ES2304534T3 - Bomba de casete medica con un sensor de fuerza unico para determinar el estado de funcionamiento. - Google Patents
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Abstract
Bomba médica (10) para utilización con un casete (12) que presenta una cámara de bombeo (20), que comprende: un elemento de bombeo (38) adaptado para presurizar intermitentemente la cámara de bombeo (20) durante un ciclo de la bomba; caracterizada porque comprende además: unos medios (22, 24, 52, 64, 76) para cerrar la cámara de bombeo (20) al flujo durante por lo menos una parte del ciclo de bomba cuando la cámara de bombeo (20) es presurizada por el elemento de bombeo (38), y un sensor de presión único (84) conectado funcionalmente al elemento de bombeo (38) para detectar la presión ejercida por el elemento de bombeo (38) en la cámara de bombeo (20).
Description
Bomba de casete médica con un sensor de fuerza
único para determinar el estado de funcionamiento.
La presente invención se refiere a unos medios
para determinar el estado de funcionamiento de una bomba médica.
Más particularmente, esta invención se refiere a medios para
determinar el estado fluido en dispositivos de bombeo de
desplazamiento fluido positivo para el suministro de fluidos a un
paciente.
El cuidado médico moderno conlleva a menudo la
utilización de dispositivos de bomba médica para suministrar
fluidos y/o fluidos médicos a los pacientes. Las bombas médicas
permiten el suministro controlado de fluidos a un paciente, y
dichas bombas han sustituido en gran medida a los sistemas de flujo
por gravedad, principalmente debido a la mucha mayor precisión de
las bombas en las velocidades de suministro y dosificaciones, y
debido a la flexibilidad para planificaciones de suministro
flexibles y controladas. De las bombas médicas modernas, las que
incorporan un diafragma o casete de bomba resultan a menudo
preferidas debido a que proporcionan una velocidad y volumen
controlados con mayor precisión que las de otros tipos de
bombas.
Un sistema típico de bomba de desplazamiento
positivo comprende un accionamiento de dispositivo de bomba y un
casete desechable. El casete desechable, que está adaptado para
utilizarse sólo para un único paciente y para un ciclo de
suministro fluido, es habitualmente una pequeña unidad de plástico
que presenta una entrada y una salida conectadas respectivamente a
través de un tubo flexible al recipiente de suministro de fluido y
al paciente que recibe el fluido. El casete comprende una cámara de
bombeo, con el flujo de fluido a través de la cámara controlándose
por un émbolo o elemento de bombeo 38 activado de modo controlado
por el accionamiento del dispositivo.
Por ejemplo, la cámara del casete puede
presentar una pared formada por un diagrama flexible al que el
émbolo y el actuador aplican movimiento recíproco para causar que
el fluido circule. El dispositivo de accionamiento de bombeo
comprende el émbolo o elemento de bombeo 38 para controlar el flujo
de fluido dentro y fuera de la cámara de bombeo en el casete, y que
comprende asimismo mecanismos de control para asegurar que el fluido
se suministre al paciente a una velocidad preestablecida, de modo
predeterminado, y sólo durante un tiempo o dosificación total
particular predeterminado.
El fluido entra en el casete a través de una
entrada y es forzado a través de una salida bajo presión. El fluido
se suministra a la salida cuando el émbolo de la bomba fuerza la
membrana dentro de la cámara de bombeo para desplazar el fluido.
Durante la carrera de entrada el émbolo de la bomba retrocede, la
membrana que cubre la cámara de bombeo se retira desde su
configuración anterior completamente desplazada, y el fluido se
retira a continuación a través de la entrada abierta y hasta la
cámara de bombeo. En una carrera de bombeo, el émbolo de la bomba
fuerza el fluido contenido en la misma a través de la salida. Así,
el fluido fluye desde el casete en una serie de impulsos separados
en lugar de en un flujo continuo.
Uno de los requisitos de una bomba médica es que
pueda detectar cuando está en funcionamiento bajo ciertas
situaciones anormales y para alertar al usuario de estos problemas.
Específicamente, la bomba debería detectar cuando el flujo del
fluido se bloquea, no hay fluido en el conducto, no hay casete en la
bomba, si la bomba se ha purgado correctamente, y si las válvulas
en la bomba están correctamente selladas.
Las bombas anteriores que pueden suministrar
toda esta información utilizaban por lo menos dos sensores asociados
con la cámara o tubos de bombeo para proporcionar una entrada
relativa a las condiciones del fluido para el sistema de control.
La utilización de múltiples sensores requiere más espacio físico en
la bomba y da potencialmente como resultado unos costes de
fabricación más elevados.
Los ejemplos de disposiciones de sensor en
dispositivos médicos de bombeo, que resultan adecuados para
monitorizar la presión se proporcionan a partir de los documentos
US-A-4927411,
US-A-4453931 y
US-A-5464392.
Es por lo tanto un objetivo principal de esta
invención proporcionar medios para utilizar un único sensor de
presión para discriminar entre condiciones de funcionamiento en una
bomba médica.
