泵和运行用于流体的泵的方法与流程

本发明处于机械工程和电气工程领域且尤其可被有利地应用在医学技术领域。本发明尤其涉及用于医学领域中的流体的泵，其中该泵的体积流量和/或由泵产生的压差在运行过程中被检测。

流体泵在医学领域被用于各种目的：一方面用于输送身体流体尤其是例如血液，另一方面用于输送要在患者体内输送或被送出患者身体的身体外来流体如药用活性流体。尤其对于在患者体内或部分也在患者体外输送血液的、尤其用作vad(心室辅助装置)泵的血泵，人们对控制和管理提出高的要求以便能以最高的精度和可靠性测量或设定泵的体积流量和/或压差。

通常，对于例如可以将血液从左心室输送入主动脉的vad血泵来说或也对于其它血泵例如rvad泵来说，体积流量可基于泵的特性图根据泵转子速度和泵前后压差来确定。但经验表明，通常将两个以上的运行参数相互关联起来的特性图无法以相同的精度和可靠性被用于这种泵的整个使用范围。

就此，原则上知道了用于根据各种成组运行参数确定泵的体积流量或压差的各种方法。

鉴于现有技术背景，本发明的目的是能在运行过程中在可能有的运行参数的最大可能范围内可靠确定一个或多个其它运行参数尤其是泵体积流量。

该目的通过一种具有根据权利要求1的特征的运行方法实现。

权利要求10描述了一种根据本发明的用于确定泵特性曲线的方法，独立权利要求11涉及根据本发明的具有用于测定具体运行参数的机构的泵。权利要求12至15描述了所述泵的实施例。

因此，本发明首先涉及一种用于运行包括转子的用于输送流体的泵尤其是血泵的方法，其中流经泵的体积流量和尤其是泵的前后压差被确定，其中第一组运行参数中的至少一个第一运行参数和尤其是第二运行参数被检测，并且根据所述第一组的第一运行参数的值和尤其还有第二运行参数的值，流经所述泵的体积流量和尤其是所述压差由运行参数的测定值确定，即或者由所述第一组运行参数的测定值来确定，或者为了确定所述体积流量和尤其是所述压差而考虑其它组运行参数的测定值、尤其是至少一个附加运行参数的测定值。

本发明的构想基于以下事实，利用特殊类型的泵，可以采用许多不同的方法来确定流经泵的体积流量和尤其是泵前后压差。在此，所述泵的运行参数值被如此划分，对于所选运行参数的特定值，第一方法被用来确定体积流量和尤其是压差，对于其它运行参数值，采用不同的方法以用附加运行参数确定体积流量和尤其是压差。于是，根据运行参数的特定值来划分泵特性图，在这里，不同的确定方法可被用于特性图的不同区域。因此，在考虑不同的可相互交叉的成组运行参数情况下，例如最灵敏的方法或可最容易检测所需运行参数值的方法可以被用于特性图的任何区域。

为此，可以提供用于确定体积流量和/或泵前后压差的第二方法，从而考虑到在第一方法中未加以考虑的附加运行参数。在这里可以规定，在第二方法中考虑已在第一方法中也被考虑到的所有运行参数，或者只考虑其中一部分，或甚至不考虑在第一方法中被考虑到的运行参数。重要的是，在用于确定体积流量和/或压差的第一方法和第二方法中被考虑到的这些运行参数就至少一个运行参数而言是不同的。

也可以想到在特性图的其它区域中采用附加方法，其又考虑了并非在第一和第二方法中所考虑到的运行参数。

也还可以规定在特性图的某些区域中同时使用多种方法以使如此确定且可能彼此略有不同的值相互适配，计算错误于是被减至最小。

本发明的一个有利实施例规定，第一组运行参数包含测定泵速。在转子泵情况下的泵速原则上是对确定体积流量有意义的变量。

还可以有利地规定，第一组运行参数包含测定的转子前后压差。在这里尤其可以规定，第一组运行参数包含作用于转子轴承尤其是泵的止推轴承的测定力(轴承应力)。

流经泵的体积流量通常也可以在各种各样的运行状态中通过测定泵的速度和压差、即在泵之前在泵入口处的压力与在泵之后在泵出口处的压力之差来可靠确定。

转子泵在许多情况下被用作泵，其转子沿轴向输送流体。作用于转子且在相应止推轴承中被吸收的轴向力作为输送流体的反作用力来产生。作用于该轴承的轴向力可在许多情况下被检测且用作用于确定泵前后压差的基础。

