专利名称：高压环境中的低压测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及生物医学技术，特别涉及用于在高流体压力环境下保护生物压力测量装置的方法、系统和设备。
背景技术：
某些医疗程序，例如，在心脏病程序中的对比介质注射可能要求液体(诸如在血管造影术中的射线照相对比剂)在高压下被注射到患者的系统中。这样的压力通常高达1200lb/in2(psi)或者大于60,000毫米汞高。在执行这样的程序的同时，还希望测量患者的生物压力。例如，在血管造影术中，希望记录很低的血管内和心脏内压力-通常落在1至+6psi的范围内-在对比介质(或对比基质)的高压注射之间。通常，为用于生理测量设计的压力变换器(或传感器)不能容许适中的注射压力，因此在高压注射过程中必须与流体路径隔离。美国专利US 5800397(Wilson等人)中描述了这样一种隔离压力变换器的方法，其中基于滑阀概念使用将低压系统管线-压力变换器可处于其中-与高压对比介质注射管线隔离的歧管。
滑阀类型的歧管在工业应用中是常用的并且可管理很高的压力。但是，这样的歧管还需要严密的制造公差，通常是昂贵的，并且被设计成用于永久装备中。另外，由于其机械“粘性”，滑阀类型的歧管的位置(打开/关闭)需要由传感器监测以避免在注射器再次充填的过程中血液回流故障。在医疗应用中，塑料和弹性体部件是常用的。这是由于在这样的环境中压力通常是低的并且需要无菌部件是廉价的，从而由于卫生和安全的原因，它们在一次性使用后可立即被抛弃。这样的聚合物具有缺陷；它们不利于在不同部件之间的相容装配，这将使其可靠性降低。目前还没有将低成本和易于制造的结合在一起并且与工业阀的高压能力结合使用的装置。
另外，适于测量根据定义能够承受那些压力的高压的装置对精确测量生理压力并不足够敏感。这样，在上述的示例中，执行血管造影术的医生实际上在注射对比材料的同时仅使用高压传感器监测注射压力，但没有任何方法监测当不进行注射时的患者血液压力。这样，本领域中需要一种在存在高压时以在高流体压力环境内与压力测量装置隔离或者保护这样的装置的方式有助于压力测量装置推广使用的方法-该方法是敏感的足以测量生理压力。
这样，本发明的目的是有助于将精确测量生理压力的装置放置在间歇地经受高压流体流的环境内的方法、设备和系统中。
发明内容
本发明提出用于解决在高压系统中测量生物压力时存在的问题。为了保护暴露在处于高于其过压额定值的压力下的流体流中的压力变换器(或者传感器)，使用一种新颖的阀以关闭变换器位于其中的防护支腿。这样的阀的各个实施例都具有一个高压输入、一个或者多个低压输入和一个输出。在操作中，当高压流体流出现在高压输入出现时，该阀自动关闭低压输入。或者，提出一种新颖的变换器(或者传感器)系统，该变换器系统将由变换器感测的有效压力自动限制在某一最大值。
图1示出了本发明所涉及的一种示例性阀组件的透视图；图2是沿着垂直于图1的示例性阀组件的流体流动的方向取的截面图，其中示出了操作的正常(低压)模式；图3是沿着垂直于图1的示例性阀组件的流体流动的方向取的截面图，其中示出了操作的打开(高压)模式；图4是图1的示例性阀组件的前视图；图5是本发明所涉及的示例性阀体的透视图，其中示出了盐水和输出端口；图6是图5的示例性阀体的顶视图；
图7是在图6的示例性阀体的位置A-A处取的截面图；图8是图7的标示部分(B)的细节图；图9(a)-(c)示出了本发明所涉及的示例性盘支座；图9(d)和9(e)示出了本发明所涉及的示例性阀盘；图10示出了处于正常模式的本发明所涉及的一种示例性转动阀歧管；图11示出了处于打开模式的图10的示例性转动阀歧管；图12(a)和12(b)分别示出了处于正常模式和打开模式的本发明所涉及的另一种示例性转动阀歧管；图13示出了处于正常模式的本发明所涉及的一种示例性柱塞歧管阀；图14示出了处于打开模式的图12的示例性柱塞歧管阀；图15(a)-(c)分别示出了本发明所涉及的图1-9的示例性盘阀的另一个实施例的打开状态、正常状态和组装图；图16(a)-(c)示出了用于图15的示例性盘阀的阀体的示例性相对(尺寸)维度；图17(a)-(b)示出了用于图15的示例性盘阀的阀盘的示例性相对(尺寸)维度；图18(a)-(c)示出了用于图15的示例性盘阀的阀支座的示例性相对(尺寸)维度；图19示出了图15的示例性盘阀的示例性3D透视图；图20(a)和20(b)分别示出了本发明所涉及的示例性套管梭阀的正常状态图和打开状态图；图21(a)和21(b)示出了本发明所涉及的示例性双向弹性体阀；图22示出了本发明所涉及的一种示例性的带有阻挡设备的变换器；图23示出了图22的示例性变换器的非抛弃部分；图24示出了图22的示例性变换器的可抛弃部分；图25-26示出了本发明所涉及的另一种示例性的带有阻挡设备的变换器；以及图27(a)-(c)示出了具有手动超越控制的自动梭阀的实施例；以及图28(a)-(c)示出了本发明所涉及的一种示例性盘阀，其中具有用于低压变换器的内置座。
具体实施例方式
