包括角度可变的压力辊的蠕动泵的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种在用于体外血液治疗的设备中传送流体的方法，其中流体借助蠕动泵从低压侧传送至高压侧，布置在低压侧与高压侧之间的可弹性形变的流体线路在支撑表面与转子之间变形，转子与支撑表面面对面旋转并且具有至少两个压紧元件，其中压紧元件在转子的旋转期间相对彼此成角度地定位，以便引起预压。此外，本发明涉及一种透析机，透析机包括将流体从低压侧传送至高压侧的蠕动泵，其中蠕动泵被布置成接收低压侧与高压侧之间的可弹性形变的流体线路，并且包括支撑流体线路的支撑表面、以及转子，转子包括至少两个压紧元件，每个压紧元件使得在其本身与支撑表面之间的流体线路变形，其中压紧元件被形成为在旋转方向上相对彼此成角度地定位。
【专利说明】
包括角度可变的压力辊的蠕动泵
技术领域
[0001]本发明涉及一种在用于体外血液治疗的设备中、尤其是在透析机中传送流体、尤其是血液的方法，其中流体是借助蠕动栗从低压侧传送至高压侧，并且布置在低压侧与高压侧之间的可弹性形变的流体线路在支撑表面与转子之间变形、尤其是压紧，所述转子与所述支撑表面面对面地旋转并且具有至少两个压紧元件。此外，本发明涉及一种透析机，所述透析机包括将流体从低压侧传送至高压侧的蠕动栗，所述蠕动栗包括在低压侧与高压侧之间可弹性变形的流体线路、支撑流体线路的支撑表面、以及转子，其中转子包括至少两个压紧元件、尤其是挤压压紧元件，每个压紧元件使得在其本身与支撑表面之间的流体线路变形。
【背景技术】
[0002]这种类型的方法和透析机区别于现有技术。这种系统的蠕动栗意图通过使得可弹性形变的流体线路变形并压紧可弹性形变的流体线路来传送限定体积的媒介(诸如血液或透析液)。用于传送血液的蠕动栗通常从负压侧(低压侧)传送至正压侧(高压侧)。在用于体外血液治疗的医疗设备中的已知系统通常是由转子、栗壳以及管路组成，管路布置在转子与栗壳之间并将处于平稳、即恒定压力的限定体积从低压侧传送至高压侧。在包括两个压紧元件的蠕动栗的情况下，两个压紧元件相对彼此稳定地以180°的定位或相应地以180°的固定角度布置。
[0003]不幸常出现于已知透析机和方法的缺点是:在所传送的流体体积的栗送操作期间，在高压侧上发生可能发生不期望的脉动。这种不利效应将归因于如下事实:在低压侧上，弹性流体线路的体积区段被压紧，并且其中所封闭的流体体积通过转子旋转以及由此所引起的流体线路的压紧位置的位移在高压侧的方向上进行传送。当压紧传送体积区段时，其中所封闭的体积处于低压侧压力下。传送体积区段在所述压力下被传送至其中存在高压的高压侧。如果在传送操作范围内，传送体积区段由于高压侧与传送体积区段之间的压差而朝高压侧打开，那么就发生从高压侧至传送体积区段中的流体流动，直到提供压力补偿。因此，高压侧压力暂时下降并且在高压侧上发生脉动。
[0004]已知方法和透析机中的另一有害效应在于如下事实:在传送作为流体的血液的情况下，在先前所描述的压力补偿期间，血液被挤压通过传送体积区段与高压侧之间的打开瓶颈。通常，发生血细胞的部分破坏，这通常被称为溶血。
【发明内容】
[0005]基于先前所描述的现有技术，本发明的潜在目标将是消除先前所列出的缺点，尤其是将最小化先前所描述的负脉动效应。
[0006]这个目标通过权利要求1所述的特征达成。
[0007]根据本发明，这个目标通过一种在用于体外血液治疗的设备中传送流体的方法达成，其中流体是借助蠕动栗从低压侧传送至高压侧，其中布置在低压侧与高压侧之间的可弹性形变的流体线路在支撑表面与转子之间变形，转子与支撑表面面对面地旋转并且具有至少两个压紧元件(或压力辊)，在所述方法中，压紧元件在转子旋转期间相对彼此成角度地定位，以便引起预压。此外，所述目标通过一种透析机达成，所述透析机包括将流体从低压侧传送至高压侧的蠕动栗，所述蠕动栗包括在低压侧与高压侧之间可弹性形变的流体线路、支撑流体线路的支撑表面、以及转子，其中转子包括至少两个压紧元件，每个压紧元件使得在其本身与运行表面之间的流体线路变形，其中压紧元件被形成为在旋转方向上相对彼此成角度地定位。
