专利名称：带有辅助驱动装置的流体泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改进的流体泵，尤其是用于与生物血液循环系统连接的流体泵。
因此，本发明的泵主要研制来用作体外血液泵，用于例如在进行外科手术时，在进行渗析时，在对肺部功能衰弱的病人的血液进行充氧时，用以维持心机能不全病人的血液循环，或者用于心脏或肺部受伤的意外事故的伤者，等等。不过，也可以设想本发明的泵可构造成能够植入病人体内用作人造心脏。本发明的泵还可能有利地用于其它方面，例如用于局部器官灌注和/或体外器官灌注。
目前用于上述用途的体外血液泵在大多数情况下是蠕动的所谓滚子泵，血液在泵中是借助滚子压挤管子同时沿管子滚动的作用通过管子输送。近来，一种脉动型的泵也已在一些范围内开始用于上述用途中，该泵主要由一个具有柔韧弹性壁的泵囊所构成，该泵囊具有配置了止回阀的进液口和排液口，并且包裹在一个刚性外层液室内，该液室内产生有周期性变化的压力，以便使泵囊交替地受到压挤和膨胀。
蠕动的滚子泵具有严重的缺陷，这种泵要避免在被泵送的血液中的血细胞由于在泵中受到挤压和剪切力的作用而出现大量损伤是相当困难的。
上述类型的蠕动滚子泵以及脉动泵还具有一种共同的缺陷这两种泵在运转过程中，如果流向泵的进液口处的血液流量与泵的正常泵流量不相符并且小于该值的话，就将会在泵的进液口处，以及还会在脉动泵的泵囊内造成相当大的负压。这种情况比较容易出现，例如在将泵连到血管去的导液管的端头由于贴靠着血管的管壁而发生堵塞时就会出现。在这些情况下，在迄今所使用的泵的进液口一侧和泵囊内自动产生的负压，可能会导致一些相当棘手的问题。例如，负压可能会给病人血管造成严重的机械损伤。此外，负压可能会造成空气通过液泵系统的各部分之间的非气密连接件渗入液泵系统中，并且如果负压足够大，也有可能导致气体从泵送的血液中逸出。在这两种情况下，都有可能出现严重的气栓现象。因此，在所讨论的各种类型的现有技术的血液泵中，有必要监测在泵的进液口一侧出现的压力并且在负压情况下干预泵的运行，以便避免出现严重的情况。当然，这种监测和控制系统将是复杂的，它会使泵的价格升高，而且其本身构成了可能出现故障的另一个故障源。
上述类型的蠕动滚子泵和脉动泵两者还有另外一种共同缺陷这两种泵在运转过程中，如果从泵体内泵出的血液液流遇到反常的阻力升高或着出现完全填塞，则会在泵的排液口处，以及还会在脉动泵的泵囊内造成很大的过压。在这种情况下，在迄今所使用的泵的排液口以及泵自身内自动产生的这种过压，可能会达到非常高的压力值，从而导致一些严重的问题。例如，过压可能会对与泵相连的病人造成严重的损伤。过压还可能进一步升高，以致使从泵接到病人身上的排液管和/或形成泵自身部分的部件和/或在泵系统的不同部分之间的连接件产生破裂。因此，在已知的血液泵中有必要监测作用在泵的出液口一侧的压力并且在出现不允许的过压情况下干预泵的运行，以便避免出现严重的情况。当然，这种监测和控制系统也将是复杂的，它也会使泵的价格升高，而且其自身也构成了可能出现故障的另一个故障源。
本发明所涉及的这种类型流体泵的基本构造和原理在文献WO 87/03492(该文献所公开内容通过引用结合在本申请文件内)中作了描述。
由此可见，本发明涉及一种流体泵，尤其是用于与生物血液循环系统连接的流体泵。这种类型的流体泵包括一个在一端具有一个进液口而在另一端具有一个排液口的泵室。一个第一止回阀连接到进液口上，它只允许流体在流入泵室的方向上流过进液口;一个第二止回阀连接到排液口上，它只允许流体在流出泵室的方向上流过排液口。进液口和排液口在它们之间的泵室延伸方向上可彼此相对地运动，并且两者都连接到可控制的驱动装置上，以便两者在延伸方向上交替地产生相互朝着和相互背离的周期性运动，泵室内进液口和排液口之间的内腔容积可与在它们之间的延伸方向上的相对距离一致地变化。
