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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Pumpsysteme und insbesondere Pumpsysteme,
welche zur Druckbeaufschlagung von Fluiden für die Verwendung in medizinischen
Verfahren eingesetzt werden.
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Hintergrund
der Erfindung
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In
vielen medizinischen Verfahren, wie der Medikamentenzufuhr, ist
es wünschenswert,
einem Patienten ein Fluid zu injizieren. Gleichfalls werden einem
Patienten zahlreiche Arten von Kontrastmitteln für viele diagnostische und therapeutische
bildgebende Verfahren injiziert. Kontrastmittel werden zum Beispiel
bei Diagnoseverfahren wie Röntgenverfahren
(einschließlich
z.B. Angiographie, Venographie und Urographie), CT-Scanning, Magnetresonanzimaging
(MRI) und Sonographie verwendet. Kontrastmittel werden auch während therapeutischer
Verfahren wie zum Beispiel Angioplastie und anderen eingreifenden
radiologischen Verfahren eingesetzt. Unabhängig von der Art des Verfahrens
muss jedes einem Patienten injizierte Fluid steril sein und minimal
Pyrogene enthalten.
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Bei
der Verwendung von gängigen
Pumpsystemen und -verfahren für
das Injizieren von Fluid in den Körper eines Patienten ergeben
sich eine Reihe erheblicher Probleme. Zum Beispiel ist es oft schwierig,
den Druck und die Fließgeschwindigkeit
des aus dem Pumpsystem austretenden Fluids präzis zu regeln. Bei Anwendungen
mit relativ niedrigem Druck werden zum Beispiel seit langem Peristaltikpumpen
verwendet. Das präzise
Regeln von Peristaltikpumpen ist jedoch schwierig.
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Bei
Anwendungen mit relativ hohem Druck, wie CT und Angiographie, werden
mechanisierte Spritzeninjektoren verwendet. Die Verwendung mechanisierter
Spritzeninjektoren hat auch eine Reihe von erheblichen Nachteilen
zur Folge. Die derzeitigen Mechanismen für das Antreiben und Regeln
von Spritzenpumpen sind kompliziert, ineffektiv und teuer. Kostenaufwendige
und unhandliche Druckmäntel
für das
Aufnehmen der Spritzenpumpen sind häufig erforderlich, um einen
Ausfall bei hohen Drücken
zu verhindern. Spritzenpumpen sind insofern stark eingeschränkt, dass
das Höchstvolumen,
das auf einmal injiziert werden kann, das Volumen der Spritze ist.
Einwegspritzenpumpen sind teuer. Zudem ist die Beschleunigung der
Fließgeschwindigkeit
der Spritzeninjektoren durch die Trägheit des umfangreichen Antriebsstrangs
beschränkt,
welcher zur Umsetzung der Motordrehung in eine Spritzenkolbenbewegung
erforderlich ist.
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Diese
und andere Nachteile bei derzeit erhältlichen Spritzenpumpsystemen
erzeugen und vergrößern eine
Reihe von Schwächen
bei derzeitigen Vorgehen beim Injizieren von Kontrastmitteln. Zum
Beispiel bestimmen eine Reihe von Faktoren, einschließlich aber
nicht ausschließlich
das auszuführende
Verfahren und die Größe des Patienten:
(i) das zu verwendende Kontrastmittel, (ii) dessen Konzentration
und (iii) die zu injizierende Menge. Bei der gängigen Praxis der Injektion
von Kontrastmitteln über
Spritzenpumpsysteme müssen Kliniken
viele Kontrastmittelkonzentrationen in vielen Behältergrößen in dem
Bemühen
kaufen und lagern, für ein
bestimmtes Verfahren die richtige Konzentration und Menge eines
bestimmten Kontrastmittels bei gleichzeitiger Minimierung von Verschwendung
von Kontrastmittel bereitzustellen. Diesbezüglich sind Kontrastmittel typischerweise
sehr teuer.