[0008]根据本发明，从低压侧传送至高压侧的流体体积区段的预压是在传送期间执行。转子以及支撑弹性流体线路的支撑表面被配置并适配成彼此适合，使得传送路径形成在转子与支撑表面之间。在传送路径区域中，流体线路在支撑表面与压紧元件之间横向于所述流体线路的横截面而变形，尤其压紧或以液密方式压紧。前导压紧元件在拖尾压紧元件已经进入传送路径前不会离开传送路径。换句话说，进入传送路径与离开传送路径之间的角度大于前导压紧元件与拖尾压紧元件之间的角度。因此，根据本发明，始终存在相应的时间周期和传送路径区段，在这样的时间周期和传送路径区段中，前导压紧元件与拖尾压紧元件之间传送的流体体积封闭在前导压紧元件与拖尾压紧元件之间。根据本发明，这个时间周期和相应的这个传送路径区段用来预压所传送的流体体积，以最小化并优选地消除高压侧上的压力的变化。换句话说，通过几何相关性，从负压侧取得的体积被压缩，直到所述体积在正压侧上放出，并因此最小化脉动。
[0009]根据本发明，转子包括至少两个压紧元件。这是形成限定、尤其是密封的传送路径所需要的最小可能数目的压紧元件。当转子包括多于两个压紧元件、尤其是三个或四个时，其也在本发明的范围内。在预压区域外压紧元件相对彼此的角位置、即相邻压紧元件之间形成的角度优选地在两个压紧元件的情况下等于180°，在三个压紧元件的情况下等于120°，并且在四个压紧元件的情况下等于90°。流体线路的传送路径的长度在所有情况下较大。
[0010]通过减小相邻压紧元件的角距离、即前导压紧元件与拖尾于所述前导压紧元件的压紧元件之间的角度执行预压，只要两个压紧元件提供于传送路径区段中并且因此传送路径区段通过两个压紧元件在两侧上闭合即可。相应压紧元件的距离的减小导致传送路径区段的体积的减小。由于在前导压紧元件离开传送路径区段前，流体都不会因传送路径区段借助压紧元件的密封而逸出，因此造成压力增加。相应压紧元件的距离的减小经选择以使得传送路径区段与高压侧之间压差降低并优选地平衡。
[0011 ]压紧元件可以直接形成在转子处，尤其是与转子整体形成。作为替代方案，这些压紧元件可布置于转子臂上。这些优选地配置成在圆周方向上面对面地枢转转子，使得可以经由在圆周方向上枢转达成预压。压紧元件可尤其呈以下形式:以节约材料的方式滚离流体线路的压紧辊或压力辊，或者在流体线路上滑动地移动的滑瓦。
[0012]本发明尤其适合于达成以下优点:
[0013]-减少并且(相应)防止血液破坏性的溶血的，因为由于压差而减少或防止从高压区域至传送路径中的流体逆流，
[0014]-由于先前所描述的预压在低压侧与高压侧之间进行压力补偿，
[0015]-减少或甚至是防止在栗送操作期间的脉动。
[0016]本发明的实施方式优点在从属权利要求中要求保护并将在下文中详细解释。
[0017]在一个实施方式中，提供于传送路径区段中的流体体积通过在前导压紧元件方向上预设拖尾压紧元件来压缩。因此，封闭在两个压紧元件之间的体积减少并且提供于所述体积中的流体被预压。换句话说，在封闭将传送的流体体积后，拖尾压紧元件在特定时间周期内围绕转子轴比前导压紧元件更快速地旋转，直到到达期望预压。
[0018]在一个不同替代实施方式中，可以假定，在拖尾压紧元件方向上重设前导压紧元件。因此，封闭在两个压紧元件之间的体积同样减少，并且提供于所述体积中的流体被预压。换句话说，在封闭将传送的流体体积后，前导压紧元件在特定的时间周期或停止周期内(短时间内)围绕转子轴比拖尾压紧元件更缓慢地旋转，直到到达期望预压。另外，两个先前提到的实施方式的组合在本发明的范围内。
