-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Ventilmechanismen zur Injektion
eines Fluids über
einen Katheter in Lebewesen.
-
Hintergrund
der Erfindung
-
In
vielen medizinischen Umfeldern wird während einer Diagnose oder Behandlung
ein medizinisches Fluid in einen Patienten eingespritzt. Ein Beispiel
ist die Injektion eines Kontrastmittels in einen Patienten unter
Verwendung eines kraftbetriebenen, automatischen Injektors, um die
Bildwiedergabe bei CT, Angiographie, Magnetresonanz oder Ultraschall zu
verbessern. Das bei diesen Anwendungen verwendete Kontrastmittel
ist typischerweise teuer und wird deshalb gerne so weit wie möglich geschont.
-
Während Injektionen
dieser Art ist es für
den Bediener des Injektors typisch, zuerst eine Spritze an den Injektor
anzubringen und dann die Spritze mit dem Kontrastmittel aus einem
separaten Kontrastmittel-Füllbehälter zu
füllen.
Dann wird ein Ende eines durchsichtigen Röhrchens mit der Spritze gekoppelt,
und das andere Ende des Röhrchens
wird mit einer Nadel oder einem Katheter verbunden und in den Patienten
eingeführt,
was nachfolgend die Injektion des Kontrastmittels in den Patienten
ermöglicht.
-
Während des
Vorgangs zieht der Bediener häufig
kurz Blut aus dem Patienten in den Katheter ab, um die Durchgängigkeit
des Katheters zu überprüfen, indem
der Injektor rückwärts gerichtet
betrieben wird, so dass Luft aus dem Katheder oder der Nadel in
das durchsichtige Röhrchen
zurück
gezogen wird. Falls nach diesem kurzen Zurückziehen Blut in dem Katheter
sichtbar wird, kann der Bediener bestätigen, dass die Nadel oder
der Katheter nicht verstopft ist, zum Beispiel durch Blutgerinnsel.
Danach fährt
der Bediener mit der Injektion fort, indem der Injektor vorwärts gerichtet
betrieben wird, so dass das Kontrastmittel aus der Spritze in den
Patienten gedrückt
wird.
-
Bei
angiographischen Anwendungen werden häufig kleine Injektionen von
Kontrastmittel während der
abschließenden
Positionierung des Katheters durchgeführt, um die Vaskularisation
des Patienten und die Position des Katheters in Bezug zu der Vaskularisation
optisch sichtbar zu machen. (Kleine Injektionen von Kontrastmittel
sind notwendig, weil der Katheter unter Fluoroskopie nicht sichtbar
ist.)
-
Eine
Schwierigkeit bei den oben beschriebenen Vorgehensweisen besteht
in der Notwendigkeit, früh
im Verfahren entscheiden zu müssen,
wie viel Kontrastmittel in die Spritze gefüllt werden darf. Aus Sicherheitsgründen kann
kein in der Spritze nach einer Injektion zurück bleibendes Kontrastmittel
an einem anderen Patienten wieder verwendet werden. Deshalb ist
es aufgrund der Kosten von Kontrastmitteln wünschenswert, die Spritze nur
mit der Men ge eines Kontrastmittels zu füllen, die für die Injektion benötigt wird.
Leider ist diese Menge nur schwer genau vorherzusagen. Eine zu große Schätzung der benötigten Menge
führt zu
Kontrastmittelausschuss. Eine zu geringe Schätzung macht es nötig, dass
die Spritze neu gefüllt
werden muss; dies beinhaltet ein Lösen der Spritze von dem Röhrchen,
ein Verbinden der Spritze mit dem Kontrastmittel-Füllbehälter, ein Zurückziehen
des zusätzlichen
Kontrastmittels in die Spritze und dann ein Wiederverbinden der
Spritze mit dem Röhrchen.
Dieser Vorgang der Neubefüllung
ist nicht nur langwierig, sondern erzeugt auch Sicherheitsrisiken
aufgrund der möglichen
Einführung
von Luft in den Katheter während
der Lösung
und Wiederverbindung und aufgrund einer möglichen Aussetzung des Bedieners
mit Kontrastmittel und/oder einer Verunreinigung des Füllbehälters durch
Kontrastmittel in der Spritze, das potentiell mit dem Blut des Patienten
in Verbindung gekommen sein kann.
-
Eine
weitere Schwierigkeit ergibt sich während der Katheter-Positionierung,
wenn kleine Injektionen von Kontrastmittel durchgeführt werden,
um die optische Sichtbarmachung der Vaskularisation des Patienten
zu unterstützen.
Um die Sterilität
zu bewahren, betätigt
der Arzt typischerweise nicht selbst den Kraft-Injektor, sondern
muss dem Injektor-Bediener Anweisungen mündlich erteilen; dies kann
schwer zu koordinieren sein, weil der Arzt gleichzeitig den Katheter
handhaben und das Fluoroskop beobachten muss. Ferner sind einige
Kraft-Injektoren
zum Einspritzen eines Kontrastmittels für Injektionen mit hoher Durchflussrate
ausgebildet und können
nicht für
Injektionen mit kleinem Volumen präzise reguliert werden. Daraus
ergibt sich, dass bei Verwendung dieser Injektoren häufig mehr
Kontrastmittel als notwendig während
der Positionierung des Katheters verbraucht wird.
-
Die
DE 91 14 493 offenbart ein
Ventil zum Einspritzen eines Fluids aus einer Spritze in einen Patienten
mit einem Einlassanschluss, einem Auslassanschluss, einem bidirektionalen
Anschluss, einem ersten Absperrventil, das einen Fluidfluss nur von
dem Einlassanschluss zu einem bidirektionalen Anschluss zulässt, und
einem zweiten Absperrventil, das einen Fluidfluss von dem bidirektionalen
Anschluss zu dem Auslassanschluss zulässt.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Die
Erfindung liefert ein Rückschlagventil
mit begrenztem Rückfluss
zur Injektion von Fluid aus einer Spritze in einen Patienten, mit
einem Einlassanschluss, einem Auslassanschluss, einem bidirektionalen
Anschluss, einem ersten Absperrventil, das einen Fluidfluss nur
von dem Einlassanschluss zu dem bidirektionalen Anschluss zulässt, und
einem zweiten Absperrventil, das einen Fluidfluss von dem bidirektionalen
Anschluss zu dem Auslassanschluss zulässt, dadurch gekennzeichnet,
dass das zweite Absperrventil nur einem vorbestimmten begrenzten
Volumen von wenigstens 0,01 ml eines Fluids ermöglicht, von dem Auslassanschluss
in das Rückschlagventil
mit begrenztem Rückfluss
zurück
zu fließen,
und jeden weiteren Rückfluss
in das Rückschlagventil
mit begrenztem Rückfluss
aus dem Auslassanschluss über das
begrenzte Volumen hinaus verhindert.
-
Die
Schwierigkeiten beim Verwenden und Neu-Befüllen eines Kontrastmittel-Injektors
oder einer Spritze können
vermieden werden, indem das Rückschlagventil
mit begrenztem Rückfluss
zwischen der Spritze, dem Röhrchen
und dem Füllbehälter des
Injektionsfluides eingefügt
wird. Das Ventil umfasst einen Einlassanschluss, einen Auslassanschluss
und einen dritten bidirektionalen Anschluss. Ein erstes Absperrventil
ermöglicht
einen Fluidfluss nur von dem Einlassanschluss zu dem bidirektionalen
Anschluss und ein zweites Absperrventil ermöglicht einen Fluidfluss von
dem bidirektionalen Anschluss zu dem Auslassanschluss.
-
Das
erfindungsgemäße Rückschlagventil kann
zwischen einer Spritze, einem Katheter und einem Füllbehälter des
Fluids gekoppelt werden, indem der Kontrastmittel-Füllbehälter an
dem Einlassanschluss, der Katheter an dem Auslassanschluss und die
Spritze an dem bidirektionalen Anschluss angebracht werden. Auf
diese Weise ermöglicht
das Rückschlagventil
eine Injektion von Fluid in den Patienten aus der Spritze und ein
Neu-Befüllen
der Spritze aus dem Füllbehälter, ohne
diese von einem Rohranschluss zu lösen und ohne einer Gefahr einer
Verunreinigung des Kontrastmittel-Füllbehälters.
-
Das
erfindungsgemäße Rückschlagventil läßt auch
den oben beschriebenen Rückziehschritt zu;
insbesondere das zweite Absperrventil zwischen dem bidirektionalen
Anschluss und dem Auslassanschluss ist ein Rückschlagventil mit begrenztem Rückfluss,
welches einem begrenzten Volumen eines Fluides erlaubt, in den Auslassanschluss
zurück zu
fließen,
aber jeden weiteren Rückfluss
in den Auslassanschluss über
dieses begrenzte Volumen hinaus verhindert. Dieses begrenzte Volumen
reicht aus, dass Blut in dem Röhrchen
während
des Zurückziehens
aus dem Patienten optisch sichtbar werden kann.
