TW506841B - Controlled force fluid delivery system - Google Patents

Description

：)嘱 41 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（1 ) 本發明係有關於一種流體遞送系統，特別是一種可以 一廣泛之範圍的流量來移動流體的獨特控制力流體遞送。 長期以來，輸液泵在用以管理給予病患之藥物的醫藥 領域中是眾所週知的，典型的藥物可包括抗生素、麻醉劑、 止痛劑、循環系統用藥、化學治療劑、電解質、催眠劑、 全血液及血液產品等。輸液泵通常是被設計用來作一特殊 臨床應用：例如，許多係主要被設計成供在醫院的一般樓 層使用；其他泵係被設計成供小兒科使用；其他泵係被設 计成供重症照顧用；而另外的泵則被設計成供居家保健用 等。同時，輸液泵也通常被設計成用以作大容量流體遞送 (例如由一公升袋子或瓶子的稀釋藥物遞送者）或作小容量 流體遞送（通常是由至多裝填有6〇11^之未稀釋藥物的注射 筒遞送者）’但非供兩者同時使用。這些多種的特殊泵使醫 Ik*及保健δ又備必須保持大量多樣之泵的庫存，以確使對所 有泵之工作人員的訓練是現在所使用的，並提供多種維修 β川練’這些特殊泵的多樣性使成本增加、現金投資增加， 且醫藥管理上的錯誤增加。 因此’需要有一種用以控制流體遞送的機構，使得一 單一輸液泵可以完全滿足多數醫院及保健（包括居家保健） 用途的藥品輸液所需，可以在大範圍之所需流量内遞送小 容量及大容量劑量，並且可以提供小尺寸及重量、符合電 力效盈、成本效益的設備。在本發明中所述之輸液泵與一 卡H ’如揭露於其内容在此加入作為參考且係Cariisie，

Costa，Holmes，Kirkman，Thompson與 Semler與本發明一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -l·---*----c·—裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -4- B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

五、發明說明（2) 同申請之名稱為“卡匣，，的美國專利第6〇/216,658號申請 案者’可以使一藥品輸液系統達成這些目的。 本發明所依據的是一發現，其中使用一控制力以進行 流體遞送的一系統可利用該流體系統的慣性效應對一大範 圍之流量提供連續之流體移動，本發明提供一控制力流體 遞送系統，特別是具有由一能量儲存裝置所提供且由流體 移動之回饋來改變之一可變化力的系統。特別地，該系統 依據一流量命令來設定控制力的量及系統出口閥的開啟， 在低流量時，該控制力減少及/或該系統之出口閥在該流體 流動達到穩定速度之前關閉，而在高流速時，該控制力增 加及/或該出口閥不會關閉直到該流體停止流動為止。該系 統還藉調整開關該出口閥的時間與程度來部份地減少流體 流量變化，並且減少將該流體泵出系統中央卡匣室的速度。 本發明及其其他的優點將可由以下之詳細說明，及由 申清專利範圍而了解。 本發明之這些及其他目的及優點將可由本發明之下列 例示性貫施例並配合附圖而更清楚解且更容易了解，其中： 第1圖是顯示該流體遞送系統的一視圖； 第2圖是顯示一輸液泵之卡匣總成的一橫截面圖； 第3(a)-3(c)圖是顯示一出口閥之開啟狀態的方塊圖。 控制力流體遞送系統之其中一種應用是一輸液果，第1 圖顯示本發明之一實施例的一方塊圖，該流體遞送系統1 〇〇 包括一卡匣總成102及一滑梭機構1 〇4。一適當之卡匣總成 係揭露於其内容在此加入作為參考且係Carlisle，Costa， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 屬841 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（3

