungsrate sind jedoch einer
beachtlichen Variabilität
unterworfen. Eine andere Einrichtung, die vorgibt, die Rate der Fluidströmung zu
steuern, ist in der US-Patentschrift Nr. 4 343 305 von Bron offenbart,
unter dem Titel "Infusionsset
mit einstellbarer Rate und konstantem Ausfluß" (die sogenannte "Bron-Einrichtung").
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Die Bron-Einrichtung weist ein Verbindungsstück, einen
Einsatzanschluß,
einen Steueranschluß, ein
ringförmiges
Teil und eine elastische Membran auf. Das ringförmige Teil ist aus einem festen,
im wesentlichen nicht deformierbaren Material gefertigt und hat
eine stufenförmige
Aussparung. Das ringförmige
Teil ist innerhalb des Verbindungsstückes montiert, so daß die Membran
in der Aussparung sitzt. Das Verbindungsstück und die Membran bilden eine erste
Kammer, die über
den Einlaßanschluß mit einem
Fluidbehälter
in Verbindung steht.
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Weiterhin bilden das Verbindungsstück und die
Membran eine zweite Kammer, die in Verbindung mit dem Steueranschluß steht.
Eine Fluidpassage, die eine Strömungseinschränkung hat,
ist von der ersten Kammer zu der zweiten Kammer vorgesehen. Die
Membran ist beweglich zwischen Positionen, die nahe dem Steueranschluß sind,
was die Fluidströmung
reduziert, und Positionen, die weiter weg von dem Steueranschluß sind,
was die Fluidströmung
erhöht.
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Auch wenn die Bron-Einrichtung anstrebt, die
Rate der Fluidströmung
zu steuern, zeigt die Bron-Einrichtung Probleme, dieses Ziel zu
erreichen. Unter bestimmten Bedingungen kann die Bron-Einrichtung
die Rate der Fluidströmung
nicht steuern und ermöglicht
es dem Fluid statt dessen, frei oder im wesentlichen uneingeschränkt durch
die Einrichtung zu fließen.
Der Zustand freier Strömung
kann auftreten, wenn die Membran aus der stufenförmigen Aussparung des ringförmigen Teils
herausrutscht oder sich darunter verfängt. Die Membran kann in einem loka lisierten
Bereich oder über
einen wesentlichen Bereich der Membran herausrutschen oder sich
darunter verfangen.
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Wenn die Membran aus der Aussparung
herausrutscht oder sich darunter verfängt, kann ein relativ großer, uneingeschränkter freier
Strömungsweg zwischen
der ersten Kammer und der zweiten Kammer entstehen. Das Fluid wird
durch den uneingeschränkten
freien Strömungsweg
anstatt durch die eingeschränkte
Passage strömen.
Entsprechend kann dann, wenn die Membran von der Aussparung abrutscht
oder sich darunter verfängt,
Fluid frei von dem Fluidbehälter
zu dem Einlaßanschluß, zu der ersten
Kammer, durch den freien Strömungsweg
zu der zweiten Kammer, durch den Steueranschluß und schließlich in
den Patienten strömen.
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Das Problem wird noch gravierender,
wenn die Membran nicht in eine geeignet sitzende Position in der
Aussparung zurückkehrt,
nachdem die Membran aus der Aussparung herausgerutscht ist oder
sich darunter verfangen hat. Deshalb kann dann Fluid mit einer freien
Strömungsrate
anstelle einer gesteuerten, reduzierten Rate in den Patienten eingeflößt werden.
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Bei der Verwendung einer Bron-Einrichtung wurde
die Erfahrung gemacht, daß eine
Bolusinjektion (eine schnelle Veneninjektion) von Fluid mit Hilfe einer
Spritze in das Infusionsset stromaufwärts der Einrichtung zur Folge
haben kann, daß die
Membran aus der Aussparung des ringförmigen Teils herausrutscht
oder sich darunter verfängt.
Auch wenn das medizinische Personal angewiesen worden ist, Bolusinjektionen
nur stromabwärts
der Einrichtung zu verabreichen, traten manchmal gewaltsame, wiederholte
Bolusinjektionen stromaufwärts
der Einrichtung auf. Es wurde außerdem die Erfahrung gemacht,
daß ein überhöhter Fluidbehälterdruck
zur Folge haben kann, daß die
Membran aus der Aussparung des ringförmigen Teiles herausrutscht
oder sich darunter verfängt.
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Deshalb besteht ein Bedarf, intravenöse Fluidströmungsregler
zu verbessern. Insbesondere besteht ein Bedarf, intravenöse Fluidströmungsregler dahingehend
zu verbessern, daß freie
Fluidströmungszustände verhindert
werden. Die Erfindung erfüllt
diesen Bedarf. Die Erfindung verbessert Fluidströmungsregler, indem Regler angegeben
werden, die verhindern, daß eine
Membran von einem Membranhalter abrutscht oder sich darunter verfängt.
