本发明涉及改进的医疗蠕动泵。
背景技术：
蠕动泵为用于泵送多种流体的容积泵类型。流体容纳在装配于泵壳体内的柔性管中。泵通过蠕动来操作，所述蠕动依赖于管的交替压缩和松弛，从而吸入内容物和压出内容物。蠕动泵因而为精确的计量泵，所述计量泵每次计量等量的液体。
被泵送的液体从不接触任何运动的泵部件，因为其容纳在管内。常规蠕动泵包括一个或多个旋转滑靴或辊，所述旋转滑靴或辊在整个泵送周期中沿着管的长度行进，其中每个滑靴或辊在泵的抽吸侧和排放侧之间形成完全密封。为了防止不受控制的流体返流，至少一个此类辊必须一直压缩管。当被变速驱动器(未示出)驱动时，泵转子连续地带动滑靴或辊以抵靠辊架产生密封压力，所述滑靴或辊沿着管运动从而促使液体移动远离泵以用于排放。
按照常规说法，当转子旋转时，处于压缩下的管部分被夹紧闭合(或者被封闭)，由此促使液体被泵送并且流过管。当管在辊经过之后打开到其自然状态(“恢复”或“回弹”)时，流体流被引导到泵。因此，在压力已被释放的情况下，管复原以产生真空，由此通过将液体抽吸到泵的抽吸侧内来灌注泵。抽吸动作和排放动作的组合产生自灌注容积泵。
泵的流量与管的直径和驱动器(未示出)的旋转速度正相关。泵输送量受限于管的构造材料。抽吸容量与管在压缩之后快速扩张的能力相关。
典型的导管插入系统包括导管，该导管穿过患者的血管系统插入心脏的室或血管结构中。为了获得由包括用于生成激活图、解剖位置信息和其他功能图像的处理器的控制台处理的电信息和位置信息，使导管的远侧末端与心脏壁接触。系统通常包括联接的心电图(ecg)监视器，以从一个或多个体表电极接收信号。ecg信号通常通过与控制台的界面(例如，具有模拟输入的患者界面单元)来接收，并且可使用隔离接地来向控制台提供ecg同步信号。
导电流体例如盐水从贮存器经由液压管线递送穿过导管中的管腔。管腔终止于出口孔中，液体通过出口孔出来以冷却导管的远侧部分处的消融电极以及组织消融位点。蠕动泵连接到液压管线并且使流体以期望速率递送到导管。此类布置的一个困难在于设备在存在环境电效应的情况下操作，所述环境电效应中的一些由泵自身产生。例如，源于泵中的电噪声可被液压管线拾取并且可干扰心内ecg在监视器上的分析和显示。通常在ecg引线中观察到电排放或电信号，该ecg引线连接到正被用导电溶液灌注或灌输的患者。因该电势而流入患者体内的任何无意电流被感测为添加到ecg信号的特性噪声。
已在连接到蠕动泵的患者中观察到此噪声，该蠕动泵用于心脏辅助、透析治疗以及对在治疗心律失常中使用的消融导管的冲洗。许多源已被提出作为用于噪声的源，一些源关注于泵本身。
不受任何特定理论的约束，提供如2001年12月15日提交的名称为“electrogramnoisereduction”的美国专利申请序列号13/327,448中所述的以下讨论，以利于理解本文所描述和所公开的各种实施方案，该专利申请的全部内容以引用方式并入本文。在一个方面，液压管线可充当接收天线，所述接收天线收集来自周围环境的噪声并且可构成一个噪声源。在另一个方面，泵可为由摩擦电效应形成的电噪声的另一个源，由此在泵中使用的挠性管材的表面上并且在用于压缩管材的转子表面的表面上形成感生电荷。转子对管材表面的摩擦或变形作用使电荷移位。电荷中的一些被收集在转子上，并且一些被收集在管材表面上。管材壁通常为绝缘体，使得如果管材中的流体为电导体，则管的外表面上的外部电荷感生于管材孔的内侧上。因此，发生器电势出现在导电流体与泵转子之间。连接这两个点的任何电路允许电流流动。此类电流如果被ekg电路感测到或截获则在ekg描记线上产生被操作者视为“ecg噪声”的不期望信号。由于摩擦电势与通常为绝缘体(塑料)的外部管材壁和内部管材壁的电容串联而发生，所以摩擦电流具有突发性特征。
除此之外或另选地，观察到的电流可由管材壁中的压电效应而产生。此外，除此之外或另选地，似乎存在当管材壁被挤压在转子辊与泵滚道之间，从而导致与摩擦电荷串联的管材电容的动态变化时由管材壁的运动而引起的强放大机制。