Dimes ’ Kirkman，Thompson與 Semler與本發明一同申請 之名稱為“卡的美國專利第6〇/216,658號申請案中， 在遠卡£總成102内的是一卡匣活塞106及一卡匣中央室 108’ 一能董儲存裝置’如一彈簧11〇，偏壓與該卡匣活塞 106連接的該滑浚，構1〇4。卡匣活塞1〇6自由地滑動以將流 體抽入該卡匣中央室1〇8且將流體泵出中央室1〇8，一馬達 112沿一方向致動以透過凸輪114及滑梭104將該卡匣活塞 106拉出卡匣中央室1〇8。當該卡匣活塞1〇6被拉出該到必要 的私度時’滑梭1 〇4與凸輪π 4及馬達112分離，因此彈簧Π 0 經由滑梭104將該卡匣活塞106推入該卡匣中央室1〇8中以 施加正壓力於在該卡匣中央室1〇8中的流體。該滑梭機構 104也與一光學位置感應器i 16可操作地連結，一適當的位 置感應器係揭露於其内容在此加入作為參考且係 Carlisle，Kaplan與Kirkman與本發明一同申請之名稱為 位置感應器及位置測定方法，，的美國專利第6〇/217,885 號申請案中。一處理器118係與馬達112及該位置感應器116 連接。 第2圖係顯示一卡匣總成ι〇2之一橫截面的一方塊圖， 4卡S總成102包含一入口閥2〇〇、一出口閥21 〇---g中 央至108、及一卡匣活塞1〇6。卡匣活塞1〇6係與滑梭1〇4連 接，而該出口闊210則可藉一致動器212操作，致動器212 係被與馬達112連接的凸輪114所驅動。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一裝！ l· —--訂- - ---線 操作時，該馬達1 12沿一方向被驅動以對抗彈簧丨丨〇之 力里透過凸輪114而將該卡匣活塞1 〇6拉出，因此在該卡麼

-6- 506841 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（4) 中央室108中產生一相對真空並且將流體拉過_單向被動 入口閥200而進入該卡匣中央室i〇s。在這填充衝程中，在 該卡匣中央室108中之壓力是負壓，例如，在〇與-1〇psi之 間，負壓之值依該活塞之抽拉速度、流體阻力、流體黏度 等而定。該卡匣活塞可以依該流體之所需移動體積而被拉 到不同的位置或填充液位。在一實施例中，每一次填充衝 程中被泵入該卡匣中央室108中之最小流體體積是大約 5〇μ1且最大流體體積是大約500μ卜在另一實施例中，藉再 抽拉該卡匣活塞1 〇6，一渦輪模式被用來增加最大流體體積 以使該流體填滿整個卡匣中央室1 〇8。 一旦該卡匣活塞106被抽拉後，凸輪114與該滑梭1〇4 分離，使該彈簧110機構110可推動滑梭1〇4而將活塞1〇6推 入該卡匣中央室1〇8。接著，在該室中之壓力由一負值經過 零而變成一正值，此時該單向被動入口閥2⑽是完全關閉 的。在該卡匣中央室108中的正壓值通常是在+2與+71>以之 間，依經由該滑梭1〇4施加於該卡Ε活塞ι〇6且與該抽拉衝 程之長度直接相關，例如，抽拉衝程愈長，彈簧力量愈強 的彈簧力量而定。 在該卡匣活塞106之抽拉完成之後，凸輪η4與該滑梭 104分開且與致動器2丨2結合，使得該馬達η 2可經由致動器 212操作該出口閥210。依據經由致動器212接收來自馬達 112之致動力的值，該出口閥21〇遞增地、部份地或完全地 開啟，如第3(a)-3(c)圖所示。當該出口閥210如第3(a)圖所 不遞增地開啟時，該出口閥210以一脈衝模式開啟，例如， I------I---丨-裝 -----;.111 訂 --------線 (請先閱燴背面之注意事項再填寫本頁)