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Entsprechend ist ein Vorteil der
Erfindung, intravenöse
Fluidströmungsregler
zu verbessern.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung
besteht darin, freie Fluidströmungszustände durch
den Strömungsregler
zu verhindern.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung
besteht darin, einen Strömungsregler
anzugeben, der widerstandsfähig
gegen Mißbrauch
ist, wie etwa die Verabreichung von Bolusinjektionen stromaufwärts des Strömungsreglers.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung
ist der, daß eine
flexible Membran daran gehindert wird, von einem Membranhalter abzurutschen
oder sich darunter zu verfangen.
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Weitere Vorteile der Erfindung sind
aus dem Studium der Beschreibung, der Zeichnung und der Ansprüche offensichtlich.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die Erfindung gibt einen Fluidströmungsregler
gemäß Anspruch
1 an. Insbesondere gibt die Erfindung einen intravenösen Fluidströmungsregler
an, um die intravenöse
Verabreichung von medizinischen Fluiden an einen Patienten zu steuern.
Der Fluidströmungsregler
weist ein Gehäuse
auf, das ein Oberteil und einen Boden hat. Eine flexible Membran ist
innerhalb des Gehäuses
positioniert. Ein Membranhalter ist innerhalb des Gehäuses vorgesehen, um
einen Dichtrand der flexiblen Membran in Fluidabdichtungseingriff
mit dem Membranhalter zu halten.
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Das Gehäuse und die flexible Membran
bilden einen Fluideinlaßbehälter und
einen Fluidauslaßbehälter. Der
Membranhalter bildet einen Fluidumgehungskanal oder Bypass von dem
Fluideinlaßbehälter um
die Membran herum zu dem Fluidauslaßbehälter. Die flexible Membran
ist flexibel, um sich alternativ in den Fluideinlaßbehälter und
in den Fluidauslaßbehälter hineinzubewegen,
abhängig
von einer Fluiddruckdifferenz zwischen dem Fluideinlaßbehälter und
dem Fluidauslaßbehälter.
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Ein Fluideinlaß ist mit dem Oberteil des
Gehäuses
verbunden, um eine Fluideinlaßpassage
von einem IV-Beutel, der medizinisches Fluid enthält, zu einem
Fluideinlaßbehälter bereitzustellen.
Ein Fluidauslaß ist
mit dem Boden des Gehäuses
verbun den, um eine Fluidauslaßpassage
von dem Fluidauslaßbehälter zu
dem Patienten bereitzustellen.
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Eine Vielzahl von Rippen ist mit
dem Boden verbunden, um eine Bewegung der flexiblen Membran in den
Fluidauslaßbehälter zu
verhindern, wenn die flexible Membran sich eine vorgegebene Distanz in
den Fluidauslaßbehälter bewegt.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die Figuren zeigen in:
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1 einen
Teilquerschnitt, der einen Fluidströmungsregler gemäß der Erfindung
zeigt,
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2 einen
vollständigen
Querschnitt des Fluidströmungsreglers
gemäß 1,
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3 eine
perspektivische Darstellung des Bodens des Fluidströmungsreglers
gemäß 1 und 2,
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4 eine
Draufsicht gemäß 3,
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5 eine
vergrößerte Draufsicht
eines Bereiches gemäß 4, der eine Rippe in größerem Detail
zeigt,
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6 eine
vergrößerte Seitenansicht
eines Bereiches gemäß 4 entlang der Linie 6-6,
die die Rippen in größerem Detail
zeigt,
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7 einen
Querschnitt einer Rippe entlang der Linie 7-7 gemäß 4 und
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8 einen
Querschnitt des Fluidströmungsreglers,
der den Fluidströmungsweg
durch den Regler zeigt.
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Auch wenn die Erfindung in vielen
verschiedenen Formen hergestellt werden kann, werden in dieser Beschreibung
die bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben und in den beigefügten
Zeichnungen gezeigt. Die Beschreibung zeigt beispielhaft die Prinzipien
der Erfindung und schränkt
die weiten Aspekte der Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen
ein.
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1 zeigt
eine Seitenansicht im Teilquerschnitt eines Fluidströmungsreglers 10,
der gemäß der Erfindung
hergestellt ist. 2 ist
ein vollständiger
Querschnitt des Fluidströmungsreglers 10 gemäß 1, der den Strömungsregler 10 in größerem Detail
zeigt. Der Fluidströmungsregler 10 weist
ein Gehäuse 12,
eine flexible Membran 14 und einen Membranhalter 16 auf.