盘阀实施例本发明的目的在于，提供一种廉价的、可靠的、生物相容的、无过敏性反应的并且能够承受高达1500psi的压力的阀。另外，该阀必须能够承受几种杀菌模式(伽马辐射、环氧乙烷和电子束)以及具有透明的壳体。当它被盐水或者对比介质冲刷时必须容易去除所有气泡。在该阀中所需的压力梯度是复杂的。在打开时，它必须具有大于9psi的可靠开启(或破裂)压力，确保附接的压力计(通常，但不总是位于盐水端口中，如下面描述的)从不暴露大于15psi(1atm)的压力下。为了达到这些，由于通常一种压力感应连接是非常“刚性的”，阀的一些部分不能在很高的压力条件下突伸入或者图突胀到感应路径中。最后，阀的复杂性不能降低生理压力信号的保真度。
除了来自于执行高压注射所通过的管系统的压力测量以外，通常希望经过执行高压注射所通过的同一管系统将诸如生理盐水的流体注入到患者中。这里所述的阀使得提供从低压注入储液容器到最终与患者的血管相连的导管的连续流体路径。从其它流体储放容器的注射将主动封闭低压储液系统，防止从高压储放容器到低压储液容器的回流。
参见图1，将描述高压致动的阀的一个实施例。一种示例性低和高压弹性体阀包括盘支座101、中间阀盘102和阀体103。阀体103和盘支座102是由较刚性的聚合物制成的，例如聚碳酸酯，而阀盘102是一种弹性体模制而成的，最好是硅橡胶，并且中心具有狭缝。
具有狭缝的弹性体盘102被夹在阀体103和盘支座101之间并且被固定在盘的周边处，这样的固定例如可通过夹持、粘接、机械或者化学焊接或者本领域已知的其它任何装置来实现。阀体103和盘支座101例如可通过超声波焊接、UV硬化粘结剂、机械螺纹接合或者咬合(干涉)锁定或者本领域已知的其它接合或者粘接技术结合在一起，从而夹住所述盘。
在一个示例性实施例中，该阀具有至少两个，最好三个与相连的管连通的端口。这样的端口例如为(a)对比介质输入端口；(b)盐水输入和压力转换器端口；(c)患者或者输出端口。在一个示例性实施例中，盘支座101包含一个对比介质输入端口，如图2中详细示出的，下面对其进行描述。
参见图2，阀体203包含盐水/转换器220和病人/输出221端口。另外，盘支座输入端口孔222向外(沿着向前流动方向，即，在图2中从右到左)逐渐变细以在弹性体盘202的前面形成凹部(或袋形部)240以便当流体流过孔202并且进入空的凹部中时，迫使来自凹部的(净化的)空气通过盘狭缝241并进入到阀体203中(更精确地，进入阀体中适于流体流动的腔中)。这样，例如，在上述血管造影术中，当对比介质充填盘支座201的空的凹部240并且产生压力，弹性体阀盘202弯曲并且最终打开狭缝241(在一定压力下发生，该压力是已知的并且在这里被称为“开启压力”)以将流体喷射到阀体中。凹部的尺寸能够控制该开启压力；在给定压力下，使盘的较大表面暴露在该压力下将增加作用在盘上的作用力，从而降低开启压力。在狭缝打开并且流体从输入端口222流过狭缝进入阀体203中的情况被详细示出在图3中，下面将进行描述。
继续参见图2，在一个示例性实施例中，阀体203具有两个内锥度。最靠近盘202的较窄的锥度205包含盐水端口，和第二较宽的锥度206。在操作中，在形成压力时并且当流体通过盘202之前，靠近盘202的较窄锥度使得盐水/变换器端口220被密封。第二较宽的锥度206和相关的腔形成用于使盘膨胀的空间并且使狭缝241完全打开。收敛角(在向前流动的方向上)还促使空气从阀充填，从而不会留下气泡。
图3示出了处于上述高压流体流态的图2的示例性阀。参见图3，在高压下的对比介质流过输入端口322。参见图3，对比介质在高压下流过输入端口322。这产生了施加在盘302的右侧的超过“开启压力”的压力，从而使得盘302沿着流动方向(或者在图3中向左)膨胀，打开盘狭缝341。当阀膨胀时，它覆盖在阀体303的腔中的盐水/变换器端口320的开口。同时，由输入的流体在盘302上保持的作用力诸如在对比介质注射中经受在高压流体流动过程中使得盐水端口关闭。例如，第一锥度具有盐水端口320位于其中的环形沟道350，从而使得阀体303的内部在初始设立过程中完全用盐水充填。在一个示例性实施例中，阀体303的剩余部分和沟道的角部最好被倒圆以在设立过程中消除气泡的任何俘获。另外，这样一种沟道有助于使得空气通过利用注射器手动施加的真空去除。
在一个示例性实施例中，该阀可与低压(60psi)至高压(1200psi)医用流体注射装置结合使用。它也可被用于CT、MRI和血管造影术对比介质注射系统。另外，取消盐水/变换器端口320的阀的两端口形式可被经济地制造，足以用作一个止回阀。因此，这样一种高/低压力阀可被低廉地制造，设计简单并且包括可容易地被组装和接合在一起的三个模制部件。
盘支座包含流体输入端口，并且在一个示例性实施例中，盘支座例如可由聚碳酸酯、PET、丙烯酸或者可承受高达1500psi的压力的其它任何本领域已知的硬聚合物模制或者加工而成。在本发明的实施例中，弹性体盘202、302最好是圆形的并且例如可由片状硅橡胶或者其它弹性体，例如包括聚亚安酯或者胶乳，模制或者切割而成。在优选的实施例中，弹性体盘材料的性能例如为，硬度在40-70A的范围内，最好例如为55A；抗拉强度在1000-1500psi的范围内；延伸率为300-700％；以及撕裂强度在150-300ibs./inch的范围内。在一个优选实施例中，盘可为0.060英寸厚或者根据硬度、流体和狭缝尺寸，厚度可在0.020英寸-0.200英寸的范围内。在一个示例性实施例中，盘中间的狭缝的长度最好为0.125英寸，并且可在0.050英寸-0.30英寸长度范围内。在优选实施例中，盘具有0.580英寸的优选工作表面直径并且可在0.250英寸-2.00英寸的范围内。