506841 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 它斷續地開啟，並且在該流體完成其加速之前關閉。當該 出口閥210如第3(b)圖所示部份地開啟或如第3(幻圖所示完 全地開啟時’它是在一輕推模式中，當該出口閥2 10是在一 輕推模式中時，它連續地開啟且在該流體到達穩定流速之 刖不會關閉。流經一部份開啟之出口閥2丨〇之流體可以準確 地被片里出來且受到在該錐形表面及該閥座之間的距離所 控制，一旦該出口閥210被完全開啟後，雖然流體流動經常 疋由在該回路中之較高阻力，如一 IV針或導液管所控制， 但疋流經该出口閥2 1 0的流體係由在閥桿3 1 〇與閥殼體座 320之間的距離來控制。 依據本發明，在該卡匣中央室中產生的正壓力係依據 該抽拉衝程之長度而定且係與滑梭位置直接相關，因此， 忒力量可回應一流體遞送系統之各種狀況，如，所需之流 量、流體移動之體積、及流動連續性來變化。舉例而言， 該處理器118接收一流量命令及由該位置感應器116所提供 之回饋位置變化並且操縱馬達丨12以調整彈簧丨1〇至各種不 同的程度，藉此變化施加於該卡匣活塞j 〇6的彈力。 在一模式中，產生該正壓力的力量係回應一所需之低 流量而減少，詳而言之，該處理器118操縱馬達112以進行 一部份抽拉衝程，例如，小於全長者，因此產生小於該彈 力的全部力量，故將較少的流體泵出該卡匣中央室丨〇8。 在另一模式中，如果在該出口閥21〇之下一次開啟時預 定給病患的流體體積係小於4〇μ1，該處理器118操縱該馬達 112以提供一對應的彈力及/或操縱該出口閥2丨〇使其以一 i . ------— l·---t---------^ (請先閱tl·背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 506841 A7 ---- B7 五、發明說明（6) 脈衝模式開啟。該脈衝之時間係可依據代表流體移動之體 積之该卡匣活塞1 06的位置變化來改變，例如，該馬達Η2 作動以開啟該出口閥210之時間量可以依據由該位置感應 器116提供給該處理器i i 8之位置變化而在一進行狀態下調 整’使該出口閥210到達裂開點。在低流量下，因為該流體 机動主要受限於該系統之移動質量的加速而不是通道的阻 | 力’故該流體流動之慣性分量是明顯的，即，該流體不會 立即達到一穩定狀態的流量，而所有移動組件（如，該流 體、活塞106及滑梭1〇4)之質量則必須藉彈簧n〇之力量來 加速。該動態調整可配合在機械力學與流體力學中的廣泛 公差。 在另一模式中，在該出口閥210之下一次開啟時預定給 病患的流體體積係大於4〇μ1，該處理器1 1 8操縱該馬達Π 2 以提供一對應的彈力及/或操縱該出口閥21〇使其以一輕推 模式部份地開啟，使得流體經計量地流出通過該出口閥 t 210,該出口閥210之部份開啟量依經由致動器212致動馬達 112之時間而定，而馬達112之致動則係依接收來自該光學 位置感應器116之位置變化而由處理器！丨8加以控制。 在另一模式中，該系統之處理器Π8調整該力量及/或 該出口閥2 1 0以提供具有一必要流動連續性之所需低流 里’洋而a之’在低流量下，如小於5ml/小時之流量下， 本發明之系統以不大於8秒之時間間歇地分配流體。 類似地’在該卡匣中央室中產生該正壓力的力量也可 以增加以在一高流量下提供連續流體遞送，例如，增加該 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --I-------· 1---r---^----111 ---^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -9- 506841 A7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（7 ) 抽拉衝程以增加施加於該卡匣活塞的彈力，因此可將更多 的流體泵出該中央室。在一模式中，該出口閥2丨〇係直到該 k體停止流動時才關閉’當彈篑1 1 〇使該中央室1 8排空 時’該彈簧之力量，並且因此在該中央室1〇8内的壓力減 少。忽略衝量之效應不計，這會一直持續直到在該中央室 108中的壓力與出口閥210下游之壓力相等時為止。但是， 在兩々丨L里時，5亥移動質篁具有即使在該卡g中央室1⑽及該 出口閥2 10之下游之間^的壓力差減少到零，也可使該流體持 續通過一短時間的動量。因此，為了使流體流量達到最大， 該出口閥210即使在該卡匣中央室ι〇8與該出口閥21〇之下 游間的壓力平衡之後也是保持開啟的且只有在該流體停止 流動之後才關閉。 本發明之另一特徵可減少流體流量變化，如脈衝式的 流量變化。在一實施例中，該處理器n8調整該出口閥21〇 之開啟與關閉的時間點以減少流體流量變化。詳而言之， 該處理器11 8調整該馬達丨12在被關掉之前被作動一段時間 以開啟該出口閥210的時間量，以便讓該出口閥21〇回到其 一般的關閉位置。例如，在流體遞送時，該處理器1丨8操縱 該馬達112以開啟該出口閥21〇一段時間，接著施加一煞止 力於該馬達112，一旦施加了該煞止力之後，該出口閥21〇 保持開啟一段時間直到該滑梭1〇4，即，該卡匣活塞1〇6到 達一目標位置為止。該馬達n2被作動的時間係藉該處理器 Π 8依據在一空或出口循環時的最大流體流速來調整，在一 實施例中，該處理器依據可以由該位置感應器116輕易測量 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公麓） ~裝-----r---訂---------線泰 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •10- 506841 A7