\vskip1.000000\baselineskip
Se da a conocer una bomba médica, para su
utilización con un casete que presenta una cámara de bombeo que
presenta las características establecidas en la reivindicación 1. La
bomba comprende un elemento de bombeo con un conjunto pistón
corredera que presuriza intermitentemente la cámara de bombeo
durante un ciclo de la bomba. El conjunto pistón corredera
presenta una cabeza de pistón conectada a un cuerpo principal con un
único sensor de presión dispuesto entre ambos. Un árbol de levas
está asociado con el elemento de bombeo, un elemento de control de
entrada, y un elemento de control de salida para cerrar la cámara de
bombeo al flujo cuando la cámara de bombeo se presuriza. Un sensor
de posición detecta la posición del elemento de bombeo. Una unidad
de procesamiento recibe datos de presión y posición desde los
sensores de presión y posición. La unidad de procesamiento procesa
estos datos para determinar el estado de funcionamiento de la bomba.
Los estados de funcionamiento determinados comprenden: flujo de
fluido bloqueado, sin fluido en el conducto, ningún casete asociado
con la bomba, purgado correcto de la bomba o sellado correcto de la
válvula.
La figura 1 es un diagrama esquemático de la
bomba de casete, ilustrando los componentes funcionales de la bomba
y el casete;
Las figuras 2 y 3 son unas vistas en perspectiva
de un casete para utilizar con la bomba según la presente
invención;
La figura 4 es una vista interna lateral de la
bomba de la presente invención;
La figura 5 es una vista en perspectiva del
elemento de bombeo de la presente invención;
La figura 6A es una vista en perspectiva del
elemento de control de entrada de la presente invención;
La figura 6B es una vista en perspectiva del
elemento de control de salida de la presente invención;
La figura 7 es una vista lateral del árbol de
levas de la presente invención;
La figura 8 es una vista en sección tomada a lo
largo de la línea A-A de la figura 7, mostrando el
lóbulo del pistón del árbol de levas de la presente invención;
La figura 9 es una vista en sección tomada a lo
largo de la línea B-B de la figura 7, mostrando el
lóbulo de entrada del árbol de levas de la presente invención;
La figura 10 es una vista en sección tomada a lo
largo de la línea C-C de la figura 7, mostrando el
lóbulo de salida del árbol de levas de la presente invención;
La figura 11 es una vista posterior de los
imanes sensores situados en el árbol de levas de la bomba de la
presente invención;
La figura 12 es un gráfico que muestra los datos
de fuerza de un ciclo de la bomba ilustrando una carrera de aire
anormal;
La figura 13 es un gráfico que muestra los datos
de fuerza desde un ciclo de la bomba que ilustra una carrera fluida
normal;
La figura 14 es un gráfico que muestra los datos
de fuerza que ilustran la presencia y ausencia de un casete en la
bomba;
La figura 15 es un gráfico que muestra los
datos de fuerza de un ciclo de la bomba que ilustra un flujo de
salida obstaculizado; y
La figura 16 es un gráfico que muestra los datos
de prueba de velocidad de flujo tomados con una gama de casetes y
bombas amplia utilizando la presente invención.
La figura 1 es un diagrama esquemático que
ilustra los componentes funcionales de un bomba médica 10 que se
utiliza en conexión con un casete desechable 12 para suministrar un
fluido a un paciente. El experto ordinario en la materia
comprenderá que el término bomba médica como se utiliza en la
presente memoria comprende pero no se limita a bombas completas,
bombas de infusión parenteral, bombas ambulatorias, o cualquier
dispositivo de bombeo de desplazamiento positivo para el suministro
de fluidos a un paciente.
La bomba médica 10 y el casete 12 se muestran
con varios componentes para poner en práctica la presente
invención. Los expertos ordinarios en la materia apreciarán que la
bomba 10 y el casete 12 comprenden muchos más componentes que los
mostrados en la figura 1. Sin embargo, no resulta necesario que
todos los componentes se muestren para dar a conocer una forma de
realización ilustrativa para poner en práctica la presente
invención. La solicitud de patente asignada comúnmente y no
provisional en trámite US número de serie 29/166.389 titulada PUMP
CASSETTE da a conocer el casete particular 12 descrito a
continuación. Los casetes de bomba y las bombas de casete en
general son bien conocidas en la técnica de suministro de fluidos
médicos, como resulta evidente a partir de las patentes asignadas
comúnmente US nº 4.818.186; nº 4.842.584; y nº 5.000.664, cuya
exposición completa y dibujos se incorporan específicamente al
presente documento como referencia.
El casete 12 comprende una carcasa 14 en la que
está dispuesto un orificio de entrada 16 para aceptar el fluido que
fluye desde una bolsa IV u otro contenedor de fluido (no
representado). De manera similar, los tubos de fluido (no
representados) acoplan un orificio de salida 18 en la carcasa 14 al
cuerpo del paciente.
Una cámara de bombeo 20 está conectada en
comunicación fluida entre el orificio de entrada 16 y el orificio
de salida 18. La cámara de bombeo 20 actúa para medir fluido a
través del casete 12.
Está dispuesta una válvula de entrada 22 entre
el orificio de entrada 16 y la cámara de bombeo 20. La válvula de
entrada 22 actúa para abrir y cerrar físicamente la comunicación
fluida entre el orificio de entrada 16 y la cámara de bombeo
20.
De manera similar, una válvula de salida 24 está
dispuesta entre la cámara de bombeo 20 y el orificio de salida 18.