阀体203、303例如可由聚碳酸酯、PET、丙烯酸或者可承受高达1500psi的压力的其它任何本领域已知的硬聚合物模制或者机加工而成。在示例性实施例中，它包含流体输出端口221、321和盐水输入/变换器端口220、320。在该示例性实施例中，阀体的内部形状具有两个锥度205、206，第一锥度与垂直方向(即，与流体流动方向垂直的平面并且如图2所示当盘未扩张时基本上平行于盘表面所处平面的平面)形成的角度例如为10-45℃，并且在一个优选的示例性实施例中为20℃，宽度例如在0.020英寸-0.500英寸的范围内，在一个优选的示例性实施例中为0.115英寸。在示例性实施例中，盐水输入/变换器端口220、320位于第一锥度中，因此当流体从注射系统流动时，该锥度能够使盘202、302关闭盐水端口220、320。在示例性实施例中，第二锥度与垂直方向(如上所述)向上形成的角度例如为45-90℃，并且深度最好为0.161英寸(沿着流体流动方向测量的深度)以产生使盘膨胀的空间，以使狭缝241、341打开以使流体流过盘。
在示例性实施例中，通过将盘202、302放置在阀体203、303中来组装阀。接着，阀支座201、301被放置在阀体203、303中，并且两个部件例如被机械地压在一起或者螺纹拧在一起并且利用本领域已知的任何等同装置进行UV粘接、超声波焊接或者接附。这样，所述盘一直沿着盘的外边缘被夹在阀体和盘支座之间以防止泄漏。在示例性实施例中，三个流体端口例如可具有阳或者阴路尔(luer)螺纹以方便地接附于注射系统、患者导管和盐水/变换器系统。
这样，本发明的盘阀适用于高压和低压流体系统。同样，多于一个的端口可设置在阀体203、303中，因此在注射过程中可被关闭或者打开，例如高达4种盐水类型的端口并且可用于多种应用，诸如药物注射、患者流体采样和一个单独的压力变换器。例如，在高压或者低压注射过程中(尽管高到足以超过开启压力)，所有这样的端口可同时被关闭，并且当该注射系统是关闭(OFF)时，所有这样的端口将被打开，或者“开启(ON)”并且可被同时使用或者根据需要使用。
图4是相对于流体流动方向观察对比介质输出端口的正视图。参见图4，除对比介质流体输出端口421以外，还可看到沟道450，沟道450是中心为对比介质输出端口的中心并且比较靠近阀盘的边缘(在图4中未示出)定位的环形环。如参见图3所述的，一个或者多个盐水/压力变换器端口420在沟道450内。
图5是阀体(关于图1的103)的透视图，其中示出了对比流体输出端口521以及盐水端口520。应该理解的是，多个盐水端口可被设置在沟道(关于图4的450；关于图3的350)内的任何位置内，下面将对其进行详细描述。
图6是阀体103的顶视图并且示出了关于图6中所示的示例性实施例的一些代表性示例尺寸(或维度)。所示的阀体601的整个直径是一个单位，所示的对比介质输出端口621的直径为0.3单位，所示的总深度660(这里沿着流体流动的方向测量的)为0.700单位并且阀体661的非锥形部分的深度为0.35单位。应该理解的是，图6中的尺寸仅是示例性的，这样示出了所示设备的各个尺寸之间关系的一个示例。其它多种尺寸和它们之间的关系是可能的并且实际上可是合乎需要的，取决于前后关系以及希望加强或者降低的所述装置的性能。例如，锥形区域662的深度是一个控制开启压力的参数。阀盘的一侧的腔中的空间越大，阀盘越容易被向前推动(腔中的空气所提供的阻力比其它可能的部件低)，并且开启压力越低。因此，深度662和开启压力(“CP”)之间存在反比关系。给定压力作用在盘上的面积越大，作用在盘上的作用力越大。因此，CP＝k/深度，对于一些单位确定常数k。
图7示出了沿着图6中所示的示例性阀体的线A-A的横截面。参见图7，多个示例性设计尺寸被显示，诸如对比介质输出端口的内径701；对比介质输出端口的外径702；腔连接在对比流体输出端口中的前部边缘腔的直径703；阀体腔中的第二锥形区域的起点处的直径704；阀体腔中的第一锥形区域的起点处的直径705；以及在非锥形区域中的阀体的内径706，该内径706是给定阀盘将配装的直径。如上所述，为了不使液体泄漏，被设计成安装在直径706内的一个示例性盘的直径具有相同的直径以确保紧配合。也可在备选的示例性实施例中，将盘的直径做得略大，从而确保紧配合，其中使用更需要注意防泄漏的粘性很低的液体。
应该注意的是，在图7中所示的示例性实施例中，被设计成安装在其中的一个示例性阀盘以水平顶视图的形式被示出在图9(d)中以及以垂直侧视图的形式被示出在图9(e)中。参见图9(d)，可以看出，所示示例性阀盘的直径为0.83单位，与图7中所示的元件尺寸706相同。如图7中所示，区域750被标记为“B”的圆包围。该区域被示出在图8中，下面将对其进行描述。