尤其是磁力止推轴承常被用于医用泵，一方面是为了将摩擦减至最小，另一方面是为了产生尽量小的磨损且还使机械作用对所输送的有机流体分子的损伤最小。在这种磁力轴承中，起作用的轴向力可按照简单方式通过测量在磁体中作用的力来确定。尤其在可控磁力轴承情况下，转子位置通常被如此检测和控制，该轴承中的轴向磁力通过固定电磁体的电流作为转子轴向载荷的反作用力来产生。转子位置可按照简单方式通过测量在涡电流传感器内所感生的电压来确定。于是，涡电流传感器的电压是一个代表作用于转子的轴向力和因而转子前后压差的变量。

本发明的一个特殊实施例可以规定，仅采用泵速和作用于转子的轴向力来决定要考虑哪些运行参数以确定流经泵的体积流量。

在一个特殊设计中，可以附加利用输送流体的温度。

也可以有利地规定，第一组运行参数包括：流体温度和/或在泵之前或之后的流体绝对压力和/或作用于泵转子的转矩，该转矩尤其通过代表驱动转子的电动机的馈电电流的变量来确定。

因此，例如转子速度、作用于转子的轴向力和作用于转子的转矩也可以被用作运行参数以决定哪些测量方法被用于确定体积流量且为此要考虑哪些运行参数。

另一个变型可以规定，转子速度、作用于转子的轴向力和在泵之前或之后的流体绝对压力值被用来决定要考虑哪些运行参数。

本发明的上述两个变型也可以例如规定，在各自情况下均只采用上述运行参数来决定采用哪个测量方法，并且上述参数也只被用于执行体积流量的确定。

本发明的另一个有利实施例规定，通过在泵之前或之后的流体绝对压力和/或作用于泵转子的尤其通过代表驱动转子的电动机尤其是bldc电动机(无刷直流电机)的相电流的变量所确定的转矩来提供附加参数。

根据哪些运行参数在第一确定方法中被考虑进来，在第一测量方法中未被考虑到的另一运行参数可以被考虑用于并非第一确定方法的确定方法。于是，第一确定方法的弱点可以在特性图的相应区域中被补偿，因为考虑了至少一个附加运行参数，其中，另一运行参数与此同时可以在评估中被省略。

这种附加运行参数例如也可以是待输送流体的温度。

在本发明的一个具体实施例中可以规定，例如转子前后压差(尤其由所测定的轴承位置代表)和泵速被检测，并且根据所检测的值中的至少一个，流经泵的体积流量由这两个运行参数的测定值来确定，或者转子转矩的测定值和/或在泵之前或之后的流体绝对压力作为转子前后压差的补充或替代被考虑进来，以确定所述体积流量和尤其是泵前后压差。

本发明的另一个有利实施例可以规定，所述流经泵的体积流量和/或泵前后压差在考虑了和未考虑一个或多个附加运行参数的情况下或者基于第一组和第二组运行参数都针对运行状态被确定，并且如此确定的值被比较，且根据差值来确定所述值的修正。

可以根据所述差值尤其是通过这两种确定方法所确定的泵前后压差来发现所确定的值的扰动。例如检测作用于转子的轴向力允许比基于速度和绝对流体静力压值或基于速度和作用于转子的转矩的理论计算更直接地确定压差。泵内的扰动或变化例如特定的瞬间运行状态或堵塞、蓄积等例如还有泵转子变形可以通过这两种确定方法的结果的差异被识别。

根据本发明的方法因此可以规定，泵前后压差一方面通过检测作用于转子轴承的轴向力或转子克服支承力的轴向位移来确定，另一方面通过转子的测量速度和在泵之前或之后的流体的测定的绝对压力和/或作用于转子的转矩来确定，并且例如由沉积物引起的泵内不稳流动状态或者几何形状变化通过在如此确定的压差的值之间的得出的差值被检测。