La válvula de salida 24 actúa para abrir y cerrar físicamente la
comunicación fluida entre la cámara de bombeo 20 y el orificio de
salida 18. La cámara de bombeo 20, la válvula de entrada 22, y la
válvula de salida 24 están en su totalidad asociadas funcionalmente
con la bomba 10 para controlar el flujo de fluido a través del
casete 12.
Haciendo referencia a las figuras 2 y 3, se
muestra una forma de realización del casete 12. Un experto ordinario
en la materia comprenderá que un casete que presente un diseño
diferente al mostrado en las figuras 2 a 3 puede utilizarse con la
bomba 10 sin apartarse de la presente invención.
Haciendo referencia a la figura 1, una unidad de
procesamiento 26 está prevista en la bomba 10 y realiza varias
operaciones descritas con mayor detalle a continuación. Un
dispositivo de visualización/entrada 28 se comunica con la unidad
de procesamiento 26 y permite que el usuario reciba una salida de la
unidad de procesamiento 26 y/o entrada en la unidad de
procesamiento 26. Los expertos ordinarios en la materia apreciarán
que el dispositivo de visualización/entrada 28 puede estar previsto
como un dispositivo de visualización y un dispositivo de entrada
separados.
Una memoria 30 se comunica con la unidad de
procesamiento 26 y guarda el código y los datos necesarios para la
unidad de procesamiento 26 para calcular y proporcionar las
condiciones de funcionamiento de la bomba 10.
Más específicamente, la memoria 30 guarda un
código de algoritmo 32 formado según la presente invención para
procesar datos para determinar el estado de funcionamiento de la
bomba 10.
Estos algoritmos, los cálculos de número de
mérito y otros detalles del método para utilizar datos de presión y
posición para determinar el estado de funcionamiento de la bomba 10
no comentados en la presente memoria pueden determinarse haciendo
referencia a la solicitud de patente asignada comúnmente, en trámite
no provisional titulada METHOD FOR DISCRIMINATING BETWEEN OPERATING
CONDITIONS IN MEDICAL PUMP, que reivindica prioridad a las
solicitudes de patente provisionales US nº 60/418.914 y
nº 60/418.986, cuyos exposición y dibujos se incorporan
específicamente al presente documento en su totalidad como
referencia. Las exposiciones y dibujos de las solicitudes de
patente provisionales US nº 60/418.986 y nº 60/418.914 se incorporan
asimismo específicamente al presente documento en su totalidad como
referencia.
Un motor eléctrico 34 está controlado por la
unidad de procesamiento 26, la energía la proporciona una fuente de
alimentación (no representada) para servir como un accionador
primario para accionar rotatoriamente un eje 36. El motor 34 es un
motor de engranajes de corriente continua, de imán permanente, de 6
voltios con unos engranajes (no representados) de 249:1 en la
salida del eje del motor 36. Este motor 34 gira a diferentes
velocidades dependiendo de las velocidades de flujo. En la carrera
de bajada o parte de suministro de la carrera el motor 34 gira
directamente desde la fuente de alimentación (no representada). En
la carrera de subida, retracción o parte de llenado de la carrera
gira a un voltaje establecido por la unidad de procesamiento 26, de
modo que los tiempos de retracción son aproximadamente 1,3, 1,4,
1,6, ó 2,0 segundos, en los que las velocidades de flujo más altas
requieren velocidades de retracción más rápidas.
Un elemento de bombeo 38 está asociado
funcionalmente con el eje 36. Cuando se le suministra energía, el
elemento de bombeo 38 alterna hacia atrás y hacia delante para
realizar periódicamente una carrera de bajada, haciendo que el
elemento de bombeo 38 presione en el diafragma 21 de la cámara de
bombeo 20, accionando el fluido a través del casete 12. En una
carrera de subida, el elemento de bombeo 38 libera presión desde la
cámara de bombeo 20 y por lo tanto retirando fluido desde el
orificio de entrada 16 hasta la cámara de bombeo 20.
Haciendo referencia a las figuras 4 y 5, el
elemento de bombeo 38 está conformado como un conjunto de pistón
corredera 40. El conjunto pistón corredera 40 comprende una cabeza
de pistón 42 para entrar en contacto con la cámara de bombeo 20
conectada a un cuerpo principal 44. Las correderas 46 permiten que
el conjunto pistón corredera 40 se asocie de manera que puede
deslizar con raíles (no representados) dentro de un alojamiento de
bomba 48. Un taladro 50 pasa a través del cuerpo principal 44 y
proporciona una superficie para transferir fuerza desde el motor 34
al elemento de bombeo 38.
Haciendo referencia a la figura 1, un elemento
de control de entrada 52 está asociado funcionalmente con el eje
36. Cuando se le suministra energía, el elemento de control de
entrada 52 alterna hacia atrás y hacia delante para realizar
periódicamente una carrera de bajada, haciendo que el elemento de
control de entrada 52 presione en la válvula de entrada 22,
cerrando la cámara de bombeo 20 al fluido de entrada. En una carrera
de subida, el elemento de control de entrada 52 libera presión
desde la válvula de entrada 22 y por lo tanto permite el flujo de
fluido desde el orificio de entrada 16 hasta la cámara de bombeo
20.