Die Membran 14 und der Membranhalter 16 sind innerhalb
des Gehäuses 12 positioniert,
wie im folgenden noch ausführlicher
beschrieben wird.
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Das Gehäuse 12 weist ein Oberteil 18 und
einen Boden 20 auf. Das Oberteil 18 weist eine
obere Wand 22, einen Fluideinlaß 24 und eine Oberteilseitenwand 26 auf.
Die obere Wand 22 ist von ungefähr kreisförmiger Gestalt. Der Fluideinlaß 24 ist
verbunden mit der und erstreckt sich nach oben von der oberen Wand 22 und
bildet eine Fluideinlaßpassage 27 durch
die obere Wand 22. Der Fluideinlaß 24 ist mit der oberen
Wand 22 in dem Zentrum der oberen Wand 22 verbunden.
Ein Vorsprung 28 ist in der oberen Wand 22 innerhalb
des Oberteils 18 vorgesehen. Der Vorsprung 28 berührt die
Membran 14, um die Membran 14 zu dem Boden 20 hin
vorzuspannen.
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Die obere Wand 22 bildet
eine gebogene Kapillarrille 29, die in 8 genauer gezeigt wird. Die gebogene
Kapillarrille 29 erstreckt sich um das Zentrum der oberen
Wand 22 herum über
einen Winkel von weniger als 360 Grad. Vorzugsweise erstreckt sich
die Kapillarrille über
einen Winkel von 270 Grad. Die Funktion der Kapillarrille 29 ist,
für eine
Einschränkung
der Fluidströmung
zu sorgen, die einen Abfall des Fluiddrucks verursacht, während Fluid durch
die Kapillarrille 29 strömt.
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Die obere Wand 22 bildet
ferner einen oberen Fluidkanal 31, der sich von dem Zentrum
der oberen Wand 22 zu der Kapillarrille 29 erstreckt.
Wie in 2 dargestellt,
erstreckt sich die Oberteilseitenwand 26 von der oberen
Wand 22 nach unten, um den Umfang der oberen Wand 22 und
in einer dem Fluideinlaß 24 entgegengesetzten
Richtung. Die Oberteilseitenwand 26 sieht einen Verriegelungsvorsprung 30 vor,
um in den Boden 20 einzugreifen, wenn das Oberteil 18 und
der Boden 20 miteinander verbunden werden.
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Der Boden 20 sieht eine
Bodenwand 32, einen Fluidauslaß 34 und eine Bodenseitenwand 36 vor.
Die Bodenwand 32 ist von ungefähr kreisförmiger Gestalt und hat einen
hochgezogenen Bereich 38. Der hochgezogene Bereich 38 hat
ein Zentrum 40 und eine Kante 42. Der hochgezogene
Bereich 38 erstreckt sich von der Bodenwand 32 nach
oben. Das Zentrum 40 erstreckt sich weiter von der Boden wand 32,
als dies die Kante 42 tut. Der hochgezogene Bereich 38 fällt von
dem Zentrum 40 zu der Kante 42 hin ab.
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Der Fluidauslaß 34 ist mit dem hochgezogenen
Bereich 38 im Zentrum 40 verbunden und erstreckt
sich in einer dem hochgezogenen Bereich 38 entgegengesetzten
Richtung nach unten. Der Fluidauslaß 34 sieht eine Fluidauslaßpassage 44 durch die
Bodenwand 32 über
eine Auslaßöffnung 46 im hochgezogenen
Bereich 38 vor. Eine Vielzahl von Rippen 48, die
im folgenden ausführlich
diskutiert werden, ist in dem hochgezogenen Bereich 38 vorgesehen.
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Die Bodenseitenwand 36 erstreckt
sich von der Bodenwand 32 um den Umfang der Bodenwand 32 herum
nach unten und in die gleiche Richtung wie der Fluidauslaß 34.
Die Bodenseitenwand 36 sieht einen Verriegelungsvorsprung 50 vor,
um in das Oberteil 18 einzugreifen, insbesondere in den
Verriegelungsvorsprung 30, wenn Oberteil 18 und
Boden 20 miteinander verbunden werden.
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Der Membranhalter 16 hat
eine ringförmige Gestalt
und eine ringförmige
Leiste 52. Die ringförmige
Leiste 52 erstreckt sich von dem Membranhalter 16 zu
der Innenseite der ringförmigen
Gestalt des Membranhalters 16. Die ringförmige Leiste 52 steht in
Abdichtungseingriff mit der Membran 14. Der Membranhalter 16 bildet
einen Fluidumgehungskanal 54 (Bypass) durch zumindest einen
Bereich des Membranhalters 16. Der Fluidumgehungskanal 54 ermöglicht es
einem Fluid, um die Membran 14 herum zu strömen, wie
im folgenden beschrieben. Der Membranhalter 16 ist aus
einem flexiblen, elastischen Material hergestellt.