在心内ecg记录上观察到的噪声以尖峰出现，从而使ecg信号难以解释，并且这些尖峰(通常介于约0.05mv和0.2mv之间的范围内)甚至可被混淆为ecg波本身。另外，施加到噪声以获得其功率谱的快速傅立叶变换发现管材表面上的等于转子辊的冲击率(n)的重复频率的分量正弦波连同高次谐波。重复频率依赖于转子中的辊的数量，并且应与转子旋转速率本身区分开。
用以降低噪声的处理已包括给泵辊和辊架加衬，用防静电化学品涂覆泵液压管线，和/或润湿这些部件的接触表面。然而，这种降低往往是无关紧要的和/或临时的。
技术实现要素：
鉴于现有努力已更多地聚焦在降低管与接触该管的表面之间的摩擦，本发明尝试增加至少该管与安置该管的辊架之间的摩擦。本发明认识到，当管被辊重复性地撞击时，管经受位移力，由此产生相对于泵的轴向、侧向和/或垂直运动。每当辊接合管时就发生垂直运动，并且当辊经过管时，辊趋于拉伸管的上部部分，从而导致管被提升离开辊架。在存在此类重复性提升动作的情况下，管变得接触和不接触辊架，从而形成相关的(即使不显著)摩擦电荷源。本发明尝试通过限定、控制和优化各种操作参数来最小化作用于管上的可移动或提升管的冲击力，所述操作参数包括例如辊与管之间的接合方式以及它们之间的接合持续时间。
因此，本发明涉及一种与管一起使用的泵，所述泵具有：转子，所述转子具有旋转轴线和多个辊，所述多个辊被配置成限定围绕旋转轴线的轨道路径，所述轨道路径由半径限定；以及具有表面的辊架，所述表面适于支撑管以用于一个或多个辊的蠕动压缩，其中所述表面具有预定轮廓，所述预定轮廓包括弧形区段和至少一个侧向区段，所述弧形区段具有由所述半径限定的第一曲率，并且所述至少一个侧向区段具有小于第一曲率的第二曲率。
轨道路径可包括圆形轨道路径。
所述至少一个侧向区段可包括线性区段。
弧形区段可从居中并且垂直于表面的轴线横跨约+30度和-30度。
弧形区段可从居中并且垂直于表面的轴线横跨约+40度和-40度。
弧形区段可从居中并且垂直于表面的轴线横跨约+35度和-35度。
至少一个侧向区段可从居中并且垂直于表面的轴线横跨约+35度和+40度。
至少一个侧向区段可可从居中并且垂直于表面的轴线横跨约+35度和+70度。
至少一个侧向区段可可从居中并且垂直于表面的轴线横跨约+35度和+55度。
至少一个侧向区段可可从居中并且垂直于表面的轴线横跨约-35度和-40度。
至少一个侧向区段可可从居中并且垂直于表面的轴线横跨约-35度和-70度。
至少一个侧向区段可可从居中并且垂直于表面的轴线横跨约-35度和-55度。
辊架可包括形成于其表面上的凹槽。
辊架的表面可包括受控摩擦部分。
至少一个辊可具有包括凹陷轨道的轮廓。
附图说明
通过参考以下结合附图考虑的具体实施方案，将更好地理解本发明的这些和其他特征结构以及优点，其中：
图1为根据一个实施方案的具有处于打开位置的凸轮构件的本发明的泵的透视图。
图2为具有处于闭合位置的凸轮构件的图1的泵的前视图。
图3为根据第一实施方案的本发明的辊架的顶部透视图。
图4为根据第二实施方案的本发明的辊架的顶部透视图。
图5为根据第三实施方案的本发明的辊架的侧正视图。
图6为沿线a—a截取的图3的辊架的侧剖视图。
图7为定位在图1的泵的辊和辊架之间的管的端部剖视图。
图8为压缩在图1的泵的辊和辊架之间的管的端部剖视图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括泵10，所述泵10被配置成接收管材12(为更清楚起见已虚线表示)以用于通过蠕动动作来使液体流过该管材。泵具有外壳14，所述外壳14被配置成具有抽吸端口18、排放端口16以及位于这两者间的转子外壳20。管材12延伸穿过抽吸部分18中的通道17、转子外壳20和排放端口16中的通道13。转子外壳20包括转子22、辊架24和接合构件26，所述接合构件26支撑辊架24以及位于转子22的相对侧的吸入和排放管夹具32和30。接合构件26从转子22后面延伸，并且可通过从安装支架37延伸的柄部36而相对于转子22进行提升和降低以使辊架24和夹具30和32相对于转子22在打开位置(图1)和闭合位置(图2)之间运动，所述安装支架37围绕轴线34以能够枢转的方式联接到转子外壳20的上部部分，其中在所述打开位置，转子22与辊架24之间的间隙g的间隔距离s处于预定最大值；在所述闭合位置，间隙g的间隔距离s处于预定最小值。