\newpage
Haciendo referencia a las figuras 4 y 6A, el
elemento de control de entrada 52 está formado como un conjunto de
corredera de entrada 54. El conjunto de corredera de entrada 54
comprende una espiga de entrada 56 para entrar en contacto con la
válvula de entrada 22 y está conectado a y presionado mediante un
resorte contra un cuerpo principal 58. Las correderas 60 permiten
que el conjunto de corredera de entrada 54 se asocie de manera que
puede deslizar con raíles (no representados) dentro de un
alojamiento de bomba 48. Un rebaje 62 está situado en el cuerpo
principal 58 para proporcionar una superficie para transferir fuerza
desde el motor 34 al elemento de control de entrada 52.
Con relación a la figura 1, un elemento de
control de salida 64 está asociado funcionalmente con el eje 36.
Cuando se le suministra energía, el elemento de control de salida
64 alterna hacia atrás y hacia delante para realizar periódicamente
una carrera de bajada, haciendo que el elemento de control de salida
64 presione en la válvula de salida 24, cerrando la cámara de
bombeo 20 al fluido de salida. En una carrera de subida, el
elemento de control de salida 64 libera presión desde la válvula de
salida 24 y por lo tanto permite el flujo de fluido desde la cámara
de bombeo 20 al orificio de salida 18. De este modo, el estado
abierto o cerrado de la cámara de bombeo 20 está controlado por el
posicionamiento y movimiento de los elementos de control de entrada
y salida 52 y 64.
Haciendo referencia a las figuras 4 y 6B, el
elemento de control de salida 64 está formado como un conjunto de
corredera de salida 66. El conjunto de corredera de salida 66
comprende una espiga de salida 68 para entrar en contacto con la
válvula de salida 24 y está conectado a y presionado mediante
resorte contra un cuerpo principal 70. Las correderas 72 permiten
que el conjunto de corredera de salida 66 se asocie de manera que
puede deslizar con raíles (no representados) dentro de un
alojamiento de bomba 48. Un rebaje 74 está situado en el cuerpo
principal 70 para proporcionar una superficie para transferir fuerza
desde el motor 34 al elemento de control de salida 64.
Haciendo referencia a las figuras 1 y 7 a 10, un
árbol de levas de una pieza 76 está conectado al eje 36 y está por
lo tanto accionado por el motor 34. El árbol de levas 76 comprende
tres lóbulos, con un lóbulo para accionar el elemento de bombeo 38,
el elemento de control de entrada 52, y el elemento de control de
salida 64. El árbol de levas 76 asegura que las válvulas de entrada
y salida, 22 y 24 abran y cierren siempre en los tiempos apropiados
relativos a la carrera del elemento de bombeo 38 para lograr un
correcto funcionamiento de la bomba 10.
Un lóbulo de pistón 78 del árbol de levas 76 es
alojado dentro del taladro 50 del conjunto pistón corredera 40.
Durante la rotación del árbol de levas 76, el lóbulo de pistón 78
presiona contra el taladro 50 para accionar el conjunto pistón
corredera 40 hacia atrás y hacia delante dentro del alojamiento de
bomba 48. Estos movimientos dan como resultado que la cabeza pistón
42 empuje intermitentemente la cámara de pistón 20 hacia el interior
para impulsar fluido a través del casete 12.
Un lóbulo de entrada 80 del árbol de levas 76
entra en contacto con el rebaje 62 del conjunto corredera de
entrada 54. Durante la rotación del árbol de levas 76, el lóbulo de
entrada 80 empuja contra el rebaje 62 para impulsar el conjunto
corredera de entrada 54 hacia delante dentro del alojamiento de
bomba 48. Estos movimientos dan como resultado que una espiga de
entrada 56 se comprima intermitentemente contra la válvula de
entrada 22 para cortar la bomba de entrada 20 del afluente. Una vez
que el lóbulo de entrada 80 libera esta presión en la espiga de
entrada 56, el cuerpo principal 58 se libera de la fuerza de
compresión debida a un resorte en la espiga de entrada 56, haciendo
que el cuerpo principal 58 se retraiga desde la válvula de entrada
22.
Un lóbulo de salida 82 del árbol de levas 76
entra en contacto el rebaje 74 del conjunto de corredera de salida
66. Durante la rotación del árbol de levas 76, el lóbulo de salida
82 presiona el rebaje 74 para impulsar el conjunto de corredera de
salida 66 hacia delante dentro del alojamiento de bomba 48. Estos
movimientos dan como resultado que la espiga de entrada 68 se
comprima intermitentemente contra la válvula de salida 24 para
cortar el paso de la cámara de bombeo 20 del efluente que descarga.
Una vez que el lóbulo de salida 82 libera esta presión en la espiga
de salida 68, el cuerpo principal 70 se libera de la fuerza de
compresión debida a resorte en la espiga de salida 68, haciendo que
el cuerpo principal 70 se retraiga desde la válvula de salida
24.
Los expertos en la materia apreciarán que las
entallas 62 y 74 y los lóbulos de entrada y salida 80 y 82 asociados
con ellas pueden orientarse y disponerse de modo que los lóbulos de
entrada y salida 80 y 82 muevan los conjuntos corredera de entrada
y salida 54 y 56 fuera del casete 12 sin la ayuda de las espigas
presionadas por resorte 56 y 68.
Los lóbulos de entrada y salida 80 y 82 actúan
para abrir y cerrar las válvulas de entrada y salida 22 y 24 en los
tiempos apropiados para asegurar que se presente flujo
unidireccional del líquido de alimentación a través del casete 12.
