专利名称：定量注液泵及其方法
技术领域：
本发明涉及注液泵，更特别涉及一种定量注液泵，一种用于注液泵的给药组件及一种用于对患者进行血管内注射时输送规定量药液的方法。
为了确保具有潜在危险性药物的准确用量，已存在制造更精密复杂泵送设备的趋势。虽然，目前在技术上已能够成功提高泵送精度，但是仍存在一些严重的缺陷。更重要的是，许多这些泵均依赖于非常精密和复杂的驱动设备和泵压头结构，因此增加了泵的复杂性和成本。例如，虽然已经花费了很大的努力来设计更精密的蠕动泵，这种泵依靠将一低成本Ⅳ管作为一次性泵腔，但是，力图增加精确性必然会大大导致泵结构的复杂化及成本的提高。利用一次性盒体作为泵压头的泵的生产者也会遇到要求降低制造成本，提高可靠性和采用精密盒体的问题。
本发明的目的在于克服上述一个或多个问题。
本发明的第一个方面提供了一种管内给药组件，其包括一轴向运动的往复式泵压头，该泵压头具有一泵压头入口和一泵压头出口。一输入管具有安装在泵压头入口的第一端及和适于与一贮液器相连的第二端。一输出管具有与泵压头出口相连的第一端及一适于与一患者血管液态相连的第二端。往复式泵压头的泵压头入口和泵压头出口最好沿泵压头轴向设置。给药组件可包括一与输入管第二端相连的贮液器，同时贮液器包括一注射器。在一最佳实施例中，轴向运动的往复式泵压头包括一可滑动容纳在液缸内的活塞，所述活塞在液缸内的排放位置和再装填位置之间移动，以使液流抽入泵压头入口，并从泵压头出口排出。一控制阀与液缸液态相连，以当活塞从排放位置移动至再装填位置时，促使液流仅从泵压头入口进入液缸，且当活塞从再装填位置移动至排放位置时，促使液流仅从泵压头出口排出。一连杆装配在活塞上，用于在排放位置和再装填位置之间移动活塞，连杆与一线性往复驱动装置接合。
本发明的第二方面提供了一种管内注液泵，其包括一轴向运动的往复式泵压头，该泵压头具有一泵压头入口和一泵压头出口。一壳体包括一容纳泵压头的泵压头接收器。一贮液器通过一输入管与泵入口液态相连。一输出管具有与泵压头出口液态相连的第一端及适于与一患者血管液态相连的第二端。一在壳体内的线性往复驱动装置可控制地与泵压头相连，以驱动泵压头。贮液器最好也设置在壳体内。在另一种最佳结构中，一控制器可控制地与往复线性驱动装置相连，用于控制泵压头的预定程序操作，而给出一理想的输出曲线。在另一最佳实施例中，轴向运动的往复式泵压头包括一可滑动容纳在液缸中的活塞，所述活塞可在液缸内的排放位置和再装填位置之间轴向运动，以将液体吸入泵压头入口并从泵压头出口排出液体。当活塞从排放位置移动至再装填位置时，一与液缸液态相连的控制阀使液流仅从泵压头入口进入液缸，且当活塞从再装填位置移动至排放位置时，使液流仅从泵压头出口排出。一装配至活塞的连杆在排放位置和再装填位置之间移动活塞。所述连杆与一线性往复驱动装置接合。线性往复驱动装置最好包括一具有一旋转驱动轴的电动机及一可控制地与驱动轴和轴向运动的往复式泵压头相连的线性转换器的旋转机构，用以驱动泵压头。线性转换器的旋转机构可包括一偏心固定于电动机驱动轴上的凸轮及一受偏压接触凸轮边缘的凸轮随动件。当凸轮转动时，与轴向运动的往复式泵压头相连的凸轮随动件作线性往复运动。一与电动机相连的编码器与控制器电耦合，以便能够精确监控泵的输出。
本发明的第三方面提供了一种对患者进行管内注射药液的方法，该方法包括设置一轴向运动的往复式泵压头，该泵压头具有一泵压头入口和一泵压头出口并设有输入管和输出管。输入管的第一端与泵压头入口液态相连，且输入管的第二端与一贮液器液态相连。输出管的第一端与泵压头出口液态相连，且第二端与患者的血管液态相连。往复线性驱动装置与泵压头可控制地相连且被操纵使液体从贮液器排放至患者血管，在该方法的一个最佳实施例中，轴向运动的往复式泵压头为包括一雾化器的鼻腔定量喷雾泵机构，且该方法还包括阻塞所述雾化器。