經濟琢智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（δ ) 出之目標最大滑梭速度來調整該出口閥210,通常，在本發 明之控制力流體遞送系統中，該目標最大滑梭速度於一輕 推模式下係10mm/秒。 該處理器11 8藉依據在由該光學位置感應器丨丨6所記錄 之數位間隔間的最小時距調整該出口閥2 1〇之開度值來調 整該滑梭速度，正常狀態下，在該等數位間隔間的最小時 距是大約8毫秒，如果小於8毫秒，那麼該滑梭會移動過快 且該出口閥打開到一較小之程度或關閉到一較大的程度； 另一方面，如果大於8毫秒，那麼該滑梭會移動過慢且將流 體泵出該中央室之最大力量或動力增加。 本發明之另一特徵包括提供該馬達U2之一穩定動力 輸出’在一實施例中，脈衝寬度調制（pWM)值係被調制為 f(Vbl)，其中輸出至該馬達U2之動力係該 主電池電壓Vbl 的一函數’在一段時間之後，當該主電池電壓減少時，調 整该PWM以使该馬達112達到一穩定動力輸出。 其他實施例 雖然已詳細地在以上說明了本發明的數個例示性實施 例’但是熟習此項技術者可輕易了解在實質上未偏離本發 明之新揭示及優點的情形下在該例示性實施例中可有許多 變化’因此’所有的這些變化係可被包括在以下申請專利 範圍所界定之本發明的範缚内。 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（2iq X 297公爱） 裝---I L----訂------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -11- 506841 A7 ___B7_ 五、發明說明（9 ) 【元件標號對照表】 100…流體遞送系統 102…卡匣總成 104.. .滑梭機構 106···卡匣活塞 108…卡匣中央室 110.. .彈簧 112···馬達 114…凸輪 116…光學位置感應器 118··.處理器 2 0 0…入口閥 210.. .出口閥 212.. .致動器 310.. .閥桿 320…閥殼體座 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裳----l·---訂---------养 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -12-

Claims (1)