Debido a que uno u otro de los conjuntos corredera de entrada o
salida 54 y 66 está en la posición cerrada en cualquier punto dado
en la carrera del elemento de bombeo 38, se puede evitar el flujo
libre de líquido a través del casete 12. Además para evitar el flujo
libre, los lóbulos de entrada y salida 80 y 82 están concebidos
para mantener ambos conjuntos de corredera de entrada y salida 54 y
66 en la posición cerrada simultáneamente durante los primeros 35º
del ciclo de la bomba, que permite tomar los datos de presión
relevantes.
Con relación a la figura 1, un sensor de presión
84 está asociado funcionalmente con el elemento de bombeo 38. El
sensor de presión 84 mide la fuerza en el elemento de bombeo 38 y
genera una señal de presión basada en esta fuerza. El sensor de
presión 84 se comunica con la unidad de procesamiento 26, enviando
la señal de presión a la unidad de procesamiento 26 para utilizarla
en la determinación de las condiciones de operación de la bomba
10.
\newpage
Un experto ordinario en la materia apreciará que
el sensor de presión 84 puede ser un transductor de fuerza o
cualquier otro dispositivo que pueda medir funcionalmente la fuerza
que soporta la cámara de bombeo 20 por el elemento de bombeo 38. El
sensor 84 mide la fuerza con la que el elemento de bombeo 38 está
presionando en el diafragma 21. Esta fuerza está constituida por
dos componentes principales; la fuerza requerida para desplazar el
diafragma 21 y la presión del fluido en la cámara de bombeo 20.
Haciendo referencia a las figuras 1, 4 y 5, el
sensor de presión 84 está fijado al conjunto pistón corredera 40.
El sensor de presión 84 está conectado directamente entre la cabeza
del pistón 42 y el cuerpo principal 44. Al llevarse el conjunto
pistón corredera 40 hasta su reposo en la cámara de bombeo 20, la
cabeza del pistón 42 presiona contra el sensor de presión 84. El
sensor de presión 84 mide esta fuerza y genera una señal de presión
hacia la unidad de procesamiento 26.
Con relación a la figura 1, un sensor de
posición 86 sigue el ciclo de la bomba de la bomba 10 para
determinar la posición del elemento de bombeo 38. El sensor de
posición 86 se muestra estando asociado funcionalmente con el eje
36. El sensor de posición 86 genera una señal de posición al
detectar directamente o indirectamente la posición del elemento de
bombeo 38. La señal de posición se envía a la unidad de
procesamiento 26. La unidad de procesamiento 26 utiliza esta
información para asociar la presión de entrada con una parte
particular del ciclo de la bomba. Un experto ordinario en la
materia apreciará que el sensor de posición 86 como se utiliza en
la presente memoria comprende pero no está limitado a indicadores
mecánicos como indicadores de aguja pivotante, interruptores
electrónicos, sensores de efecto Hall y detectores de posición
basados en óptica.
Haciendo referencia a las figuras 1, 4 y 11, el
sensor de posición 86 es un sensor de efecto Hall, que comprende
imanes 88 en contacto de relación con el eje 36. El sensor de efecto
Hall 86 monitoriza los imanes 88 para determinar la posición
rotacional del eje 36. La posición rotacional del eje 36 se utiliza
para detectar indirectamente la posición del elemento de bombeo 38.
El sensor de posición 86 se comunica con la unidad de procesamiento
26, enviando la señal de posición a la unidad de procesamiento 26
para utilizarla en determinar las condiciones operativas de la
bomba 10. Un experto ordinario en la materia apreciará que el sensor
de posición 86 puede seguir el eje 36, un árbol de levas 76 fijado
al eje 36, o el propio elemento de bombeo 38.
Con relación a la figura 1, durante su
funcionamiento, al principio de un ciclo de la bomba, el elemento de
salida 64 funciona para cerrar la válvula de salida 24 para que así
no esté en comunicación fluida entre la cámara de bombeo 20 y el
orificio de salida 18. La válvula de entrada 22 está abierta para
permitir que la cámara de bombeo 20 esté en comunicación fluida con
el orificio de entrada 16. En la siguiente fase del ciclo de la
bomba, el elemento de control de entrada 52 funciona para cerrar la
válvula de entrada 22, cerrando así la comunicación fluida entre el
orificio de entrada 16 y la cámara de bombeo 20. La válvula de
salida 24 continúa permaneciendo cerrada. A continuación, el
elemento de bombeo 38 inicia un movimiento de carrera de bajada que
presiona en el elemento de bombeo 38 contra la cámara de bombeo 20,
haciendo que la cámara de bombeo 20 se comprima, aumentando así la
presión dentro de la cámara de bombeo 20. El sensor de presión 84
lee y transmite estos datos de presión a la unidad de procesamiento
26. Bajo condiciones normales la cámara de bombeo 20 se comprime
suficientemente y se genera un perfil deseado de presión. En una
posición dada del eje 36, el elemento de control de salida 64
funciona para abrir la válvula de salida 24 de modo que el fluido
fluye desde la cámara de bombeo 20 al orificio de salida 18. El
ciclo de la bomba se repite a continuación.