-
Ein
Rückschlagventil
mit begrenztem Rückfluss
in Übereinstimmung
mit der Erfindung ermöglicht,
wenn es bei der Injektion eines Kontrastmittels verwendet wird,
sowohl ein Zurückziehen
von Blut aus dem Patienten und ein Neu-Befüllen der Spritze aus dem Kontrastmittel-Füllbehälter, ohne
eine Ablösung
des Katheters vom Patienten erforderlich zu machen und ohne der
Gefahr einer Verunreinigung der Spritze oder des Füllbehälters oder
einer Einführung
von Luft. Dies steigert den Wirkungsgrad des Injektionsverfahrens
und verbessert auch seine Sicherheit. Ferner wird der Bediener kaum
die für
eine Injektion benötigte
Kontrastmittelmenge absichtlich überschätzen, weil
die Spritze neu befüllt
werden kann, indem der Injektor einfach rückwärts gerichtet betrieben wird,
um durch das Rückschlagventil
mit begrenztem Rückfluss
hindurch aus dem Kontrastmittel-Füllbehälter ein Fluid zurück zu ziehen,
so dass eine Ausschussmenge von Kontrastmittel verringert wird.
-
In
verschiedenen spezifischen Ausführungsformen
der Erfindung ist das Absperrventil mit begrenztem Rückfluss
ein in einem Zylinder für
eine Translationsbewegung durch den Zylinder während einer vorwärts gerichteten
und einer rückwärts gerichteten
Injektion von Fluid eingepasster Kolben. Ein Ende des Zylinders
trägt den
Einlassanschluss und den bidirektionalen Anschluss und das entgegen
gesetzte Ende des Zylinders trägt
den Auslassanschluss.
-
In
einer spezifischen Ausführungsform
ist die Umfangsbegrenzung des Kolbens napfförmig ausgebildet, um einen
Fluidfluss von der ersten Seite des Kolbens zu der zweiten Seite
des Kolbens zu ermöglichen,
einen Fluidfluss von der zweiten Seite des Kolbens zur ersten Seite
des Kolbens aber zu verhindern. In einer spezifischen Verbesserung
dieser Ausführungsform
umfasst das Rückschlagventil
eine mit Hand verstellbare Kolbenstange, die an dem Kolben des Absperrventils
mit begrenztem Rückfluss
angebracht ist und sich aus dem Zylinder hinaus erstreckt. Diese
mit Hand verstellbare Kolbenstange kann verwendet werden, um den
Kolben per Hand zu bewegen und dadurch manuell kleine Mengen von
Kontrastmittel in den Patienten zu pumpen, um ein Positionieren
des Katheters zu unterstützen.
Da das Rückschlagventil
steril ist, kann die Kolbenstange von dem Arzt so gehandhabt werden,
dass das Kontrastmittel während
der Katheterpositionierung manuell in den Patienten eingespritzt
wird, wodurch dieser Vorgang vereinfacht wird und der Arzt auch
in die Lage versetzt wird, präzise
kontrollierte Volumen von Kontrastmittel einzuspritzen (gleich der
Verschiebung des Kolbens im Zylinder).
-
Die
mit Hand verstellbare Kolbenstange kann ortsfest verriegelt werden
durch einen geeigneten Verriegelungsmechanismus, so dass die Bewegung
des Kolbens während
der Kraft-Injektion
unter Verwendung des Rückschlagventils
begrenzt werden kann. Ein spezifisch offenbarter Verriegelungsmechanismus
umfasst in die Kolbenstange eingeformte Zähne, welche mit einem einzelnen
Zahn auf einem beweglichen Riegelelement kämmen. Bei einem Eingriff in
dieses Verriegelungselement kann eine Bewegung der Kolbenstange
verhindert oder auf einen kleinen Bereich begrenzt werden, so dass
das Zurückziehen
der Menge durch den Auslassanschluss verhindert oder begrenzt werden
kann.
-
In
einer alternativen Ausführungsform
ist der Zylinder an dem Ende, das an den Auslassanschluss angrenzt,
vergrößert, was
einen Fluidfluss um den Kolben herum ermöglicht, wenn sich der Kolben
an diesem Ende des Zylinders befindet. An jeder anderen Position
im Zylinder dichtet der Kolben an den Wänden des Zylinders ab, wodurch
ein Fluidfluss um den Kolben herum verhindert wird. Ein elastisches Element
erzeugt eine Federspannung, die dazu tendiert, den Kolben aus der
vergrößerten Region
des Zylinders heraus zu ziehen, so dass eine Dichtung sicher gestellt
ist, sobald der Druck ausgeglichen ist und kein Fluid um den Kolben
herum fließt.
-
In
beiden Ausführungsformen
kann das Gehäuse
Rippen aufweisen, welche sich von dem an den Auslassanschluss angrenzenden
Ende des Gehäuses
erstrecken und an den Kolben angreifen, so dass der Kolben an einer
vollständigen
Translationsbewegung bis zu diesem Ende des Zylindergehäuses gehindert
wird, wodurch ein freier Fluss des Fluides um den Kolben herum sicher
gestellt wird, wenn sich der Kolben an diesem Ende des Gehäuses befindet.
-
In
noch einer weiteren spezifischen Ausführungsform der Erfindung umfasst
das Rückschlagventil
mit begrenztem Rückfluss
eine zur Drehung innerhalb des Gehäuses des Rückschlagventils montierte Klappe.
Die Klappe dreht sich in einer ersten Richtung, um einen unbegrenzten
Fluidfluss aus dem Gehäuse
durch den Auslassanschluss hindurch zu ermöglichen, und um einen begrenzten
Winkel in eine entgegen gesetzte Richtung, um ein begrenztes Volumen
eines Fluidflusses in das Gehäuse
durch den Auslassanschluss hindurch zu ermöglichen. Ein Federelement kann
die Klappe in eine vorbestimmte Winkelposition innerhalb des Gehäuses drücken, so dass
das zweite Absperrventil bei nicht vorhandenem Fluidfluss aus dem
Auslassanschluss abgedichtet ist.
-
Weitere
Aspekte der Erfindung umfassen ein vollständig kraftbetriebenes Fluid-Injektionssystem mit
einem kraftbetriebenen Injektor, einem Füllbehälter für ein Fluid und einem über das
oben beschriebene Rückschlagventil
mit begrenztem Rückfluss
gekoppelten Katheter.
-
Ein
weiterer Aspekt ist ein Kontrastmittel-Abgabesystem, in welchem
ein Füllbehälter mit
Kontrastmittel an ein Rückschlagventil
mit begrenztem Rückfluss
wie oben beschrieben gekoppelt ist.
-
Die
obigen und weitere Aspekte, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus den beigefügten
Zeichnungen und ihrer Beschreibung offensichtlich.
-
Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
-
Die
beigefügten
Zeichnungen, welche in diese Unterlagen aufgenommen sind und einen
Teil derselben bilden, zeigen Ausführungsformen der Erfindung
und dienen zusammen mit der oben gegebenen allgemeinen Beschreibung
der Erfindung und der unten gegebenen detaillierten Beschreibung
der Ausführungsformen
dazu, die Grundzüge
der Erfindung zu erläutern.
-
1A ist
eine teilweise Schnittansicht eines Rückschlagventils mit begrenztem
Rückfluss, das
eine Kobenstange und einen Kolbenstangenriegel in Übereinstimmung
mit den Grundzügen
der vorliegenden Erfindung aufweist, wobei die Kolbenstange und
der Kolben in ihren am weitesten zurück gezogenen Positionen gezeigt
sind.
-
1B ist
eine Ansicht des Rückschlagventils
mit begrenztem Rückfluss
aus 1A, das mit der Kolbenstange und den Kolben in
ihren am weitesten vorne liegenden Positionen gezeigt sind.
-
1C ist
eine Teilansicht einer alternativen Ausführungsform von Zähnen 35 und 35a.
-
1D ist
eine Schnittansicht des Ventils aus 1A entlang
Linien 1D bis 1D.
-
2A ist
eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Rückschlagventils
mit begrenztem Rückfluss
in Übereinstimmung
mit den Grundzügen
der vorliegenden Erfindung, wobei dieses mit dem Kolben und seiner
am weitesten zurück liegenden
Position gezeigt ist.
-
2B ist
eine Ansicht des Rückschlagventils
mit begrenztem Rückfluss
aus 2A, das mit dem Kolben in seiner am weitesten
vorne liegenden Position gezeigt ist.
-
2C ist
eine Schnittansicht des Ventils aus 2A entlang
von Linien 2C bis 2C.
-
3A ist
eine schematische dreidimensionale Darstellung einer dritten Ausführungsform
eines Absperrventils mit begrenztem Rückfluss in Übereinstimmung mit den Grundzügen der
vorliegenden Erfindung, das mit der Klappe in ihrer am weitesten
zurück
liegenden Position gezeigt ist.
