TW201526935A - 用於注射液體的注射器和用於控制注射器的方法 - Google Patents

用於注射液體的注射器和用於控制注射器的方法 Download PDF

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Abstract

本發明涉及一種用於注射液體到人或動物的身體中的注射器，具有以流率輸送液體的泵、控制泵並設定液體的期望的流率的控制裝置和與控制裝置聯接的、檢測泵輸送的液體壓力的壓力測量裝置，其中為控制裝置預定額定壓力。一方面為有效防止在注射系統中超出危險壓力，另一方面為通過減少功率或者關閉驅動機構來避免注射過程的不必要的延長，並為提高多個以注射器連續實行的注射過程的流量設置為使得控制裝置比較由壓力測量裝置檢測的液體壓力和額定壓力，並當在時間段上超過額定壓力時，對壓力測量裝置檢測的壓力的時間上的壓力變化曲線關於時間段積分以測定壓力積分，並當測定的壓力積分超過預定積分極限值時，關閉或者以較低的泵浦功率運行泵。

Description

用於注射液體的注射器和用於控制注射器的方法
本發明涉及一種根據申請專利範圍第1項的前序部分的注射器以及根據申請專利範圍第2項的前序部分的、用於控制注射器的方法。
從US 6,673,033 B1中已知了一種用於在醫學的注射方法中的注射液體的注射器系統和用於其控制的方法，其中，該注射器系統具有用於在壓力下注射液體的驅動機械裝置和用於檢測變數的感測器，該變數與液體壓力成比例並且包括壓力監控機械裝置，該壓力監控機械裝置與感測器和驅動機械裝置連接，並且當感測器測量到所檢測的變數的、對應於危險壓力(pressure hazard limit)的值的時候，中斷注射過程。當與液體壓力成比例的變數達到與預定的壓力極限(power limiting pressure)相對應的值，其中該預定的壓力極限位於危險壓力之下的時候，為了防止液體壓力接近或者超過該危險壓力，在壓力監控機械裝置中進一步設置的是，將驅動器的驅動功率限制在預定的極限值上。在此，要麼間接地、例如通過驅動機械裝置的電動機的電流，要麼直接地通過力感測器或壓力感測器檢測用於注射液體的壓力，其中，優選地通過力感測器或壓力感測器直接地檢測液體壓力，因為這樣更精確，並且補償了注射器系統的可能的公差。將該壓力監控機械裝置設置為，當所監測的液體壓力位於預定的針對功率減少的壓力極限(power limiting pressure)之上，或者超過危險壓力(pressure hazard limit)的時候，其取消 由注射器系統的、應當運行注射器系統的操作人員預定的參數，並且減少或完全停止驅動機械裝置的驅動功率。在所監測的液體壓力超過預定的功率減少的壓力極限(power limiting pressure)時，通過減少驅動功率的功率能夠防止完全到達危險壓力(pressure hazard limit)。如果還是到達甚至超過了危險壓力，那麼就完全停止驅動機械裝置的功率輸送，用以避免進一步的壓力上升和因此的對病人的危害或者對注射器系統的損害。
然而，這種已知的注射器系統和用於其控制的方法已經證明是有缺陷的，因為液體壓力的、能夠例如出現在啟動注射器系統以開始注射過程時的短時間的上升，能夠導致不必要的驅動機械裝置的驅動功率的功率減少，或者在有非常高的、短時間的壓力峰值時甚至能夠導致驅動機械裝置完全關閉，並且因此能夠導致注射過程的中斷。這導致了注射時間的延長，在該注射時間內應當將要注射的液體的預定的數量(計量)輸送給病人。在中斷注射過程時，需要通過操作人員檢查系統並且重新開始注射過程，這同樣導致了注射過程的持續時間的不期望的延長，並且導致了多個在利用注射系統依次實行注射過程時流量的減少。
