Устройство для экстракорпоральной обработки крови - RU2648223C2
Код документа: RU2648223C2
Чертежи
Описание
Область техники
Изобретение относится к устройству для экстракорпоральной обработки крови, содержащему, в частности, кассету, позволяющую распределять текучие среды, чтобы осуществлять требуемую обработку, и к средству для повышения эффективности данного устройства, которое может быть использовано самостоятельно и/или совместно с кассетой.
Уровень техники
Существует несколько возможных причин, по которым человек может страдать от почечной недостаточности. Вызываемое ею временное/постоянное и частичное/полное прекращение функции почек вынуждает этого человека использовать экстракорпоральные устройства, полностью или частично заменяющие собственные почки пациента. Технологией очищения крови является диализ. Он позволяет пациенту, страдающему от указанного заболевания, вывести из организма нежелательные вещества, такие как мочевина и избыточная вода, которые были бы выведены нормально функционирующими почками.
Можно выделить два типа почечной недостаточности, увязанные с длительностью заболевания и иногда требующие существенно различных методов лечения, т.е. хроническую почечную недостаточность и острую почечную недостаточность. Хроническая почечная недостаточность означает, что пациент должен проходить, с регулярными интервалами, курс лечения всю свою жизнь. С этой целью пациент может проходить лечение в медицинском центре или использовать в домашних условиях аппарат для перитонеального диализа или гемодиализа. Острая почечная недостаточность - это временное заболевание, при котором пациенту требуется аппарат для временного функционального замещения его почек. В этом случае пациент проходит непрерывную заместительную почечную терапию. Перитонеальный диализ и непрерывная заместительная почечная терапия существенно различаются в отношении применяемых технологий и/или устройств.
- Перитонеальный диализ использует брюшину пациента, представляющую собой природную мембрану, которая выстилает стенки брюшной полости и покрывает органы, находящиеся в этой полости (печень, кишечник и т.д.). Перитонеальная мембрана имеет очень большую площадь поверхности и включает очень большое количество кровеносных сосудов. Благодаря этому она играет роль природного фильтра. Некоторые из систем для осуществления перитонеального диализа, описанных во многих патентных документах (ЕР 1648536 А2, ЕР 0471000 В1, ЕР 1195171 В1, ЕР 1648536 В1), используют кассеты для инъецирования текучей среды в брюшину пациента и выведения текучей среды из нее.
- Непрерывная заместительная почечная терапия - это способ, согласно которому необходимо постоянно выводить кровь из тела пациента и обрабатывать ее посредством фильтра, обычно диализатора, после чего обработанная кровь реинъецируется в тело пациента. Использование фильтра реализует два следующих принципа:
- диффузию, позволяющую растворенным молекулам проходить через полупроницаемую мембрану вследствие градиента концентрации, причем молекулы проходят из более концентрированной среды (крови) в менее концентрированную среду (диализат) и равномерно распределяются с каждой стороны мембранного фильтра, и
- конвекцию, обеспечивающую перенос воды одновременно с растворенными в ней веществами через полупроницаемую мембрану под действием градиента гидростатического давления на мембране, т.е. растворенные вещества проходят из среды с более высоким давлением (из камеры крови) в среду с более низким давлением (в камеру диализата).
Известны различные технологии непрерывной заместительной почечной терапии, которые используют один или оба названных принципа: медленная постоянная ультрафильтрация (МПУФ), постоянная веновенозная гемофильтрация (ПВВГФ), постоянный веновенозный гемодиализ (ПВВГД), постоянная веновенозная гемодиафильтрация (ПВВГДФ), плазмаферез, т.е. обменное переливание плазмы (ОПП), и гемоперфузия (именуемая также детоксикацией крови). В настоящее время не существует ни одного устройства, способного осуществлять все перечисленные виды обработки без участия обученного медперсонала. Кроме того, названные технологии, в основном, используются в рамках интенсивной терапии. К сожалению, данные технологии применяют громоздкую аппаратуру, которая может создавать помехи для других воздействий, применяемых к пациенту. Кроме того, эта аппаратура является сложной и содержит различные расходуемые материалы, причем для того, чтобы реализовать различные перечисленные технологии, в нее требуется вносить существенные изменения. Это требует соответствующей подготовки персонала.