La unidad de procesamiento 26 recupera el
algoritmo de las condiciones de funcionamiento 32 desde la memoria
30 y lo aplica a los datos de presión y posición recibidos desde
este ciclo de la bomba. Los datos de presión de bombeo y posición
de bombeo son procesados. Midiendo la fuerza que la cámara de bombeo
20 ejerce contra el elemento de bombeo 38 y comparando esta fuerza
con la que podría esperarse al medir en este punto del ciclo pueden
determinarse todas las condiciones de funcionamiento siguientes: si
el flujo de fluido se bloquea (oclusión), no hay fluido en el
conducto, no hay casete en la bomba, si la bomba se ha purgado
correctamente, y si la válvula en la bomba está sellada
correctamente. Una vez que el estado de funcionamiento se ha
determinado, la unidad de procesamiento 26 muestra el estado de
funcionamiento en la pantalla 28 y/o utiliza el estado de
funcionamiento determinado para ajustar la operación de la bomba
10.
Con relación a la figura 12, se muestra una
curva de fuerza ejemplificativa en la que el elemento de bombeo 38
se desplaza esencialmente en un movimiento constante cíclico (onda
senoidal), el elemento de bombeo 38 tiene siempre suficiente fuerza
disponible de modo que su velocidad es esencialmente independiente
de la fuerza aplicada al elemento de bombeo 38, y el flujo de
salida desde la cámara de bombeo 20 no está restringido. Esta curva
fue generada utilizando un sensor de fuerza comercial comercializado
por Strain Measurement Devices, Inc. (SMD) de Meriden, Connecticut,
U.S.A. con el número de referencia 2508-020 S420.
Resulta preferido en la actualidad un sensor de fuerza adaptado
comercializado por SMD con el número de referencia BAT2656 por su
pequeño tamaño y protección de sobrecargas. Sin embargo, un experto
en la materia apreciará que la selección o diseño de un sensor de
fuerza particular pertenece a una selección de diseño habitual
basada las limitaciones de tamaño y las características funcionales
deseadas del sensor. La curva empieza en el Punto Muerto Inferior
(BDC) con el elemento de bombeo 38 deflectando la cámara de bombeo
20 aproximadamente 0,1 pulgadas (2,54 mm) en este punto. Al
desplazarse el elemento de bombeo 38 dentro del casete 12 (que se
denomina la carrera de bajada o carrera de salida debido a que el
fluido fluye fuera del casete 12) se crea fuerza hasta un máximo en
el Punto Muerto Superior (TDC), mostrado aproximadamente a 1/3 del
recorrido a lo largo de la curva. El elemento de bombeo 38 luego se
desplaza fuera del casete 12 (que se denomina carrera de subida o
carrera de entrada porque el fluido fluye dentro del casete 12) y
la fuerza baja hasta que alcanza de nuevo su mínimo en el BDC
(aproximadamente 2/3 del recorrido a lo largo de la curva). Esta
curva muestra a continuación otra carrera de BDC a TDC en el 1/3
final de la curva (mostrando 1,5 ciclos completos de movimiento del
elemento de bombeo 38). El sensor de posición 86 permite que la
bomba 10 detecte cuando el elemento de bombeo 38 deba estar en el
BDC, TDC, o aproximadamente 35º después del BDC.
En una bomba de diafragma de técnica anterior,
la válvula de entrada cerraría, y la válvula de salida abriría en
el BDC para permitir el flujo de fluido fuera del cilindro durante
la carrera de salida. La bomba 10 de la presente invención, sin
embargo, es alterada para que la válvula de salida 24 no se abra
hasta que el elemento de bombeo 38 haya completado parte de su
carrera de salida (aproximadamente 35º después del BDC). Si el
casete 12 está lleno de líquido durante la carrera de salida, el
movimiento del elemento de bombeo 38 hasta el casete 12 con ambas
válvulas de entrada y salida 22 y 24 dará como resultado un aumento
significativo en la presión del líquido, y por lo tanto la fuerza
resultante en el elemento de bombeo 38. Si la cámara de bombeo 20
del casete 12 está parcialmente llena de aire, el aumento de
presión será significativamente inferior, debido a que el aire es
mucho más compresible que un líquido. La figura 12 muestra la curva
de fuerza generada con aire en la cámara de bombeo 20.
Con relación a la figura 13, se muestra una
curva de fuerza generada con el casete 12 lleno de líquido
(obsérvese que el BDC está desplazado entonces ligeramente a la
derecha y que no ocurre en el extremo más a la izquierda de la
traza de fuerza). Los picos elevados resultan de la formación de
presión en el casete 12 que ejerce una fuerza significativa en el
elemento de bombeo 38. Cuando la válvula de salida 24 se abre
(aproximadamente un cuarto del recorrido a lo largo de esta curva)
la presión baja inmediatamente, y la fuerza ejercida en el elemento
de bombeo 38 es entonces sólo la que resulta del diafragma
parcialmente estirado 21 de la cámara de bombeo 20. La presión
comienza a elevarse justo aproximadamente 35º después del BDC y los
imanes 88 en esta posición proporcionan una señal para permitir que
la bomba 10 comience a tomar datos. Al examinar la curva de fuerza
se puede deducir que el casete 12 estaba lleno de líquido (es decir,
una carrera de fluido y ejemplificada por la figura 13), o si el
casete 12 contenía una cantidad significativa de aire (llamada una
carrera de aire y ejemplificada por la figura 12).