本发明不仅涉及采用用于根据泵运行所在的特性图区域确定上述泵运行参数的不同方法的运行方法，也涉及确定相应的特性曲线或特性图的方法。对此，本发明涉及一种用于运行包括转子的用于输送流体的泵、尤其是血泵的方法，其中，流经泵的体积流量和尤其是泵前后压差被确定，其中转子速度、作用于转子的止推轴承的力和在泵之前或之后的流体绝对压力和/或作用于泵转子的通过代表确定转子的电动机的相电流的变量所确定的转矩被检测以确定所述泵的特性曲线。

原则上，当确定该特性图时，比用于确定在特定特性图区域中流经泵的体积流量和/或压差所需要的运行参数更多的参数被检测。由于针对特性图的确定大范围选择输入参数，故可以根据泵当前运行状态目前所处的特性图区域采用不同的确定方法。

另外，本发明也涉及一种泵，其实现或执行上述运行方法。于是，本发明的主题尤其是一种包括转子的、用于输送流体的泵、尤其是血泵，具有用于检测转子的速度的机构、用于尤其通过检测作用于转子的止推轴承的力来检测转子的前后压差的机构、用于检测在泵的入口或出口处的绝对压力的机构和尤其用于尤其通过检测代表驱动转子的电动机的相电流(bldc电机的相电流)的变量来检测作用于转子的转矩的机构。

以下，在附图中示出并基于实施例描述本发明，其中：

图1示意性示出包括患者心脏和vad(心室辅助装置)泵的患者身体的视图，

图2示意性示出轴流转子泵的立体视图，

图3以侧视示意图示出包括转子、驱动装置和磁力止推轴承的轴流泵的壳体，

图4示出泵的典型的特性图，其包括允许速度和压差与体积流量相互关联的多条特性曲线，

图5示出了根据图4的曲线图，根据该图来解释基于两种不同方法和结果比较的泵前后压差的确定。

图1示出了包括患者的心脏2和主动脉3的一部分的患者1的上半身。vad泵6的入口接头5被连接至心脏的心室4，泵从心室4沿箭头7方向抽吸血液并直接经输出插管8将血液送入主动脉3。

这种泵可以从根本上支持差的或无法满负荷工作的心脏的泵功能。这可以作为临时治疗手段或持续治疗手段来提供。在此，通过在泵壳体中快速转动的转子沿轴向7输送血液的轴流转子泵的使用已被证明是尤其有利的。这种泵通常被在泵壳体区域中的电动机驱动装置驱动，该驱动装置可以由便携式电池或固定式电源连接供电。

为了能够足够准确地监视患者健康状态和还有泵的运行状态，需要确定并追踪流经泵的体积流量。为此，原则上知道了许多不同的方法，在此例如转子速度和转子前后压差被检测。也可以通过泵速和借助泵上的绝对压力传感器9测量待输送血液的静压来确定体积流量。最后，体积流量也可以通过以下做法来确定，在此考虑了泵转子速度和作用于转子的转矩。

在所有这些方法中，体积流量和/或泵前后压差通常通过特性图由运行参数的测定值来确定，所述运行参数由转子速度、转子前后压差或转子克服支承力的轴向位移、转子转矩和泵区域内的绝对压力构成。

图2示意性示出了轴流泵6，其具有安装在壳体6a内的转子6b，该转子具有一个或多个例如呈周向螺旋输送叶片形式的输送件6c。通过转子的转动，待输送流体或者血液在壳体6a中沿箭头7方向被输送。

泵6的转子的安装和驱动在图3中被更详细示出。首先，在转子6b区域内象征性地示出了第一径向轴承，它由附图标记10标示，而也象征性地示出了第二径向轴承11并由11标示。第二径向轴承11可以例如与磁力止推轴承12组合，但也能与之分开地构成。

止推轴承12以可调式磁力止推轴承的形式形成，其中，第一磁环12a被连接至转子6b且随之转动。

第二磁环或环形布置的多个磁体12b以固定不动的方式布置在泵6的壳体6a内并且包围转子6b。通过与固定磁体12b或固定磁体机构12b以及与转子6b上的转动磁体12a的相斥，受到了作用于转子的轴向力，该力作为反作用力与流体流过泵的流向7相反。