本发明的管内给药组件使用了一重量大大减轻的轴向运动的往复式泵压头，该泵压头多年来已在千万个手动往复式鼻腔定量喷雾泵中用于对患者鼻腔供给悬浮微粒药物。结果，可购得的泵压头成品数量实际上是极大的，因此可大大降低了成本。另外，在大量场合下，简单的泵压头机构已能保证其精度和可靠性。由于成本较低，因此给药组件易于采用一次性产品，从而进一步加强了卫生和安全性。泵压头所具有的极轻重量有助其与流动性注液泵一起使用。因为泵压头需要简单的线性动作来产生精确的输出，因此，大量线性往复式驱动装置适于与装有轴向运动的往复式泵压头的注液泵一起使用。使用了所述泵压头的注液泵能够提供大致连续的液体流或快速注射。并且，它还能够在整个大量的泵压头动作期间输送非常准确的流体量。
图1为用于说明本发明管内注液泵的示意图；图2为利用了一注射贮液器的本发明管内注液泵的一个实施例的透视图；图3为图2中管内注液泵的泵送机构和给药组件的透视图；图4为用于本发明的管内注液泵的典型轴向往复泵头的分解视图。
给药组件14包括一泵压头16，该泵压头通过一输入管20、由一贮液器18接收液体且经一输出管22将液体输送至与患者血管液态相连的一患者连接体24。患者连接体可以是本领域已知的针，导管或任意其它适合的装置。一排气过滤器26最好与输出管液态相连，以便在将液体导入至患者之前，排出任意可能已导入液体内的气泡。泵压头16最好包括一轴向运动的往复式泵压头，其带有一与输入管20液态相连的泵压头入口28和一与输出管22液态相连的泵压头出口30。如图1所示，泵压头入口28和出口30最好是同轴的。泵压头16最好包括一成品鼻腔定量喷雾泵机构，该机构已被改进来减活任何雾化器，以便空气不会经定量喷雾泵进入被泵送的液体。在Haber等人的美国专利NO.5，433，191中披露了这种鼻腔定量喷雾泵，整个文献可在本申请中结合使用。合适的鼻腔定量喷雾泵机构的其它例子包括德国Pfeiffer制造的装置，其包括型号no.10358BSK 5635(100μl)及型号no.6958.59002/600(50μl)。这些典型泵压头中的每一个均具有同轴的泵入口和出口，且被轴向往复驱动。
泵体12包括一用于封装泵中电子部件及驱动装置的壳体36。在壳体中设置一用于控制泵驱动装置工作的控制器38。控制器38最好包括具有选择功能的可编程微信息处理器和存储器，以便控制并监测泵送机构的工作且控制用于患者的药液的选择输送曲线。另外，如本领域技术人员所理解的那样，多种逻辑电路能够实现控制器的功能，不过与微信息处理器和配套的存储器一样，这些电路不具有重设程序的优点。
控制器38通过连接器40被连接至包括一编码器44的驱动装置42，编码器44本身通过连接器46连接至控制器。驱动装置可采用任意用于对泵压头16提供线性往复驱动的适合驱动装置。编码器44的功能在于对控制器38提供一表示驱动周期的信号，因此泵压头起动来监控泵的输出。驱动装置42最好为一电动机且编码器为一霍尔传感器。在这一实施例中，电动机的驱动轴48与线性转换器50的转动机构相耦合，线性转换器50本身通过联动装置52可控制地与轴向运动的往复泵压头16相连，联动装置52可采用凸轮从动件或类似装置。另外，驱动装置42可以是能够直接对泵压头16施加线性往复运动的电动螺线管或气动缸。泵体12最好也包括一接收器53，其用于容纳泵压头16和给药组件14的其它部件并保持给药组件14与下文所述的泵驱动设备和传感器可控制地相连。
泵体12还包括多个传感器。一位置传感器54通过连接器56与所述控制器相连，其用于对所述控制器发出说明泵压头16在接收器53内正确定位的信号。按程序设定所述控制器，以便如果未接收到信号，则会对使用者提供一适当的告警信号。
一出口压力传感器58通过连接器60与所述控制器相连。所述出口压力传感器可控制地与给药组件14的输出管22相连，用于检测在输出管22内部、表示下游堵塞的压力增量。一入口压力传感器162通过连接器64被连接至所述控制器且可控制地与输入管20相连，以便探测在输入管20中表示缺少泵压头16上游流体的压力减少量，其可能在贮液器18排空时产生。控制器38通过连接器66被连接至电源68。电源68可以采用电池或一包括合适交/直流转换器的标准交流输出端的接线。设置与电源相连的另一传感器来探测电源状态。所有传感器均经它们各自的连线将信号提供至控制器38。正确设定控制器38的程序以接收并处理其接收的传感器信号。正确的影像或告警信号通过以连线72连接至所述控制器的显示器70被输送至使用者。除了显示告警信号以外，所述显示器还将有用信息，如泵的速率，泵送量，输送曲线等输送至泵的使用者。所述显示器可采用传统的液晶点阵显示器。用户输入端74通过连线76与所述控制器耦合。使用者通过所述输入端控制泵的操作。控制器38响应各种输入信号，从而控制泵送机构。