Раскрытие изобретения
Изобретение охватывает многочисленные усовершенствования медицинских устройств, средств и/или способов, реализуемых посредством медицинских устройств.
Дата приоритета данной заявки, 29.10.2012, определяется по дате подачи заявителем настоящего изобретения международной заявки PCT/IB2012/055972, содержание которой должно рассматриваться, как составляющее часть данного описания.
В своем первом аспекте изобретение относится к кассете, посредством которой обеспечивается возможность осуществлять одну или все различные технологии непрерывной заместительной почечной терапии: медленную постоянную ультрафильтрацию (МПУФ), постоянную веновенозную гемофильтрацию (ПВВГФ), постоянный веновенозный гемодиализ (ПВВГД), постоянную веновенозную гемодиафильтрацию (ПВВГДФ), обменное переливание плазмы (ОПП) и гемоперфузию. В одном варианте устройство может также использоваться в рамках перитонеального диализа, при проведении которого некоторые элементы и/или свойства устройства могут не использоваться или использоваться для других функций, таких, например, как взятие образцов. В одном варианте кассета частично или полностью интегрирована в диализный аппарат или некоторые ее элементы образуют часть данного аппарата (например насосную систему, датчики, фильтры и др.). Альтернативно, некоторые части (например фильтр, подающее средство, резервуары, датчики, нагревательные средства и др.) физически отделены от кассеты или являются опциями. В предпочтительных вариантах данная кассета выполнена отдельно от диализного аппарата. Кассета может быть выброшена, тогда как аппарат может использоваться многократно. Это означает, что кассету можно заменять после каждой обработки (т.е. она может быть одноразовой), а аппарат можно использовать несколько раз с различными кассетами. Кассеты сконструированы в расчете на физическое и/или механическое взаимодействие с аппаратом (и/или наоборот). При этом применение единственной кассеты позволяет упростить пользование указанным устройством и, благодаря этому, сократить ошибки оператора, а также обеспечить возможность автоматической обработки без вмешательства медперсонала, сократить количество типов кассет, упростить программирование, обеспечить возможность применения устройства на дому у пациента и/или уменьшить пространство, занимаемое устройством.
Согласно второму аспекту изобретения устройство может содержать только три главных насоса, чтобы обеспечить осуществление по меньшей мере одной или всех технологий, известных из уровня техники (МПУФ, ПВВГФ, ПВВГД, ПВВГДФ, ОПП и гемоперфузии).
Согласно одному варианту устройство содержит средство для фильтрации крови, по меньшей мере одно средство подачи жидкости, две трубки для пациента (т.е. выходную трубку для выведения крови, подлежащей обработке, и входную трубку для реинъецирования обработанной крови пациенту) или единственную трубку в случае перитонеального диализа, или трубку с двумя каналами, средство для сбора фильтрата, три жидкостных насоса, кассету, содержащую каналы и клапаны, способные направлять текучую среду, и контроллер, который управляет насосами и открыванием и закрыванием указанных клапанов в зависимости от желательной обработки.
Кассета содержит по меньшей мере одну распределительную камеру, имеющую единственный входной канал и по меньшей мере два выходных канала, и по меньшей мере две соединительные камеры, каждая из которых имеет по меньшей мере два входных канала и выходной канал. Распределительная камера предпочтительно содержит входной канал и три выходных канала, которыми управляет контроллер (в автоматическом, запрограммированном и/или ручном режиме), чтобы обеспечить возможность инъецирования текучей среды перед ее поступлением в средство для фильтрации крови (разбавление до фильтрации) и/или за средством для фильтрации крови (разбавление после фильтрации). Благодаря наличию этой распределительной камеры устройство может осуществлять любую обработку посредством диализа без участия медперсонала (или других специалистов) с целью сконфигурировать определенные соединения для каждой конкретной обработки.