由此，本發明的目的在於，提供這種類型的注射器和其控制的方法，利用這些，一方面能夠有效地防止在注射系統中超過危險壓力，另一方面能夠通過減少功率或者關閉驅動機械裝置來避免注射過程的不必要的延長。在同時已有的安全情況下，即在注射系統中要注射的液體的壓力不能超過預定的極限值的情況下，應當利用注射器和其控制的方法提高多個利用注射器連續實行的注射過程的效率和流量。
利用具有申請專利範圍第1項的特徵的注射器和具有申請專利範圍第2項的特徵的方法來實現該目的。該注射器和該方法的優選的實施例能夠從申請專利範圍附屬項中獲知。
在根據本發明的注射器中，提供了這種用於通過泵將要注射的液體以預定的流率或流速輸送到人類或者動物的身體中的驅動機械裝置。為了設定能夠由注射器的操作人員預定的所期望的流率(每單位時間要注射的液體的體積)或者流速(注射系統、特別是注射軟管中的要注射的液體的速度)，由控制裝置來控制該泵。用於檢測由泵輸送的液體的壓力的壓力測量裝置與控制裝置聯接。注射器的操作人員為控制設備預定注射系統中的要注射的液體的額定壓力，並且壓力測量裝置在注射系統中的預定位置檢測液體的實際上的壓力(實際壓力)，其中，能夠要麼直接地、例如通過力感測器或壓力感測器，要麼間接地通過檢測與注射系統中的液體的壓力成比例的參量的測量值來實現液體壓力的檢測。
把以這種方式檢測到的液體的壓力(實際壓力)在控制裝置中與預定的額定壓力進行比較。如果在一定的時間段內檢測到的液體的壓力(實際壓力)超過了預定的額定壓力，那麼對由壓力測量裝置檢測的壓力(實際壓力)的時間上的壓力變化曲線關於這個時間段進行積分，並且(僅)當該如此確定的壓力積分超過預定的積分極限值的時候，才關閉泵。因此，如果或者只要所檢測的液體壓力位於額定壓力之上，那麼對由壓力測量裝置(直接地或者間接地)檢測的液體的壓力(實際壓力)關於時間積分。通過對所檢測的液體的壓力(實際壓力)的時間上的壓力變化曲線關於這個所檢測的壓力位於額定壓力之上的時間段的積分，抑制可能出現的壓力峰值。只有當由控制裝置計算出的壓力積分超過預定的積分極限值的時候，才關閉泵。只有經常性地當所檢測的液體的壓力(實際壓力)在較長的時間段內處於預定的額定壓力之上的時候，才會有關閉泵的這種情況，這也是為何有可能短時間地出現的壓力峰值要被抑制 並且不會導致泵的關閉，該有可能短時間地出現的壓力峰值通常對病人來說是沒有危險的。以這種方式能夠避免泵的不必要的關閉或者驅動機械裝置的功率降低，這種功率降低會導致注射過程的不必要的延長。
符合目的地計算和設定預定的積分極限值，以使得注射系統中的液體的實際上的壓力不能達到或超過可能的危險壓力值。因此，能夠放棄對注射系統中的液體的壓力預定與危險壓力極限值相對應的上極限值。然而出於安全原因，能夠附加地預定這種上極限值，並且能夠將泵的控制設定為，每當由壓力測量裝置檢測的液體的壓力(實際壓力)達到或者甚至超過了與危險壓力相對應的上極限值的時候，就關閉泵。
為了確定壓力積分，對由壓力測量裝置檢測的壓力(實際壓力)和額定壓力之間的壓力差關於時間段進行有效地積分，在該時間段中所測量的壓力(實際壓力)位於額定壓力之上。 在根據本發明的注射器或者根據本發明的控制方法的一種優選的實施例中，將控制裝置設置為，其把由壓力測量裝置檢測的液體的壓力(實際壓力)與額定壓力進行比較，並且在超過額定壓力時減少泵的功率，直到液體的實際上的壓力(實際壓力)再次與額定壓力相對應。以這種方式能夠防止注射系統中的液體的實際上的壓力在較長的時間段內位於額定值之上，這能夠取決於預定的積分極限值地導致泵的關閉。