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Daher
werden die meisten Kontrastmittel von Herstellern in zahlreichen
Konzentrationen in sterilisierten Behältern (wie Glasflaschen oder
Kunststoffverpackungen), welche abgestuft von einer Größe von 20
ml bis 200 ml reichen, angeboten. Diese Behälter sind im Allgemeinen für einen
Einmalgebrauch ausgelegt (d.h. nach Öffnen eines Behälters für einen
Patienten wird er nur für
diesen Patienten verwendet). Das Kontrastmittel wird im Allgemeinen
aus diesen Behältern über die
Spritzenpumpe angesaugt, welche zur Injektion des Kontrastmittels
dient, und in dem Behälter
verbleibendes Kontrastmittel wird weggeworfen, um eine Infektion mit
möglicherweise
kontaminiertem Kontrastmittel zu vermeiden. Das Klinikpersonal ist
mit der Aufgabe konfrontiert, einen Kontrastmittelbehälter geeigneter
Größe zu wählen, um
eine optimale Untersuchung bei gleichzeitiger Minimierung weggeworfenen
Kontrastmittels zu gewährleisten.
Zum Nachfüllen
der Spritze sind zeitaufwändige
Verfahren erforderlich, wenn mehr Kontrastmittel als ursprünglich berechnet
benötigt
wird. Andererseits kommt es zu teurer Verschwendung, wenn nur ein
Teil der aufgefüllten
Spritze injiziert wird. Die Bestände
an Kontrastmittelbehältern,
welche bei dem derzeitigen System erforderlich sind, steigern die
Kosten und Vorschriftenlast in der gesamten Kette vom Kontrastmittelhersteller
zum Verbraucher.
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Viele
dieser Kosten, Vorschriftenlasten und andere Probleme in Verbindung
mit der Verwendung von vielen Kontrastmittelbehältern können durch Verwendung von relativ
großen
Kontrastmittelbehältern
zum Gebrauch für
einen oder mehrere Patienten in Verbindung mit einem Pumpsystem
erheblich reduziert werden, welches jedes Volumen und jede Konzentration
eines vom Klinikpersonal vor oder während eines Verfahrens ermittelten
zu injizierenden Kontrastmittels zulässt. Derzeitige Spritzenpumpsysteme
geben einfach kein ausreichend kostengünstiges und wirksames Pumpsystem
an die Hand, um eine optimale Druckbeaufschlagung für die Injektion
von Kontrastmitteln und anderen flüssigen Medien zu ermöglichen.
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FA-A-2
715 310 offenbart eine Pumpe für
das Verabreichen von medizinischen Flüssigkeiten, welche durch einen
Antriebsmechanismus angetrieben ist und welche in im Allgemeinen
linearer Ausrichtung Seite an Seite aneinander befestigte Kammern
umfasst, wobei jede der Kammern einen Druckbeaufschlagungsmechanismus
darin aufweist, um das flüssige
Medium über
eine im Allgemeinen lineare Bewegung des Druckbeaufschlagungsmechanismus
mit Druck zu beaufschlagen.
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US-A-3
447 479 offenbart eine Spritzenpumpe, welche eine Reihe von ähnlichen
Spritzen einsetzt, in welchen ein Fluid pumpender Kolben hin- und
herbewegbar ist.
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US-A-4
734 011 offenbart eine mehrzylindrige, einfachwirkende, positive
Verdrängungspumpe,
welche genutzt wird, um Bohrfluid, Wasser, Rohöl, raffinierte Ölerzeugnisse
und dergleichen zu bewegen.
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Daher
ist es sehr wünschenswert,
Injektionssysteme und Pumpsysteme zu entwickeln, welche die mit derzeitigen
Injektionssystemen und Pumpsystemen verbundenen Beschränkungen
verringern oder beseitigen können.
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Zusammenfassende
Beschreibung der Erfindung
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Die
Erfindung gibt ein Pumpsystem nach Anspruch 1 an die Hand.