Система по изобретению дополнительно содержит по меньшей мере три проточных тракта. Первый проточный тракт соединяет средство для фильтрации крови со средством для сбора фильтрата. Он состоит из группы каналов и связанного с ними насоса. Второй проточный тракт обеспечивает циркуляцию крови. Он содержит по меньшей мере две соединительные камеры, группу каналов, средство для фильтрации крови, трубки для пациента и связанный с ними насос. Третий проточный тракт содержит средство подачи жидкости, по меньшей мере один связанный с ним насос, группу каналов, распределительную камеру и, в качестве опции, нагревательное средство. При этом распределительная камера имеет по меньшей мере три отдельных выходных канала:
- первый выходной канал, подведенный ко второму проточному тракту, по направлению течения, перед средством для фильтрации (т.е. служащий для разбавления крови до того, как она будет фильтроваться средством для фильтрации),
- второй выходной канал, подведенный ко второму проточному тракту, по направлению течения, за средством для фильтрации (т.е. служащий для разбавления крови после того, как она будет профильтрована средством для фильтрации), и
- третий выходной канал, подведенный к средству для фильтрации.
В одном варианте в двух соединительных камерах и в распределительной камере создается положительное давление посредством двух насосов, находящихся, по направлению течения, перед этими камерами.
Первая соединительная камера позволяет соединить второй проточный тракт с третьим проточным трактом, по направлению течения, перед фильтром (технология разбавления до фильтрации). Она содержит входной канал, отходящий от второго проточного тракта, входной канал, отходящий от третьего проточного тракта, и выходной канал, позволяющий крови течь в направлении фильтра. При этом входной канал, отходящий от третьего проточного тракта, может содержать клапан, управляемый контроллером, ограничитель потока и/или насос.
Вторая соединительная камера позволяет соединить второй проточный тракт с третьим проточным трактом за фильтром (технология разбавления после фильтрации). Она содержит входной канал, отходящий от второго проточного тракта после его прохода через фильтр, входной канал, отходящий от третьего проточного тракта, и выходной канал, позволяющий крови течь к пациенту.
Согласно определенным вариантам изобретение может содержать также:
- питающее средство для введения антикоагулянта во второй проточный тракт, либо прямо в выходную трубку для пациента, либо, посредством соединительной камеры, дальше по направлению течения, в кассете, что позволяет антикоагулянту смешиваться с кровью (текучей средой второго проточного тракта), и/или
- питающее средство, посредством которого во второй проточный тракт, либо прямо во входную трубку для пациента, либо, посредством соединительной камеры, дальше по направлению течения, в кассете, вводится продукт, подавляющий антикоагулянт, что позволяет этому продукту смешиваться с кровью (текучей средой второго проточного тракта).
В своем третьем аспекте изобретение относится к конструкции кассеты, в которой проточный тракт (идущий, например, от средства подачи жидкости) соединен с другим проточным трактом. Кассета предпочтительно содержит соединительную камеру, обеспечивающую возможность пересечения двух указанных проточных трактов. Таким образом, эта соединительная камера может обеспечивать перемешивание текучих сред, вышедших из указанных трактов. В дополнение, по меньшей мере один из входных каналов соединительной камеры может содержать клапан, так что контроллер сможет выбирать одну или более из текучих сред, которые будут поступать в соединительную камеру в зависимости от типа желательной обработки, задаваемой программно или посредством ручного управления.
Согласно четвертому аспекту изобретения в третьем проточном тракте, между главным насосом подачи диализата и распределительной камерой, находится нагревательное средство. Оно предпочтительно выполнено в виде гибкого чехла, внутри которого указанным насосом создается положительное давление. В одном варианте между распределительной и соединительной камерами находится второй насос. Распределительная камера предпочтительно соединена с первой и второй соединительными камерами. Первая соединительная камера позволяет осуществлять разбавление текучей среды, текущей во втором проточном тракте до фильтрации (например разбавление крови перед средством для фильтрации), тогда как вторая соединительная камера позволяет осуществлять разбавление текучей среды, текущей во втором проточном тракте после фильтрации (например разбавление крови за средством для фильтрации). Первый насос является прецизионным насосом, при использовании которого можно знать точное количество текучей среды, которая будет смешана с кровью при разбавлении до фильтрации и разбавлении после фильтрации. Второй насос расположен за одной из двух соединительных камер, причем другая соединительная камера или обе соединительных камеры могут быть снабжены клапаном. Этот, второй насос является распределительным насосом, посредством которого можно распределить заданное количество текучей среды между первой и второй соединительными камерами. Система данного типа может содержать и одну или более дополнительных соединительных камер. Система предпочтительно содержит датчик давления, а нагревательное средство может служить временным накопительным средством.