1‧‧‧注射器
2‧‧‧液體容器
3‧‧‧注射軟管
4‧‧‧連接軟管
5‧‧‧分支部件
6‧‧‧擠壓滾輪
7‧‧‧泵
8‧‧‧壓力測量裝置
9‧‧‧控制裝置
10‧‧‧資料連接
11‧‧‧資料連接
從下面的對照附圖詳細說明的實施例中得出本發明的這些和另外的優點和特徵。在此：第一圖示出根據本發明的注射器的構件的示意圖；第二圖示出根據本發明的注射器的具體實施例的主視圖； 第三圖示在出第二圖的注射器中應用的、具有注射軟管和壓力測量裝置的軟管系統；第四a圖與第四b圖示出在執行用於控制第二圖的注射器的、根據本發明的方法時，具有在第三圖的注射軟管中所輸送的液體的壓力和流率(flow)的時間上的變化曲線的圖表。
第一圖在框圖中示意性地示出了根據本發明的注射器的構件。注射器1能夠例如用於將液體、特別是用於X光成像或者核磁共振成像檢查的液態的造影劑注射到人類或者動物的身體中。在此，通常在靜脈內實現注射要注射的液體。在液體容器2中儲存要注射的液體。注射軟管3與液體容器2連接。注射軟管3與泵7聯接。經由泵7將儲存在液體容器2中的液體輸送通過注射軟管3。泵7優選地為軟管泵，在其中嵌入注射軟管3，從而該軟管泵能夠將液體從液體容器2中輸送通過注射軟管3。由此也能確保的是，泵不會與要傳輸的液體接觸，這保證了注射過程的無菌性。
在泵7的下游是佈置在注射軟管3中或佈置在注射軟管3處的壓力測量裝置8。利用該壓力測量裝置8能夠檢測在注射軟管中流動的液體的壓力。壓力測量裝置8經由資料連接10與控制裝置9連接。控制裝置9經由另外的資料連接11與泵7聯接，用以控制泵7。在此，電動機有效地驅動泵7，並且經由控制裝置9電動地驅控該泵。資料線路10，11能夠是有線的資料連接，也能是無線的資料連接。
控制裝置9適當地具有在此未示出的輸入裝置，注射器1的操作人員能夠利用該輸入裝置輸入所期望的參數(額定參數)，用以控制利用注射器1執行的注射過程。操作人員能夠經由輸入裝置輸入例如額定壓力以及通過注射軟管3的液體的所期望的流率(額定Flow)。在此，流率(flow-rate)理解為液體的體積，即每單位時 間流到注射軟管3的預定位置(例如末端)的體積。作為流率(每單位時間的體積)的替換，也能夠預定流速(液體的流動速度)又或者流動密度。將由操作人員經由輸入裝置輸入的液體的壓力和流率的額定值存儲在控制設備9的記憶體中，從而作為控制裝置9的構件的資料處理裝置能夠訪問在記憶體中存儲的額定值(額定壓力和額定Flow)。
為了保證要注射的液體的正確的劑量，優選地由控制裝置9控制泵7，從而將液體以恒定的流率在預定的注射時間段內又或者以脈衝的液體丸的方式由泵7輸送通過注射軟管3。在此取決於泵7和所應用的注射軟管3的特性和參數地，也能夠在注射持續期間內的各種時間點，在注射軟管中形成由泵7輸送通過注射軟管3的液體的不同的壓力值。為了避免超壓，控制裝置9根據本發明的方法控制與其聯接的泵7，在後面單獨地解釋該方法。