转子22具有至少一个圆板构件42，多个辊44a-44d沿着板42的周边边缘区域48垂直地安装到所述至少一个圆板构件42。当被变速驱动器(未示出)驱动时，轴(以螺杆40表示)驱动转子22围绕中心轴线a旋转。当转子22旋转时，辊44a-44d围绕中心轴线a沿着限定轨道路径46的环向方向(例如，逆时针方向)行进。因为轨道路径为接合管12以进行蠕动压缩的辊44a-44d的外表面，所以本文所用的“轨道路径”被限定为当转子22旋转时由辊44a-44d的外表面循沿的圆(并非板构件42的周边边缘)。(应当理解，另选实施方案(例如具有不同尺寸辊和/或安装在距转子轴不同距离处的辊的转子)将限定不同的轨道路径)。
每个辊44a-44d还被配置成围绕其相应的轴线49自由地旋转，所述轴线49中的每一个平行于中心轴线a。在接合构件26处于闭合位置(图2)的情况下，辊架24被升高，使得管12处于较靠近位置以连续逐次性地接合辊44，由此压缩和释放管12，从而形成容纳在管12的管腔中的液体的抽吸和排放。因为本发明认识到摩擦电荷的源至少部分地由管12和辊44a-44d彼此接触和脱离接触而引起，所以本发明的泵10包括若干结构特征，如下文更详细所述，以降低和最小化管12和/或泵10的其他部件中或上的摩擦电荷的源和/或聚集。
如图3所示，辊架24具体大体细长的实心主体，所述主体具有长度维度l、宽度维度w和高度维度h。主体具有上表面38，管12安置或以其他方式定位在所述上表面38上以用于接合辊44。辊架24的主体可被描述为具有主区段52和相对的边缘区段54，所述主区段52在高度维度h上为较薄的，所述边缘区段54在高度维度h上为较厚的。主区段52的上表面38被配置为具有大体凹形形状或凹腔，如在图5中更佳所见。凹腔对应于并且相对于由辊44a-44d限定的轨道路径46进行配置。主区段52因而被配置成不仅接收管12，而且在接合构件26处于闭合位置以使管12和辊44a-44d彼此接合(图2)时以适形方式支撑管12。如图5所示，凹腔具有预定轮廓p，所述预定轮廓p包括具有选定曲率的弧形区段56以及吸入和排放侧向区段57和58，所述吸入和排放侧向区段57和58各自具有小于弧形区段56的曲率。
在一些实施方案中，轮廓p的弧形区段56包括圆形弧形区段70，所述圆形弧形区段70大体上跟随轨道路径46并且与转子22的中心轴线a大体上同心。由此，圆形弧形区段70具有由半径为r+s的圆限定的曲率，其中r为大体上等于轨道路径46的半径并且s为间隙g中的间隔距离，并且区段70相对于定位在辊架24的居中位置处的铅垂线轴线y横跨角度+θ和–θ，如图5所示，其中θ在约30-40度的范围内并且优选地等于约35度。圆形弧形区段70的优点包括确保管12至少在沿区段70的某个位置(例如，铅垂线轴线y上)被辊44a-44d抵靠辊架24充分地压缩，以产生真空密封以用于有效的泵送动作。需注意，圆形弧形区段70的角范围必须为沿着长度维度l足够长的，使得第二辊在第一辊朝排放侧离开之前从吸入侧进入其跨距。