图8以相对于图7扩大6倍的比例详细示出了区域B。对于读者显而易见的是，图8中详细示出的区域是阀体内的示例性盐水端口。参见图8，可以看出，在示例性实施例中，阀体的外锥度偏离垂直方向60度，并且从外锥形区域在阀体的外表面中开始的角部到盐水端口的中心之间的距离在该示例性实施例中为0.192单位801。另外，表示内锥度或者第一锥度205(参见图2)的角度802在该示例性实施例为30度。盐水端口的示例性直径810为0.169单位。另外，参见图8，附图标记803表示从系统的变换器一侧手动净化空气的沟道深度(如果它是自动净化的，那么该尺寸是不需要的)；附图标记804表示在注射过程中用于关闭盐水/变换器端口的阀体的第一锥度；附图标记805表示有效夹紧阀盘的凹口的位置；以及附图标记806表示用于夹紧盘的凹口的高度。
参见图9(a)至图9(c)，其中以下列示例性尺寸示出了盘支座101(见图1)的各个视图。参见图9(a)，示例性外径901为0.83单位。应该注意的是，该尺寸对应于图7中的元件706，准确地说，它是使盘支座配装在其中的阀体的非锥形部分的内径的示例性尺寸。另外，附图标记902-905表示所示的示例性盘支座的示例性内径，参见图9(c)，其中附图标记910示出了示例性盘支座的主要部分的示例性直径，附图标记911是高压输入端口的示例性外径，附图标记912是其示例性内径，附图标记914是用于产生足够压力的示例性端口尺寸，附图标记915是用于产生足够压力的示例性凹部尺寸，以及附图标记908是示例性凹部的示例性凹部角度(相对于垂直方向)。
参见图9(d)和图9(e)，其中示出了用于示例性阀盘的视图和示例性尺寸。参见图9(d)，如上所述，所示的阀盘的示例性外径为0.83单位。所示的示例性盘长度为0.15单位。应该注意的是，给出了盘长度和阀盘的直径之间的关系，即使当阀盘狭缝完全打开时，无需担心在阀盘的周边处泄漏。因此，一个或者多个附加的盐水端口可被放置在参见图3由沟道350确定的环形环内的任何位置处，根据图3中所示的阀的配置，一个或者多个附加的盐水端口将以相同的形式同时关闭。参见图9(e)，其中示出了阀盘的厚度，在示例性该实施例中，阀盘的示例性厚度为0.06单位。
设计参数用于设定阀的开启压力。通常，开启压力是盘厚、狭缝长度、弹性体盘的硬度和阀体的第一锥度的函数。开启压力随着盘厚和盘材料硬度的增大而增大，开启压力随着盘的狭缝长度和阀体的第一锥度的减小而减小。
转动阀歧管的实施例在一个备选的示例性实施例中，利用转动阀设备在高压和低压环境之间切换。图10示出了本发明所涉及的示例性转动阀实施例。参见图10，示例性转动阀是一种三件式设计，其包括外壳1050和内转动密封1051。在优选示例性实施例中，例如三个部件可由聚碳酸酯模制而成，例如作为一个特定的示例，Makrolon Rx-2530。在一个实施例中，内转动密封最好是由TPE模制而成的。图10示出了处于静止状态的阀。存在从盐水端口1020通过TPE密封1051的中心到患者输出端口1021的路径，但没有从对比介质端口1022到患者输出端口1021的开放流体路径。
图11示出了阀为对比介质打开的情况。当对比介质在端口1122处被注射时，流体动力在密封腔1151的前部上施加更大的压力，从而在由于对比介质通过惠者输出端口1121的开放路径而使得腔中的压力平衡之前盘逆时针转动约25度(该角度的测量是在对比介质和患者之间的流体路径建立之前内密封必须移动的角度圆弧的函数，该角度圆弧的函数本身是该装置几何结构的函数)。这样，内密封的这种转动关闭盐水流体路径并且使对比介质通向患者流体路径。另外，内密封的这种转动以扭曲或者扭转的形式将能量存储在元件1160中，元件1160从内密封突出以将内密封1151保持在壳体1150中。在所示的示例性实施例中，这样的元件是3D矩形结构，其横截面为矩心在内密封1151的转动中心的正方形，但这样的元件可为本领域已知的多种形状中的任何一种。当压力在对比介质连接部分降低时，密封转回到静止状态，关闭对比介质端口1122和打开盐水路径1120。
图12(a)和图12(b)分别示出了图10-11的转动阀的一个备选的示例性实施例。如图1 2(a)中所示，该示例性实施例利用进入中心转动密封区域中的阀壳体1210的附加突起1251，所述附加突起1251形成在该阀处于如图12(b)中所示的打开状态时被压缩的空气间隙1250。当不再存在进入到对比介质输入端口1222的任何高压流时，该空气间隙有助于使转动密封返回到图12(a)的正常状态，而被压缩的空气在转动密封上施加净转矩(被引导到该图的平面中)，它不再被由于高压流产生的任何转矩平衡。在备选的示例性实施例中，空气间隙可被比转动密封更容易被压缩的材料代替，或者空气间隙可被包含在转动密封内，不被暴露在壳体下。
柱塞阀实施例参见图13和图14，下面将描述本发明的一个备选的示例性实施例。这些图分别示出了一种示例性柱塞阀的常态和打开状态。该设计使用最少的部件(在所示的示例性实施例中为三个)。参见图13，其中示出了常态。歧管主体和端盖1360例如可由聚碳酸酯模制而成，例如作为一个特定的示例，Makrolon Rx-2530。带有膜片1361、1461的内柱塞1351例如可由硬度为70的EPDM、聚异戊二烯或者本领域已知的等同材料模制而成。