第二圖示出了根據本發明的注射器的優選的實施例的主視圖。注射器1包括液體容器2、與液體容器2連接的注射軟管3、設計成軟管泵(蠕動泵)的泵7以及佈置在泵7的下游的注射軟管3上的用於檢測注射軟管3中的液體壓力的壓力測量裝置8。液體容器2在第二圖示出的實施例中由3個不同的儲存容器組成，其分別通過截止閥或者能中斷的連接軟管4，並且經由分支部件5與注射軟管3連接。在液體容器2的儲存容器中儲存要注射的液體。在此，其能夠例如是各種造影劑液體以及清洗溶液(例如NaCl溶液)。在此，連接軟管4中的截止閥與控制設備9有效地聯接，並且能夠由控制裝置9打開或者關閉，以使得注射器1的操作人員能夠經由控制裝置選擇，應當輸送在液體容器2的各個儲存容器中儲存的哪種液體通過注射軟管3。注射軟管3的自由端能夠是標準化的軟管接頭(例如Luer接頭)，經由其能夠把病人軟管與注射軟管3連接，在該端部設置注射套管，其能夠應用于病人的靜脈內。然 後，泵7將要注射的液體輸送經過注射軟管3並且到緊挨著連接的病人軟管中，並且以這種方式為病人做靜脈注射。
設計成軟管泵的泵7具有在第二圖示出的實施例中的三個擠壓滾輪6和相應的支座。將注射軟管3嵌入進軟管泵7中，以使得擠壓滾輪6對著支座擠注射軟管3，並且由此將在軟管的滾輪下的軟管中的液體在輸送方向上以預定的流率(flow rate)輸送。
第三圖詳細地示出了由第二圖示出的在注射器1中的軟管系統，其具有注射軟管3和連接軟管4，該連接軟管經由分支部件5與注射軟管3的一端連接。連接軟管4的自由端分別與液體容器2的儲存容器連接，並且注射軟管3-如上所示-被導入到軟管泵中。如第三圖進一步示出的，在泵7的下游將壓力測量裝置8佈置在注射軟管3上。壓力測量裝置8能夠是具有壓力腔和與壓力感測器聯接的膜的壓力測量器。在此，通過打開注射軟管3的管壁使壓力腔與注射軟管3的內部連接，從而將在注射軟管3中流動的液體的壓力傳輸到壓力腔中，並且從那裡傳輸到膜上。經由膜和壓力感測器的聯接，這種壓力包括了存在於注射軟管3的內部的壓力，其由流經的液體所引起。由壓力測量裝置8檢測的液體壓力(實際壓力)經由第一圖所示的資料連接10傳輸到控制裝置9，並且在那裡在資料處理裝置中被評估。
包含在控制裝置9中的資料處理裝置比較了由壓力測量裝置檢測的壓力(實際壓力p)，並且將其與預定的額定壓力比較，該額定壓力存儲在控制裝置9的資料記憶體中。一旦由壓力測量裝置檢測的壓力(實際壓力)超過了預定的額定壓力，那麼資料處理裝置就對實際壓力(即由壓力測量裝置檢測的壓力p)的時間上的壓力變化曲線關於時間段△t=t2-t1積分，其中實際壓力位於額定壓力之上。以這種方式所確定的壓力積分I(t)=ʃp(t)dt在實際值大於額定值的時間段△t內不斷地與預定的積分極限值Imax比較。當所確定的壓力積分I超過了預定的並且存儲在控制裝置9的資料記 憶體中的積分極限值Imax(即I(t)>Imax)的時候，關閉或者至少以較小的功率運行泵7，直到由壓力測量裝置檢測的壓力(實際壓力p)再次與所述額定壓力(p額定)相對應。
在控制注射器時產生的時間上的壓力變化曲線和流率變化曲線由第四圖示出，其中，第四a圖示出了時間上的壓力變化曲線(p(t))，並且第四b圖示出了所對應的流率(flow rate)的時間上的變化曲線。在注射過程開始(t=0)時，接通泵7並且從液體容器2中將要注射的液體輸送通過注射軟管3在此，注射軟管中的液體的壓力快速地上升，直到達到所期望的流率(Flow rate)的值。在此，其時間上的變化曲線在第四b圖中示出的實際上的流率接近-通常在暫態峰值之後-預定的額定流率(額定Flow)。控制裝置9有效地控制泵7的功率，以使得實際上的流率與預定的預定的額定流率(額定Flow)相對應。如果-例如由於泵7的故障或者注射軟管3的阻塞-會得出液體堆積，其會導致注射軟管中的實際上的液體壓力的不期望的上升，那麼根據本發明的方法減少或者完全關閉泵7的功率，用以避免注射軟管3中的液體壓力的繼續上升並且特別是避免注射軟管中的危險壓力，該危險壓力能夠導致注射器的損壞或者導致病人的組織的破壞。