止推轴承12具有用于检测被固定至毂套的磁体12a的轴向位置的传感器，其中关于轴向位置的信息被通信给控制机构13。磁力轴承12的控制回路于是可以被闭合，且控制机构13可以将磁体12a的和进而转子6b的轴向位置控制为恒定量。在此由止推轴承承受的力可以在某些情况下根据由控制机构13施加的电流强度来确定。

止推轴承所承受的力可以在未调整的轴承情况下例如通过测量转子克服止推轴承磁力地轴向偏移来确定。转子位置可以通过“轴承应力”来确定，轴承应力的出现是由于涡电流传感器，其与距固定磁体的轴向距离相关地灵敏响应。

例如可以提供被固定连接至转子的永磁体14a和被连接至泵壳体6a的定子14b的电动机14还在图3中被示出。通过适当操作定子绕组，于是提供一种无刷电动机。定子14b借以被作用的电流强度可以通过测量单元15来检测并且可以从该电流强度简单确定作用于转子的产生转矩。

返回图2，应该提到的是，流体静力压传感器16如图所示处于泵入口接头5处且被连接至相应的处理装置17。此外，温度传感器18还如图2所示处于泵壳体6a中并且也被连接至处理装置19。温度传感器18也可以布置在泵外的输送流体所经过的区域中。

图4示出了曲线图，在此，针对不同的泵速，在水平轴上相对于泵前后压差按照单位时间体积画出流经泵的体积流量。这导致下述的特性图，在此，例如示出了用于不同速度的三条特性曲线20、21、22。箭头23于是总体表示在不同速度曲线之间的过渡方向。

针对不同的泵速的泵工作点(在泵的入口和出口之间的压差和经泵输送的体积流量)于是以特性曲线形式被示出。在这里，转子的速度和止推轴承位置已均作为转子前后压差的代表变量被画出，以便确定特性曲线。特性曲线的测量点可以通过相应的回归曲线被内插。在泵运行期间，流经泵的体积流量于是可以由转子速度和止推轴承位置来确定。

因为已经发现对于特定类型的泵在特性图中存在以下区域，在该区域中，轴承位置/压差与已知速度下的体积流量之间的关联是不知道的或者至少是模糊的，因此另一个方法被选择用于该特性图的特定区域以确定体积流量。合适的确定方法于是可以根据泵工作点所处的特性图区域来选择，即例如依据泵速和/或泵前后压差来选择。

例如，未由转子速度和转子前后压差确定体积流量或至少未只由这些参数确定体积流量的特性图的分图在图4中形成在两条虚线24、25之间。例如由转子驱动电机的电流所决定的转子转矩和/或在泵的入口或出口处的绝对压力可以在线24、25之间的图中被考虑进来。这些变量可以被单独评估或与速度相结合地被评估，但是轴承位置也可以作为转子前后压差的指标附加被纳入到体积流量确定中。

图5示出了在特性图的由虚线圆圈26表示的边界区/过渡区中采用许多测量方法。此区域处于特性图的需要不同的测量方法以确定体积流量的两个区域之间的分割线24附近。在分割线24周围的区域中，体积流量或泵前后压差于是可以例如通过利用不同的测定运行参数的不同的方法被确定。如果如此确定的例如泵前后压差的值是不同的，则这可以表明泵中的变化，例如堵塞、蓄积、变形或不稳定的流动状态。这种现象的发现尤其在血泵运行过程中对于排除对患者的任何危害是重要的。

除了涉及用于运行这种泵并且在不同的特性图区域中确定体积流量的方法外，本发明还涉及利用在特性图的不同区域中的不同运行参数确定相应特性图的方法。

此外，本发明也涉及一种具有用于检测所需运行参数的相应机构的泵。

通过本发明，流经泵的体积流量的确定尤其对于这样的泵被显著改善，对该泵而言，单个测量方法或在整个特性图范围内沿特定特性曲线的取向因设计的缘故而并不够用。