位于轮廓p的弧形区段56两侧的侧向吸入和排放区段57和58分别横跨(+θ和+α)和(–θ和–α)，其中α相对于铅垂线轴线y在约40-70度的范围内并且优选地为约55度。假定区段70的曲率为正值并且等于1/r，则区段57和58中的每一个可具有较小的或甚至负值曲率。在一些实施方案中，侧向区段57和58可包括线性区段和/或下述区段，所述区段的曲率κ的绝对值在|κ|≤1/r的范围内。可用的是需注意，吸入区段57为辊44a-44d首先作用于管12的位置。管在该区域被吸取区段57的紧密支撑将最小化管12的强力和突然运动。相反地，在排放区段58处，管12被辊44a-44d的突然释放不会导致同样类型的强力和突然的管运动。这种特性差异导致两个区段57和58处的不同设计选择。
由于具有较小的曲率，侧向区段57和58可较好地适形于管12的任何一个或多个部分，所述一个或多个部分可提升离开并且脱离接触上表面38，因为所述一个或多个管部分变为处于张力下并且通过辊44a-44d的夹紧动作而被拉伸成较线性配置。因此，由侧向区段57和58提供的优点包括管12与辊44a-44d之间的改善的接触，例如，较大的接触表面积、较长的接触持续时间和/或较一致的接触，以最小化管12、辊架24和/或泵的其他部件上的摩擦电荷的生成和/或聚集。因此，弧形区段56与侧向区段57和58的组合确保辊44a-44d以期望方式接合管12。
在一些实施方案中，辊架24的上表面38包括大体居中的纵向凹入部或凹槽60，所述纵向凹入部或凹槽60沿着辊架的至少主区段52纵向地延伸，如图3所示。提供凹槽60以有助于将管位置限制在辊架24上并且最小化管在辊44a-44d下的侧向运动，如图7所示。凹槽60具有足够的宽度(在宽度维度w上)以适应管12被压缩在辊44a-44d与辊架24之间时的最大宽度，如图8所示。根据管尺寸进行表示，此宽度应不小于πr+2w，其中r为内半径并且w为壁厚。如图6所示，凹槽60具有纵向变化的渐缩深度d，其中凹腔或轮廓p的中间位置(例如，铅垂线交点)处的最大凹槽深度dmax平滑地并且连续地下降到相对凹槽端部60e处的平齐或齐平表面(d＝0)。最大深度在约w/10至w/2的范围内，并且优选地为约w/3。
应当理解，对于包括凹槽60的辊架24而言，凹槽60可被配置为具有上述轮廓p，其中周围上表面38相对于凹槽的轮廓p为“凸起”上表面以便形成和限定凹槽的凹入部。就这一点而言，围绕凹槽60的凸起上表面可根据需要或情况而符合或不符合轮廓p。
在一些实施方案中，轮廓p的上表面包括摩擦(或纹理化)表面，所述摩擦(或纹理化)表面被配置成降低管12与辊架22的上表面之间的相对运动。摩擦表面至少延伸穿过整个凹槽60，并且其也可延伸到凹槽60之外的外表面上。在一些实施方案中，摩擦表面包括可通过任何合适的方式形成的不平表面形成物，所述方式包括蚀刻(机械或化学)、雕刻、机加工、砂磨和/或压印到上表面38中。在一些实施方案中，摩擦表面包括施加到或粘结到上表面38的网片或网状层62，如图4所示。在一些实施方案中，产生摩擦的表面包括施加到凹槽60的粘合剂涂层以有助于紧握管12。应当理解，应在具有摩擦性的表面与过度研磨的表面之间实现平衡，后一表面可导致管12的过早磨损和撕裂。
在一些实施方案中，每个辊44a-44d具有外表面，所述外表面具有侧向轮廓lp，所述侧向轮廓lp被配置成有助于将管12侧向居中地保持在辊架24的上表面38上并且/或者限制在凹槽60中，如图7和图8所示。轮廓lp包括凹陷轨道64，所述凹陷轨道64适应处于中性(未压缩)配置(图7)和压缩配置(图8)的管12的横截面形式。在例示的实施方案中，凹陷轨道64被成形为与处于压缩配置的管的横截面形式一致以形成真空密封。
在使用中，操作者通过提升柄部36来打开接合构件26。当柄部围绕轴线34枢转时，接合构件26下降到打开位置，从而使辊架24远离转子22运动到最大间隔距离s。操作者将管12定位在夹具30和32上以及辊架24的上表面38上(辊架的凹槽60(如果提供的话)中)。操作者还将管12定位在抽吸端口18和排放端口16的相应通道17和13中。在管被如此布置的情况下，操作者可通过降低柄部36从而使辊架24朝转子22运动来闭合接合构件26。根据辊44a-44d在其轨道路径46中围绕转子22的中心轴线a的角位置，管12被提升成与一个或多个辊44接触和接合。