就血液泵而论，这种泵可以很容易地构造成这样的形式，使其不会对泵送血液中的血细胞造成机械损伤。本发明还基于这样的发现，即在这种泵中，有可能自动地确保在泵的进液口或泵自身内不会产生负压和自动地确保在泵的排液口或泵自身内不会产生任何不允许的过压，而不需要任何特殊的监测和控制系统。
本发明的一个主要内容是，通过以这样一种机械方式为流体泵构造一种驱动装置来防止出现不允许的负压，即当排液口和进液口在泵室的充填冲程过程中沿着相互背离的方向运动时，在泵室的排液口和进液口之间施加的分离力不可以超过相当于周围压力(例如可能是大气压力或者，如果病人在压力室接受治疗时是压力室的环境压力)和泵室内部压力之间预定的最大许可压力差的数值。因此，避免了在泵室内部产生任何不受控制的超负压。
本发明的另一个内容是，通过以这样一种机械方式为血液泵构造一种驱动装置来防止出现不允许的过压，即当排液口和进液口在泵室的排放冲过程中沿着相互趋近的方向运动时，在进液口和排液口之间施加的收缩力不可以超过预定的最大值，该最大值相当于在泵室排液口一侧的预定的最大许可压力。
以下将参照附图对本发明进行详细的描述，附图是作为例子来描述本发明血液泵的某些最佳实施例，其中
图1示意性地示出了本发明的血液泵的实施例在泵室的充填冲程结束时的轴向截面;
图2示意性地示出了与图1对应但却是在泵室排放冲程结束时的轴向截面;
图3示出了本发明血液泵的另一实施例在泵室充填冲程结束时的轴向截面;
图4示出了与图3对应但却是在泵室排放冲程结束时的轴向截面;
图5示出了本发明血液泵的又一实施例在泵室充填冲程结束时的轴向截面;
图6示出了与图5对应但却是在泵室排放冲程结束时的轴向截面。
在图1和2中作为例子示意性地示出的本发明的泵包括一个具有一个进液口2和一个与进液口2相对设置的排液口3的泵室1。止回阀4、5分别与进液口2和排液口3连接。该两阀应安排成使进液阀4只允许流体流入泵室1内，使排液阀5只允许流体流入泵室1。在图示说明的实施例中，两个止回阀是示意性地示出，它们是由可动阀体组成的，该些阀体在其密封地贴压一个相关阀座的方向上受到一个闭合力的作用，因此，为了开启阀门就必须克服该闭合力。例如，作用在阀体上的闭合力可能是一弹簧力，或者，如果阀体的比重大于泵送的血液液流的比重，则是阀体的重量，或者，如在泵送的血液液流中的阀体的浮力图解说明的实施例中那样，是阀体由于其比重小于血液液流的比重的结果而具有的浮力，最后，或者是由分别在心脏的收缩(压缩)和舒张(松弛)过程中沿流动方向作用在阀上的血压导致的压力。
带有进液阀4的进液口2和带有排液阀5的排液口3可以在图1所示最分离的位置和图2所示最靠近的位置之间通过一个后面将详细描述的驱动装置彼此相对着作往复运动。在图解说明的实施例中，泵室1可以构造成一个大致为球形的泵囊，该泵囊具有柔韧但不可伸延的囊壁，它以这样一种方式构造，使得囊壁的一部分，在带有进液阀4的进液口2和带有排液阀5的排液口3在相互靠近方向上从图1所示它们之间的最大距离运动到图2所示它们之间的最小距离时，从图1所示状态套叠地叠合成图2所示的状态。这种状态可以，例如，使泵室1的底部具有与它的其部分相比壁厚薄些的囊壁或者使泵室的上部配置有一个支承环来实现。这样，泵室或者泵囊的内部容积就随进液口2和排液口3之间距离的变化相应地变化。
泵送作用一般以这样的方式产生，即当进液口2和排液口3借助下面将描述的驱动装置从图2所示位置相互背离运动到图1所示位置时，泵室1的容积增加，血液从连接在病人血液循环系统上的进液管8，通过此刻开启的进液阀4流入泵室1中。这就是泵室1相应的充填冲程;当进液口2和排液口3借助下面将描述的驱动装置在相互趋近方向上从图1所示位置运动到图2所示位置时，泵室1的容积减小，致使血液从泵室中压出，通过此刻开启的排液阀5流入与病人的血液循环系统连接的排液管9中，这就是泵室1相应的排放冲程。不言而喻，每单位时间的血液泵送量是由进液口2和排液口3之间相应的往复运动的频率和运动幅度确定的。