注液泵10可以被设计为一次性的，同时给药组件14被永久密封在壳体36内部。显然，这一实施例无需使用位置传感器54。另一方面，泵体是可以重复使用的，而给药组件14则是一次性的。
本发明中管内注液泵的注射器泵80的例子如图2所示。注射器泵80具有一刚性壳体82，该壳体包括有一封闭泵机械部分和电子部分的外壳84。在外壳84的盖90中设有一如传统液晶点阵显示器这样的显示器86及多个输入端88。所述壳体还限定了一用于容纳给药组件14的细长形接收器92。在这一实施例中，给药组件14包括一通过输入管96连接至一实际往复式泵压头98的注射器94及一被连接至泵压头98中泵压头出口的输出管100。
注射器94可采用本领域熟知的传统结构。注射器94还包括一液缸102，其具有一用于容纳柱塞106的开式远端104。液缸102的近端限定了用于液缸102中所含的液体的出口108。如本领域技术人员易于理解的那样，通过抽出柱塞106可将液体经出口108吸入所述液缸，或通过插入活塞可排出所述液体。
图3更详细地示出了注射器下游的给药组件14以及泵机构。轴向往复式泵压头98包括同轴设置的泵压头入口110和泵压头出口112，输入管96被连接至泵压头入口110，输出管100被连接至泵压头出口112。在图3的分解图中所示的轴向往复式泵压头98包括一限定了泵腔和一活塞116(参见图3)的液缸114，所述活塞在液缸114内的最小泵腔容积量的排放位置和最大泵容积量的再装填位置之间往复滑动。活塞116由连杆118驱动，连杆118还限定了泵压头的出口112。所述连杆还包括一推压盘120，如下文更详细说明的那样，用于促进连杆的动作。如图4所示，推压盘120为与连杆118分离的独立元件。
所述给药组件通过一固定块126与泵的驱动装置可控制地相连。固定块126限定了一支架128，其用于容纳轴向往复式泵压头98的液缸114。在限定于固定块126中的槽130内设有一推动捕捉板适配器(pushcapture plate adapter)124。一凸轮随动件132卡设在固定块126的凹口134内部，且可沿箭头136所示方向、由一偏心置于电动机142的轴140的凸轮138往复线性驱动。从图3中可明显得知，当轴140转动时，通过凸轮随动件与凸轮138边缘啮合，凸轮随动件132沿轴向运动的泵压头98轴线作线性往复运动。可利用一未示出的弹簧偏压凸轮随动件与一凸轮接触。凸轮随动件132的远端限定一个槽144，其容纳了给药组件的连杆118并反作用于推压盘120以轴向驱动泵压头98。
输出管100最好是一标准静脉注射(Ⅳ)管，该管通常采用聚氯乙烯(PVC)。输出管100可包括一硅酮部分122，其通过捕捉板/适配器124连接至输出管100的主体。PVC Ⅳ管(或硅酮部分122)安装在一起到上述图1所示的出口压力传感器58作用的压力检测电阻144之间。压力检测电阻探测与由下游阻塞造成的压力增量相关的管膨胀，并在超过选定压力时，对控制器发出信号。
图3为一典型的轴向运动的往复式泵压头98。泵压头98包括一内部设有活塞116的液缸114。特别是，球体146容纳在液缸114中且抵靠在液缸114中直径减小的部分148。随后，将弹簧150设置在液缸内，且抵靠在液缸内、邻接直径减小部分148的凸缘(未示出)。接着，杆152沿轴向被插入液缸内且衔接弹簧150的远端。与连杆118一样，活塞116设置在弹簧150上。连杆118内的小孔154限定了将液体输送至泵压头出口112的导管，盖156与液体114上的凸缘158接合，以使轴向往复运动的泵压头98上的各部件保持在它们的装配位置。推压盘120在端接泵压头出口118的孔159中容纳了连杆118的远端。借助推压盘120轴向将连杆118压入使活塞116运动至排放位置，泵压头经液缸泵送液体。通过减小连杆118上的轴向力，弹簧150偏压活塞116至再装填位置。当迫使活塞从排放位置朝装填位置运动时，球体146在直径缩小部分148处封闭了泵出口110。因此，在液缸内的液体由泵出口排出。当弹簧偏压活塞至装填位置时，球体146上的封闭压力减弱且流体流入泵入口110。通过一单向止回阀(未示出)可防止液体流入连杆118的泵出口112。