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Bevorzugte
Ausführungen
werden in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Die
vorliegende Erfindung gibt ein Pumpsystem zur Verwendung bei der
Druckbeaufschlagung eines flüssigen
Mediums zur Injektion in einen Patienten an die Hand. Das Pumpsystem
kann auch eine Dämpfungskammer
in Fluidverbindung mit dem Auslassfluss des Pumpsystems umfassen,
um die pulsatile Natur des Flusses zu mindern.
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Jede
Kammer weist darin angeordnet einen Druckbeaufschlagungsmechanismus
auf, um das flüssige Medium
in der Kammer mit Druck zu beaufschlagen. Der Druckbeaufschlagungsmechanismus
beaufschlagt das flüssige
Medium über
eine positive Verdrängung
desselben durch eine im Allgemeinen lineare Bewegung des Druckbeaufschlagungsmechanismus
in der Kammer mit Druck. Durch die lineare Hin- und Herbewegung des
Druckbeaufschlagungsmechanismus mittels eines Kolbens wird das flüssige Medium
alternativ von einer Quelle flüssigen
Mediums (z.B. einem Behälter)
in die Kammer gesaugt und bei einem gewünschten Druck aus der Kammer
ausgestoßen.
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Eine
im Allgemeinen lineare Hin- und Herbewegung kann durch eine Reihe
von Druckbeaufschlagungsmechanismen, einschließlich aber nicht ausschließlich Kolben,
bewirkt werden. Eine im Allgemeinen lineare Hin- und Herbewegung
kann auch durch ein sich biegendes Element, wie eine in der Kammer
angeordnete Membran, verwirklicht werden. Bei der positiven Verdrängung des
flüssigen
Mediums liegt im Allgemeinen eine 1:1-Entsprechung zwischen der
Länge des
im Allgemeinen linearen Hubs des Druckbeaufschlagungsmechanismus
und der Menge verdrängten
Mediums vor. Eine positive Verdrängung
durch eine im Allgemeinen lineare Bewegung bietet einen besseren
volumetrischen Wirkungsgrad als bei Verwendung von Rotationspumpen.
Der volumetrische Wirkungsgrad kann als das Volumen von Fluid definiert
werden, welches pro Einheit mechanischer Verdrängung tatsächlich zugeführt wird,
dividiert durch das theoretische Volumen von Fluid, das pro Einheit
mechanischer Verdrängung
zugeführt
wird. Der volumetrische Wirkungsgrad von Rotationspumpen ist in
unerwünschter
Weise vom Druck und der Fließgeschwindigkeit
des flüssigen
Mediums abhängig.
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Jede
Kammer umfasst eine Einlassöffnung
und eine Auslassöffnung.
Das Pumpsystem umfasst ferner bevorzugt ein Einlassöffnungsrückschlagventil
in Fluidverbindung mit jeder Einlassöffnung, welches das flüssige Medium
durch die Einlassöffnung
in die Kammer fließen
lässt,
aber das flüssige
Medium im Wesentlichen hindert, durch die Einlassöffnung aus
der Kammer heraus zu fließen.
Analog umfasst das Pumpsystem bevorzugt ein Auslassöffnungsrückschlagventil
in Fluidverbindung mit jeder Auslassöffnung, welches das druckbeaufschlagte
flüssige
Medium durch die Auslassöffnung
aus der Kammer heraus fließen
lässt,
aber das flüssige Medium
im Wesentlichen hindert, durch die Auslassöffnung in die Kammer zu fließen. Jede
Einlassöffnung
ist mit einer Quelle flüssigen
Mediums verbunden. Jede Einlassöffnung
kann mit verschiedenen Quellen unterschiedlicher flüssiger Medien
verbunden werden, falls das Mischen unterschiedlicher flüssiger Medien
erwünscht
ist. Wenn das pro Hub verdrängte
Medium relativ klein gehalten wird, können Flüssigkeiten von stark unterschiedlicher
Viskosität
und Dichte ohne Einsatz von Mischvorrichtungen (z.B. mechanische
Rührvorrichtungen
oder Drehschiebermischer) mit Ausnahme der vorliegenden Erfindung
gemischt werden. Jede Auslassöffnung
ist mit einer gemeinsamen Auslassleitung für das Übermitteln des in den Patienten
zu injizierenden druckbeaufschlagten flüssigen Mediums verbunden.