Чтобы оптимизировать функции системы обработки, изобретение предлагает также для использования, совместно с кассетой или без нее, следующий способ и следующие компоненты:
- средство и способ калибровки насосов первого и третьего проточных трактов,
- датчик давления, вынесенный из проточного тракта,
- энергосберегающий линейный актуатор,
- приводное устройство для перистальтических насосов,
- средство для сглаживания пиков давления.
Средство и способ калибровки насосов и/или датчиков первого и третьего проточных трактов
В определенных технологиях непрерывной заместительной почечной терапии важно точно знать объем текучей среды, введенной в третий и первый проточные тракты и выведенной из них. Обычно устройства содержат двое весов: весы для взвешивания диализата и весы для взвешивания фильтрата. Изобретение может содержать именно такую систему весов, но подобные весы весьма чувствительны и громоздки (поскольку они должны быть способны полностью вмещать текучие среды). Другие устройства имеют полости, объем которых известен с высокой точностью. Эти полости находятся непосредственно в первом и третьем проточных трактах (чтобы избежать смешивания двух текучих сред используются промежуточная стенка). Полости последовательно заполняются текучей средой из указанных проточных трактов и затем опустошаются. Когда полость заполняется диализатом, она освобождается от ранее содержащегося в ней фильтрата, и наоборот. Данные устройства могут содержать несколько таких полостей. Однако, в отличие от устройства по изобретению, известные устройства не обеспечивают непрерывного функционирования. Вместо этого, они осуществляют последовательность операций заполнения и освобождения от текучих сред, находящихся в указанных полостях.
Согласно пятому аспекту изобретения система обработки содержит средство для калибровки указанных насосов, чтобы гарантировать определение указанных объемов с высокой точностью. Более конкретно, система содержит:
- по меньшей мере два средства измерения объема (например датчики, массовые расходомеры, объемные насосы, перистальтические насосы или весы), одно из которых измеряет количество текучей среды, прошедшей через третий проточный тракт, а другое - количество текучей среды, прошедшей через первый проточный тракт;
- средство для взятия образцов из первого и третьего проточных трактов;
- общее средство измерения взятых объемов.
Это общее средство измерения измеряет количество текучей среды, взятой средством для взятия образцов, и делает возможным сравнение взятых объемов и калибровку насосов и/или средств измерения объемов.
В одном варианте в качестве указанных средств измерения объема рассматриваются указанные насосы, поскольку каждое их включение соответствует заданному объему.
В другом варианте датчики объема выполнены отдельно от насосов и постоянно измеряют объемы, прокачиваемые указанными насосами. В случае дрейфа прокачиваемых объемов, контроллер способен скорректировать приведение указанных насосов в действие, чтобы скорректировать объемы или различия между ними.
Шестой аспект изобретения относится к способу калибровки насосов, служащих для подачи текучих сред в первый и третий проточные тракты, и/или датчиков, находящихся в этих проточных трактах. При этом данный способ позволяет калибровать указанные насосы до и/или в процессе осуществления обработки.
Датчик давления, вынесенный из проточного тракта
Седьмой аспект изобретения относится к средству измерения давления текучей среды. В одном варианте система обработки содержит по меньшей мере один датчик давления по меньшей мере в одном из проточных трактов. В этом контексте рассматривается система распределения текучей среды (предпочтительно кассета), обеспечивающая возможность отбирать и/или доставлять текучую среду FI1 и измерять давление этой текучей среды. Система содержит жесткий корпус, в котором образован по меньшей мере один проточный тракт, по которому течет текучая среда FI1, и по меньшей мере один канал, выполненный отдельно от данного проточного тракта. Этот канал позволяет соединить данный проточный тракт с измерительной зоной. В системе может иметься по меньшей мере одно отверстие, перекрытое гибкой мембраной, формирующей измерительную зону и предназначенной для приема датчика давления.
В измерительной зоне находится текучая среда FI2, отличная от текучей среды FI1. Текучая среда FI2, присутствующая по меньшей мере в части канала, обеспечивает возможность передать давление текучей среды FI1 мембране.
Назначение этого канала состоит в том, чтобы предотвратить контакт текучей среды FI1 с мембраной или обеспечить по меньшей мере частичное смачивание мембраны текучей средой FI1. Соответственно, канал может быть сконструирован таким образом, что текучая среда FI2 ограничивает, замедляет и/или контролирует поступление текучей среды FI1 в указанный канал, который имеет форму и длину, позволяющие ему выполнять данную функцию, и/или канал содержит средство для удерживания текучей среды FI1 (такое как мембрана, гидрофильный фильтр, гидрофобный фильтр и т.д.). Обе текучие среды FI1 и FI2 предпочтительно заполняют измерительную зону и/или находятся в контакте с мембраной.