泵压头排出行程可为具有一系列步进部分的全排放行程，以提供较小量的快速给药(bolus dosage)或可采用具有快速返回功能的连续全排放行程以提供大致连续的液体流。如本领域技术人员所理解的那样，可将凸轮形状设计为能允许泵压头机构中的弹簧大体瞬时将泵柱塞从排放位置移至再装填位置，从而开始泵送行程的另一排放部分。
虽然未示出，可采用一标准Ⅳ袋代替注射器94。显然，这要求对刚性外壳82进行改进。另一方面，液体的供给源可远离泵的外壳，并经与一远程贮液器相连的输入管96供给至给药组件14。
本发明的注液泵和给药组件使用了一种标准化泵压头，通过大量用作鼻腔定量，这种泵压头泵压头已证明是精确且非常可靠的。结果，在不有损于精确性或可靠性的情况下，使给药组件的成本降至最低。泵压头的简单线性动作可通过多种不同形式的往复线性驱动装置，包括非常简单、价廉且高可靠性的机构控制。给药组件可采用一种泵组件，其包括一能够以不同输送曲线进行注射的预定程序微信息处理器。
权利要求
1．一种管内给药组件，其包括一轴向运动的往复式泵压头，其具有一泵压头入口和一泵压头出口；一具有第一和第二端的输入管，所述第一端与所述泵压头入口液态相连，所述第二端适于与一贮液器液态相连；及一具有第一和第二端的输出管，所述第一端与所述泵压头出口液态相连，所述第二端适于与一患者的血管液态相连。
2．根据权利要求1所述的管内给药组件，其特征在于所述轴向运动的往复式泵压头包括一可滑动地容纳在一液缸中的活塞，所述活塞可在液缸内的排放位置和再装填位置之间轴向运动，以将液体吸入所述泵压头入口并从所述泵压头出口排出液体。
3．根据权利要求2所述的管内给药组件，其特征在于所述轴向运动的往复式泵压头还包括一与所述液缸液态相连的控制阀，用以当所述活塞从排放位置移动至再装填位置时，使液流仅从所述泵压头入口进入所述液缸，且当所述活塞从再装填位置移动至排放位置时，使液流仅从所述泵压头出口排出。
4．根据权利要求2所述的管内给药组件，其特征在于所述轴向运动的往复式泵压头还包括一装配至所述活塞的连杆，用于在排放位置和再装填位置之间移动所述活塞，所述连杆与一线性往复驱动装置接合。
5．根据权利要求1所述的管内给药组件，其特征在于其还包括一与所述输入管中第二端液态相连的贮液器，所述贮液器包括一具有液缸的注射器，所述液缸具有一开式第一端和一限定了液体出口的第二端，及可滑动地容纳在所述开式第一端的活塞，所述输入管的第二端与所述液缸的液体出口相连。
6．根据权利要求1所述的管内给药组件，其特征在于所述往复泵压头的泵压头入口和泵压头出口沿所述泵压头轴向设置。
7．一种管内注液泵，其包括一轴向运动的往复式泵压头，其具有一泵压头入口和一泵压头出口；一壳体，其具有容纳所述泵压头的泵压头接收器；一贮液器；一具有第一和第二端的输入管，所述第一端与所述泵压头入口液态相连，所述第二端与一贮液器液态相连；一具有第一和第二端的输出管，所述第一端与所述泵压头出口液态相连，所述第二端适于与一患者的血管液态相连；及一线性往复驱动装置，其在所述壳体内与泵压头可控制地相连。
8．根据权利要求7所述的管内注液泵，其特征在于所述贮液器安装在所述壳体内部。
9．根据权利要求7所述的管内注液泵，其特征在于所述贮液器包括一具有液缸的注射器，所述液缸具有一开式第一端和一限定了液体出口的第二端，以及可滑动地容纳在所述开式第一端的活塞，所述输入管的第二端与所述液缸的液体出口相连。
10．根据权利要求7所述的管内注液泵，其特征在于所述贮液器包括一Ⅳ袋。