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Vorzugsweise
umfasst die Druckbeaufschlagungsvorrichtung mindestens drei Kammern.
Noch bevorzugter umfasst die Druckbeaufschlagungsvorrichtung genau
drei Kammern. Die vorliegenden Erfinder haben entdeckt, dass ein
entsprechendes zeitliches Steuern der Hin- und Herbewegung des Druckbeaufschlagungsmechanismus
in jeder der drei Kammern das Regeln des Pumpsystems ermöglicht,
so dass die pulsatile Natur des Flusses, welche häufig mit
der Druckbeaufschlagung eines flüssigen
Mediums durch eine lineare Hin- und Herbewegung eines Druckbeaufschlagungsmechanismus
verbunden ist, wesentlich reduziert.
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Das
Pumpsystem umfasst ferner einen Antriebsmechanismus in Wirkverbindung
mit dem Druckbeaufschlagungsmechanismus jeder Kammer. Die Druckbeaufschlagungsvorrichtung
ist vorzugsweise mühelos
aus der Verbindung mit dem Antriebsmechanismus lösbar. Auf diese Weise sind
die Elemente des Pumpsystems, welche in Kontakt mit dem flüssigen Medium
kommen (d.h. bestimmte Elemente der Druckbeaufschlagungsvorrichtung),
mühelos
zur Entsorgung oder Sterilisierung entnehmbar.
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In
einer bevorzugten Ausführung
sind die Kammern, Einlassöffnungen
und Auslassöffnungen
der Druckbeaufschlagungsvorrichtung aus einem einheitlichen Stück Polymermaterial
geformt. Vorzugsweise sind die Kammern in dieser Ausführung in
einer im Allgemeinen linearen Ausrichtung Seite an Seite angeordnet. Der
Druckbeaufschlagungsmechanismus jeder Kammer umfasst bevorzugt einen
Kolben oder Stößel mit
einem nach hinten verlaufenden Element. Das distale Ende des verlaufenden
Elements erstreckt sich vorzugsweise über die Rückseite der Kammer hinaus und
umfasst einen zusammenwirkenden Konnektor (z.B. einen Flansch),
welcher dafür
ausgelegt ist, eine mühelos
lösbare
Verbindung des verlaufenden Elements mit dem Antriebsmechanismus
herzustellen.
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Die
vorliegende Erfindung sieht weiterhin ein Pumpsystem zum Zusammenwirken
mit einem angetriebenen Antriebsmechanismus zur Injektion eines
flüssigen
Mediums in einen Patienten vor. Das Pumpsystem umfasst eine Pumpeinheit
für den
Einmalgebrauch. Die Pumpeinheit für den Einmalgebrauch umfasst
mindestens zwei Kammern. Jede der Kammern ist an jeder anderen Kammer
in im Allgemeinen linearer Ausrichtung Seite an Seite angebracht.
Jede der Kammern weist einen darin angeordneten Druckbeaufschlagungsmechanismus
auf, um das flüssige
Medium über
eine im Allgemeinen lineare Bewegung des Druckbeaufschlagungsmechanismus
mit Druck zu beaufschlagen. Der Druckbeaufschlagungsmechanismus
jeder Kammer umfasst einen Konnektor, um den Druckbeaufschlagungsmechanismus
jeder Kammer mit dem angetriebenen Antriebsmechanismus lösbar zu
verbinden.