当辊44a-44d在弧形区段70中具有介于角度+θ和–θ之间的角位置时，辊44a-44d在接合构件26闭合时抵靠辊架24压缩管，由此施加足够的力以产生真空密封。如图8所示，当辊44位于弧形区段70中时，接合辊44与辊架24之间的间隙gx的间隔距离大体处于最小值sxmin。
当辊44位于弧形区段70之外但介于角度+α和–α之间时，辊44位于侧向区段57或58中。当接合构件26闭合时，在完全压缩管12(当处于吸入区段57中时)或从压缩下释放管12(当处于排放区段58中时)的过程中，辊44与具有部分压缩的管12接触。如上所述，在辊离开区段70的附近之前，另一个辊必须进入该区段以提供连续的密封并且保持期望的下游压力。当辊位于侧向区段57和58之外(在大于+α和–α的角度下)时，辊44正准备开始压缩或者完成管12的完全释放。
当操作者启动泵10时，转子22开始旋转并且辊44开始其轨道路径46从而逐次地接合管12，以通过蠕动动作来推进液体流过管的管腔。如图2所示，当辊44a首先接合管的部分12a时，管部分12a支撑在吸入侧向区段57上。吸入侧向区段57的轮廓p允许与辊44a的平滑和渐进接合以防止对管部分12a的冲击，所述冲击可导致与辊架24的接触特性和接触量的突然变化。当辊44a经过管部分12a时，部分12a被压缩而具有递增的压缩力，这归因于辊44a与辊架24之间的递减间隔距离。当辊44a从侧向区段57推进到弧形区段56上时，压缩力达到其最大值，从而导致辊44a牵拉循沿辊44a的管12a的上部部分，这继而导致抵靠夹具32在管部分12a中产生张力，从而保持管部分12a的吸入端部。有利地，侧向区段57的轮廓p提供较小的曲率(和更高的线性度)，使得管部分12a可保持与辊架24接触，尽管其趋于在张力下伸直。轮廓p在区段57和56之间提供平滑过渡，使得压缩的增加为渐进的，以最小化对管部分12a的冲击。由此，吸入侧向区段57的轮廓p允许与辊44a的平滑和渐进接合，以衰减可导致与辊架的接触特性和接触量的突然变化的力。
进一步地参考图2，当辊44b穿过弧形区段56时，辊44b对管部分12b的压缩处于最大值以在管部分12b中提供真空密封。当弧形区段56的轮廓p为圆形并且与辊44的轨道路径46同心时，辊与管部分12b之间的接触保持为基本上一致的。当辊44b朝排放侧推进时，流体静力学流体压力在其之前增加，这归因于穿过狭窄通道的流动以及具有弹性边界的有限容积(例如，人类受检者的血管系统)的膨胀。
当辊44b从弧形区段56行进到排放侧向区段58上时，管部分12b的压缩随着辊44b与辊架24之间的间隔距离的增加(这归因于排放区段58中的轮廓p的增加的线性度)而开始降低，并且辊44b释放真空密封。到那时，另一个辊已在辊44b后面产生密封并且捕集流体。一旦前一辊的密封被释放，该流体就被加压并且平衡至下游压力。脉动压力性能为蠕动泵的公认特征。轮廓p在弧形区段56与排放侧向区段之间提供平滑过渡，使得释放为渐进的，以最大程度地降低管回弹到中性配置并且脱离接触辊架。由此，吸入侧向区段57的轮廓p允许与辊44a的平滑和渐进脱离以防止回弹力，所述回弹力可导致与辊架的接触特性和接触量的突然变化。
通过最小化由辊44施加到管12上的冲击力和张力，本发明的泵可降低管和/或泵的其他部件上的摩擦电荷的生成和/或聚集。
已结合本发明的某些示例性实施方案进行了以上描述。本发明所属技术领域内的技术人员应认识到，在不是有意脱离本发明的原则、实质和范围的情况下，可对所述结构进行改变和变型，并且这些图画不必依比例绘制。此外，应当理解，实施方案的任何一个特征可代替其它实施方案的特征使用或除后者之外附加地使用。因此，以上描述不应该被理解为只涉及附图中所描绘和所示出的具体结构。相反，以上描述应被理解为与以下涵盖其最完整和最清楚范围的权利要求书一致，并且支持该权利要求书。