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Die Membran 14 ist im allgemeinen
von kreisförmiger
Gestalt und ist aus einem flexiblen, nachgiebigen Material hergestellt.
Die Membran 14 hat einen Fluiddichtrand 56 und
eine Mitte 58. Der Dichtrand 56 berührt die
ringförmige
Leiste 52 des Membranhalters 16. Die Mitte 58 berührt den
Vorsprung 28 der oberen Wand 22 des Oberteils 18.
Die Berührung
des Dichtrandes 56 und der ringförmigen Leiste 52 ergibt
eine fluiddichte Abdichtung.
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Der Fluidströmungsregler 10 wird
so zusammengesetzt, wie es in 2 dargestellt
ist. Das Oberteil 18 und der Boden 20 werden miteinander zusammengesetzt,
um das Gehäuse 12 zu
bilden. Das Oberteil 18 und der Boden 20 werden
konzentrisch miteinander ausgerichtet, so daß der Fluideinlaß 24 und
der Fluidauslaß 34 konzen trisch
miteinander ausgerichtet sind. Der Verriegelungsvorsprung 50 an
dem Boden 20 greift in den Verriegelungsvorsprung 30 an
dem Oberteil 18 ein, um das Oberteil 18 und den
Boden 20 verriegelt miteinander zu verbinden. Das Oberteil 18 und
der Boden 20 werden miteinander verriegelt, um eine Bewegung
entlang einer zentralen Achse zu verhindern. Dennoch können das Oberteil 18 und
der Boden 20 relativ zueinander um die zentrale Achse gedreht
werden.
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Der flexible, elastische Membranhalter 16 ist innerhalb
des Gehäuses 12 und
zwischen dem Oberteil 18 und dem Boden 20 positioniert.
Der Membranhalter 16 ist konzentrisch mit dem Oberteil 18 und dem
Boden 20 ausgerichtet. Wenn das Oberteil 18 relativ
zu dem Boden 20 verdreht wird, dann dreht sich auch der
Membranhalter 16 relativ zum Oberteil 18, aber
er dreht sich nicht relativ zu dem Boden 20. Der Boden 20 weist
Vorsprünge 60 auf,
die in 3 deutlicher
dargestellt sind, die mit den Vorsprüngen entsprechenden Aussparungen
in der Membran 14 in Eingriff stehen, um die Membran 14 daran
zu hindern, sich relativ zum Boden 20 zu verdrehen.
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Wenn das Oberteil 18 und
der Boden 20 miteinander verbunden werden, wird der Membranhalter 16 zwischen
dem Oberteil 18 und dem Boden 20 komprimiert.
Die Kompression des elastischen Membranhalters 16 gibt
eine Entlastungskraft an das Oberteil 18 und den Boden 20 weiter,
die darauf gerichtet ist, das Oberteil 18 von dem Boden 20 zu
trennen.
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Das Oberteil 18 und der
Boden 20 trennen sich jedoch nicht automatisch, weil das
Oberteil 18 und der Boden 20 mit dem Verriegelungsvorsprung 30 und
dem Verriegelungsvorsprung 50 miteinander verriegelt sind.
Das Oberteil 18 und der Boden 20 können getrennt
werden, indem die Oberteilseitenwand 26 von dem Verriegelungsvorsprung 50 nach außen gespreizt
wird, um es dem Verriegelungsvorsprung 50 zu ermöglichen,
den Eingriff mit dem Verriegelungsvorsprung 30 zu lösen.
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Die flexible, elastische Membran 14 ist
innerhalb des Gehäuses 12 und
zwischen dem Oberteil 18 und dem Boden 20 positioniert,
um einen Fluideinlaßbehälter 62 und
einen Fluidauslaßbehälter 64 zu
bilden. Die Membran 14 ist konzentrisch mit dem Oberteil 18,
dem Membranhalter 16 und dem Boden 20 ausgerichtet.
Wenn das Oberteil 18 und der Boden 20 miteinander
verriegelt sind, berührt
der Vorsprung 28 die Mitte 58 der Membran 14 und
spannt die Membran 14 zu dem Fluidauslaßbehälter 64 hin vor. Das Vorspannen
der Membran 14 zu dem Fluidauslaßbehälter 64 hin bewirkt,
daß der
Dichtrand 56 der Membran 14 gegen die ringförmige Leiste 52 in
Abdichtungseingriff drückt.
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Auf diese Weise hält der Membranhalter 16 die
Membran 14 innerhalb des Gehäuses 12. Während der
Dichtrand 56 in Abdichtungseingriff gegen die ringförmige Leiste 52 gehalten
wird, bleibt die Mitte der Membran 14 flexibel, um sich
alternativ zwischen dem Fluidauslaß 34 und dem Fluideinlaß 24 zu bewegen,
wie unten für
die Situation des Betriebes des Strömungsreglers 10 beschrieben.