-
3B ist
eine schematische Ansicht des Absperrventils mit begrenztem Rückfluss
aus 3A, das mit der Klappe in der Position gezeigt ist,
die bei Nichtvorhandensein des Fluidflusses erreicht wird, und 3C ist
eine schematische Ansicht dieses Ventils, das mit der Klappe in
seiner Position gezeigt ist, die während eines vorwärt gerichteten
Fluidflusses erreicht wird.
-
3D ist
eine vergrößerte Ansicht
der Achsen- und Federanordnung des Ventils der 3A bis 3D.
-
Detaillierte
Beschreibung spezifischer Ausführungsformen
-
Mit
Bezug auf die 1A, 1B, 1C und 1D umfasst
ein Rückschlagventil 10 mit
begrenztem Rückfluss
in Übereinstimmung
mit den Grundzügen
der vorliegenden Erfindung drei Anschlüsse für einen Fluidfluss in und aus
dem Ventil 10. Ein Auslassanschluss 12 umfasst
ein standardmäßiges Luer-Fitting,
das für
eine Verbindung mit der Rohrleitung bemessen ist, die zu dem Katheter
(nicht gezeigt) führt.
Ein Einlassanschluss 16 ist für eine Verbindung mit einer
Spritze eines Kraft-Injektors maßgerecht ausgebildet, der zum
Einspritzen eines Fluids in den Patienten verwendet wird. Ein bidirektionaler
Anschluss 14 ist für
die Verbindung mit einem Füllbehälter des
Kontrastmittels über
eine geeignete Rohrleitung maßgerecht
ausgebildet.
-
Das
Ventil umfasst einen großen
Zylindergehäuseabschnitt 18 und
einen zweiten Zylindergehäuseabschnitt 20 mit
kleinerem Durchmesser als dem Hauptgehäuseabschnitt 18. Ein
Kolben 22 sitzt in dem Hauptgehäuseabschnitt 18 und
kann quer durch diesen Abschnitt hindurch gleiten, wie dies in 1A im
Vergleich mit 1B dargestellt ist. Der Kolben 22 ist durch
Einführung
einer Erstreckung 27 der Rückseite des Kolbens 22 in
einer Ausnehmung 28 in der Kolbenstange 26 angebracht.
Zwischen dem Kolben 22 und der Kolbenstange 26 sitzt
ein Dichtungsring 24, welcher den äußeren Rand des Kolbens 22 umschließt und an
die kreisförmige
Innenwand 29 des Gehäuseabschnitts 18 angreift,
um eine Fluiddichtung mit dieser zu bilden.
-
Der
Dichtungsrichtung 24 ist aus einem elastischem Material
hergestellt, wie beispielsweise einem Gummi, und ist napfförmig ausgebildet
an seinem Umfangsrand; demgemäß wird der
Ring 24 unter Fluiddruck elastisch nachgeben, so dass einem Fluid
ermöglicht
wird, von der Rückseite
des Ringes 24 (der Seite, von welcher sich die Kolbenstange 26 aus
erstreckt) zu der Vorderseite des Ringes 24 (der Seite
mit dem Körper
des Kolbens 22) zu fließen. Wenn jedoch der Fluiddruck
weg genommen oder umgekehrt wird, wird der Dichtungsring 24 wieder
an die Umfangswand 29 des Abschnitts 18 angreifen und
eine fluiddichte Dichtung bilden, die einen Fluidfluss in die entgegen
gesetzte Richtung, von der vorne liegenden Seite des Ringes 24 zu
der zurück
liegenden Seite des Ringes 24, verhindert. Auf diese Weise
bildet der Ring 24 in Zusammenwirkung mit der Zylinderwand 29 des
Gehäuseabschnitts 18 ein Absperrventil,
welches einen nach vorne gerichteten Fluidfluss in Richtung des
Auslassanschlusses 12 ermöglicht, aber einen umgekehrten
Fluidfluss verhindert.
-
Die
Kolbenstange 26 erstreckt sich durch den Gehäuseabschnitt 20 nach
hinten, tritt aus dem Gehäuseabschnitt 20 aus
und endet in einem Daumengriff 30. Zentral angeordnet entlang
der Länge der
Kolbenstange 26 ist ein Paar Dichtungsringe 32, welche
an der inneren Oberfläche 31 des
Gehäuseabschnitts 20 angreifen,
so dass sie mit dieser eine Dichtung bilden und verhindern, dass
Fluid aus dem Gehäuseabschnitt 20 entweicht.
Der Gehäuseabschnitt 20 hat
auf seinen äußeren Seiten
Fingergriffe 34. Die Griffe 30 und 34 sind
so bemessen und positioniert, dass die Finger eines Arztes in die
Griffe 34 gelegt werden können und der Daumen der gleichen Hand
in den Griff 30 gelegt werden kann, so dass die Kolbenstange 26 manuell
in die Gehäuseabschnitte 18 und 20 eingedrückt oder
aus diesen heraus gezogen werden kann.
-
Die äußere Oberfläche der
Kolbenstange 26, rückseitig
der Dichtungsringe 32, trägt eine Anzahl von Zähnen 35,
welche sich von der Kolbenstange 26 entlang eines wesentlichen
Abschnitts der Länge
der Kolbenstange 26 erstrecken. Eine am weitesten zurück liegende
Auto-Rückzugszone 33 der
Kolbenstange 26 trägt
jedoch keine Zähne,
und zwar aus Gründen,
die unten genannt werden.
-
An
dem zurück
liegenden Ende des Gehäuseabschnitts 20 ist
ein Verriegelungszapfen auf einen Flansch 38 auf dem Gehäuseabschnitt 20 gesteckt. Der
Verriegelungszapfen 37 trägt ein oder mehrere Zähne 35a (in
den Figuren wird einer gezeigt), welcher derart gedreht werden kann,
dass der Zahn bzw. die Zähne
auf dem Verriegelungszapfen 37 mit den Zähnen 35 auf
der Kolbenstange 26 kämmen
und in diese eingreifen. Demgemäß kann die
Kolbenstange 26 durch Drehen des Verriegelungszapfens 37 in
einer gegebenen axialen Stellung verriegelt werden oder frei gelassen
werden, so dass sie axial innerhalb des Gehäuseabschnitts 20 bleiben
kann. Eine Verdrehungsfeder 37a kann in der Zapfverbindung
zwischen dem Verriegelungszapfen 37 und dem Gehäuseabschnitt 20 enthalten
sein und produziert eine Kraft, die dazu tendiert, den Verriegelungszapfen 37 in
einen Eingriff mit den Zähnen 35 auf
der Kolbenstange 26 zu drehen und dadurch die Kolbenstange 26 ortsfest
zu verriegeln. In einer Ausführungsform der
Erfindung kann ein Schnappteil (nicht gezeigt) in dem Verrieglungszapfen 37 enthalten
sein, um zu ermöglichen,
dass der Verriegelungszapfen 37 gedreht und in seiner unverriegelten
Position gegen die Kraft der Verdrehungsfeder 37a gehalten
werden kann.
-
In
der in 1C gezeigten Ausführungsform sind
die Zähne 35 und 35a derart
widerhakenförmig, dass
der Verriegelungszapfen 37 eine Vorwärtsbewegung der Kolbenstange 26 innerhalb
des Gehäuses
der Spritze 10 nicht verhindern wird, eine rückwärts gerichtete
Bewegung der Kolbenstange 26 innerhalb des Gehäuses aber
verhindern wird.
-
Die
verschiedenen Verwendungen und Vorteile dieser unterschiedlichen
Ausführungsformen des
Verriegelungszapfens werden unten genannt.
-
Der
Einlassanschluss 16 steht über einen Absperrventil-Zylinder 36 in
Fluidverbindung mit dem Inneren der Gehäuseabschnitte 18 und 20.
Der Zylinder 36 kommuniziert mit dem Inneren des Gehäuseabschnitts 20 an
einer Stelle, welche immer vor den Dichtungsringen 32 liegt,
selbst dann, wenn sich der Kolben 22 und die Kolbenstange 26 in
ihrer am weitesten vorne liegenden Position befinden (1B). Diese
Position liegt auch immer hinter dem Dichtungsring 24,
selbst dann, wenn der Kolben sich an seiner am weitesten hinten
liegenden Position befindet (1A).
-
Eine
Absperrventil-Kugel 39 ist innerhalb des Zylinders 36 positioniert.
Eine Feder 40 wird innerhalb des Zylinders 36 mit
der Kugel 39 komprimiert, so dass eine positive Kraft erzeugt
wird, die die Kugel 39 in Richtung der äußeren Wand 41 des
Zylinders 36 zwingt. Der Zylinder 36, die Kugel 39 und
die Feder 40 kooperieren so miteinander, dass ein Absperrventil gebildet
wird, welches einen Fluidfluss durch den Einlassanschluss 16 in
das Gehäuse
des Ventils 10 ermöglicht,
aber einen Fluidfluss durch den Einlassanschluss aus dem Gehäuse des
Ventils 10 hinaus verhindert.