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Der
Antriebsmechanismus der erfindungsgemäßen Pumpsysteme umfasst bevorzugt
einen Zeitsteuerungsmechanismus, um den Druckbeaufschlagungsmechanismus
jeder Kammer zeitgesteuert so anzutreiben, dass die Fließgeschwindigkeit
und der Druck des flüssigen
Mediums in der Auslassleitung im Wesentlichen konstant sind. Diesbezüglich wird
das Maß des
pulsatilen Flusses (laut nachstehender Begriffsdefinition) vorzugsweise
unter 25% gehalten.
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Die
vorliegende Erfindung gibt auch ein Injektionssystem an die Hand,
welches eines der oben beschriebenen Pumpsysteme umfasst. Analog
umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verwendung der
oben beschriebenen Pumpsysteme für
die Injektion eines flüssigen
Mediums in einen Patienten. Die erfindungsgemäßen Pumpsysteme und Injektionssysteme
führen
kontinuierlich druckbeaufschlagtes Fluid aus einem Niedrigdruckbehälter zu,
ohne dass wie bei herkömmlichen
Spritzenpumpen erforderlich innegehalten und nachgefüllt werden
muss. Die Pumpeinheiten oder Druckbeaufschlagungsvorrichtungen der
erfindungsgemäßen Pumpsysteme
können
aus kostengünstigen,
leicht formbaren Kunststoffteilen, welche in wenigen Schritten in
einem Produktionsvorgang mit hohem Ausstoß zusammengebaut werden können, konstruiert
werden. Diese kostengünstigen
Pumpeinheiten können
nach Einmalgebrauch entsorgt werden.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1A zeigt
eine Ausführung
einer erfindungsgemäßen Druckbeaufschlagungsvorrichtung.
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1B zeigt
die Druckbeaufschlagungsvorrichtung von 1A, wobei
mehrere Unterbaugruppen derselben gezeigt werden.
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1C zeigt
eine Querschnittansicht einer alternativen Ausführung eines Kolbens zur Verwendung
in einer erfindungsgemäßen Druckbeaufschlagungsvorrichtung.
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2A zeigt
eine teilweise freigeschnittene Ansicht der Druckbeaufschlagungsvorrichtung
von 1A, wobei die Druckbeaufschlagungsmechanismen
(Kolben) in den Kammern gezeigt werden.
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2B zeigt
eine teilweise freigeschnittene Ansicht der Druckbeaufschlagungsvorrichtung
von 1A, wobei der Teil Einlass- und Auslasskanalteil
und die Kolben entfernt wurden.
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3 zeigt
eine perspektivische Draufsicht auf die Druckbeaufschlagungsvorrichtung
von 1A.
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4 zeigt
eine Querschnittvorderansicht der Druckbeaufschlagungsvorrichtung
von 1A.
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5 zeigt
eine vergrößerte Querschnittvorderansicht
einer Einlassöffnung
und einer Auslassöffnung einer
einzelnen Kammer.
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6A zeigt
eine teilweise freigeschnittene Ansicht einer Ausführung eines
Antriebsmechanismus zur Verwendung mit der Druckbeaufschlagungsvorrichtung
von 1.
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6B zeigt
eine teilweise freigeschnittene Ansicht des Antriebsmechanismus
von 6A, wobei mehrere Unterbaugruppen desselben gezeigt
werden.
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6C zeigt
eine perspektivische Draufsicht auf den Antriebsmechanismus von 6A.
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6D zeigt
eine perspektivische Unteransicht des Antriebsmechanismus von 6A.
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7 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Pumpsystems, welches die Druckbeaufschlagungsvorrichtung
von 1 und den Antriebsmechanismus der 6A bis 6D in
lösbarer
Verbindung umfasst.
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8A zeigt
den Fluss von jedem Zylinder in einer dreizylindrigen Druckbeaufschlagungsvorrichtung als
Funktion eines Drehwinkels.
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8B zeigt
den Fluss von den Druckbeaufschlagungsvorrichtungen, welche ein,
zwei, drei, vier oder fünf
Zylinder umfassen.