Kurz gesagt, während
die Mitte 58 der Membran 14 sich zu dem Fluidauslaß 34 hin
bewegt, bildet die Mitte 58 eine gebogene Form. Die gebogene
Form hat einen Krümmungsradius,
der sich erhöht,
wenn die Mitte 58 sich näher zu dem Fluidauslaß 34 bewegt.
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Ein Fluidströmungsweg durch den Fluidströmungsregler 10 wird
nun unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
Das Fluid tritt in den Fluidströmungsregler 10 durch
die Fluideinlaßpassage 27 in den
Fluideinlaß 24 ein.
Das Fluid strömt
von der Fluideinlaßpassage 27 in
den Fluideinlaßbehälter 62. Das
Fluid strömt
von dem Fluideinlaßbehälter 62 durch
den oberen Fluidkanal 31 im Oberteil 18 zu der Kapillarrille 29 in
dem Oberteil 18.
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Das Fluid strömt von der Kapillarrille 29 zu dem
Bypass oder Fluidumgehungskanal 54 in dem Membranhalter 16.
Das Fluid strömt
von dem Umgehungskanal 54 durch einen unteren Fluidkanal 70 zwischen
dem Membranhalter 16 und dem Boden 20. Das Fluid
strömt
von dem unteren Fluidkanal 70 zu dem Fluidauslaßbehälter 64.
Dann strömt
das Fluid von dem Fluidauslaßbehälter 64 durch
die Fluidauslaßpassage 44 in
den Fluidauslaß 34.
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Die Strömungskanäle 31, 54 und 70 sind groß genug,
um es Fluiden zu ermöglichen,
relativ uneingeschränkt
durch die Kanäle 31, 54 und 70 zu strömen. Die
Kapillarrille 29 jedoch ist klein genug, um die Fluidströmung durch
die Kapillarrille 29 einzuschränken. Vorzugsweise variiert
die Größe der Kapillarrille 29 von
einer relativ großen
Rille, die eine große
Breite und Tiefe hat, zu einer relativ schmalen Rille, die eine
schmale Breite und Tiefe hat.
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Während
Fluid durch die Kapillarrille 29 strömt, bildet sich ein Fluiddruckabfall,
weil die Kapillarrille 29 die Fluidströmung einschränkt. Die
Stärke des
Druckabfalls oder der Druckabnahme und somit die Strömungsrate
durch den Regler 10 kann gesteuert werden, indem die effektive
Länge der
Kapillarrille 29 variiert wird.
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Die effektive Länge der Kapillarrille 29 ist
diejenige Länge
der Kapillarrille 29, durch die das Fluid hindurchströmen muß, um in
den Fluidumgehungskanal 54 einzutreten. Die effektive Länge der
Kapillarrille 29 kann gleich der oder kleiner als die Gesamtlänge der
Kapillarrille 29 sein. Die effektive Länge der Kapillarrille 29 kann
variiert werden, indem das Oberteil 18 im Verhältnis zu
dem Membranhalter 16 und dem Boden 20 verdreht
wird. Wenn das Oberteil 18 relativ zu dem Membranhalter 16 verdreht wird,
dann dreht sich die Kapillarrille 29, um den Fluidumgehungskanal 54 mit
der Kapillarrille 29 zu verbinden.
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Das Fluid strömt durch die effektive Länge der
Kapillarrille 29, um in den Fluidumgehungskanal 54 im
Bereich der Berührung
einzutreten. Der Bereich der Berührung
entlang der Länge
der Kapillarrille 29 bestimmt deshalb die effektive Länge der
Kapillarrille 29, den sich daraus ergebenden Fluiddruckabfall
sowie die sich daraus ergebende Fluidströmungsrate durch den Regler 10.
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3 zeigt
eine perspektivische Darstellung des Bodens 20 des Fluidströmungsreglers 10,
der die Rippen 48 aufweist. Die Rippen 48 sind
auf dem hochgezogenen Bereich 38 der Bodenwand 32 vorgesehen,
um die Membran 14 daran zu hindern, von der ringförmigen Leiste 52 des
Membranhalters 16 abzurutschen oder sich darunter zu verfangen,
wenn die Membran 14 sich in den Fluidauslaßbehälter 64 bewegt.
Die Rippen 48 sind verbunden mit und erstrecken sich aufwärts von
dem hochgezogenen Bereich 38. Die Rippen 48 erstrecken
sich in den Fluidauslaßbehälter 64 zu
der Membran 14.