-
Der
bidirektionale Anschluss 14 steht auch über einen Kanal 42 in
einer Fluidverbindung mit dem Inneren des Gehäuseabschnitts 20.
Der Kanal 42 kommuniziert mit dem Gehäuseabschnitt 20 an
einer Position entgegen gesetzt zu dem Zylinder, das heißt, an einer
Position, welche immer vor den Dichtungsringen 32, selbst
dann, wenn sich der Kolben 22 und die Kolbenstange 26 an
ihrer am weitesten vorne liegenden Position befinden (1B),
und welche immer hinter dem Dichtungsring 24 liegt, selbst
dann, wenn sich der Kolben 22 an seiner weitesten hinten liegenden
Position (1A) befindet.
-
Der
Gehäuseabschnitt 18 endet
an seinem vorne liegenden Ende in einer konischen Stirnkappe 44 mit
einer Form, welche dem konischen Kolben 22 kongruent ist.
Innerhalb der Stirnkappe 44 sind Abstandsrippen 46 positioniert,
welche von den konischen Außenflächen der
Stirnkappe 44 nach innen vorstehen. Vier solche Rippen 46 sind
in 1D gezeigt, obwohl weniger oder mehr Rippen vorhanden sein
könnten.
Wenn sich der Kolben 22 in seine am weitesten vorne liegenden
Position vor bewegt, wie sie in 1B gezeigt
ist, liegt die konische Vorderfläche
des Kolbens 22 an den Rippen 46 an und belässt einen
Umfangsspalt zwischen der konischen Vorderfläche des Kolbens 22 und
der konischen Innenfläche der
Stirnkappe 44, durch welche das Fluid in den Auslassanschluss 12 hindurch
fließen
kann.
-
Der
Gehäuseabschnitt 18 endet
an seinem hinten liegenden Ende in einer zweiten konischen Stirnkappe 48,
welche mit einer konischen Oberfläche auf der Kolbenstange 26 zusammenpasst.
Anders als die innere Oberfläche
der Stirnkappe 44 trägt die
innere Oberfläche
der Stirnkappe 48 keine Rippen oder Abstandshalter, so
dass, wenn die Kolbenstange translatorisch in ihre ganz zurück gezogene Position
bewegt wird, die konische Oberfläche
der Kolbenstange 26 voll mit der konischen Innenfläche der
Stirnkappe 48 zusammenpassen kann, so dass eine fluiddichte
Verbindung gebildet wird.
-
Das
oben beschriebene Rückschlagventil 10 mit
begrenztem Rückfluss
kann auf ganz unterschiedliche Art verwendet werden, um einen Einspritzvorgang
durchzuführen,
wobei einige Arten unten beispielsweise beschrieben sind. Diese
Vorgehensweisen werden mit Bezug auf die Einspritzung eines Kontrastmediums
in einen Patienten für
die Zwecke einer Verbesserung der Bilddarstellung bei CT, Angiographie,
Magnetresonanz oder Ultraschall beschrie ben. Wegen der Kosten des
Kontrastmittels sind die Vorteile der Erfindung besonders dramatisch bei
solchen Injektionen; jedoch konnten zahlreiche ähnliche Injektionsverfahren
unter Verwendung des oben beschriebenen Ventils 10 mit ähnlichen
Wirkungen durchgeführt
werden.
-
In
dem Injektionsverfahren besteht ein erster Schritt darin, die Spritze
am Kraft-Injektor mit Kontrastmittel für die Injektion zu füllen. Dieser
Schritt wird durchgeführt,
indem ein Füllbehälter des
Kontrastmittels (wie ein Beutel, ein Becher oder eine Flasche) an
den Einlassanschluss 16 gekoppelt wird und die Spritze
an den bidirektionalen Anschluss 14 gekoppelt wird. Dann
wird der Kraftinjektor in Rückwärtsrichtung
betrieben, um Luft und Fluid zurück
in die Spritze zu ziehen. Dies verringert den Druck innerhalb des
Gehäuseabschnitts 18 und 20 in
der Region vor den Dichtungsringen 32 und hinter dem Dichtungsring 24.
Die napfförmige
Form des Dichtungsringes 24 bewirkt, dass der Dichtungsring 24 eine
dichte Verbindung an dem Gehäuseabschnitt 18 beibehält und verhindert,
dass Luft an dem Dichtungsring 24 vorbei geht.
-
Falls
die Reibungskraft des Dichtungsringes 24 ausreichend klein
ist, wird der anfängliche
Druckabfall, der durch den Rücklaufbetrieb
des Kraftinjektors erzeugt wird, den Kolben 22 und die
Kolbenstange 26 dazu veranlassen, sich durch die Gehäuseabschnitte 18 und 22 in
Richtung der in 1A gezeigten Position zurück zu bewegen.
Der Kolben 22 und die Kolbenstange 26 werden wegen
der geringeren Querschnittsfläche
des Gehäuseabschnitts 20 im Vergleich
zum Gehäuseabschnitt 18 in
diese Richtung getrieben. Diese Kraft wird weiterhin wirken, bis der
Kolben 22 und die Kolbenstange 26 in ihre ganz zurück gezogene
Position bewegt worden sind, die in 1A gezeigt
ist, wobei zu diesem Zeitpunkt der Kolben 22 und die Kolbenstange 26 mit
ihrer Bewegung nachlassen werden.
-
Eine
weitere Druckreduzierung durch den fortgesetzten Rücklaufbetrieb
des Kraftinjektors wird zur Überwindung
der Kompressionskraft führen,
die durch eine Feder 14 erzeugt wird, und eine Kugel 39 dazu
veranlassen, sich aus dem äußeren Ende
des Absperrventilzylinders 36 zurück zu ziehen und Luft und Fluid
zu erlauben, durch das Gehäuse
des Ventils 10 hindurch aus dem Kontrastmittel-Füllbehälter in
den Einlassanschluss 16 und aus den bidirektionalen Anschluss
in die Spritze zu fließen.
Danach wird ein fortgesetzter Rücklaufbetrieb
des Kraftinjektors bewirken, dass das Kontrastmittel aus dem Füllbehälter die
Kraftinjektorspritze füllen
wird.
-
Es
sollte angemerkt werden, dass, falls die Bewegung des Kolbens 22 und
der Kolbenstange 26 behindert wird, entweder durch eine
hohe Reibung zwischen dem Dichtungsring 24 und dem Gehäuseabschnitt 18 oder
weil der Verriegelungsbolzen 37 gedreht wurde, so dass
diese in die Zähne 35 auf
der Kolbenstange 26 eingreift, sich dann der Kolben 22 und
die Kolbenstange 26 nicht bewegen werden, bevor Luft und
Fluid durch den Einlassanschluss 16 in das Ventil 10 zugeführt worden
sind. Der Dichtungsring 24 ist jedoch für einen Betrieb mit weniger
Reibung ausgebildet, so dass die Kobenstange 26 vor der
Einführung
des Fluids durch den Einlassanschluss 16 nach hinten gezogen
wird. Ferner sollte die Kolbenstange 26, bevor die Spritze
durch das Ventil 10 befüllt
wird, in ihre hinterste Position zurück gezogen sein, oder alternativ
sollte der Verriegelungsbolzen 37 gedreht sein und in seiner
gelösten Position
eingeschnappt oder per Hand gehalten werden, so dass sich der Kolben 22 und
die Kolbenstange 26 in die in 1A gezeigte
Position vor der Einführung
des Fluids durch den Einlassanschluss 16 bewegen werden.
-
In
einer Ausführungsform
wird das Ventil 10 vom Hersteller mit einer Kolbenstange 26 geliefert, die
sich bereits in ihrer ganz zurück
gezogenen Position befindet. In diesem Fall ist es nicht notwendig, den
Kolben 26 in seine hinterste Position zu bewegen oder den
Verriegelungsbolzen 37 in seiner gelösten Position während des
anfänglichen
Füllvorganges durch
das Ventil 10 fest zu schnappen oder mit der Hand zu halten.
(Da das Ventil 10 in Kontakt mit Blut vom Patienten kommt,
muss es nach der Verwendung entsorgt werden; deshalb wird das Ventil 10 nur für einen
Neu-Befüllungsvorgang
verwendet, und deshalb gilt, falls das Ventil 10 mit der
Kolbenstange 26 in ihrer ganz zurück gezogenen Position geliefert wird,
dass sich die Kolbenstange 26 während der anfänglichen
Befüllung
in dieser Position befindet.)