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Eingehende Beschreibung
der Erfindung
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Die 1A bis 7 zeigen
eine Ausführung
eines erfindungsgemäßen Pumpsystems 10.
In dieser Ausführung
befinden sich vier Kammern 20 einer Druckbeaufschlagungsvorrichtung 15 in
einer im Allgemeinen linearen Ausrichtung Seite an Seite (d.h. die
Achsen der Kammern 20 liegen im Allgemeinen in der gleichen
Ebene). Jede Kammer 15 umfasst eine Einlassöffnung 25 und
eine Auslassöffnung 30.
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Die
Einlassöffnungen 25 und
die Auslassöffnungen 30 sind
vorzugsweise mit Rückschlagventilen 40 versehen,
um sicherzustellen, dass die erwünschte
Flussrichtung gewahrt wird. Die Einlassöffnungen 25 stehen
vorzugsweise in Fluidverbindung mit einem gemeinsamen Einlasskanal 50,
während
die Auslassöffnungen 30 mit
einem gemeinsamen Auslasskanal 60 in Fluidverbindung stehen.
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In
dieser Ausführung
umfasst die Druckbeaufschlagungsvorrichtung 15 eine ersten
Teil bzw. Pumpeneinheitsteil 15' und einen zweiten Teil bzw. Kopfeinheitsteil 15''. Der erste Teil 15' umfasst Kammern 20,
Einlassöffnungen 25 und
Auslassöffnungen 30 und
wird vorzugsweise (z.B. durch Spritzgießen) einstückig aus Polymermaterial hergestellt.
Der zweite Teil 15'' umfasst einen
Einlasskanal 50 und einen Auslasskanal 60. Wie
der erste Teil 15' wird
der zweite Teil 15'' vorzugsweise
einstückig
aus Polymermaterial hergestellt.
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Die
Rückschlagventile 40 können zum
Beispiel biegsame Scheiben umfassen, welche als Ventile dienen,
um einen einseitig wirkenden Fluss in oder aus jeder Kammer 20 zuzulassen.
Die biegsamen Rückschlagventile 40 können aus
Gummi oder einem Polymer geringen Gewichts gefertigt werden. Die
Rückschlagventile 40 können problemlos
in geeignet geformte Aufnahmen eingeführt werden und werden bevorzugt
fixiert, wenn der erste Teil 15' und der zweite Teil 15'' wie auf dem Gebiet der Polymere
bekannt miteinander verbunden werden.
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In
jeder Kammer 20 ist ein Kolben 70 angeordnet,
welcher geeignet ist, alternativ bei einem nach unten oder nach
hinten gerichteten Hub desselben (d.h. weg von dem zweiten Teil 15'') das flüssige Medium in die Kammer 20 zu
ziehen und das flüssige
Medium mit Druck zu beaufschlagen, wobei das druckbeaufschlagte flüssige Medium
bei einem nach oben oder nach vorne gerichteten Hub desselben in
den Auslasskanal 60 gedrückt wird. Durch einen externen
motorbetriebenen Antriebsmechanismus 100, welcher dem Kolben 70 eine lineare
Hin- und Herbewegung verleiht, wird den Kolben 70 Bewegungskraft
verliehen. Bei geeigneter Wahl der Materialien und der Wanddicke
sind hohe Drücke
in dem Auslasskanal 60 möglich. Zum Beispiel ist bei Polypropylenkammern
mit einem Innendurchmesser von etwa 0,476 Zoll (1,209 cm) und einer
Wandstärke
von etwa 0,042 Zoll (0,107 cm) ein Druck von etwa 800 psi (55,16
bar) erreichbar.
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In
der dargestellten Ausführung
umfassen die Kolben 70 vorzugsweise eine elastomere Kontaktabdeckung
oder -fläche 72.