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3 zeigt
sechs Rippen 48 auf dem hochgezogenen Bereich 38;
die Anzahl der Rippen 48 kann jedoch auch größer oder
kleiner gewählt
werden. Vorzugsweise ist eine genügend große Anzahl von Rippen 48 vorgesehen,
um die Membran 14 daran zu hindern, von irgendeinem Bereich
der ringförmigen
Leiste 52 abzurutschen oder sich darunter zu verfangen.
Jede Rippe 48 weist zwei nach oben stehende Rippensäulen 72 auf,
die voneinander durch Säulenzwischenräume 74 beabstandet
sind. Eine alternative Konfiguration der Rippen 48 würde eine
einzige Rippensäule 72 statt
der zwei Rippensäulen 72 aufweisen,
die voneinander durch einen Säulenzwischenraum 74 beabstandet
sind.
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4 zeigt
eine Draufsicht des Bodens 20 des Fluidströmungsreglers 10 gemäß 3. Die Rippen 48 sind
symmetrisch, die Auslaßöffnung 46 umgebend,
auf dem hochgezogenen Bereich 38 positioniert. Insbesondere
befinden sich die Rippen 48 in einem konstanten radialen
Abstand zum Zentrum der Auslaßöffnung 46.
Die radiale Distanz zu dem Zentrum der Auslaßöffnung 46 ist klein
genug, damit die Rippen 48 nicht den Membranhalter 16 behindern, wenn
der Strömungsregler 10 zusammengesetzt wird.
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Die Rippen 48 berühren nicht
den Membranhalter 16 und behindern deshalb nicht die Kompression
des Membranhalters 16. Die Rippen 48 sind auch
unter gleichen Winkeln um das Zentrum der Auslaßöffnung 46 beabstandet.
Die Rippen 48 können
jedoch auf dem hochgezogenen Bereich 38 asymmetrisch positioniert
sein, einschließlich
verschiedener radialer Distanzen und verschiedener Winkel.
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5 zeigt
eine vergrößerte Draufsicht
eines Bereiches des Bodes 20, in der die Rippen 48 in größerem Detail
gezeigt werden. Die jeweiligen zwei nach oben stehenden Rippensäulen 72 der
Rippen 48 sind durch die Säulenzwischenräume 74 voneinander
beabstandet. Eine Rippe 48, die von zwei relativ dünnen Rippensäulen 72 gebildet
wird, ist gegenüber
einer einzelnen relativ weiteren Rippensäule 72 bevorzugt.
Die Struktur aus zwei Rippensäulen 72 sorgt
für eine
Fluidströmung
durch die Säulenzwischenräume 74.
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Die Rippe 48 hat eine Rippenvorderseite 76, die
der Auslaßöffnung 46 gegenübersteht,
und eine Rippenrückseite 78,
die von der Auslaßöffnung 46 abgewandt
ist. Die Rippenvorderseite 76 und die Rippenrückseite 78 haben
ein gebogenes Profil, wie in 5 gezeigt.
Das gebogene Profil hat ein radiales Zentrum, das sich im Zentrum
der Auslaßöffnung 46 befindet.
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6 zeigt
eine vergrößerte Seitenansicht der
Rippe 48 entlang der Linie 6-6 in 4. 6 zeigt
ferner einen Bereich des Bodens 20 im Querschnitt. Jede
Rippe 48 hat eine Rippenoberseite 80 und ein Paar
von Rippenseiten 82. Die Rippenoberseite 80 verbindet
die Rippenvorderseite 76, die Rippenrückseite 78 und die Rippenseiten 82 miteinander.
Die Verbindungsstelle der Rippenoberseite 80 mit der Rippenrückseite 78 ist
eine abgerundete Kante 84.
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Die abgerundete Kante 84 erstreckt
sich weiter in den Fluidauslaßbehälter 64 hinein,
als dies der hochgezogene Bereich 38 an der Auslaßöffnung 46 tut.
Die Verbindungsstelle der Rippenoberseite 80 mit der Rippenvorderseite 76 erstreckt
sich eine kleinere Distanz in den Fluidauslaßbehälter 64 hinein, als
dies die Verbindungsstelle der Rippenoberseite 80 mit der Rippenrückseite 78 tut.
Die Rippenoberseite 80 fällt deshalb von der Rippenrückseite 78 zu
der Rippenvorderseite 76 hin ab.
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Das Profil der abfallenden Rippenoberseite 80 ist
gekrümmt
oder gebogen, wie in 6 dargestellt.
Die gebogene Form der Rippenoberseite 80 ist von der Membran 14 beabstandet
(bevorzugt 0,508 mm bzw. 0,02 Inch), wenn die Membran 14 sich
weit genug in den Fluidauslaßbehälter 64 erstreckt,
um die Auslaßöffnung 46 zu
berühren
und abzuschließen.