至于附图中示出的、用于本发明的流体泵中的驱动装置的例示性实施例，带有进液阀4的进液口2是装在一个环形支持器10内，该支持器则以一种未详细示出的合适方法固定式地安装。带有进液阀4的进液口2可以相对于支持器10沿轴向移动一段限定的距离，该距离的长短与在进液口2和排液口3之间所要求的最大相对运动的长度范围相当。此外，一个只是示意性示出并且其弹簧力最好是可调的弹簧装置11装在支持器10和带有进液阀4的进液口2之间。带有排液阀5的排液口3类似地装在一个环形支持器12内，它可相对于支持器12沿轴向运动一段距离，该距离的长短与在进液口2和排液口3之间所要求的最大相对运动的长度范围相当。支持器12可在泵室1的轴向移动并且与一个适合的驱动机构13相连接，该驱动机构仅仅是示意性地示出而没有作任何细节的描述，通过这个驱动机构，支持器12就可以由一个适合的驱动马达驱使着、按箭头14所示的方向、以要求的频率、作强制的往复运动，其运动距离相当于进液口2和排液口3之间要求的最大相对位移。
所描述的泵的驱动装置按下述方式工作当支持器12在泵室1的充填冲程过程中，由驱动机构13驱使强制地在向下的方向上，从图2所示位置移动到图1所示位置时，带有排液阀5的排液口3将会在其自身重量以及位于泵室1中血液的重量的影响下，正常地随支持器12向下移动。此总重量可以任选地由以下将会更加详细描述的附加限定的和预先确定的弹簧力加大，该总重量不可以超过进液阀4的必要开启压力太多。进液阀4会相应地开启，血液从进液管8流入泵室1中，使得泵室1的容积得到增加，而且带有排液阀5的排液口3会随支持器12向下运动。在这方面可以看出，泵室的充填压力(它必须大于进液阀必要的开启压力)可以通过改变泵室相对于病人的水平位置的方式进行调节。但是，应该认识到，当通过进液口8提供血液时，血液以这样的方式流入和充填泵室1只能达到一定的程度。如果通过进液管的血液供给太少，带有排液阀5的排液口3就不能随支持器12向下运动达到最大程度。如果通过进液管8的血液供给完全停止，带有排液阀5的排液口3将处在图2所示位置，而支持器12则由驱动机构13驱使向下运动。应该理解到，可能会在进液管8中出现的相对于环境(通常是大气)压力的负压决不可能超过相当于带有排液阀5的排液阀3的重量和存在于图2所示泵室1中的血液液量的重量的压力值。因此，泵不可能泵送多于通过进液管8输送的血液液量，而且，如果这一血液供给完全中断的话，有效的泵送作用也将自动中止，而没有必要借助驱动机构13去设法影响支持器12的驱动，并且不能允许在进液管8或泵室1中产生任何不能控制的相当大的负压。如果通过进液管8的血液供给完全中断的话，带有排液阀5的排液口3和泵室1将处在图2所示状态，而支持器12则可以借助驱动机构13作往复运动。
在进液口2和排液口3之间的相应的分离力，在所示实施例中是由带有排液阀5的排液口3的重量和泵室1内的血液的重量产生的，它自然也可以完全等价地借助作用在进液口2和排液口3之间的弹簧构件产生。这尤其适合于泵朝着另一方向，例如水平方向，而不是处在所示实施例中的方位的情况。当然，如果适合的话，也有可能用反向作用的弹簧完全或部分地平衡上述的重力。泵的这种实施例的例子示于图3至图6中，并且将进一步描述。