[0019]根据本发明的一个实施方式，感测低压侧上的压力和高压侧上的压力，并且形成压差。随后，可以根据所述压差执行压紧元件相对彼此的角定位。这样的压力感测有利地为简单的，因为高压侧和低压侧上的压力可因适当的可达性而容易地测量。
[0020]在本发明的另一实施方式中，感测高压侧压力和所传送的流体体积中的压力，并且由此形成压差。压紧元件根据所述压差相对彼此成角度地定位。在这个实施方式中，尤其有利的是，借助检测传送路径区段中的压力，就能够以特殊的准确度执行预压以及因此压力补偿。
[0021]在另一实施方式中，可以检测高压侧压力模式，并且压紧元件可以根据高压侧压力模式相对彼此成角度地定位。在这种情况下，有利的是，必须仅在系统中的一个点处执行压力感测，因此允许系统以尤其简单且稳健的方式来设计。
[0022]为了以先前所描述的方式中的任一方式进行的压力感测，所述透析机可以进一步包括用于确定入口侧压力的压力计和/或用于确定出口侧压力的压力计和/或用于确定栗段中的、即形成于流体线路中的传送路径中的压力的压力计。
[0023]在本发明的模式中，从传送路径离开的压紧元件在离开传送路径区段后可相对于前导压紧元件而转移至中间位置。以此方式，实现对预压的分别尤其容易的控制和设定。
[0024]尤其有利的是，当压紧元件与曲线致动器、尤其是曲线或凸轮盘或者是曲线或凸轮轴相互作用时，压紧元件相对彼此的角位置可借助曲线致动器进行调整。预压可以通过改变曲线几何形状以非常简单且可再现的方式调整。可替代地，每个压紧元件可以借助驱动单元、尤其是借助步进电机被驱动。这提供使得预压的设定和变化尤其容易控制的优点。
[0025]换句话说，本发明涉及一种压力补偿转子，所述压力补偿转子为蠕动(管)卷盘栗、尤其是用于医学工程的蠕动栗的部分，所述蠕动栗的预期用途是用在体外血液治疗中。所述转子连同抵靠栗壳的圆柱形运行表面插入环路中的传输系统的栗段的弹性材料性质一起实现确保血液输送至透析器的栗功能。也可以说，本发明达成了潜在目标，因为转子在一转(360°)内使得压紧元件相对于彼此的位置变化了若干次。这意味者在具有两个压紧元件的转子的情况下，例如，压紧元件在占用负压侧上的体积时采用180°的相对位置。在体积通过第二压紧元件封闭时，压紧元件相对于彼此的位置就变化成小于180°。以此方式，封闭在流体线路的传送区段中的体积的压力增加。理想地，压力增加被解释成使得所封闭的区段中的压力优选地接近于栗输出侧上的压力。在正压侧上放出体积后，压紧元件相对于彼此的位置可再次变化成180°。压紧元件的位置的这些循环变化可例如通过几何地限定的轮廓(例如，曲线盘或凸轮几何形状)传递至例如分开并可旋转地支撑的转子。
[0026]尤其在本发明的范围内的是，转子包括各自支撑一个压紧元件的两个臂。压紧元件可以例如通过步进电机来尤其单独地驱动，使得能够自由控制所述压紧元件相对于彼此的位置。当测量输入侧和输出侧压力时，如目前普遍的，使第二辊的超前角可根据压差来调整是有利的。目标在于最小化或甚至消灭脉动。此外，可借助压力传感器在输出侧上建立脉动，并且可将超前角调节至最小脉动。在此操作点上，随后发生最小溶血。
[0027]本发明的另一方面涉及一种用于透析机的控制构件，所述透析机包括将流体从低压侧传送至高压侧的蠕动栗，所述蠕动栗包括在低压侧与高压侧之间可弹性形变的流体线路、支撑流体线路的支撑表面、以及转子，其中转子包括至少两个压紧元件，每个压紧元件使其本身与支撑表面之间的流体线路变形，其中每个压紧元件借助驱动单元、尤其是借助步进电机被驱动，并且其中透析机包括用于确定入口侧压力的压力计和/或用于确定出口侧压力的压力计和/或用于确定流体线路中的压力的压力计。根据本发明，控制构件控制至少一个驱动单元以便引起预压，使得相对角度基于所确定的入口侧压力和/或所确定的出口侧压力和/或所确定的流体线路中的压力在压紧元件之间、在旋转方向上变化并尤其是减小。
【附图说明】
[0028]在下文中，将会借助附图中示出的示例性非限制实施方式来详细说明本发明，在附图中