在第四a圖和第四b圖的液體壓力和流率的時間上的變化曲線中，在時間點t1和t2之間的時間段△t中示出了這種情況。在時間點t1，由壓力測量裝置8檢測的壓力(實際壓力p)超過了預定的並且存儲在控制設備9的資料記憶體中的額定壓力。一旦額定壓力被超過，那麼資料處理設備就因此開始的是，只要實際壓力位於額定壓力之上，就對實際壓力p(t)的時間上的變化曲線進行積分。在此，通過對實際壓力在時間上的積分所確定的壓力積分I(t)的值對應於實際壓力p(t)的時間上的變化曲線的壓力曲線下面的面積。有效地，-如第四a圖所示-對實際壓力p(t)和預定的額定壓力之間的差值進行積分，以使得在時間段△t內，所確定的壓力積分I(t)與在額定壓力線和實際壓力p(t) 的壓力線之間的面積相對應，其中實際壓力p(t)位於預定的額定壓力之上。一旦所確定的壓力積分I的值超過了預定的並且存儲在資料記憶體中的積分極限值Imax，那麼控制裝置9就要麼完全關閉、要麼僅以較少的泵浦功率運行泵7。由此，避免了實際壓力的繼續升高，並且實際壓力的時間上的變化曲線首先降到額定壓力之下的某個值，並且-在完全關閉泵7時-在接下來的時間上的變化曲線中減小到0。一旦要麼完全關閉、要麼以減少了的泵浦功率運行泵7，那麼實際上的流率也在下降，這由在第四b圖中的時間點t2之上的區域示出。在完全關閉泵7時，流量完全停止並且減少到0-如第四a圖所示-。
通過由控制裝置9控制泵7能夠避免的是，實際壓力p(t)在較長時間段內位於預定的額定壓力之上。在此，有效地選擇預定的額定壓力，以使得其足夠遠地位於可能的危險壓力之下，在該危險壓力時存在對注射器1或者其元件的損害或者對病人的受傷風險。當預定的額定壓力足夠遠地位於這種危險壓力之下的時候，能夠利用根據本發明的控制方法充足保障安全的是，存在於注射軟管3中的壓力達不到危險壓力，因為在之前就關閉或者至少以較小的功率運行泵7。雖然對危險壓力進行預定和調整能夠附加地保護泵浦運行，但是在根據本發明的控制方法中不再是強制必須的。特別地，能夠通過根據本發明的控制方法避免的是，在僅短時間地出現壓力峰值時關閉泵或者減小泵的功率，這在避免危險壓力方面不是必需的，並且因此只會導致注射過程的不必要的延遲。以這種方式能夠利用根據本發明的控制方法提高注射器的流量。
本發明不局限於所公開的實例。因此，例如能夠實現的是，以其他的方式、例如間接地經由泵7的電機檢測注射軟管3中的液體的壓力。根據本發明的注射器和根據本發明的控制方法的其他的變體可以由專業人員通過專業知識和手段推導出，並且這落在申請專利範圍的保護範圍內。
2‧‧‧液體容器
3‧‧‧注射軟管
7‧‧‧泵
8‧‧‧壓力測量裝置
9‧‧‧控制裝置
10‧‧‧資料連接
11‧‧‧資料連接

Claims (11)

  1. 一種用於注射液體到人或動物的身體中的注射器，具有用於以流率(flow)輸送所述液體的泵(7)、用於控制所述泵(7)並且設定所述液體的所期望的流率(額定flow)的控制裝置(9)以及與所述控制裝置聯接的、用於檢測由所述泵輸送的所述液體的壓力的壓力測量裝置(8)，其中，為所述控制裝置(9)預定額定壓力(p額定)，其特徵在於，所述控制裝置(9)比較由所述壓力測量裝置(8)檢測的所述液體的所述壓力(p)和所述額定壓力(p額定)，並且當在時間段(△t=t2-t1)上超過所述額定壓力時，對由所述壓力測量裝置(8)檢測的所述壓力(p)的時間上的壓力變化曲線(p(t))關於所述時間段(△t)進行積分以用於測定壓力積分(I)，並且當所測定的所述壓力積分(I)超過預定的積分極限值(Imax)的時候，關閉所述泵或者以較低的泵浦功率運行所述泵。