当支持器12在泵室1的排放冲程过程中，由驱动机构13从图1所示位置向上驱动到图2所示位置的时候，带有进液阀4的进液口2，由于弹簧11的经适当调节的偏压作用，所以通常处在静止状态，而泵室1的容积因此会从图1所示大小减小到图2所示大小，并且血液会从泵室1中压出，通过排液阀5流入排液管9。假如血液通过排液管9流动时受到的阻力很大，使得泵室1中的压力趋向于超过弹簧装置11的偏压的话，此弹簧装置将开始受压，因此，带有进液阀4的进液口2将会开始相对于固定的支持器10向上运动，所以，泵室1中的压力，以及由此在泵室的排放冲程过程中排液管9内存在的压力，决不可能超过相当于弹簧装置11的弹力的压力值。如果血液在排液管9中的流动完全填塞的话，带有进液阀4的进液口2会在带有排液阀5的排液口3受到驱动机构13驱动的同时，随着排液口3运动，借此，使有效的泵送作用完全停止，而没有必要借助驱动机构13影响支持器12的驱动作用，而且泵室中过压以及由此导致的排液管9的过压不会超过相当于弹簧装置11在最大压缩状态下的弹力的压力值。这样，弹簧装置11适合于以这样一种方式构造，即，使其在未受压状态下的偏压与通常在排液管9中存在的最高压力相当，而使其在最大压缩状态下的最大弹力与在排液管9中可以允许的最大过压相当。应当理解到，弹簧装置11可以这样的方式构造，使其偏压和其最大弹力两者以及那两个阀之间的特性参数，可以根据泵的使用情况，例如根据与泵相连的某个病人的循环系统化变化或设定。值行注意的是，弹簧11的图示位置只是例示性的，以便利于图示，而且，如果弹簧装置按另一种方式布置，例如布置在实际的驱动机构中，将可获得同样的功能。
现参见图3至图6，其中对应的部分依旧采用同样的标号表示。图3和图4示出了对应于图1和图2所示的、经过变更的泵，其变更之处在于增加了一个在支持器12和一个加接在泵室的伸出的排液口部分17上的支承件16之间起作用的弹簧装置15。支承件16最好是一个与排液口部分17螺接式啮合的螺母构件，以便允许该弹簧装置受到适当的加载。当支持器12以图4所示位置向下运动到图3所示位置时，带有排液阀5的排液口3通常将随支持器12向下运动。但是，假如，比如说由于流入进液口2的血液流量减少或出现堵塞而使泵室1内趋向于产生负压的话，弹簧装置15将会受压而排液口3则保持静止不动。因此，泵室内可能产生的最大负压就取决于弹簧装置15处的最大受压状态时，即当支持器12位于其最低位置时的弹力。此弹力可以通过调节螺母构件16的垂直位置给予适当的设定。
图5和图6示出了图3和图4中所示实施例的变异型，其中作用于泵室排液口部分的分离力完全与支持器12的运动无关。在此实施例中，弹簧装置18以其上端加接到泵室1的排液口部分3上，以其下端加接到一个环绕在伸出的排液口部分17的环形支承件19上，并且可以相对于排液口部分17自由地运动。支承件19本身则固装到一个与一个螺杆21螺接式地啮合的螺母构件20上，而该螺杆21可转动地装在一个固定的托架22中。通过转动螺杆21的螺头23对螺母构件20进行垂直调节，弹簧装置18就可受到所要求的加载。当支持器12从图6所示位置向下运动到图5所示位置时，弹簧装置18将会象图中受到调节那样，逐渐地收缩并在进液口2和排液口3之间施加一个受到限定的分离力。由此在泵室中所产生的最大负压将相当于最大的弹力，而泵室中要求的最大负压水平就可以通过调节支承件19的垂直位置来设定。不言面喻，如果需要的话，也可以对弹簧装置18进行调节，以便部分地或完全地平衡带有排液阀5的排液口3的重力和泵室1中具有的血液液量的重力。
了解了上面所述并在附图中示出的所有实施例后，就应当理解到，如果用于支持带有排液阀5的排液口3的支持器12是固定的，而用于支持带有进液阀4的进液口2的支持器10借助驱动机构13作强制的往复运动时，泵也将获得所述的功能。如果两个支持器10和12都是可动的，并且借助一个共同的驱动机构或者两个独立的驱动机构作往复运动时，也可以获得同样的功能形式，两个支持器运动距离之和相当于泵室1的进液口2和排液口3之间要求的最大相对位移。每个支持器的运动距离可能，例如，相当于进液口和排液口之间要求的最大位移的一半，在驱动装置的这种构造情况下，泵流流量多少不仅可以通过改变驱动频率和冲程长度来改变，而且可以通过改变两个支持器10、12的相对驱动相位来改变。当支持器10、12以反相位运动时，可以获得最大的泵流量，而当驱动支持器10、12相互同相位地运动时，有效的泵送将为零。