-
Letztlich
sollte angemerkt werden, dass, falls widerhakenförmige Zähne (1C) verwendet
werden und das Ventil 10 vom Hersteller mit einer Kolbenstange 26 in
ihrer ganz zurück
liegenden Position geliefert wird, das Ventil 10 nicht
mit einem Schnappverschluss zum Halten des Verriegelungszapfens 37 in
seiner gelösten
Position versehen sein muss, da in einem solchen Fall alle Verfahren,
die ein Lösen
des Verriegelungszapfens 37 erforderlich machen, per Hand
durchgeführt
werden, und in solchen Fällen kann
der Verriegelungszapfen 37 leicht mit Hand in einer unten
beschriebenen Weise manuell gelöst werden.
-
Wenn
die gewünschte
Menge Kontrastmittel durch das Ventil 10 in die Spritze
gezogen worden ist, wird die Rückwärtsbewegung
des Kraftinjektors beendet. In diesem Moment ist der Druck in dem
Ventil 10 ausgeglichen, und deshalb drückt die Kompressionskraft der
Feder 40 die Kugel 39 dazu, an das äußere Ende
Absperrventilzylinders 36 anzugreifen und den Einlassanschluss 16 gegenüber dem
Inneren des Ventils 10 abzudichten.
-
Nachdem
die Kraftinjektorspritze auf diese Weise gefüllt worden ist, wird eine Länge eines
Hochdruckröhrchens
für eine
Verbindung an den Katheter am Auslassanschluss 12 des Ventils 10 angebracht. Der
Kraftinjektor wird dann in Vorwärtsrichtung
betrieben, um eventuell vorhandene Luft in der Spritze in das Ventil 10 und
durch das Hochdruckröhrchen nach
außen
zu drücken.
Während
dieses Vorgangs ist der Kraftinjektor typischerweise nach oben gekippt,
so dass sich die in der Kraftinjektorspritze vorhandene Luft zur Öffnung der
Spritze bewegt. Ferner wird vorgezogen, dass das Ventil 10 nach
oben gekippt ist, so dass der Auslassanschluss 12 in Bezug zu
dem Rest des Ventils 10 höher liegt, so dass die Schwerkraft
bewirkt, dass sich Luftbläschen,
die in das Ventil mit gezogen wurden, zu dem Auslassanschluss 12 und
aus diesem heraus bewegen.
-
Wenn
der Kraftinjektor Luft und Kontrastmittel durch den Anschluss 14 in
das Ventil 10 drückt, wird
ein Überdruck
innerhalb der Gehäuseabschnitte 18 und 20 in
der Region vor den Dichtungsringen 32 und hinter dem Dichtungsring 24 erzeugt.
Dieser Überdruck
bewirkt die Zunahme des Dichtungsdruckes auf die Kugel 39 und
verbessert die Dichtung am Einlassanschluss 16. Ferner
erzeugt aufgrund der unterschiedlichen Querschnittsflächen der
Gehäuseabschnitte 18 und 20 dieser Überdruck
eine vorwärts
gerichtete Kraft auf den Kolben 22 und die Kolbenstange 26,
die den Kolben nach vorne in Richtung der in 1B gezeigten
Position zwingt. Die nach außen
gerichtete elastische Kraft der napfförmigen Außenkontur des Dichtungsringes 24 ist
ausreichend groß,
dass diese Überdruckdifferenz
bewirkt, dass sich der Kolben 22 und die Kolbenstange 26 nach
vorne in die in 1B gezeigte Position bewegen,
voraus gesetzt, dass der Verrieglungszapfen 37 eine solche
Bewegung nicht verhindert.
-
Aus
den unten genannten Gründen
ist es wünschenswert,
dass sich der Kolben 22 und die Kolbenstange 26 durch
das Ende des Aufbauvorganges und vor dem Einspritzen von Fluid in
die in 1B gezeigte vorderste Position
bewegen. Demgemäß ist die
nach außen
gerichtete elastische Kraft der napfförmigen Außenkontur des Dichtungsringes 24 ausreichend
groß,
dass sich der Kolben 22 nach vorne bewegen wird, falls
er nicht durch den Verriegelungszapfen 37 behindert wird.
Falls widerhakenförmige Zähne (siehe 1C)
auf dem Verriegelungszapfen 37 verwendet werden, dann wird
sich die Kolbenstange 26 frei in die Vorwärtsrichtung
bewegen, ungeachtet dessen, ob der Verriegelungszapfen 37 gelöst ist oder
nicht. Falls die Zähne 35 und 35a jedoch
nicht widerhakenförmig
sind (siehe 1A und 1B), dann
sollte der Verriegelungszapfen 37 während der anfänglichen
Bläschenentfernung
offen gehalten werden, um der Kolbenstange 26 zu ermöglichen, sich
in ihre vorderste Position zu bewegen.
-
Nachdem
der Kolben 22 und die Kolbenstange 26 ihre in 1B gezeigten
vordersten Positionen erreicht haben, erhöht eine weitere Vorwärtsbewegung
des Kraft-Injektors den Druck in dem Ventil 10, der schließlich die
durch den Dichtungsring 24 erzeugte elastische Kraft überwindet
und ermöglicht, dass
Luft und Kontrastmittel um den Kolben 22 und die innere
konische Stirnkappe 34 herum fließen und aus dem Auslassanschluss 12 in
das damit verbundene Röhrchen
fließen
kann.
-
Nach
einer ausreichenden Vorwärtsbewegung
des Kraft-Injektors kann die gesamte Luft in der Spritze, im Ventil 10 und
im Rohr ausgedrückt
sein, so dass das System für
die Verwendung zur Injektion präpariert
ist. Demgemäß kann das
Röhrchen
am Auslassanschluss 12 mit dem Katheter verbunden und der
Katheter in den Patienten eingeführt
werden.
-
Wie
oben angemerkt, ist es in einigen Injektionsverfahren wünschenswert,
eine kleine Menge Kontrastmittel einzuspritzen, um dabei zu helfen,
die Vaskulation des Patienten und das Setzen des Katheters sichtbar
zu machen. Um diesen Vorgang zu ermöglichen, wird der Verriegelungszapfen 37 gelöst, um eine
freie Bewegung der Kolbenstange 26 und des Kolbens 22 zu
erlauben. Dann ergreift der Arzt/die Ärztin oder der Techniker/die
Technikerin, um eine kleinvolumige Injektion durchzuführen, das Ventil 10 mit
seinem/ihrem Daumen und zwei Fingern unter Verwendung der Griffe 30 und 34 und
bewegt manuell die Kolbenstange 26 und den Kolben 22 nach
hinten und nach vorne, um kleine Mengen von Kontrastmittel durch
den Katheter in den Patienten zu pumpen. Für diesen Vorgang muss der Verriegelungszapfen 37 gelöst sein,
was bewirkt werden kann, indem der Verriegelungszapfen 37 mit
einem dritten Finger der gleichen Hand, die zum Anfassen der Griffe 30 und 34 benutzt
wird, gedreht wird.
-
Wenn
der Kolben 22 manuell nach hinten gezwungen wird, wird
ein Überdruck
in dem Gehäuse des
Ventils 10 in der Region hinter dem Dichtungsring 24 entwickelt.
Wenn dieser Druck ein ausreichendes Niveau erreicht, überwindet
dieser die durch das napfförmige Äußere des
Dichtungsringes 24 erzeugte elastische Kraft und ermöglicht,
dass das Kontrastmittel von der hinteren Seite des Dichtungsringes 24 zu
der vorderen Seite des Dichtungsringes 24 um den Kolben 22 herum
fließen
kann. Deshalb wird, wenn der Kolben 22 manuell nach vorne
gedrückt
wird, ein Überdruck
in dem Ventil 10 in die Region vor dem Dichtungs ring 24 entwickelt.
Dieser Überdruck
verbessert die Dichtung des Dichtungsringes 24, derart,
dass kein Fluid um den Dichtungsring 24 herum fließen kann.
Demgemäß wird,
wenn der Druck einen größeren Pegel
als der Blutdruck des Patienten erreicht, Kontrastmittel von dem
Bereich des Ventils 10 vor dem Dichtungsring 24 durch
den Katheter hindurch in den Patienten eingespritzt. Gleichzeitig
wird, wenn sich der Kolben 22 nach vorne bewegt, in dem
Bereich des Ventils 10 hinter dem Dichtungsring 24 ein
Unterdruck entwickelt. Dieser Unterdruck überwindet möglicherweise die Kompressionskraft
der Feder 40, derart, dass zusätzliches Kontrastmittel durch
den Einlassanschluss 16 zum Ventil 10 geliefert
wird.
-
Durch
die obigen Interaktionen kann Kontrastmittel in den Patienten in
kleinen, bemessenen Mengen durch eine wiederholte Vorwärts- und
Rückwärtsbewegung
der Kolbenstange 26 eingespritzt werden.