图14示出了处于常态或者静止状态的阀。用于盐水的路径1420打开并且利用由在其中心部分的柱塞1451的减小直径产生的凹口1470使得盐水流到内柱塞1451周围。图14示出了为对比介质打开的阀。当阀确定在对比介质连接部分1422上的压力时，内柱塞1451被推回(在图中向右)并且膜片1461向回伸展(产生潜能)。这关闭盐水流体路径1420和使对比介质通向患者流体路径。当压力在对比介质连接部分1422处降低时，伸展的膜片1461将柱塞1451推回到常态，如图13中所示。这关闭了对比介质端口1422和打开盐水路径1420、1421。
备选的盘阀实施例参见图15a至图15c，下面将描述盘阀的另一个备选实施例。图15(a)、15(b)和15(c)是盘阀的备选示例性实施例，并且分别对应于图3、图2和图1，示出了在那些图中所示的示例性盘阀的变型。因此，仅对图1-3的实施例和图15(a)至图15(c)的示例性实施例之间的差异进行说明。参见图15(a)，具有对比流体输入端口1522、输出端口1521和盐水输入端口1520。如图15(a)中所示，在该实施例中具有与上述实施例中相同的部件，即，盘支座、阀体和阀盘。对于图15(a)至图15(c)的示例性实施例，应该注意的是，阀体1503内的腔的形状以及对比流体输入端口1522接触阀盘1502的锥度的形状差异。图2和图3与图15(b)和图15(a)比较分别表明，在图15(a)中所示的实施例中阀体1503内的腔远大于图3中的。另外，它具有带圆角的矩形形状，而不是诸如参见图2和图3的由第一锥度和第二锥度形成的梯形。这产生较低的开启压力，从而阀盘1502向前移动的阻力小于分别图2和图3中所示的示例性实施例中存在的。另外，可以看出，图15中的盐水输入端口1520被放置在顶部上，与在图2和图3中放置在底部的相反。如上所述，一个或者多个盐水端口可被设置在沟道内并且它们的位置是任意的，并且通常是所设计范围的一个函数。
参见图15(c)，并且通过与图1的比较，可以看出，图15(c)中所示的实施例中相对于图1在阀盘1502、102方面具有一些变化。在图15(c)中，阀盘1502不是单纯平的，但在图侧中的后侧或者顶侧具有唇缘。图16(a)至图16(c)、图17(a)至图17(c)和图18(a)至图18(c)提供了图15(a)至图15(c)的盘阀的各个部件的示例性相对尺寸。图16集中提供了示例性阀体的内部型面的示例性相对尺寸。在这样的示例性阀体设计中的用于控制性能的示例性尺寸例如为，内腔长度1680为0.180，内腔高度1681为0.400，输出端口直径1682为0.149，以及锥度1685为20℃。这样的参数用于实现盐水/变换器端口的所需关闭和保持平衡的流体动力。
图17集中提供了该备选的示例性实施例所涉及的阀盘的示例性尺寸。应该注意的是，图17(b)示出了沿着图17(a)中的线A-A穿过整个盘的直径的横截面，并且在所示方向上，狭缝垂直延伸并且在图17(b)中用附图标记1710表示。另外，参见图17(b)，可以看出，上述的阀盘的该示例性实施例的唇缘结构。
图17(b)的示例性盘设计在中部具有在一侧上的凸起，这有助于使盘弯曲以快速关闭盐水/变换器端口。另外，该示例性特征增大开启压力并且防止盘由于回压增大而翻转。在备选示例性实施例中，盘1710中的狭缝可具有锥度，即，相对于水平方向成一定角度，这可使开启压力增加25％，并且也有助于防止盘由于回压增大而翻转。
图18的盘支座的情况类似，主要尺寸为0.450、0.149和21℃锥度以产生足够的压力。
最后，图18(a)至图18(c)给出了图15(c)中的盘支座1501的示例性相对尺寸。如上所述，这些相对尺寸仅是示例性的并且可使用多种其它尺寸，本领域技术人员可改变图16至图18集中示出的一些或者所有尺寸关系。
图19是图15至1图18的盘阀的部件的3D视图，其中示出了三个部件，阀体1903、示出了设置在其中的盐水端口1920、阀盘1902和盘支座1901。
滑阀实施例下面参见图20描述本发明所涉及的一种示例性滑阀实施例。图20(a)示出了处于打开位置的阀，图20(b)示出了处于关闭位置的阀。参见图20(a)，具有盐水端口2020、通向患者的输出端口2021和对比介质或者高压输入端口202 2。还设有在阀芯2051上施加压力的弹簧2050，阀芯2051是具有挖空的中心的筒体，从高压输入端口2022经孔2052接近所述挖空的中心。在阀芯2051的后圆形面上没有高压时，弹簧2050以这样一种方式将其保持，即，使盐水端口2020具有通向患者的输出端口2021的流体通道。这是图20(a)中所示的情况。参见图20(b)，其中示出了具有通过高压输入端口2022进入阀的高压流体流的情况，所述高压流体流在阀芯的后圆柱形面2060上施加压力并且克服弹簧2050推动其以使其在图中向左移动或者沿着流体流动阀芯移动，改变盐水端口2022，从而保护其。因此，如果低压、高敏感性变换器被放置在保护性盐水端口2020内以使其可测量流体的压力，因此当没有高压流时可测量患者中的压力，并且在高压输入端口2022处具有高压流体流时，被保护的支腿以及其中的变换器被与流体流切断并且高压流体流的高压没有作用在低压传感器上。