Die Rippe 48 erstreckt sich um eine vorgegebene Distanz
in den Fluidauslaßbehälter 64,
so daß, wie
unten beschrieben, unter normalen Betriebsbedingungen die Rippe 48 nicht
die Membran 14 berührt.
Gleichermaßen
berührt
die Membran 14 die Rippe 48, wenn die Membran 14 sich
um eine vorgegebene Distanz in den Fluidauslaßbehälter 64 hinein bewegt.
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7 zeigt
einen Querschnitt der Rippe 48 entlang der Linie 7-7 in 4. Insbesondere zeigt 7 das Profil der Säulenzwischenräume 74 zwischen
den Rippensäulen 72.
Das Profil der Säulenzwischenräume 74 hat
an dem Boden, wo die Rippe 48 an den hochgezogenen Bereich 38 der
Bodenwand 32 des Bodens 20 angebracht ist, eine
halbkreisförmige
Gestalt.
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Beim Betrieb des Fluidströmungsreglers 10 ist
der Regler 10 an ein IV-Verabreichungsset angeschlossen.
Das IV-Verabreichungsset weist einen IV-Beutel auf, der medizinisches
Fluid enthält.
Der IV-Beutel ist an den Fluideinlaß 24 mit einem iv-Schlauch
angeschlossen. Der Fluidauslaß 34 ist an
ein anderes Stück
IV-Schlauch angeschlossen, der an eine IV-Nadel angeschlossen ist.
Die Nadel ist in das venöse
System des Patienten eingesetzt. Das IV-Set kann weitere IV-Komponenten
aufweisen, zum Beispiel eine Infusionskammer oder eine Y-förmige Injektionsstelle.
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Der Fluidströmungsregler 10 wird
justiert, um die gewünschte
Fluidströmungsrate
einzustellen, indem das Oberteil 18 im Verhältnis zu
dem Membranhalter 16 und dem Boden 20 gedreht
wird. Das medizinische Fluid strömt
unter der Wirkung der Gravitationskraft von dem IV-Beutel zu dem
Fluidströmungsregler 10.
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Das Fluid tritt in den Fluidströmungsregler 10 durch
die Fluideinlaßpassage 27 in
den Fluideinlaß 24 ein.
Das Fluid strömt
durch die Fluideinlaßpassage 27 in
dem Fluideinlaßbehälter 62.
Das Fluid, das in dem Fluideinlaßbehälter 62 enthalten
ist, steht unter einem Fluideinlaßdruck. Das Fluid strömt um die Membran 14 herum,
indem es durch den Fluidumgehungskanal 54 in den Membranhalter 16 strömt. Genauer
gesagt, es strömt
das Fluid um die Membran 14 herum, indem es durch den oberen
Fluidkanal 31, den Fluidumgehungskanal 54 und
den unteren Fluidkanal 70 strömt. Das Fluid strömt von dem
unteren Fluidkanal 70 in den Fluidauslaßbehälter 64.
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Das Fluid, das in dem Fluidauslaßbehälter 64 enthalten
ist, steht unter einem Fluidauslaßdruck. Das Fluid strömt aus dem
Fluidauslaßbehälter 64 durch
die Fluidauslaßpassage 44 in
dem Fluidauslaß 34.
Das Fluid strömt
dann von dem Fluidauslaß 34 durch
den IV-Schlauch in den Patienten.
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Während
das Fluid von dem Fluideinlaßbehälter 62 durch
die Kapillarrille 29 in den Fluidauslaßbehälter 64 strömt, ergibt
sich ein Fluiddruckabfall. Allgemein bekannte Analysetechniken der
Strömungsdynamik
können
benutzt werden, um den Wert des Druckabfalls zu bestimmen. Dementsprechend entsteht
eine Druckdifferenz zwischen dem Fluideinlaßbehälter 62 und dem Fluidauslaßbehälter 64.
Der Fluidauslaßdruck
in dem Fluidauslaßbehälter 64 ist geringer
als der Fluideinlaßdruck
in dem Fluideinlaßbehälter 62.
Die Druckdifferenz hat zur Folge, daß die flexible Membran 14 sich
biegt oder sich in den Fluidauslaßbehälter 64 hinein bewegt.
Insbesondere bewegt sich die Mitte 58 der Membran 14 in
den Fluidausbehälter 64 hinein.
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Während
die Membran 14 sich in den Fluidausbehälter 64 hineinbewegt,
bewegt sich die Membran 14 näher zu der Auslaßöffnung 46 der
Fluidauslaßpassage 44.