[0029]图1示出在示例性实施方式中的用于体外血液治疗的设备的断流器的示意图，
[0030]图2示出根据本发明的控制路径的示例性示意图，
[0031]图3为根据本发明的蠕动栗在第一操作时间上处于第一状态时的示意性俯视图，
[0032]图4为图3的蠕动栗在第二操作时间上处于第一状态后的第二状态时的示意性俯视图，
[0033]图5为图3的蠕动栗在第三操作时间上处于第二状态后的第三状态时的示意性俯视图，以及
[0034]图6为图3的蠕动栗在第四操作时间上处于第三状态后的第四状态时的示意性俯视图。
【具体实施方式】
[0035]图1例示根据本发明的用于体外血液治疗的设备的断流器。在此，实质上示出了设备的整个体外血液路线。所述整个体外血液路线包括动脉血液线路I，血液借助所述动脉血液线路从患者(未示出)引导至治疗设备的蠕动栗2。在蠕动栗2的上游，提供动脉压传感器3，通过所述动脉压传感器，测量蠕动栗2上游压力，即低压侧压力。在蠕动栗2的高压侧，高压血液线路4导致动脉空气阱5。直接在蠕动栗2的出口处，可借助馈送线路6和栗7向提供于系统中的血液添加添加剂，例如，用于血液稀释的肝素。
[0036]从动脉空气阱5，线路8引导在高压下但未提供至透析器9的血液。在输入侧，透析液经由透析液馈送线路10供应至透析器。在透析器9中，血液借助透析液以已知的方式来治疗，例如净化。用过的透析液通过透析液排放口 11来从透析器9移除，并供应来进行适当处理或再循环(未示出)。治疗过的血液通过血液排放口 12从透析器9引导至静脉空气阱13，并且通过静脉空气阱的空气沉淀。在静脉空气阱13处，提供静脉压传感器15，通过所述静脉压传感器来感测静脉压，即高压侧压力。治疗过的血液通过静脉血线路16从静脉空气阱13引导回患者。图1还示出了用于监测和控制设备的单元17。
[0037]监测单元17尤其用于实施图2中示出的控制回路。将控制的可变PA为血液栗2的输出端处的设定压力，因此即为高压血液线路4中的压力。借助控制器18，步进电机19的致动变量y(t)受到影响并且作为ys(t)被引入至控制路径20。在控制回路上，扰动变量21正起作用，例如呈设备线路的变化的温度或缓慢进行的老化的形式。从控制路径，实际变量pl、即血液栗2的输出端处的实际压力产生。所述实际压力是由压力传感器15感测并且通过返回线路22而再次引入至控制路径。应当注意，可以直接在蠕动栗2的下游提供压力传感器15或不同于图1中例示的另外的压力传感器。
[0038]图3至图6示出蠕动栗2，所述蠕动栗包括在根据本发明的方法期间在不同的时间点处断流器中的动脉血液线路I和高压血液线路4。蠕动栗2包括转子23，所述转子包括第一转子臂24和第二转子臂25。转子臂24、25围绕公共转子轴26旋转。第一转子臂24在其背对转子轴26那侧支撑呈第一压紧辊27形式的第一压紧元件27。第二转子臂25在其背对转子轴26那侧支撑呈第二压紧辊28形式的第二压紧元件28。此外，蠕动栗2包括血液栗壳29，所述血液栗壳以已知方式来形成支撑表面30 ο在血液栗壳29中，布置流体线路31，使得所述流体线路在支撑表面30与压紧元件27、28之间变形。所述流体线路尤其以其横截面被部分挤压(即，变窄)方式弹性变形，并尤其以实质上液密的方式完全压紧(即，闭合)。
[0039]流体线路31在其入口32那侧被连接至动脉血液线路I，并且在其出口33那侧被连接至高压血液线路4。流体线路31布置于入口区段34与出口区段35之间呈节圆形式的分区中。入口区段34从流体线路31的其中压紧元件27、28在转子23旋转时接触的区延伸至流体线路31的其中流体线路31的横截面通过压紧元件27、28的变形完成的区。相反，出口区段35从流体线路31的其中流体线路31的横截面通过压紧元件27、28的变形完全提供的区延伸至流体线路31的其中压紧元件27、28在转子旋转时与流体线路失去接触的区。在入口区段34与出口区段35之间，流体线路31形成传送路径区段36。在图3中，传送路径区段36、入口区段34和出口区段35针对它们在围绕转子轴26的相应的角区域上的延伸而被标记。