双向盘阀参见图21，其中示出了盘阀的另一个实施例。从图21中可以看出，这是一个双向高压弹性体阀。端口1 2101和端口3 2103可用作高压流体流的入口或者出口。在图21中所示的示例性实施例中，阀盘2102与上述单向实施例中所用的阀盘类似，但盘支座2101和阀体2103的形状略有改变以变得更相似。这是因为为了能够进行双向流动，在阀盘的两侧需要一个腔。这样，两个腔趋于看起来类似。尽管盐水端口可被设置在两侧上，当使用的盐水端口处于高压流的输出侧上时，它们仅可被保护免受高压流的作用。例如，参见图21，如果端口1 2101是入口并且端口3 2103是出口，所示的盐水端口22220仅可被保护。尽管图21中所示的示例性实施例示出了在高压流下的相同的阀盘的位移角，即，在每一个方向上偏离垂直方向30℃，这些角度无需是相同的，并且设计者将使用在阀盘的任何一侧上的腔的尺寸变化以及阀盘的全膨胀的角度以改变在向前和向后方向中的每一个上的开启压力。具有许多其中具有这样一种双向高压弹性体阀的示例性应用，例如其向前方向上用作上述单向阀，接着其还用作高压止回阀，从而在超过向后方向上的开启压力的一定高压下允许回流。
因此，应该理解的是，图21中所示的双向高压弹性体阀除了在血管造影术中简单地保护低压变换器或者低压系统免受高压流的作用以外还具有相对应用。
增强HP变换器(无需阀保护)本发明的目的是提供保护低压系统(例如，包含低压和高敏感性，但低过压额定变换器)免受高压流的作用的方法和系统。因此，已经描述的是被设计成实现该目的的阀的各种示例性实施例。但另一方面是设计一种变换器，该变换器具有这样一种附加的设备，即，即使在其暴露在这样的高压流体流下，所述附加的设备将保护其免受由高压流体流施加的压力的作用。下面将参见图22至图26描述实现该目的的变换器设计。利用变换器，图22至图26中所示的变换器的实施例，无需将变换器放置在保护的低压线路中，例如在阀实施例中的上述盐水端口。相反，变换器可被放置在高压线路内。当高压流体流存在于线路中时，变换器将暴露在高压下，但一个阻挡设备将保护变换器以使相对于其施加的压力处于低于变换器的过压额定值的某一最大值。当该线路中具有低压时，变换器在其全动态范围中自由操作并且根据其高敏感性测量在给定的患者中需要测量的各种心脏内、静脉内或者间质压力。
参见图22，在变换器壳体2202内设置变换器2201，还设有作用在变换器2201上的变换器触点2203，变换器触点2203压靠在变换器的压紧平面2205上。最后利用膜片触点2210移动变换器触点2203，膜片触点2210在高压管2250内并且暴露在任何高压流体流下，如在管的右底部处由箭头2290表示。流体压力通过压力传递杆2204被施加在变换器触点2203上，压力传递杆2204通过膜片触点2210与膜片2220的平面相连。这样，为了卫生，压力传递杆、膜片触点、变换器触点和变换器都避免与流体实际接触。与实际流体接触的唯一部件是膜片2220。通过密封环2291的操作不使流体进入变换器壳体2202中，密封环2291提供用于将变换器壳体插入到高压管中但使其密封不与其流体连通的装置。
如图22中所示，在高压管中的流体流将在膜片2220上施加压力，膜片2220将其传递到膜片触点2210上并且利用压力传递杆2204将合力传送到变换器触点2203。变换器触点2203接着将沿着向上的方向被推动，施加压力在变换器2201上。但是，变换器触点被限制，利用变换器触点限制器2251可使其施加多少压力在变换器上，变换器触点限制器2251是在变换器的外周边或者周界周围的环，它用于阻止变换器触点进行任何其它的向上垂直移动。变换器触点限制器是由本领域已知的任何刚性材料构成。尽管它可能不是绝对刚性的，但变换器触点限制器将具有刚性远大于变换器的弹簧常数。这样，相对而言，变换器触点限制器提供远大于变换器本身的相对于变换器触点的向上移动的刚性阻力。这使得变换器测量在零和由变换器触点限制器对变换器触点的向上移动的阻挡作用控制的特定最大值之间的任何压力。当然，可由变换器测量的该最大压力被设定在其过压额定值以下并且在安全裕度内，根据本领域已知的标准由给定的设计者选择安全裕度。在一个示例性实施例中，这样的安全裕度为20％。
这样一种构造使得变换器在生物或者生理状态内以一种很敏感的方式测量宽的压力范围，诸如在连接高压管的患者中通常出现的压力；但是，当高压管2250内存在有高压流时，诸如在上述血管造影术中，由变换器读取的压力将被盖在最大压力下。
图23示出了图22中所示的不接触流体并且是非抛弃性的多次使用的设备的变换器的部分。
图24示出了图22中所示的变换器组件的可抛弃部分，即膜片2420、密封环2491和不锈钢管2492。变换器触点和传递杆在不锈钢管的中空部分内向上或者向下移动，如由施加在膜片上的压力确定的。从在图24中所示的膜片的实施例中可以看出，它可承受高达1500psi的压力，这意味着流体流在这些压力下是不能渗透的。