  2. 一種用於控制注射器的方法，所述注射器用於將液體注射到人或動物的身體中，所述注射器具有用於以一定流率(flow)輸送所述液體的泵(7)、用於控制所述泵(7)並且設定所述液體的所期望的流率(額定flow)的控制裝置(9)以及與所述控制裝置(9)聯接的、用於檢測由所述泵(7)輸送的所述液體的壓力的壓力測量裝置(8)，其中，為所述控制裝置(9)預定額定壓力，其特徵在於，所述控制裝置(9)比較由所述壓力測量裝置(8)檢測的所述液體的所述壓力(p)和所述額定壓力(p額定)，並且當在時間段(△t=t2-t1)上超過所述額定壓力時，對由所述壓力測量裝置(8)檢測的所述壓力(p)的時間上的壓力變化曲線(p(t))關於所述時間段(△t)進行積分以用於測定壓力積分(I)，並且當所確定的所述壓力積分(I)超過預定的積分極限值(Imax)的時候，關閉所述泵(7)或者以較低的泵浦功率運行所述泵。
  3. 根據申請專利範圍第1項或第2項所述的注射器或方法，其特徵在於，所述控制裝置(9)對由所述壓力測量裝置檢測的所述壓力(p)和所述額定壓力(p額定)之間的壓力差(△p=p-p額定)關於所述時間段(△t)進行積分以用於測定壓力積分(I)。
  4. 根據申請專利範圍第1項或第2項所述的注射器或方法，其特徵在於，所述控制裝置(9)通過調節所述泵浦功率使由所述泵(7)輸送的所述液體的所述流率(flow)調整到所期望的所述值(額定flow)。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述的注射器或方法，其特徵在於，所述泵(7)是由電動機驅動的泵、特別是軟管泵，並且所述控制裝置(9)調節所述電動機的電機轉速，以便設定所述泵浦功率，由此進而使由所述泵(7)輸送的所述液體的所述流率(flow)調整到所期望的所述值(額定flow)。
  6. 根據申請專利範圍第5項所述的注射器或方法，其中，所述流率(flow)直接地與所述泵浦功率、特別是與所述電動機的所述電機轉速成比例。
  7. 根據前述申請專利範圍中任一項所述的注射器或方法，其特徵在於，所述流率(flow)能在所述控制裝置處設定到所期望的流率額定值(額定flow)，並且所述控制裝置(9)調節所述泵(7)的所述泵浦功率，使得在所設定的所述流率額定值(額定flow)上控制並且調節由所述泵(7)輸送的所述液體的實際的所述流率(flow)。
  8. 根據前述申請專利範圍中任一項所述的注射器或方法，其中，優選地設計成軟管泵的所述泵(7)使所述液體通過與液體容器(2)處於連接狀態的注射軟管輸送。
  9. 根據前述申請專利範圍中任一項所述的注射器或方法，其特徵在於，由所述壓力測量裝置(8)檢測的所述壓力(p)與 在遠離所述泵(7)的位置、優選在所述泵(7)的下游的所述液體的所述壓力一致。
  10. 根據前述申請專利範圍中任一項所述的注射器或方法，其中，所述壓力測量裝置能直接地或者間接地檢測所述液體的所述壓力(p)。
  11. 根據前述申請專利範圍中任一項所述的注射器或方法，其特徵在於，所述控制裝置(9)比較由所述壓力測量裝置(8)檢測的所述液體的所述壓力(p)和所述額定壓力(p額定)，並且在超過額定壓力時減少泵浦功率，直到所述液體的所述壓力(p)再次與所述額定壓力(p額定)一致。
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