根据前述应当理解到，如果由于通过进液管8的血液供应受到阻塞或者通过排液管9流出的血液受到阻塞而使有效泵送作用以上面所述的方式处于基本上停止的状态，则尽管有效泵送已停止，但由于泵借助于驱动机构13而连续运转的结果，存在于泵室1中的血液和止回阀仍会处在某种运动状态中。这一点对防止出现血液凝聚是非常重要的。还应当理解到，本发明的泵还具有一个非常重要的优点，即当泵使用时，例如与外科手术配合使用时，任何时候都可以通过用镊子夹紧进液管8或排液管9的方式使有效泵送中断，然后通过撤去镊子而使泵送再次开始，而不用借助其驱动装置使泵的运行受到任何影响，并且不会有产生不允许的负压或不允许的过压的这种危险。
应当进一步理解到，两个止回阀没有必要分别旋转在紧接泵室的进液口和排液口处，而可以安放在距泵室一定距离处，例如分别设在进液管8和排液管9中。
值得注意的还有，在所讨论的这种类型的输血泵中，本发明主要是涉及泵的驱动装置的构造，它没有任何缺点，相反的具有可以与我们申请的名称为“带有柔韧泵室的流体泵”(Fluid pump with flexible pump chamber)并与本案同时提交的专利申请所公开的发明相结合的优点(该专利申请所公开内容通过引用结合在本申请文件内)。本申请的发明和与本申请同时提交的涉及一种具有可凹瘪泵室的泵的所述申请的发明，将以一种有利的方式结合，以便进一步确保在泵的进液口一侧或者在泵自身内不会产生不可接受的负压。
因此，在本发明的一个较优的实施例中，泵室至少是部分地由一种柔韧性材料制成的，这种泵室具有的构造可使其在由超过泵室的内部压力的环境压力引起的并且大于某一预定值的压差影响下(该预定值通常是与进液口连接的第一止回阀的开启压差)，可以一种可控的方式凹瘪一定的泵室容积，该容积至少相当于在进液口和排液口作相互背离运动时泵室内部容积的最大增量。
当然，本发明并非限制于上面特别描述的和在附图中示出的实施例，而是在由权利要求书定义的本发明概念范围内可以作出一些变化和变更。
权利要求
1.一种流体泵，尤其是用于与生物血液循环系统连接的流体泵，它包括一个在其一端具有一个进液口(2)而在其另一端具有一个排液口(3)的泵室(1)，一个连接到进液口上并且只允许流体在流入泵室方向上流过进液口(2)的第一止回阀(4)和一个连接到排液口(3)上并且只允许流体在流出泵室方向上流过排液口的第二止回阀(5)，进液口和排液口(2，3)在它们之间的泵室(1)的延伸方向上可彼此相对地运动并且两者都连接到可控制的驱动装置(10、11、12、13)上，以便两者在上述延伸方向上交替地产生相互朝着和相互背离的周期性运动，泵室(1)的进液口(2)和排液口(3)之间的内腔容积可与在它们之间的延伸方向上的相对距离一致地变化，其特征在于所述驱动装置具有这样一种机械构造，即当排液口(3)和进液口(2)在泵室(1)的充填冲程过程中沿着相互背离的方向运动时，在泵室(1)的排液口(3)和进液口(2)之间施加的分离力不可以超过相当于周围压力和泵室(1)的内部压力之间预定的最大许可压力差的数值，因此，避免了在泵室(1)内部产生任何不受控制的超负压。
2.如权利要求1所述的泵，其特征在于所述预定的最大许可压力差是这样选定的，即该压力不会导致大量气体从泵送的流体中逸出。
3.如权利要求1或2所述的泵，其特征在于所述驱动装置(10、11、12、13)还具有这样一种机械构造，即当排液口(3)和进液口(2)在泵室(1)的排液冲程过程中沿着相互趋近的方向运动时，在泵室(1)的进液口(2)和排液口(3)之间施加的收缩力不可以超过预定的最大值，该最大值相当于在泵室(1)的排液口一侧的预定的最大许可压力。