Der Umfang der Kontaktfläche 72 bildet
einen Abdichtung zu der Seitenwand der Kammer 20. Die Kontaktfläche 20 kann
zum Beispiel über
einen Flansch 74 abnehmbar an dem Kolben 70 anbringbar
sein. Der Kolben 70 umfasst ferner vorzugsweise ein Kolbenverlängerungselement 76,
welches sich nach hinten erstreckt, um aus der Kammer 20 auszutreten.
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Eine
alternative Ausführung
wird in 1C gezeigt. In dieser Ausführung umfasst
der Kolben 70' keine Abdeckfläche zum
Kontaktieren mit dem flüssigen
Medium. Vielmehr ist ein Abdichtelement wie zum Beispiel ein O-Ring 72' zwischen dem
Kolben 70' und
der Innenwand der Kammer 20' angeordnet.
Wie beim Kolben 70 wird flüssiges Medium bei Rückwärtsbewegung
des Kolbens 70' in
die Kammer 20' gezogen
und bei Vorwärtsbewegung
des Kolbens 70' wird
druckbeaufschlagtes flüssige
Medium aus der Kammer 20' heraus
gedrückt.
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Vorzugsweise
umfasst der Antriebsmechanismus 100 eine Nockenwelle 110,
welche dreht, um die Kolben 70 in zeitgesteuerter Folge
anzutreiben, welche so gewählt
wird, dass ein pulsatiler Fluss reduziert oder im Wesentlichen beseitigt
wird. Wie in den 6A bis 7 gezeigt,
umfasst der Antriebsmechanismus 100 vorzugsweise Antriebsverlängerungselemente 120,
welche an einem Ende derselben in Befestigungselementen enden, welche
mit entsprechenden Befestigungselementen an den Kolbenverlängerungselementen 76 zusammenwirken.
Wie am besten in 7 gezeigt wird, wirken Schlitze 124 mit
Flanschen 78 zusammen, um eine leicht lösbare Verbindung zwischen den
Kolbenverlängerungselementen 76 und
den Antriebsverlängerungselementen 120 zu
bilden.
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Die
Antriebsverlängerungselemente 120 sind
vorzugsweise über
Lageranordnungen 130 und kontaktierende Stifte 126 an
der Nockenwelle 110 angebracht. Wie in 6B gezeigt
ist, umfassen die Lageranordnungen 130 vorzugsweise einen
ersten Lagerteil 132 und einen zweiten Lagerteil 134,
welche mittels der Stifte 136 um die Nockenwelle 110 angebracht
sind. Wie am besten in 6D veranschaulicht wird, wird
die Nockenwelle 110 vorzugsweise durch einen Motor 150 über einen
Riemen 160 angetrieben.
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Mehrere
Untersuchungen über
die Wirkung der Anzahl von Kammern 20 auf die pulsatile
Art des Flusses werden in den 8A und 8B gezeigt. 8A zeigt
den Fluss von jedem Zylinder 20 als Funktion des Drehwinkels
für drei
Zylinder 20. Der Fluss von jedem Zylinder bleibt nur über 180° pro 360°-Zyklus größer als
0. Ein Fluss von unter 0 pro Kammer wird aufgrund der Rückschlagventile 40 verhindert.
Die drei Flusskurven (a, b und c) werden addiert. Im Allgemeinen
wird die Fließgeschwindigkeit
(als Funktion der Zeit in Sekunden) durch die folgenden Gleichungen
wiedergegeben: Fluss(t) = K · {pos(sin ωt) + pos(sin[ωt + 120])
+ pos(sind[ωt – 120)}wobei
K eine Konstante ist;
pos anzeigt, dass nur der positive Teil
jeder Sinuswelle addiert wird; und
ω die Drehgeschwindigkeit in
Grad pro Sekunde ist.
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In
den vorliegenden Berechnungen wurde K gleich 0,8 gewählt. Es
kann eine mittlere Fließgeschwindigkeit
(mittl. Fluss) pro Zyklus von 360 Grad von K/π = 0,254 nachgewiesen werden.