-
Nachdem
der Katheter richtig positioniert worden ist, kann eine großvolumige
Injektion von Kontrastmittel durchgeführt werden, indem der Kraft-Injektor
aktiviert wird. Diese Vorgehensweise wird bewirken, dass das Kontrastmittel
durch den bidirektionalen Anschluss 14 in das Ventil 10 fließt, anfangs
den Kolben 22 in seine vorderste Position bewegt (falls
der Verriegelungszapfen 37 gelöst ist oder widerhakenförmige Zähne hat)
und danach einen Fluidfluss um den Dichtungsring 24 herum
erzwingen. (Nachdem der Dichtungsring 24 durch den vorwärts gerichteten
Fluss des Fluides durch das Ventil 10 hindurch umgebogen
worden ist, ist die Querschnittsfläche des Spaltes zwischen dem
Dichtungsring 24 und dem Inneren des Gehäuseabschnitts
größer als die Querschnittsfläche der Spritzenöffnung und
des Röhrchens;
deshalb erzeugt das Ventil 10 selbst bei hohen Durchflussmengen
keinen wesentlichen Widerstand gegenüber einem Fluidfluss.)
-
Wie
unten angemerkt, kann es wünschenswert
sein, dass der Kolben 26 während eines Einspritzvorganges
in seiner ganz vorne liegenden Position angeordnet ist. Falls widerhakenförmige Zähne verwendet
werden, wird ein Positionieren mit der natürlichen Bewegung der Kolbenstange 26 in
Abhängigkeit
von den Fluiddrucken in dem Ventil 10 automatisch erreicht.
Falls jedoch keine widerhakenförmigen
Zähne verwendet
werden, muss die Kolbenstange 26 manuell in ihre ganz vorne
liegenden Position bewegt werden oder der Verriegelungszapfen 37 muss
während
der Injektion gelöst
werden, so dass sich die Kolbenstange 26 auf natürliche Weise
in Abhängigkeit
von den Fluiddrucken im Ventil 10 nach vorne bewegt.
-
Es
kann wünschenswert
sein, die Kolbenstange an ihrer ganz vorne liegenden Position zu
positionieren, weil zu jeder Zeit während des Einspritzvorganges
der Arzt den Wunsch haben kann, Blut durch den Katheter in das Röhrchen zurück zu ziehen,
um die Durchgängigkeit
des Katheters zu überprüfen. Um
dies zu tun, betätigt
der Arzt den Kraft-Injektor in umgekehrter Richtung und erzeugt
einen Unterdruck in der Spritze. Falls sich der Kolben 22 und
die Kolbenstange 26 in ihrer vordersten Position befinden,
werden sie auf diesen Unterdruck durch eine Rückwärtsbewegung reagieren (in der
gleichen Weise, wie oben mit Bezug auf das anfängliche Befüllen der Spritze diskutiert)
und Blut aus dem Patienten und in den Katheter ziehen. Wenn Blut
in dem Röhrchen
sichtbar wird, kann bestätigt
werden, dass der Katheter nicht blockiert ist.
-
Während dieses
Rückziehvorganges
sollte sich der Verriegelungszapfen 37 in einer Position
befinden, in der dieser mit den Zähnen 35 auf der Kolbenstange 26 in
Eingriff steht. Da es jedoch keine Zähne in der Auto-Rückziehzone 33 der
Kolbenstange 26 gibt, wird, falls sich die Kolbenstange 26 am Beginn
des Rückziehvorganges
ganz vorne befindet, der Verriegelungszapfen 37 nicht in
der Lage sein, an die Kolbenstange 26 anzugreifen, und
die Kolbenstange 26 wird in der Lage sein, sich um eine
Strecke zurück
aus dem Gehäuse
des Ventils 10 heraus zu bewegen, die gleich der Länge der
Auto-Rückziehzone
ist. Danach wird der Verriegelungszapfen 37 an die Zähne 35 in
der Kolbenstange 26 angreifen und eine weitere Bewegung
verhindern. Falls sich somit die Kolbenstange 26 während der
Injektion in ihrer vordersten Position befindet, kann vor dem Eingriff des
Verriegelungszapfen 37 ein kontrolliertes, begrenztes Volumen
von Blut aus dem Patienten zurück gezogen
werden. Danach wird der Verriegelungszapfen 37 an die Zähne an der
Kolbenstange 26 angreifen und ein weiteres Zurückziehen
verhindern, so dass eine weitere Rückwärtsbewegung des Kraft-Injektors
kein weiteres Blut zurück
ziehen wird, statt dessen aber durch den Einlassanschluss 16 in
der oben mit Bezug auf das Befüllen
der Spritze diskutierten Weise Fluid in das Ventil 10 ziehen
wird.
-
Auf
diese Weise bewirkt der mit der Kolbenstange 26 zusammenwirkende
Verriegelungszapfen 37, dass eine vorbestimmte Menge von
Fluid (z.B. 2 ml) durch den Betrieb des Kraft-Injektors aus dem Patienten zurück gezogen
werden kann, ohne der Notwendigkeit, den Kraft-Injektor äußerst akkurat
zu betreiben. Diese vorbestimmte Menge kann wahlweise geringer sein
als das gesamte Volumen des Röhrchens
und des Katheters, derart, dass das Blut das Ventil 10 nicht
erreichen kann und eine Verunreinigung verhindert wird. Falls jedoch
Blut das Ventil 10 erreichen sollte, weil der Dichtungsring 24 während des
Zurückziehens
dicht an dem Inneren des Gehäuseabschnitts 18 sitzt,
wird das aus dem Patienten in das Ventil zurück gezogene Blut im Ventil 10 in
der Region vor dem Dichtungsring 24 aufgenommen, so dass
eine Verunreinigung sowohl der mit dem Anschluss 14 verbundenen
Kraft-Injektorspritze als auch des mit dem Anschluss 16 verbundenen
Kontrastmittel-Füllbehälters vermieden
wird.
-
Als
Hinweis, ein typischer kleiner Katheter für eine nicht-angiographische
Prozedur ist etwa 3 Inch lang und hat einen Innendurchmesser von
0,02 Inch, was zu einem in dem Katheter umschlossenen Volumen von
0,015 ml führt.
Ein typischer kleiner Katheter für
eine angiographische Prozedur ist etwa 10 Inch lang und hat einen
Innendurchmesser von 0,03 Inch, was zu einem im Katheter umschlossenen
Volumen von 0,116 ml führt.
Ein typischer großer
Katheter (für die
Angiographie) ist 40 Inch lang und hat einen Innendurchmesser von
0,05 Inch, was zu einem im Katheter umschlossenen Volumen von 1,287
ml führt. So
würde für diese
typischen Größen ein
Zurückziehen
von 2 ml Blut aus dem Patienten ausreichen, damit Blut in dem zum
Katheter führenden
Röhrchen
erscheint.
-
Jederzeit
während
einer Injektion könnte
entdeckt werden, dass ein ungenügende
Menge Kontrastmittel in der Spritze verblieben ist, um das Verfahren
zu beenden. In einem solchen Fall muss der Techniker nur die Spritze
in Rückwärtsrichtung
betätigen,
was (möglicherweise
nach einem anfänglichen Zurückziehen
eines begrenzten Volumens von Blut in den Katheter) bewirken wird,
dass zusätzliches
Kontrastmittel aus dem Füllbehälter durch
den Einlassanschluss 16 fließen und die Spritze neu füllen wird.
So kann die Spritze jederzeit während
des Verfahrens neu gefüllt
werden, ohne dabei das Röhrchen
zu lösen
und ohne eine Gefahr einer Verunreinigung durch Einführung von
Luft.
-
Nun
Bezug nehmend auf die 2A und 2B arbeitet
eine vereinfachte Ausführungsform eines
Rückschlagventils
mit begrenztem Rückfluss im
Wesentlichen unter den oben dargestellten Grundzügen, aber ohne gewisse Merkmale.
Ganz speziell umfasst das vereinfachte Ventil 100, wie
vorher, einen Auslassanschluss 12 zur Verbindung mit einem
zum Katheter führenden
Röhrchen,
einen bidirektionalen Anschluss 14 für die Verbindung mit einer Spritze
und einen Einlassanschluss 16 zur Verbindung mit einem
Füllbehälter für Injektionsfluid.
-
Wie
in den Ausführungsformen
der 1A bis 1D umfasst
der Einlassanschluss 16 ein Absperrventilzylinder 36,
eine Kugel 39 und eine Feder 40, welche zusammen
eine Absperrventil-Funktion bereit stellen, so dass dem Fluid erlaubt
ist, durch den Anschluss 16 in das Ventil 100,
aber nicht durch den Anschluss 16 nach außen zu fließen. Das
Gehäuse 100 umfasst
auch einen großen
Ventilzylinderabschnitt 18 und einen sekundären Abschnitt 20, und ein
Kolben 102 bewegt sich in Abhängigkeit vom Druck und Fluidfluss
im Ventil 100 axial durch den Abschnitt 18.