4.如权利要求1、2或3所述的泵，其特征在于泵室的进液口(2)和排液口(3)由一个相对的分离力作动，该分离力与驱动装置(10、11、12、13)的相对运动和运转无关。
5.如权利要求4所述的泵，其特征在于所述分离力是重力。
6.如权利要求4所述的泵，其特征在于所述分离力是或者包括弹簧力。
7.如权利要求6所述的泵，其特征在于所述弹簧力是由作用在泵室(1)的排液口部分(3)和泵的固定部分22之间的一个弹簧装置(18)产生的。
8.如权利要求7所述的泵，其特征在于所述弹簧力是可调的。
9.如权利要求1、2或3所述的泵，其特征在于在泵室的充填冲程过程中施加在泵室(1)的在进液口(2)和排液口(3)之间的分离力是由经一个中间的压力簧装置(15)作用在泵室的排液口部分(3、16、17)上的所述驱动装置(12)提供的，致使可能施加的最大分离力受限于上述弹簧装置的弹簧力。
10.如权利要求1至9中任一项所述的泵，其特征在于所述驱动装置包括两个可在泵室(1)的延伸方向上彼此相对地作强制的往复运动的驱动元件(10、12)，上述驱动元件移动的相对距离相当于在泵室的进液口(2)和排液口(3)之间要求的最大相对位移，所述两个驱动元件(10、12)以这样的方式分别与泵室的进液口(2)和排液口(3)连接，即进液口和排液口可分别相对于各自的驱动元件受限制地运动一段距离，该距离的长度相当于在进液口和排液口之间要求的最大相对距离;而弹簧装置(11)以这样一种方式安放，即如果在泵室的排放冲程过程中施加在泵室进液口(2)和排液口(3)之间的收缩力趋于超过预定的数值，所述弹簧装置即受到压缩，由此限制所述收缩力与所述弹簧装置(11)的弹簧力相当。
11.如权利要求10所述的泵，其特征在于所述弹簧装置(11)套装在所述驱动元件中的一个元件(10)和与泵室(1)连接的部分(2)之间的力的传递路径上。
12.如权利要求10或11所述的泵，其特征在于上述弹簧装置(11)是受到加载的。
13.如权利要求10、11或12所述的泵，其特征在于上述弹簧装置(11)的弹簧力是可调节的。
14.如权利要求10至13中任一项所述的泵，其特征在于压簧装置(15)安装在泵室(1)的排液口(3)和与所述排液口(3)连接的驱动元件(12)之间，所述弹簧装置的加载是任选的。
15.如权利要求14所述的泵，其特征在于上述弹簧装置(15)的弹簧力是可调节的。
16.如权利要求10至15中任一项所述的泵，其特征在于一个驱动元件(10)是固定的，而另一个驱动元件(12)可以作强制的往复运动，往复运动所通过的一段距离相当于泵室的进液口(2)和排液口(3)之间要求最大相对位移。
17.如权利要求10至15中任何一项所述的泵，其特征在于驱动元件(10、12)两者都是可动的并可作强制往复运动，两个驱动元件的运动距离之和相当于在泵室的进液口(2)和排液口(3)之间要求的最大相对位移。
全文摘要
一种流体泵，尤其是一种体外血液泵，包括一有与相应的止回阀连接的一进液口和排液口的泵室。两液口可彼此相对地运动且与驱动装置连接以交替产生彼此朝着和背离的周期运动，泵室容积可随两液口间的相对距离相应变化。驱动装置构造成当两液口在充填冲程中背离运动时两液口间加的分离力不可超过周围压力和泵内压力间预定最大许可压差，最好还构造成当两液口在排放冲程中趋近运动时两液口间加的收缩力不可超过排液口一侧预定最大许可压力。
文档编号A61M1/10GK1050250SQ90107818
公开日1991年3月27日 申请日期1990年9月15日 优先权日1989年9月15日
发明者埃林·洛夫斯约加德 申请人:法马西亚制药公司