La unidad de procesamiento 26 ejecuta el
algoritmo 32 para examinar electrónicamente la curva de fuerza y
determinar si es una carrera de fluido o de aire. El resultado de
este algoritmo 32 produce un número denominado número de mérito. Si
el número de mérito está por encima de un valor umbral de 450, la
bomba interpreta que es una carrera fluida; por debajo de 450 es
una carrera de aire. Un experto en la materia podrá apreciar que
estos valores umbral se predeterminan empíricamente a partir de
datos experimentales y variarán de un modelo a otro de bomba.
La bomba 10 también presenta una característica
de purgado automático, para determinar si la bomba 10 se ha purgado
automáticamente correctamente, o si no lo ha realizado. Cuando el
casete 12 se instala en la bomba 10, la bomba 10 purga el conjunto
de tubo de alimentación (no representado) fijado al casete 12. Las
carreras iniciales de la bomba 10 durante el purgado se grabarán
como carreras de aire porque el líquido desde el conjunto de tubos
de alimentación (no representado) todavía no ha alcanzado la cámara
de bombeo 20 en el casete 12. Si se graban demasiadas carreras de
aire antes de que se detecten las carreras de fluido, esto es
interpretado por la unidad de procesamiento 26 en el sentido de que
la bomba 10 no ha purgado adecuadamente, y se muestra una alarma
adecuada en la pantalla 28 o de otro modo. Si la bomba 10 graba
carreras de fluido dentro del número de carreras especificado, la
unidad de procesamiento 26 detecta entonces que el casete 12 se ha
purgado con éxito.
Con relación a la figura 14, la bomba 10 también
determina si no existe un casete 12 en la bomba 10. El diafragma 21
de la cámara de bombeo 20 del casete 12 instalado en la bomba 10
producirá una cierta cantidad de fuerza en el elemento de bombeo
38. La figura 14 muestra los resultados de probar cuatro casetes
para determinar su fuerza con relación a las características de
deflexión. Se esperan aproximadamente 0,10 pulgadas (2,54 mm) de
desplazamiento del diafragma 21 si se instala un casete 12 en la
bomba 10. La curva de fuerza se examina para asegurar que durante
una carrera, se registra alguna cantidad mínima de fuerza en el
sensor de presión 84. Si esta condición no se satisface, la unidad
de procesamiento 26 lo interpreta para hacer referencia que no
existe un casete 12 instalado en la bomba 10, y se muestra una
alarma adecuada en la pantalla 28 o de otro modo. También puede
proporcionarse una alarma de falta de casete si el sensor de presión
84 no produce un voltaje de salida.
Con relación a la figura 15, al examinar la
curva de fuerza próxima del TDC, la unidad de procesamiento 26
puede determinar si el flujo de fluido está bloqueado hacia el
paciente. La presión en el elemento de bombeo 38 es la suma de la
fuerza ejercida en el elemento de bombeo 38 por el diafragma 21 (ver
figura 14) y la fuerza en el elemento de bombeo 38 debido a la
carga de presión. En el funcionamiento normal la presión es muy baja
debido a que el flujo de salida del casete 12 no está
obstaculizado. Sin embargo, si el flujo de salida está
obstaculizado por una restricción significativa aguas abajo de la
salida 18, la presión aumentará significativamente próxima al TDC
como se ilustra por la línea de trazos en la figura 15. Si esta
presión es suficientemente grande, la unidad de procesamiento 26
genera una señal o alarma que indica que existe un estado de fluido
bloqueado (oclusión) que se muestra en la pantalla 28 o de otro
modo. Debería resaltarse que la alarma de flujo bloqueado suena y/o
se muestra, incluso si algún fluido puede continuar fluyendo.
Una vez que la bomba 10 está en funcionamiento
normal (es decir, fluido de bombeo) y el sensor de presión 84
registra cuatro carreras de aire consecutivas, la unidad de
procesamiento 26 interpreta este estado como un estado de bolsa
vacía. La unidad de procesamiento 26 genera una alarma de bolsa
vacía que se muestra en la pantalla 28 o de otro modo.
Si uno o ambos de los conjuntos corredera de
entrada o salida 54 y 66 no presionan el casete 12 de modo que
cause un sellado correcto, la punta de presión se suprimirá. La
punta de presión suprimida dará como resultado una reducción del
número de mérito calculado. La unidad de procesamiento 26 interpreta
este estado como un estado de sellado de válvula incorrecto, y se
notifica al usuario de la bomba 10 mediante una alarma en la
pantalla 28 o de otro modo. Es importante detectar este estado
debido a que la bomba 10 puede suministrar en exceso bajo ciertas
condiciones si los conjuntos de corredera de entrada y salida 54 y
66 no producen un sellado correcto.
En referencia a la figura 16, se muestran los
datos de prueba tomados con una amplia gama de casetes y cuatro
bombas diferentes. Estos datos muestran que si la bomba 10 produce
un número de mérito que se interpreta por la unidad de
procesamiento 26 siendo de carrera fluida, la bomba 10 producirá una
velocidad de flujo dentro de aproximadamente 10% de su valor
calibrado. De este modo la bomba 10 no estará suministrando en
exceso o en defecto una cantidad significativa de fluido, si la
unidad de procesamiento 26 determina que se cumplen las condiciones
de carrera fluida.