[0040]图3示出在排出压缩传送体积之前不久的蠕动栗2。在下文中，将连同图6中示出的状态一起来详细说明这种状态。
[0041]图4示出在压紧元件28刚进入入口部分34中并且开始压缩流体线路31且使所述流体线路的横截面变窄的操作时间时的蠕动栗2。压紧元件27提供于传送路径区段36的区中，并且压紧流体线路31，使得所述流体线路的横截面在压紧元件27的接合位置处实质上完全的闭合。在这个配置中，压紧元件27形成前导压紧元件，而压紧元件28为拖尾压紧元件。在这个状态中插入图4中的转子臂24、25之间(及因此压紧元件27、28之间)的角度α等于180°，并且压紧元件27、28处于相对于彼此的所谓的中间位置中。
[0042]稍后的时间点示出于图5中。转子23已经继续在所指示的旋转方向D上旋转。在所示的时间点处，前导压紧元件27正好位于传送路径36的流出区段35的开始部分，并且在其接合点处以液密方式来继续闭合流体线路31的横截面。拖尾压紧元件28已进一步穿透传送路径区段36，并且现在同样在接合点处以液密方式来闭合流体线路31的横截面。在前导压紧元件27与拖尾压紧元件28之间，形成通过压紧元件27、28的接合在两侧上密封的流体体积或流体传送体积。
[0043]从图4和图5的比较显而易见的是，在从图4中示出的状态旋转至图5中示出的状态期间，在两个压紧元件之间的角度已减少至量α’(α’〈α或α’ + Δα = α)。这种情况达成，因为拖尾压紧元件28在特定的角范围或时间段内围绕转子轴26比前导压紧元件27更快速地旋转，和/或因为前导压紧元件27在特定的角范围或时间段内比拖尾压紧元件28更缓慢地旋转，和/或因为前导压紧元件27在特定(短)时间段内停止。角变量Δα引起封闭在两个压紧元件27、28之间的传送流体体积的减少。因为由于借助压紧元件27、28的传送流体体积的两个末端的液密密封，流体不会从传送体积中逸出，预期预压发生。角变量Aa的量级经选择以使得传送路径中的压力实质上对应于高压侧上的压力，或至少尽可能最多近似于所述高压侧上的压力。
[0044]在转子23进一步旋转至图6中示出的前导压紧元件27提供于流出区段35的末端处的位置的过程中，流体线路31在压紧元件27的接合区中打开，使得流体可从传送体积流动至高压侧流体线路4中。由于在传送体积中，存在实质上与高压侧血液线路4中相同的压力，因此在通过从流体线路31释放压紧元件27来打开传送体积区段时，将不发生压力变化或仅发生小的压力变化。图6中示出的状态对应于图3中示出的状态，不同的是转子23已旋转约180°并且在图3中压紧元件28(而非压紧元件27)离开流出区段35。这涉及到以下事实:在从图6中示出的状态进一步旋转的过程中，压紧元件27与压紧元件28之间的角度再次从量α’增加至量α，在所示实例中增加至180°，并且这种布置中的压紧元件27再次遇到流入区段34并且接触流体线路31。发生在压紧元件27与28之间的先前提到的预压以相同的方式在压紧元件28与27之间重复。
【主权项】
1.一种在用于体外血液治疗的设备中传送流体的方法，其特征在于， 流体借助蠕动栗(2)从低压侧传送至高压侧，以及 布置在所述低压侧与所述高压侧之间的可弹性形变的流体线路(31)在支撑表面(33)与转子(23)之间变形，所述转子与所述支撑表面面对面地旋转、具有至少两个压紧元件(27,28), 其特征在于， 所述压紧元件(27、28)在所述转子(23)的旋转期间相对彼此成角度地定位，以便引起预压。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将传送的流体体积封闭在两个相邻压紧元件(27、28)之间，并且随后，所封闭的流体体积发生体积压缩，因为所述压紧元件(27、28)与彼此的角距离α减少。