Der mittlere Fluss (d.h. der Bereich unter der Kurve "Summe der Komponenten") wurde für jede Untersuchung
gleich angesetzt. Die maximale Fließgeschwindigkeit (max. Fluss)
und die minimale Fließgeschwindigkeit
(min. Fluss) variieren beruhend auf dieser Normalisierung. Mit folgender
Gleichung kann ein Grad oder Prozent des pulsatilen Flusses definiert
werden: 100% · (max. Fluss – min. Fluss)/mittl.
Fluss
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Tabelle
1 fasst die für
die Kammern eins bis fünf
der Kammern 20 erhaltenen Ergebnisse zusammen. Diese Ergebnisse
werden in 8B in einer Kurvendarstellung
veranschaulicht.
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Vorzugsweise
wird der Grad des pulsatilen Flusses bei oder unter 25% gehalten.
Bei oder unter diesem Grad des pulsatilen Flusses gilt die pulsatile
Natur des Flusses für
den Zweck der vorliegenden Erfindung als minimal. Noch bevorzugter
wird der Grad des pulsatilen Flusses bei oder unter 20% gehalten.
Die vorliegenden Erfinder haben entdeckt, dass es bei mindestens
drei Kammern 20 möglich
ist, einen im Wesentlichen gleichmäßigen Fluidfluss mit minimaler
pulsatiler Komponente zu entwickeln. Überraschenderweise hat sich gezeigt,
dass vier Kammern 20 einen größeren Grad an pulsatilem Fluss
als drei Kammern 20 aufweisen. Im Allgemeinen nimmt der
Grad des pulsatilen Flusses bei über
vier Kammern 20 hinaus weiter ab. Das Hinzufügen von
mehr Kammern 20 kann das Verwirklichen einer höheren Fließgeschwindigkeit
bei einer kürzeren
Kolbenhublänge
in jeder Kammer 20 ermöglichen.
Weitere Kammern 20 können
daher den Verschleiß senken und
die Lebensdauer des Pumpsystems 10 verlängern.
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Zwar
kann das Vorsehen von mehr als drei Kammern 15 die Lebensdauer
der Druckbeaufschlagungsvorrichtung 15 verlängern, es
steigert aber auch die Herstellungskosten und die Herstellungsprobleme.
Es ist jedoch wünschenswert,
die Kosten der Druckbeaufschlagungsvorrichtung zum Teil zu senken,
damit die Druckbeaufschlagungsvorrichtung 15 (oder zumindest
die Elemente der Druckbeaufschlagungsvorrichtung 15, welche
in Kontakt mit dem flüssigen
Medium kommen) nach Verwendung bei einem einzelnen Patienten weggeworfen
werden kann. Das Wegwerfen der Druckbeaufschlagungsvorrichtung 15 nach
Verwenden bei einem einzelnen Patienten senkt die Wahrscheinlichkeit
einer patientenübergreifenden
Kontaminierung. Da drei Kammern 20 einen Fluss mit einer
minimalen pulsatilen Komponente bei minimalen Herstellungskosten
ermöglichen,
umfasst die Druckbeaufschlagungsvorrichtung 15 vorzugsweise
drei Kammern 20. Ferner kann für jede beliebige Anzahl an
Kammern 20 der Grad des pulsatilen Flusses gesenkt oder
im Wesentlichen eliminiert werden, indem eine Dämpfungskammer 660 (siehe 11) in Fluidverbindung mit dem Auslasskanal 60 integriert
wird. Im Allgemeinen besitzen diese Dämpfungskammern eine mechanische
Kapazität,
welche durch eine Art von Ausweitungselement wie z.B. einen Ballon
oder eine Blase vorgesehen werden kann. Ein Beispiel für eine Dämpfungskammer,
welche für
die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist der
FMI Pulse Dampener Model PD-60-LS oder Model PD-HF, welche von Fluid
Metering, Inc. aus Oyster Bay, New York, angeboten werden.