Энергосберегающий линейный актуатор
В одном варианте система обработки содержит по меньшей мере один энергосберегающий линейный актуатор, причем далее будет описан инновационный принцип управления таким актуатором, который потребляет мало энергии и пригоден для управления положением затвора клапана. Этот актуатор может входить в состав не только системы, описанной выше, но и в любое устройство, использующее линейный актуатор. Данный актуатор должен обеспечивать установку в два базовых положения: клапан закрыт (поршень находится в первом положении) и клапан открыт (поршень находятся во втором положении). Поршень актуатора может также иметь третье положение, соответствующее состоянию, в котором он отсоединен от затвора клапана.
Чтобы реализовать функцию линейного актуатора, обычно применяются две различные технологии: электромагнитная или использующая бесщеточный двигатель, снабженный бесконечным винтом и гайкой. Главный недостаток обеих этих технологий состоит в том, что они потребляют энергию, чтобы поддерживать требуемое положение. Изобретение предлагает линейный актуатор, обеспечивающий по меньшей мере два стационарных положения при малом энергопотреблении и быстром возврате в безопасное положение. При этом, чтобы поддерживать свои различные положения, актуатор по изобретению не потребляет никакой энергии или потребляет только малое ее количество.
Таким образом, восьмой аспект изобретения относится к линейному актуатору, содержащему поворотный электродвигатель, поршень и преобразующее средство, установленное между электродвигателем и поршнем и предназначенное для преобразования вращательного движения двигателя в линейное перемещение поршня. Преобразующее средство содержит по меньшей мере один периферийный скошенный участок, находящийся внутри поршня, по меньшей мере одно направляющее средство, позволяющее поршню совершать поступательное перемещение, и по меньшей мере одно нажимное средство, прикрепленное непосредственно или через другие элементы к ротору электродвигателя. Нажимное средство выполнено с возможностью взаимодействия с периферийным скошенным участком. В одном варианте актуатор дополнительно содержит по меньшей мере одно поджимающее средство, прикладывающее к поршню усилие в направлении его дистального конца. Скошенный участок имеет по меньшей мере один пороговый выступ для обеспечения по меньшей мере одного стационарного положения без потребления энергии. По меньшей мере один пороговый выступ находится в самой верхней части скошенного участка. В предпочтительном варианте за этим выступом расположен проход, обеспечивающий поршню возможность освобождения от усилий, прикладываемых к нему нажимным средством.
Согласно девятому аспекту изобретения актуатор способен гарантировать заданное давление запирания клапана, когда клапан находится в закрытом состоянии. Состояние клапана при нулевом воздействии на актуатор предпочтительно является закрытым состоянием. Чтобы гарантировать надежное запирание, актуатор снабжен поджимающим средством для обеспечения достаточного давления прижатия затвора клапана к седлу, когда поршень находится в первом положении. Данное поджимающее средство обеспечивает возможность третьего положения (в котором поршень не взаимодействует с затвором клапана и отведен от актуатора). Переход из третьего в первое положение осуществляется, когда поршень вступает в сопряжение с затвором клапана, т.е. когда кассета устанавливается в устройство. Таким образом, поджимающее средство заставляет поршень приложить начальное усилие к затвору клапана, который, в свою очередь, прикладывает это усилие к седлу клапана, гарантируя перекрытие проточного тракта, когда поршень находится в первом положении.
В одном варианте данное поджимающее средство может быть установлено на основание актуатора или в указанный поршень. Таким образом, когда поршень актуатора взаимодействует с затвором клапана, т.е. находится в первом положении, поджимающее средство обеспечивает предварительное прижатие, чтобы гарантировать надежное запирание. Поджимающее средство, которое может быть установлено в актуатор или на его основание, обеспечивает возможность реализации третьего положения, в котором поршень актуатора находится на большем расстоянии от основания актуатора, чем в первом и втором положениях. Давление запирания зависит от конструкции клапана и от размеров поджимающего средства.