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在前导的压紧元件(27、28)方向上预设拖尾的压紧元件(27、28)。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，感测所述低压侧压力和所述高压侧压力，形成压差，并且根据所述角差执行所述压紧元件(27、28)相对彼此的角定位。5.根据前述权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，感测所述高压侧压力和所传送的流体体积中的压力，形成压差，并且根据所述压差执行所述压紧元件(27、28)相对彼此的角定位。6.根据前述权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，检测所述高压侧压力模式，并且根据所述高压侧压力模式执行所述压紧元件(27、28)相对彼此的角定位。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，从传送路径离开的所述压紧元件(27、28)转移至相对于所述前导压紧元件(27、28)的中间位置中。8.—种透析机，所述透析机包括将流体从低压侧传送至高压侧的蠕动栗(2)，其特征在于， 所述蠕动栗(2)被布置来接收在所述低压侧与所述高压侧之间可弹性形变的流体线路(31)，并且所述蠕动栗(2)包括支撑所述流体线路(31)的支撑表面(33)、以及转子(23)，并且 所述转子(23)包括至少两个压紧元件(27、28)，每个压紧元件使得在其本身与所述支撑表面(33)之间的所述流体线路(31)变形， 其特征在于， 所述压紧元件(27、28)被配置成在旋转方向上相对彼此成角度地定位。9.根据权利要求8所述的透析机，其特征在于，所述压紧元件(27、28)与曲线致动器、尤其是曲线或凸轮盘或者是曲线或凸轮轴相互作用，所述压紧元件(27、28)相对彼此的角位置可借助所述曲线致动器进行调整。10.根据权利要求8所述的透析机，其特征在于，每个压紧元件(27、28)借助驱动单元、尤其是借助步进电机(19)被驱动。11.根据前述权利要求中任一项所述的透析机，其特征在于，所述透析机进一步包括用于确定入口侧压力的压力计(3)和/或用于确定出口侧压力的压力计(15)和/或用于确定所述流体线路(31)中存在的压力的压力计(3、15)。12.—种用于透析机的控制器(17)，所述透析机包括将流体从低压侧传送至高压侧的蠕动栗(2)，其特征在于， 所述蠕动栗(2)被布置来接收在所述低压侧与所述高压侧之间可弹性形变的流体线路(31)，并且所述蠕动栗(2)包括支撑所述流体线路(31)的支撑表面(33)、以及转子(23); 所述转子(23)包括至少两个压紧元件(27;28)，每个压紧元件使得在其本身与所述支撑表面(33)之间的所述流体线路(31)变形； 每个压紧元件(27、28)借助驱动单元、尤其是借助步进电机(19)被驱动;并且所述透析机包括用于确定所述入口侧压力的压力计(3)和/或用于确定所述出口侧压力的压力计(15)和/或用于确定所述流体线(31)中存在的所述压力的压力计(3、15)，其特征在于， 所述控制器(17)控制至少一个驱动单元以便引起预压，使得在所述旋转方向上的所述相对角度在所述压紧元件(27、28)之间基于所确定的入口侧压力和/或所确定的出口侧压力和/或所确定的所述流体线路(31)中存在的压力变化、尤其是减小。
【文档编号】A61M1/16GK105903094SQ201610104661
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月25日
【发明人】奥利弗·沙佛, 卡伊尤韦·里特尔
【申请人】B·布莱恩·阿维图姆股份公司