Aunque la invención se ha representado y
descrito haciendo referencia a las formas de realización de la
misma, se apreciará que pueden introducirse muchas modificaciones,
sustituciones y adiciones dentro del alcance amplio deseado de las
reivindicaciones siguientes. A partir de lo anterior, puede
apreciarse que la presente invención logra por lo menos todos los
objetivos establecidos.
Cuando las características técnicas mencionadas
en cualquier reivindicación son seguidas por signos de referencia,
esos signos de referencia se han incluido con el único propósito de
aumentar la inteligibilidad de las reivindicaciones y dichos signos
de referencia no presentan por consiguiente ningún efecto limitativo
en la interpretación de cada elemento identificado a título de
ejemplo por dichos signos de referencia.
Claims (11)
1. Bomba médica (10) para utilización con un
casete (12) que presenta una cámara de bombeo (20), que
comprende:
un elemento de bombeo (38) adaptado para
presurizar intermitentemente la cámara de bombeo (20) durante un
ciclo de la bomba; caracterizada porque comprende además:
unos medios (22, 24, 52, 64, 76) para cerrar la
cámara de bombeo (20) al flujo durante por lo menos
una parte del ciclo de bomba cuando la cámara de
bombeo (20) es presurizada por el elemento de bombeo (38), y
un sensor de presión único (84) conectado
funcionalmente al elemento de bombeo (38) para detectar la presión
ejercida por el elemento de bombeo (38) en la cámara de bombeo
(20).
2. Bomba médica según la reivindicación 1, que
comprende:
dicho elemento de bombeo (38) que comprende un
conjunto pistón corredera (40) adaptado para presurizar
intermitentemente la cámara de bombeo (20) durante un ciclo de la
bomba, presentando el conjunto pistón corredera (40) una cabeza de
pistón (42) conectada a un cuerpo principal (44), la cabeza del
pistón (42) está adaptada para entrar en contacto con la cámara de
bombeo (20), y un sensor de presión (84) está conectado al elemento
de bombeo (38) entre la cabeza de pistón (42) y el cuerpo principal
para detectar la presión ejercida por el elemento de bombeo (38) en
la cámara de bombeo (20).
3. Bomba médica según la reivindicación 2, en la
que el conjunto pistón corredera (40) comprende un taladro (50)
que pasa a través del cuerpo principal (44) y proporciona una
superficie para transmitir fuerza desde un motor de bomba (34) al
elemento de bombeo (38).
4. Bomba médica según la reivindicación 2, en la
que el conjunto pistón corredera (40) comprende unos elementos de
corredera (46) que permiten que el conjunto pistón corredera (40)
pueda asociarse de manera que puede deslizar con un alojamiento de
bomba (48).
5. Bomba médica (10) según la reivindicación 1,
que comprende:
dicho elemento de bombeo (38) adaptado para
presurizar intermitentemente la cámara de bombeo (20) durante un
ciclo de la bomba;
un elemento de control de entrada (52) y un
elemento de control de salida (64) adaptado para cerrar la cámara
de bombeo (20) al flujo;
un árbol de levas (76) asociado con el elemento
de bombeo (38), un elemento de control de entrada (52) y un
elemento de control de salida (64) para cerrar el elemento de bombeo
(20) al flujo durante por lo menos una parte del ciclo de bomba
cuando la cámara de bombeo (20) está presurizada por el elemento de
bombeo (38); y
un sensor de presión (84) conectado
funcionalmente al elemento de bombeo (38) para detectar la presión
ejercida por el elemento de bombeo (38) en la cámara de bombeo
(20).
6. Bomba médica según cualquiera de las
reivindicaciones 1 y 2, que comprende además una unidad de
procesamiento (26) en comunicación electrónica con el sensor de
presión (84), en la que la unidad de procesamiento (26) procesa los
datos de presión del sensor de presión (84) para determinar el
estado de funcionamiento de la
bomba.
bomba.
7. Bomba médica según la reivindicación 6, en la
que el estado de funcionamiento determinado es flujo de fluido
bloqueado, ningún fluido en el conducto, ningún casete asociado con
la bomba, purgado de la bomba correcto o sellado de válvula
correcto.
8. Bomba médica según la reivindicación 6, que
comprende además un sensor de posición (86) en comunicación
electrónica con la unidad de procesamiento (26) y asociado
funcionalmente con el elemento de bombeo (38) para detectar la
posición del elemento de bombeo (38), en la que la unidad de
procesamiento (26) procesa los datos de posición del sensor de
posición (86) para asociar los datos de presión de entrada con una
parte particular del ciclo de la bomba.
9. Bomba médica según cualquiera de las
reivindicaciones 1 y 5, en la que el elemento de bombeo (38)
comprende un conjunto pistón corredera (40) que presenta una
cabeza de pistón (42) conectada a un cuerpo principal (44), la
cabeza de pistón (42) está adaptada para entrar en contacto con la
cámara de bombeo (20) y el sensor de presión único (84) está
conectado al elemento de bombeo (38) entre la cabeza de pistón (42)
y el cuerpo principal (44).
\newpage
10. Bomba médica según cualquiera de las
reivindicaciones 2 y 5, en la que el sensor de presión (84) es el
único sensor de presión comprendido en la bomba médica.
11. Bomba médica según la reivindicación 10, en
la que el sensor de presión (84) es un sensor de fuerza.
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