-
Anders
als die Ausführungsformen
der 1A bis 1D gibt
es jedoch keine Kolbenstange 26, die sich aus dem Kolben 102 heraus
erstreckt; statt dessen bewegt sich der Kolben 102 in dem
Gehäuseabschnitt 18 frei,
nur in Abhängigkeit
von einem im Ventil 100 auftretenden Fluiddruck. Anstelle einer
Kolbenstange umfasst der Kolben 102 einen einstückigen rückwärtigen Abschnitt,
welcher sich nach hinten durch den Gehäuseabschnitt 20 erstreckt
und in einer Küvette 104 endet.
-
In
der in den 2A bis 2D dargestellten Ausführungsform
sind der Kolben 102 und die Küvette 104 und das
verbindende elastische Element 106 ein einziges, integrales
Element, das aus einem flexiblen Material gebildet wird, das sich
in großem Maße elastisch
dehnen kann, wie beispielsweise Silikongummi. Das verbindende elastische
Element 106 liefert eine elastische Kraft, die bewirkt,
dass sich der Kolben 102 nach hinten bewegt, wie dies unten diskutiert
wird. Um dies zu erreichen, wird die Küvette 104 an vier
Rippen 107 gehalten (siehe 2C), die in
dem Gehäuseabschnitt 20 in
einer Weise positioniert sind, dass sie an die Küvette 104 angreifen
und die Küvette 104 an
einer Vorwärtsbewegung
in Richtung des Gehäuseabschnitts 18 hindern.
-
Das
vordere Ende des Gehäuseabschnitts 18 umfasst,
wie vorher, eine konische Stirnkappe 44. Die Stirnkappe 44 umfasst
auch Stege 46, welche, wie vorher, sich von der Stirnkappe 44 nach
innen erstrecken und den Kolben 102 an einem vollen Angriff an
der Stirnkappe 44 hindern, derart, dass eine kleine radiale
Lücke 47 zwischen
dem Kolben 102 und der Stirnkappe 44 verbleibt,
selbst dann, wenn sich der Kolben 102 in seiner ganz vorne
liegenden Position befindet, wie sie in 2B gezeigt
ist.
-
Dieses
vorderste Ende des Gehäuseabschnitts 18 ist
im Durchmesser vergrößert, so
dass, wie es am besten in 2B zu
sehen ist, der Umfang des Kolbens 102, wenn der Kolben
seine vorderste Position erreicht, nicht länger in der Lage ist, gegen die
inneren Oberflächen
des Gehäuseabschnitts 18 abzudichten
und deshalb Fluid durch die Lücke 47 zwischen
dem Kolben 102 und der Stirnkappe 44 hindurch
um den Kolben 102 herum und aus dem Auslassanschluss 12 hinaus
fließen
kann. Solange wie der Fluidfluss in dieser Richtung anhält, wird
der Kolben 102 an den Stegen 46 gehalten und wird
nicht wieder an den Umfang des Gehäuseabschnitts 18 angreifen.
Falls sich jedoch der Druck ausgleicht und der Fluidfluss nicht
fortsetzt, wird der elastische Druck von dem elastischen Element 106 den
Kolben 102 von dem vordersten Ende des Gehäuseabschnitts 18 weg
ziehen, wodurch sich der Umfang des Kolbens 102 wieder
dicht an die Zylinderwände des
Gehäuseabschnitts 18 anlegt
und ein Fluid in der Stirnkappe 44 und dem Auslassanschluss 12 vor
einer Kommunikation mit dem Gehäuseabschnitt 18 abhält.
-
Das
rückwärtige Ende
des Gehäuseabschnitts 18 umfasst
einen ähnlichen
konischen Abschnitt. Dieser Abschnitt umfasst einen Umfangssteg 108,
welcher an den Kolben 102 angreift, wenn sich der Kolben 102 an
seiner hintersten Position befindet, die in 2A gezeigt
ist, wodurch der Kolben 102 abgedichtet wird und sicher
gestellt wird, dass es keinen Fluidfluss um den Kolben 102 herum
geben kann, wenn sich dieser in dieser hintersten Position befindet.
-
Bei
der Benutzung arbeitet das vereinfachte Rückschlagventil 100 mit
begrenztem Rückfluss ähnlich wie
das in den 1A und 1B diskutierte Ventil,
mit der Ausnahme, dass keine manuelle Einspritzung unter Verwendung
des Ventils vorgesehen ist. Das Verfahren wird wieder im Kontext
einer Kontrastmittelinjektion diskutiert, obwohl andere Injektions-Prozeduren das Ventil 100 mit ähnlichen
Ergebnissen nutzen könnten.
-
Wie
vorher, besteht der erste Schritt beim Verwenden des Ventils darin,
die Spritze zu füllen. Für diesen
Schritt wird ein Füllbehälter für Kontrastmittel
an den Einlassanschluss 16 gekoppelt und wird die Spritze
an den bidirektionalen Anschluss 14 gekoppelt. Dann wird
der Kraft-Injektor in Rückwärtsrichtung
betrieben, um Luft und Fluid in die Spritze zurück zu ziehen. Diese Bewegung
verringert den Druck innerhalb des Gehäuseabschnitts 28 in
der Region hinter dem Kolben 102. Dieser anfängliche Druckabfall,
der durch den Rückwärtsbetrieb
des Kraft-Injektors erzeugt wird, bewirkt, dass sich der Kolben 102 durch
den Gehäuseabschnitt 18 hindurch zurück in die
in 2A gezeigte Position bewegt, wobei der Kolben 102 dann
in seiner Bewegung nachlässt.
(Wie vorher, ist das Ventil 100 typischerweise entsorgbar
und kann mit einem vorpositionierten Kolben 102, wie in 2A gezeigt,
versehen sein.)
-
Eine
weitere durch den fortgesetzten Rückwärtsbetrieb des Kraft-Injektor
bewirkte Druckreduktion wird die Kompressionskraft überwinden,
die durch die Feder 40 erzeugt wird und bewirken, dass ich
die Kugel 39 von dem äußeren Ende
des Absperrventilzylinders 36 zurück zieht, wodurch bewirkt wird, dass
Luft und Fluid durch das Gehäuse
des Ventils 100 hindurch aus dem Kontrastmittel-Füllbehälter in den
Einlassanschluss 16 und aus dem bidirektionalen Anschluss 14 in
die Spritze fließt.
Danach wird der fort gesetzte Rückwärtsbetrieb
des Kraft-Injektors bewirken, dass das Kontrastmittel die Kraft-Injektorspritze
füllt.
-
Wenn
die gewünschte
Menge von Kontrastmittel durch das Ventil 100 hindurch
und in die Spritze gezogen worden ist, wird die Rückwärtsbewegung des
Kraft-Injektors beendet. In diesem Moment ist der Druck innerhalb
des Ventils 100 ausgeglichen, und daraus ergibt sich, dass
die Kompressionskraft der Feder 40 die Kugel 39 in
Angriff an das äußere Ende
des Absperrventilzylinders 36 drückt und den Einlassanschluss 16 gegenüber dem
Inneren des Ventils 100 abdichtet.
-
Nachdem
die Kraft-Injektorspritze auf diese Weise gefüllt worden ist, wird eine Länge eines
Hochdruckröhrchens
zur Verbindung mit dem Katheter an dem Auslassanschluss 12 des
Ventils 100 angebracht. Der Kraft-Injektor wird dann in
Vorwärtsrichtung
betrieben, um in der Spritze vorhandene Luft in das Ventil 100 und
durch das Hochdruckröhrchen hindurch
nach außen
zu drücken.
Während
dieses Vorgangs ist der Kraft-Injektor typischerweise nach oben
gekippt, so dass sich in der Kraft-Injektorspritze vorhandene Luft
zur Öffnung
der Spritze bewegt. Ferner kann das Ventil 100 nach oben
gekippt sein, so dass der Auslassanschluss 12 in Bezug
zu dem Rest des Ventils 100 höher liegt, so dass die Schwerkraft bewirkt,
dass sich in das Ventil 100 mit gezogene Luftbläschen zum
Auslassanschluss 12 und aus diesem heraus bewegen.
-
Wenn
der Kraft-Injektor Luft und Kontrastmittel durch den Anschluss 14 in
das Ventil 100 drückt, wird
ein Überdruck
in dem Ventilgehäuse
hinter dem Kolben 102 erzeugt. Dieser Überdruck erzeugt eine vorwärts gerichtete
Kraft auf den Kolben 102 und zwingt den Kolben nach vorne
in Richtung der in 2B gezeigt Position. Wenn der
Kolben 102 die in 2B gezeigte
vorderste Position erreicht, können Luft
und Kontrastmittel um den Kolben 102 herum und in die konische
Stirnkappe 44 und aus dem Auslassanschluss 12 in
das damit verbundene Röhrchen fließen.