Die Fluidströmung
durch die Auslaßöffnung 46 ist
eingeschränkt
und reduziert, während die
Membran 14 sich der Auslaßöffnung 46 nähert. Die
Membran 14 kann den Boden 20 an der Auslaßöffnung 46 berühren, um
die Auslaßöffnung 46 abzuschließen.
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Die Fluidströmung durch den Strömungsregler 10 und
insbesondere durch die Kapillarrille 29 ist im Vergleich
zu der Reduktion der Fluidströmung durch
die Auslaßöffnung 46 verringert.
Weil die Fluidströmungsrate
durch die Kapillarrille 29 verringert ist, verringert sich
auch der Druckabfall durch die Kapillarrille 29. Entsprechend
verringert sich die Druckdifferenz zwischen dem Fluideinlaßbehälter 62 und dem
Fluidauslaßbehälter 64.
Die elastische, flexible Membran 14 bewegt sich aufgrund
der verringerten Fluiddruckdifferenz von der Auslaßöffnung 46 weg und
zurück
zu dem Fluideinlaßbehälter 62 hin.
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Die Fluidströmungsrate durch den Strömungsregler 10 erhöht sich,
wenn die Membran 14 sich von der Auslaßöffnung 46 wegbewegt,
weil die Strömung
durch die Auslaßöffnung 46 von
der Membran 14 weniger eingeschränkt wird. Die Druckdifferenz
und die entsprechende Fluidströmungsrate ändern sich
wiederholt, wie oben beschrieben, bis eine Gleichgewichtsströmungsrate
erreicht ist. Die Gleichgewichtsströmungsrate ist relativ rasch
erreicht, so daß der
Prozeß,
ein Gleichgewicht der Fluidströmung
zu erreichen, sich nicht nachteilig auf die Verabreichung des Fluids
an den Patienten auswirkt.
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Der Fluideinlaßdruck kann sich aufgrund verschiedener
Umstände ändern. Zum
Beispiel wird sich der Fluideinlaßdruck mit der Zeit verringern,
während die
Menge an Fluid in dem IV-Beutel abnimmt. Auch die Höhe des IV-Beutels
oberhalb des Patienten kann verändert
werden. Diese Änderung
des Fluiddruckes kann mit Hilfe des Betrages der Höhe oberhalb
des Reglers gemessen werden. Während
sich der Fluideinlaßdruck
verändert,
kompensiert der Fluidströmungsregler 10 die
Druckunterschiede, indem er ein Gleichgewicht herstellt, wie oben
beschrieben.
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Es hat sich gezeigt, daß ein Fluidströmungsregler 10,
der gemäß der Erfindung
hergestellt worden ist, die durchschnittlichen Fluidströmungsraten innerhalb
eines Schwankungsbereiches von plus oder minus 10% aufrecht erhalten
kann, trotz einer Veränderung
der Höhe
zwischen 76,2 und 152,4 cm (30 und 60 Inch). Auf diese Weise hält der Fluidströmungsregler 10 eine
konstante Fluidströmungsrate durch
die Einrichtung aufrecht.
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Der Fluidströmungsregler 10 kann
mißbraucht
werden, indem eine Bolusinjektion mit ergänzender Fluidmedikation stromaufwärts des
Reglers 10 in den IV-Set injiziiert wird. Die Bolusinjektion
von Fluid kann einen extremen Druckanstieg in dem Fluideinlaßbehälter verursachen.
Der extreme Druckanstieg kann durch wiederholte, kraftvolle Bolusinjektion
stromaufwärts
des Reglers noch verschärft
werden. Der Druckanstieg bewirkt, daß die flexible Membran 14 sich
in den Fluidauslaßbehälter 64 hineinbewegt,
und im normalen Betrieb wird der Regler 10 den erhöhten Druck
kompensieren.
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Der extreme Druckanstieg kann jedoch
die drucksensible Membran 14 weit in den Fluidauslaßbehälter 64 hineinbewegen
und, gäbe
es die Rippen 48 nicht, bewirken, daß die Membran 14 von
der ringförmigen
Leiste 52 abrutscht oder sich darunter verfängt. Unter
dem extremen Druck bewegt sich die Membran 14 in eine Berührung mit
den Rippen 48, die eine weitere Bewegung der Membran 14 in
den Fluidauslaßbehälter 64 hinein
verhindern.
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Die Rippen 48 sind auf dem
Boden 20 positioniert und erstrecken sich in den Fluidauslaßbehälter 64 hinein,
so daß die
Membran 14 an den Rippen 48 anliegt, wenn sich
die Membran 14 eine vorgegebene Distanz in den Fluidauslaßbehälter 64 hineinbewegt. Die
vorgegebene Distanz oder die maximale Bewegung der Membran ist klein
genug, um zu verhindern, daß die
Membran 14 von der ringförmigen Leiste 52 abrutscht
oder sich darunter verfängt.