Приводное устройство, используемое с перистальтическими насосами
В своем десятом аспекте изобретение относится к приводному устройству, применяемому с насосом.
При использовании описанной системы обработки кассета вводится в устройство, которое работает в циклическом режиме и содержит датчики, линейные актуаторы (для открывания и закрывания клапанов) и средства для приведения в действие роликов перистальтического насоса. Чтобы гарантировать правильное функционирование системы, важно обеспечить согласованные взаимные положения различных элементов (датчика, актуатора, приводных средств и т.д.). На практике может существовать расхождение между теоретическим положением центра головки насоса и его реальным положением. Это расхождение при выставлении в заданные положения актуаторов и датчиков создает проблемы соответственно для клапанов и измерительных зон кассеты. Направляющее средство позволяет преодолеть эти проблемы настройки положений датчиков и актуаторов, но переносит указанное расхождение на систему насосов. В результате на элементы насоса могут воздействовать большие или меньшие нагрузки, что может неблагоприятно повлиять на прецизионность перистальтического насоса. Данный эффект наиболее сильно выражен при наличии большого количества насосов.
Чтобы ослабить допуски на изготовление и при этом гарантировать прецизионность перистальтических насосов, изобретение предлагает приводное устройство для насосов, которое содержит плавающий вал, приводимый в движение приводным средством, прикрепленным к ротору. Плавающий вал содержит жестко соединенные основание и кожух, образующие полость, внутри которой, по меньшей мере частично, размещено приводное средство. Это приводное средство содержит жесткое тело, выполненное с возможностью взаимодействия со стенками полости, обеспечивая при этом плавающему валу ограниченную свободу по отношению к оси ротора. Наличие плавающего вала делает возможным сместить ось системы насосов относительно главной оси, чтобы минимизировать или даже устранить все нагрузки на теоретическую ось насоса в кассете.
Средство для сглаживания пиков давления
В своем одиннадцатом аспекте изобретение относится к средству для сглаживания пиков давления.
Компоненты системы могут оказывать влияние на количество прокачиваемой текучей среды. Такими компонентами могут быть механизм прокачки, клапанный механизм, средство подачи жидкости (трубки, резервуары и т.д.). В частности, механизм перистальтического насоса может вызывать колебания давления. Так, каждый раз, когда ролики вступают в контакт с гибкой трубкой, может возникать волна давления, распространяющаяся по одному или более проточным трактам. Это распространение ослабляется или усиливается действием различных факторов, таких как тип жидкости, длина проточного тракта, наличие ограничений, типы материалов системы, количество жидкости, подаваемой насосным механизмом, тип насоса, характеристики его компонентов (например, гибкой трубки), давление на выходе насоса и т.д.
Одно из усовершенствований, вносимых изобретением, состоит в уменьшении амплитуды пиков давления и их влияния на прокачиваемый объем. Это уменьшение достигнуто введением в проточный тракт средства, предназначенного для сглаживания пиков давления.
Другим преимуществом ослабления этих пиков является достижение более стабильного давления, что повышает комфортность пациента. В одном варианте пики могут демпфироваться за насосом в период инъецирования текучей среды пациенту, и, по направлению течения, перед насосом, когда насос всасывает текучую среду, выходящую из пациента (в частности, при перитонеальном диализе).
Соответствующее сглаживающее средство может быть полостью, внутри которой удерживается сжимаемая текучая среда, такая как воздух. Альтернативно, сглаживающее средство может являться гибким элементом, который может деформироваться пиковым давлением и затем возвращаться в состояние равновесия. Таким гибким элементом может быть, например, полимерная мембрана, введенная в стенку проточного тракта.
Различные аспекты изобретения могут быть отражены в независимых и в зависимых пунктах формулы, которые могут относиться или не относиться к любым системам медицинской обработки.
Краткое описание чертежей
Изобретение станет более понятным из приводимых далее примеров. Разумеется, изобретение не ограничивается этими примерами.
На фиг. 1 схематично представлена система обработки крови согласно изобретению.
Фиг. 2 схематично иллюстрирует использование кассеты при осуществлении медленной постоянной ультрафильтрации.
Фиг. 3 схематично иллюстрирует использование кассеты при осуществлении постоянной веновенозной гемофильтрации.
Фиг. 4 схематично иллюстрирует использование кассеты при осуществлении постоянного веновенозного гемодиализа.