1. L一種流體遞送系統，其包含·· 中央室，其具有一入口閥及一出口閥·， 一活塞總成，其係移入與移出該中央室； 力畺源，其係與該活塞總成連接，其中該力量源 生力1以使該總成移入與移出該中央室，因此使流 體移出與移入該中央室； 一位置感應器，其係與該活塞總成連接，其中該位 置感應器測定該活塞總成之一位置變化； 一處理器，其與該位置感應器及該力量源連接，其 中該處理器接收該活塞總成之位置變化，修改由該力量 源所產生之力量的值與時間，並且控制該出口閥的開啟。 2·如申請專利範圍第巧之系統，其中該力量源包含一馬 達，該馬達在該中央室中產生一負壓力且透過該活塞總 成將流體泵入該中央室，及一能量儲存裝置，該能量儲 存衣置接收來自该馬達之能量並使用該儲存之能量以在 4中央至中產生一正壓力並且透過該活塞總成將流體泵 出該中央室，其中該處理器控制儲存在該能量儲存裝置 中之能量的量。 3. 如申請專利範圍第2項之系統，其中該能量儲存裝置是一 彈簧。 4. 如申請專利範圍第2項之系統，其中該馬達同時地產生該 負壓力且儲存在該能量儲存裝置中的能量。 5·如申請專利範圍第4項之系統，其中該處理器決定一流量 並且依據該流量操縱該馬達以產生一負壓力。 標準(CNS)A4 規格⑵0 x 2iii7 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) * n n I tf 1 IK n 訂-------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -13- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專— 如申明專利範圍第2項之系統，其中當該能量儲存裝置與 該馬達分離時，它產生一正壓力。 如申明專利範圍第2項之系統，其中該馬達開啟該出口 閥。 虫申明專利範圍第2項之系統，其中該馬達以一脈衝模式 開啟該出口閥。 9·如申請專利範圍第2項之系統，其中該處理器依據一低體 積預疋命令來操縱該馬達以一脈衝模式開啟該出口閥。 !〇·如申請專利範圍第9項之系統，其中該低體積預定命令 係小於40μ1。 11.如申請專利範圍第！項之系統，其中該處理器依據_低 體積預定命令使該出口閥以一脈衝模式開啟。 12·如申睛專利範圍第丨丨項之系統，其中該低體積預定命令 係小於40μ1。 • 13·如申咐專利範圍第丨項之系統，其中在該流體完成加速 至一穩定速度之前，該處理器使該出口閥關閉。 14·如申請專利範圍第13項之系統，其中在該流體完成加速 至一穩定速度之前，該處理器依據一低體積預定命令使 該出口閥關閉。 15. 如申請專利範圍第丨項之系統，其中在該流體停止流動 之後，該處理器使該出口閥關閉。 16. 如申請專利範圍第1項之系統，其中當該總成移入該中 央室時，該處理器使該出口閥開啟。 17. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該處理器依據一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） Ι1ΙΙΙ1ΙΙΙΙ — —· -1111 — — — «ΙΙΙΙΙΙ — i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -14- 506841 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制取 六、申請專利範圍 肢·積預定命令使該出口闊以一輕推模式開啟。 18.如申請專利範圍第2項之系統，其中該處理器依據一低 體積預定命令來操縱該馬達以一輕推模式開啟該出口 閥。 •如申明專利範圍第丨項之系統’其中該處理器依據一低 體積預定命令使該出口閥開啟一段時間。 2〇·如申請專利範圍第19項之系統，其中該處理器依據該活 塞總成之一預定速度而使該出口閥開啟_段時間。 21·如申請專利範圍第丨項之系統，其中該處理器依據該活 塞總成之一位置變化而使該出口閥關閉。 22·如申請專利範圍第21項之系統，其中該處理器依據該活 塞總成之一預定位置變化而使該出口閥關閉。 23·如申請專利範圍第1項之系統，其中該處理器使該出口 閥關閉一段時間。 24.如申請專利範圍第23項之系統，其中該處理器依據該活 塞總成之一被偵測出的一速度而使該出口閥關閉一段 時間。 25·如申請專利範圍第2項之系統’其中該處理器依據該活 塞總成之一預定位置變化操縱該馬達以關閉該出口閥 一段時間。 26·如申請專利範圍第2項之系統，其中該處理器依據該活 塞總成之一被偵測出的一速度操縱該馬達以關閉該出 口閥一段時間。 27.如申請專利範圍第1項之系統，其中該出口閥依據一低 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---------， -*i..»* 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -15· 506841 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 體積預定命令開啟一預定量。 28.如申請專利範圍第1項之系統，其中該出口閥開啟由該 活塞總成之一被偵測出之速度所決定的一預定量。 — — — — — — — — — — — I* · 1 I I I I 1 I — — — — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟—智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -16- #.