图25和图26示出了高压变换器的一个备选的示例性实施例。在该实施例中，变换器探头(如图22中所示，是在膜片触点中的压力传递杆)不向下延伸到高压管中，但在管层本身处测量压力。通过旋拧在变换器壳体上来实现，这与将其插入到高压管的腔内不同。备选的示例性实施例的功能性是等同的，两个实施例之间的差异仅在于，以使其能够可靠地测量压力的方式将变换器、压力传递杆和膜片触点插入或者固定在高压管上的机构。在第二示例性实施例中，由于没有伸入到管的体积中的凸起，因此无需图24的金属管2492。这样，ECG触点需要管中的流体的导电路径。这由ECG金属引线2581提供，圆形ECG触点2580与ECG金属引线2581相连。
以如下的方式使用ECG触点。在医疗程序中，导管通常被插入到脉管系统中以测量压力、抽血或者注射对比介质或者其它物质。在这样的情况下，导管的管腔通常充填有一种导电液体，例如盐水、血液或者血管造影术对比介质。
在某些医疗程序中，例如血管造影术，还通常需要获得心脏电活性的心电图测量。例如，这样一种测量通常是利用施加在患者的皮肤上的电极或者安装在导管的外侧上的电极获得的。通常需要最少两个心电图电极连接到患者上并且随着时间推移记录电极(单个或者成组)之间的电压。这些测量能够监测患者的状态以及特定的心脏异常的诊断，例如缺乏血液流动。
在图25和图26中所示的示例性实施例中，来自于心脏的心电图(ECG)电极可通过在患者中的导管的管腔中的导电流体来获得。另一个(返回路径)电极或者电极的组合可由与患者的皮肤相连的表面电极或者与患者内的导管的一侧上的电极来获得。或者，两个电极引线可由带有两个或者多个充填导电物质的管腔的导管的管腔获得。
来自于导管管腔的至少一个ECG电极的检测将使得经受这样的医疗程序的患者更容易地进行ECG测量，这是因为它简化或者清除皮肤电极的需要。也可记录静脉内ECG，静脉内ECG的记录可具有诊断的重要性或者具有本领域已知的其它应用。
具有手动超越控制的梭阀图27(a)至图27(c)示出了具有手动超越控制的梭阀的一个示例性实施例。通常，在上述阀的示例性实施例中，存在有将盐水或者对比介质引导到与患者相连的单个端口的两位/三通阀。在这样的系统中，还需要具有远离该阀的三位/三通旋塞阀以从相同的患者连接部分抽吸流体并且将流体分配到相同的患者连接部分。这增加成本和复杂性。图27中所示的梭阀实施例通过增加一个附加的采样/抽吸端口2723在一个阀中结合了这两种功能，下面将对其进行描述。图27的示例性实施例还使得现有的两位/三通阀位于可抛弃的装置的远端，实际上可通过充填有低粘性的盐水的管腔代替充填对比介质的管腔来增加生理压力波形的精度和保真度。另外，按钮式阀通常比类似的转动阀更容易致动。
在图27中所示的梭阀的示例性实施例中，端口是平行构形的。这有助于并置的双管腔管的使用。参见图27(a)，其中示出了阀的常态，其中盐水端口2720具有与患者输出端口2721流体连通的开放通道。该图还示出了上述的对比介质端口2722和该实施例特有的附加端口，即，采样/抽吸端口2723。参见图27(b)，梭件按照下列步骤在该图中向右移动。所示的左边的绕圈较大的弹簧2750具有较高的弹簧常数。右边的弹簧2751具有较低的弹簧常数。在如图27(a)中所示的正常操作中，具有较低的力常数的弹簧相对于具有较高的力常数的弹簧偏压梭件2750。但是，在注射过程中，来自于进入对比介质端口2722的流体压力相对于具有较低的力常数的弹簧2751移动梭件以关闭盐水端口2720到患者端口2721并且打开对比介质端口2722到患者端口2721。在注射完成后，低力常数弹簧2751再次朝向高力常数弹簧2750偏压梭件，这样再次打开患者端口2721和盐水端口2720之间的连接，同时关闭对比介质端口2722和患者端口2721之间的连接。
另外，根据如图27(a)中所示的实施例，当需要时，梭件可被朝向高力常数弹簧2750进一步手动偏压，利用患者端口2721和采样端口2723之间的旁通连接部2760打开采样/抽吸端口723和患者端口2721之间的连接。这种情况被示出在图27(c)中。采样/抽吸端口723和患者端口2721之间的连接的打开关闭另外两个端口，即，对比介质端口2722和盐水端口2720。这样一种布置提供抽样、抽血或者给药。弹簧2750的手动偏压可通过按钮或者本领域已知的其它类似装置来实现和释放。
图28示出了盘阀的一个备选的示例性实施例。在该示例性实施例中，变换器的位置被设置在其阀体内。参见图28(a)，其中设有输出端口2821、盐水端口2820和变换器的引线端口2890，变换器的电引线可通过变换器的引线端口2890延伸。图28(b)是图28(a)的一个横截面，其中示出了高压输入端口2822、输出端口2821、盐水端口2820和示例性的用于变换器的位置2891。在盐水端口和位置2891处的变换器被盘元件2802密封与高压流分离，这里所示的是常态。图28(c)输出了处于打开状态的盘，其中高压流通过高压输入端口2822进入。
已经参照实施例、优选实施例对本发明进行了描述，这些实施例仅是示例性的。本领域技术人员应该理解的是，在不脱离由附属的权利要求所限定的本发明的保护范围和精神的情况下可对上述实施例、优选实施例进行各种变型。