Фиг. 5 схематично иллюстрирует использование кассеты при осуществлении постоянной веновенозной гемодиафильтрации.
Фиг. 6 схематично иллюстрирует использование кассеты при осуществлении обменного переливания плазмы.
Фиг. 7 схематично иллюстрирует использование кассеты при осуществлении гемоперфузии.
На фиг. 8 схематично представлена система с несколькими средствами подачи жидкости.
На фиг. 9 схематично представлена система с рециркуляцией во втором проточном тракте и с ее прерыванием.
На фиг. 10 схематично представлена система с референтным датчиком.
На фиг. 11 показан жесткий корпус кассеты, в котором выполнены проточный тракт и отходящий от него канал для измерения давления.
На фиг. 12 представлен корпус кассеты и мембрана, перекрывающая измерительную зону.
На фиг. 13 и 13' схематично иллюстрируется датчик, вынесенный из проточного тракта.
На фиг. 14 представлен, с пространственным разделением компонентов, линейный актуатор.
На фиг. 15 на частичном виде, в разрезе, представлен клапан, сопряженный с головкой поршня.
На фиг. 16, на двух различных видах, представлен поршень.
На фиг. 17, на двух видах с частичным разрезом, представлен поршень в третьем положении, в котором он не сопряжен с клапаном (не изображен).
На фиг. 18, на двух видах с частичным разрезом, поршень представлен в первом положении, т.е. сопряженным с клапаном (не изображен).
На фиг. 19, на двух видах с частичным разрезом, поршень представлен в момент перехода из первого во второе положение, в котором он сопряжен с клапаном (не изображен).
На фиг. 20 поршень представлен во втором положении (клапан не изображен).
На фиг. 21 поршень представлен во втором положении, перед мгновенным переходом в первое положение (клапан не изображен).
Фиг. 17', 18', 19', 20' и 21' иллюстрируют взаимодействие между скошенным участком и нажимным средством, связанным с двигателем (не изображен).
На фиг. 22 представлено, с пространственным разделением его частей, приводное устройство перистальтического насоса.
На фиг. 23 приводное устройство перистальтического насоса представлено в разрезе.
На фиг. 24 представлен график пиков давления, создаваемых насосом. На фиг. 25 и 26 представлены две различные конфигурации системы поглощения осцилляций.
На фиг. 27 схематично представлен минимальный вариант системы обработки крови.
На фиг. 28 и 29 схематично представлены более сложные варианты системы обработки крови.
На фиг. 31 схематично иллюстрируется применение дополнительного насоса для распределения текучей среды.
Фиг. 32 и 32' иллюстрируют применение линейного актуатора.
На фиг. 33 представлены три графика, используемые системой для управления актуатором.
Перечень обозначений, использованных на чертежах
1 пациент
2 кассета
2' кассета, снабженная насосами
3 средство для фильтрации крови
4 нагревательное средство
5 выходная трубка для выведения текучей среды из пациента
6 входная трубка для введения текучей среды в тело пациента
7 предохранительный элемент
8 вход крови в фильтр
9 вход диализата в фильтр
10 выход фильтрата из фильтра
11 выход крови из фильтра
12 мембрана фильтра
13 регулятор потока
14 система обработки крови
15 датчик объема в третьем проточном тракте
16 референтный датчик объема
17 датчик объема в первом проточном тракте
100 система распределения текучей среды
101 измерительная зона
102 канал
103 проточный тракт
104 мембрана
105 жесткий корпус кассеты
106 отверстие
107 датчик давления
108 гидрофобный фильтр
200 линейный актуатор
201 двигатель постоянного тока с редуктором
202 жесткий корпус
203 канавка в жестком корпусе
204 датчик
205 поджимающее средство
206 магнит
207 поршень
208 вал двигателя
209 круглый стержень
210 элемент, соединяющий поршень с головкой
211 головка
212 затвор клапана
213 седло клапана
214 скошенный участок
215 пороговый выступ в самой верхней части скошенного участка
216 направляющее средство
217 дистальный конец поршня
218 проксимальный конец поршня
219 проход
220 направление 1
221 направление 2
300 приводное устройство
301 плавающий вал
302 кожух
303 приводное средство
304 тело приводного средства
305 продольный вал
306 поперечный штифт
307 крепежный винт
308 твердые элементы
309 и 309' внутренние стенки полости
310 ротор/двигатель
311 основание
312 сопрягающий элемент
313 полость
313' вторая полость
320 ролик
321 вал ролика
322 жесткая часть
323 гибкая часть
401 график давления
402 график среднего давления
403 гибкая мембрана
404 стенка проточного тракта
405 сжимаемая текучая среда (например газ)
406 текучая среда
500 пациент
501 1-я камера
502 2-я камера
503 3-я камера
504 4-я камера
505 5-я камера
506 6-я камера
507 1-й насос
508 2-й насос
509 3-й насос
510 4-й насос(опция)
511 5-й насос (опция)
512 6-й насос(опция)
513 фильтр
514 1-е средство подачи текучей среды
515 2-е средство подачи текучей среды
516 3-е средство подачи текучей среды
517 средство сбора жидкости
518 датчик давления
519 перекрывающее средство (например клапан)
520 средство, ограничивающее поток, например заслонка
521 датчик
522 нагревательное средство
600 пациент
601 кассета
602 диализный аппарат
603 питающее средство, например резервуар
604 средство сбора жидкости
605 процессор
606 датчик
607 актуаторы (насос, клапан и т.д.)