11．根据权利要求7所述的管内注液泵，其特征在于所述轴向运动的往复式泵压头包括一可滑动容纳在一液缸中的活塞，所述活塞可在液缸内的排放位置和再装填位置之间轴向运动，以将液体吸入所述泵入口并从所述泵排出液体；及一与所述液缸液态相连的控制阀，用以当所述活塞从排放位置移动至再装填位置时，使液流仅从所述泵压头入口进入液缸，且当所述活塞从再装填位置移动至排放位置时，使液流仅从所述泵压头出口排出，及一装配至所述活塞的连杆，用于在所述排放位置和装填位置之间移动所述活塞，所述连杆与所述线性往复驱动装置接合。
12．根据权利要求7所述的管内注液泵，其特征在于所述线性往复驱动装置包括一具有一旋转驱动轴的电动机及线性转换器的旋转机构，其可控制地与所述驱动轴和轴向运动的往复式泵压头相连，以便控制所述泵压头。
13．根据权利要求12所述的管内注液泵，其特征在于所述线性转换器的旋转机构包括一具有边缘的凸轮，所述凸轮偏心固定于所述驱动轴上，及一凸轮随动件，其可控制地与所述凸轮边缘接合并被偏压接触所述凸轮边缘，因此，当所述凸轮转动时，所述凸轮随动件可线性往复运动，所述凸轮随动件与轴向运动的往复式泵压头相连接以便驱动所述泵压头。
14．根据权利要求7所述的管内注液泵，其还包括可控制地与所述往复线性驱动装置相连的控制器，用以控制所述泵压头的预定程序操作。
15．根据权利要求14所述的管内注液泵，其还包括一可控制地与所述输出管相连并与所述控制器耦合连接的压力传感器，用以探测下游阻塞。
16．根据权利要求14所述的管内注液泵，其还包括一可控制地与所述线性驱动装置相连并与所述控制器耦合连接的编码器，用以对所述控制器发出表示泵输出量的信号。
17．一种对患者进行管内注射药液的方法，其包括；设置一轴向运动的往复式泵压头，该泵压头具有一泵压头入口和一泵压头出口；设置一输入管和一输出管，所述输入管和输出管均具有第一和第二端；使所述输入管的第一端与所述泵压头入口液态相连，且所述输入管的第二端与一贮液器液态相连；使所述输出管的第一端与所述泵压头出口液态相连，且其第二端与一患者的血管液态相连；使一往复线性驱动装置与所述泵压头可控制地相连；以及驱动所述往复线性驱动装置。
18．根据权利要求17所述的方法，其还包括设置一可控制地与所述往复线性驱动装置相连的编码器，以便根据上述每次往复操作产生一信号；设置一与所述编码器相连的控制器，用以接收对于所述往复线性驱动装置的信号；及设定所述控制器的程序，用以控制所述线性驱动装置的动作速率并根据从所述编码器接受的信号来计算泵压头的输出量。
19．根据权利要求17所述的方法，其特征在于所述轴向运动的往复式泵压头包括一鼻腔定量喷雾泵机构，该机构包括一雾化器，所述方法还包括阻塞雾化器。
20．根据权利要求17所述的方法，其还包括设置一作为贮液器的注射器，所述注射器为一液缸，其具有一开式第一端和一限定了液体出口的第二端，以及容纳在所述开式第一端的柱塞；使所述输入管的第二端与所述注射器液缸的液体出口相连；通过驱动所述往复线性驱动装置，在所述注射器的液体出口产生负压力，以便从所述注射器中抽出液体。
全文摘要
一种管内给药组件(14)包括一轴向运动的往复式泵压头(98),其具有一泵压头入口(110)和泵压头出口(112)。输入管(96)具有安装在泵压头入口(110)的第一端和适于与一贮液器相连的第二端。一输出管(100)具有与泵压头出口(112)相连的第一端及适于与患者血管液态相连的第二端。轴向运动的往复式泵压头(98)的泵压头入口(110)和泵压头出口(118)沿泵压头(98)轴向设置。管内注液泵(80)装配有给药组件(14)且包括一可控制地与泵压头(98)相连的线性往复驱动装置。贮液器可采用注射器(94),通过在注射器出口(108)处产生负压力从注射器泵送液体。一种液体管内注射的方法使用了给药组件(14)和线性往复驱动装置(132)。
文档编号A61M5/142GK1295486SQ99804498
公开日2001年5月16日 申请日期1999年12月3日 优先权日1999年2月1日
发明者史蒂芬·O·罗斯 申请人:巴克斯特国际公司