权利要求
1.一种流体阀，它包括第一输入端口；一个或者多个第二输入端口；以及输出端口；其特征在于，当高压液体流过第一输入端口时，从第二输入端口到输出端口的任何路径被堵塞，并且阀的一部分或者所有部分是一种弹性体材料。
2.如权利要求1所述的阀，其特征在于，高压流被注射到第一输入端口中。
3.如权利要求1所述的阀，其特征在于，所述阀以一个单件的形式被注射模制成型。
4.如权利要求1所述的阀，其特征在于，由于阀的弹性部分的形状变化导致从第二输入端口到输出端口的任何路径被堵塞。
5.如权利要求4所述的阀，其特征在于，阀的弹性部分的形状改变需要最小的开启压力。
6.如权利要求5所述的阀，其特征在于，开启压力是弹性部分的硬度和/或弹性的函数。
7.如权利要求6所述的阀，其特征在于，硬度和/或弹性的变化限定了开启压力。
8.如权利要求1所述的阀，其特征在于，其还包括设置在第一输入端口的前面的第一锥形腔用以从第一输入端口接收流体流；设置在输出端口后面的第二锥形腔用以提供流向输出端口的流体流；以及在第一锥形腔和第二锥形腔之间的弹性盘部分。
9.如权利要求8所述的阀，其特征在于，所述弹性盘具有开口，当在第一锥形腔中的流体具有一定的开启压力时所述开口打开。
10.如权利要求9所述的阀，其特征在于，所述开口包括一个或者多个狭缝。
11.如权利要求10所述的阀，其特征在于，所述一个或者多个第二输入端口开通到第二锥形腔中。
12.一种流体阀，它包括盘支座；具有狭缝的弹性体阀盘；阀体；第一输入端口；一组一个或者多个第二输入端口；以及输出端口；其中，当所述阀盘处于关闭状态时，第一输入端口与输出端口和第二输入端口隔离；以及当所述阀盘处于打开状态时，第二输入端口与输出端口和第一输入端口隔离。
13.如权利要求12所述的阀，其特征在于，所述阀盘的状态是由通过第一输入端口流到阀中的流体在其上施加的压力来确定的。
14.如权利要求13所述的阀，其特征在于，所述阀盘具有至少一个开口，当其进入打开状态时所述开口打开。
15.一种双向流体阀，它包括第一输入/输出端口；一个或者多个第二输入端口；以及第三输入/输出端口；其中，当高压液体流过第一输入/输出端口时，从第二输入端口到第三输入/输出端口的任何路径被堵塞，并且阀的一部分或者所有部分是一种弹性体材料。
16.如权利要求15所述的阀，其特征在于，进入第三输入/输出端口和流出第一输入/输出端口的流动仅可在这样的流动处于回流压力或者以上的情况下发生。
17.如权利要求16所述的阀，其特征在于，所述阀以一个单件的形式被注射模制成型。
18.如权利要求15所述的阀，其特征在于，由于阀的弹性部分的形状变化导致从第二输入端口到第三输入/输出端口的任何路径被堵塞。
19.如权利要求16所述的阀，其特征在于，回流压力使得阀的弹性部分的形状发生变化。
20.一种在经受很高压力的环境中精确测量施力压力的方法，它包括使低压传感器暴露在生理压力下；保护所述低压传感器免受高压的影响，其中，所述保护包括下列至少一个步骤(a)使低压传感器与接触高压的流体隔离；以及(b)限制可由高压流动施加在传感器上的压力。
21.如权利要求1所述的阀，其特征在于，其还包括变换器位置，其中，当高压液体流过第一输入端口时，从变换器位置到输出端口的任何路径被堵塞。
22.一种流体压力变换器，它包括压力传感器；传感器触点；以及传感器触点限制器；其中，在生理压力状态中，压力传感器测量实际压力，在高压状态下，触点限制器使得压力传感器感知小于实际压力的固定压力。
23.如权利要求30所述的变换器，其特征在于，其还包括用于插入到高压管中的插入组件。
24.如权利要求23所述的变换器，其特征在于，所述插入组件包括压力传递元件和外壳，所述外壳伸入管中，并且压力传递元件被封闭在外壳中。
25.如权利要求24所述的变换器，其特征在于，所述外壳包括一种导电材料。
26.如权利要求25所述的变换器，其特征在于，其还包括与外壳的电连通的电触点。
27.一种在经受很高压力的环境中精确测量施力压力的方法，它包括使低压传感器暴露在生理压力下；保护所述低压传感器免受高压的影响，其中，所述保护包括使低压传感器与接触高压的流体隔离，并且这样的隔离是通过转动密封阀、带有空气凹部的转动密封阀、带有可压缩材料的转动密封阀、带有孔的套筒阀或者带有附加的采样/抽吸端口的梭阀中的至少一个来实现的。
全文摘要
本发明提出用于解决在高压系统中测量生物压力时存在的问题。为了保护暴露在处于高于其过压极限的压力下的流体流中的压力变换器，使用一种新颖的阀以关闭变换器位于其中的防护支腿。这样的阀的各个实施例都具有一个高压输入、一个或者多个低压输入和一个输出。在操作中，当高压流体流出现在高压输入出现时，该阀自动关闭低压输入。或者，提出一种新颖的变换器系统，该变换器器系统将由变换器感测的有效压力自动限制在某一最大值。
文档编号A61B5/0215GK1617686SQ02827934
公开日2005年5月18日 申请日期2002年12月9日 优先权日2001年12月7日
发明者R·F·威尔逊, D·J·迪雄, M·加巴, K·莫休丁, T·麦克皮克 申请人:阿西斯特医疗系统有限公司