-
Nach
einer ausreichenden Vorwärtsbewegung
des Kraft-Injektors kann die gesamte Luft in der Spritze, im Ventil 100 und
im Röhrchen
ausgedrückt werden,
so dass das System für
den Einsatz bei einer Injektion präpariert ist. Demgemäß kann das
Röhrchen
am Auslassanschluss 12 mit dem Katheter verbunden werden
und der Katheter in den Patienten eingeführt werden.
-
Nachdem
der Katheter richtig positioniert worden ist, kann eine großvolumige
Injektion von Kontrastmittel durchgeführt werden, indem der Kraft-Injektor
aktiviert wird. Eine solche Vorgehensweise bewirkt, dass das Kontrastmittel
durch den bidirektionalen Anschluss 14 in das Ventil 100 fließt, anfangs
den Kolben 102 in seine vorderste Position schiebt und
danach einen Fluidfluss um den Kolben 102 herum in diese
Position drückt.
-
Zu
jedem Zeitpunkt während
des Injektionsvorganges kann der Arzt den Wunsch haben, Blut durch
den Katheter und in das Röhrchen
zurück
zu ziehen, um die Durchgängigkeit
des Katheters zu überprüfen. Um
so vorzugehen, betätigt
der Arzt den Kraft-Injektor in Rückwärtsrichtung
und erzeugt einen Unterdruck in der Spritze. Anfänglich wird sich der Kolben 102 an
dem vorderen Ende des Gehäuseabschnitts 18 befinden
und wird auf diesen Unterdruck durch eine Rückwärtsbewegung reagieren (in der gleichen
Weise, wie dies oben im Hinblick auf das anfängliche Befüllen der Spritze diskutiert
wurde) und Blut aus dem Patienten und in den Katheter ziehen. Wenn
Blut in dem Röhrchen
sichtbar wird, kann bestätigt
werden, dass der Katheter nicht blockiert ist.
-
Wenn
der Kolben 102 die in 2A gezeigt hinterste
Position erreicht, wird eine weitere Rückwärtsbewegung des Kraft-Injektors
Fluid durch den Einlassanschluss 16 hindurch in das Ventil 100 ziehen,
und zwar in der oben im Hinblick auf das Befüllen der Spritze diskutierten
Weise.
-
So
ermöglicht
das Ventil 100, dass eine vorbestimmte Menge eines Fluids
(z.B. 2 ml) bei Betrieb des Kraft-Injektors aus dem Patienten gezogen
werden, ohne der Notwendigkeit einer höchst genauen Betriebsweise
des Kraft-Injektors. Ferner wird, weil der Kolben 102 dicht
an dem Inneren des Gehäuseabschnitts 18 während des
Zurückziehens
anliegt, das aus dem Patienten in das Ventil 100 zurück gezogene
Blut im Ventil 100 in der Region vor dem Kolben 102 aufgenommen,
so dass eine Verunreinigung entweder der mit dem Anschluss 14 verbundenen Kraft-Injektorspritze
oder des mit dem Anschluss 16 verbundenen Kontrastmittel-Füllbehälters vermieden wird.
-
Zu
jedem Zeitpunkt während
einer Injektion besteht die Möglichkeit
zu entdecken, dass nicht genügend
Kontrastmittel in der Spritze verblieben ist, um den Vorgang zu
beenden. In einem solchen Fall muss der Techniker nur die Spritze
in Rückwärtsrichtung
betätigen,
was (nach einem anfänglichen
Rückzug
eines begrenzten Volumens von Blut in den Katheter) bewirken wird,
dass zusätzliches
Kontrastmittel aus dem Füllbehälter durch
den Einlassanschluss 16 hindurch fließen wird und die Spritze neu
befüllen wird.
Auf diese Weise kann die Spritze zu jedem Zeitpunkt während des
Verfahrens neu gefüllt
werden, ohne dabei das Röhrchen
abzulösen
und ohne der Gefahr einer Verunreinigung durch Einführung von Luft.
-
Das
Vorstehende beschreibt Rückschlagventile
mit begrenztem Rückfluss,
in welchen sich ein Kolben axial in einem Zylindergehäuse bewegt,
um einen vorwärts
gerichteten Fluss aus dem Auslassanschluss 12 sowie einen
begrenzten rückwärts gerichteten
Fluss in den Auslassanschluss 12 zu ermöglichen. Jedoch können andere
Strukturen verwendet werden, um diese Funktion durchzuführen.
-
Zum
Beispiel zeigt 3A ein Ventil 110 mit einer
Gelenkklappe 112, welche sich innerhalb eines Fluidkanals 114 dreht,
um einen unbegrenzten vorwärts
gerichteten Fluss und einen begrenzten Rückfluss durch den Kanal 114 zu
ermöglichen.
-
Wie
in den 3B bis 3D gezeigt
ist, dreht oder schwenkt sich die Kappe 112 um eine Achse 116 im
Gehäuse 120,
um diese Funktionen durchzuführen.
Wenn das Fluid durch den Fluidkanal 114 in der Vorwärtsrichtung
ausgedrückt
wird, schwenkt die Klappe 112 gegen den Uhrzeigersinn in ihre
in 3C gezeigte Öffnungsposition,
um einem Fluid zu ermöglichen,
ungehindert vorbei zu gelangen.
-
Wenn
der Druck ausgeglichen ist und der Fluidfluss aufhört, veranlasst
eine auf der Drehachse montierte Feder 118 die Klappe 112 dazu,
sich im Uhrzeigersinn in die in 3B gezeigte
Dichtungsposition zu schwenken und so den Fluidkanal 114 abzudichten.
-
Danach
wird, wenn der rückwärts gerichtete Fluidfluss
im Kanal 114 eingeleitet ist, die Klappe 112 weiter
gegen den Uhrzeigersinn schwenken, bis sie die in 3A gezeigte
Position erreicht, wobei die Klappe 112 dann an das Gehäuse angreift
und ein weiteres Schwenken verhindert und einen weiteren Fluidfluss
verhindert. Es sei angemerkt, dass die Klappe 112 einen
Dichtungsrand 122 trägt,
welcher an den inneren Wänden
des Ventilgehäuses 120 abdichtet
und einen Fluidfluss um die Klappe 112 herum verhindert,
wenn sich die Klappe 112 an oder zwischen den in den 3A und 3B gezeigten
Positionen befindet.
-
Wie
in 3D gezeigt ist, bringt eine Torsionsfeder 118,
die an der Achse 116 der Klappe 112 angebracht
ist, die Klappe 112 in die in 3B gezeigte
Position, indem ein Drehmoment gegen den Uhrzeigersinn auf die Klappe 112 ausgeübt wird.
-
Die
Absperrventilstruktur mit begrenztem Rückfluss, die in den 3A bis 3D gezeigt
ist, oder irgendeine andere Ventilstruktur, die diese Funktionen
erfüllt,
könnte
deshalb anstelle des Kolbens 102 und des großen Zylindergehäuseabschnitts 18 in
der in 2A bis 2B ge zeigten
Ausführungsform
der Erfindung eingesetzt werden und ähnliche Ergebnisse erreichen.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung durch eine Beschreibung verschiedener
Ausführungsformen dargestellt
worden ist und obwohl diese Ausführungsformen
im Detail beschrieben wurden, werden den Fachleuten des Standes
der Technik zusätzliche Vorteile
und Modifikationen ohne Weiteres ersichtlich. Zum Beispiel könnte eine
der oben beschriebenen Ventilstrukturen mit dem Füllbehälter für das Kontrastmedium
oder einer Einwegspritze oder mit beiden einstückig hergestellt sein, was
die Anordnung vereinfacht und Kosten reduziert. Die verschiedenen
funktionalen Elemente des Ventils könnten in einem einzelnen Gehäuse eingebaut
sein, wie dies in den Figuren dargestellt ist, oder in separaten
Gehäusen,
die miteinander durch Röhrchen
verbunden sind. Ferner könnte
eine napfförmige
Ventilstruktur in dem vereinfachten Ventil der 2A bis 2B verwendet
werden, um so einen Fluidfluss um den Kolben in der Weise zu ermöglichen,
wie dies oben mit Bezug auf die 1A bis 1B diskutiert
wurde, ohne die Einfügung
einer vergrößerten Region
in dem großen
Zylindergehäuseabschnitt 18 notwendig zu
machen (obwohl ein solcher Ansatz die Herstellung eines zweiteiligen
Kolbens notwendig machen würde,
wie dies in den 1A bis 1B gezeigt ist).
Darüber
hinaus könnten
weitere Kolbenstangen-Verriegelungsstrukturen anstelle derjenigen
verwendet werden, die in den 1A bis 1B gezeigt
sind, zum Beispiel ein durch Reibungseingriff wirkender Riegel anstelle
eines gezahnten Riegels. Das Ventil kann mit Kontrastmittel vorgefüllt geliefert werden,
um die Prozeduren für
eine anfängliche
Verbindung und Verwendung des Ventils zu vereinfachen.