608 экран
609 средство сбора данных и/или иное средство, например источник питания
610 память
700 система распределения текучей среды
701 главный проточный тракт
702 прецизионный насос
703 гибкий чехол (например гибкий нагревательный чехол)
704, 704' вторичный проточный тракт
705 клапан
706 датчик давления
707 дополнительный насос
708 процессор
800 система управления
801 подвижная часть актуатора
802 первый элемент датчика
803 второй элемент датчика
804 стационарная часть актуатора
805 управляющий элемент (например, процессор)
С1 первая распределительная камера
С1.1 вспомогательная соединительная камера
С1.2 вспомогательная распределительная камера
С2 первая соединительная камера
С3 вторая соединительная камера
С4 третья соединительная камера
С5 четвертая соединительная камера
С6 пятая соединительная камера
С7 вторая распределительная камера
С8 шестая соединительная камера
С9 седьмая соединительная камера
F1 первое средство подачи жидкости
F2 второе средство подачи жидкости
F3 третье средство подачи жидкости
F4 средство для сбора фильтрата
F5 средство для сбора крови, например, с целью ее анализа
FI1 текучая среда 1
FI2 текучая среда 2
FI3 текучая среда 3
Р1 насос второго проточного тракта
Р2 главный насос третьего проточного тракта
Р2' дополнительный насос третьего проточного тракта
Р3 насос первого проточного тракта
Р4 насос второго средства подачи жидкости
Р5 насос третьего средства подачи жидкости
V1 входной канал для крови в третьей соединительной камере
V1' входной канал второго средства подачи жидкости в третьей соединительной камере
V1'' входной канал для крови в третьей соединительной камере, отходящий от второй соединительной камеры
V2 выходной канал для крови в третьей соединительной камере
V3 входной канал для крови в первой соединительной камере
V4 выходной канал для крови в первой соединительной камере
V5 входной канал для диализата или замещающего продукта в первой соединительной камере
V5' выходной канал для диализата или замещающего продукта, ведущий из вспомогательной распределительной камеры (С1.2) в первую соединительную камеру
V6 выходной канал для диализата или замещающего продукта, ведущий из первой распределительной камеры в первую соединительную камеру
V6' выходной канал для диализата или замещающего продукта, ведущий из первой распределительной камеры во вспомогательную распределительную камеру (С1.2)
V7 выходной канал для диализата или замещающего продукта, ведущий из первой распределительной камеры к фильтру
V7' выходной канал для диализата или замещающего продукта, ведущий из первой распределительной камеры во вспомогательную соединительную камеру (С1.1)
V7'' выходной канал для диализата или замещающего продукта, ведущий из вспомогательной соединительной камеры (С1.1) к фильтру
V7''' выходной канал для диализата или замещающего продукта, ведущий из вспомогательной распределительной камеры (С1.2) во вспомогательную соединительную камеру (С1.1)
V8 выходной канал для диализата или замещающего продукта, ведущий из первой распределительной камеры во вторую соединительную камеру
V9 входной канал для диализата или замещающего продукта в первой распределительной камере
V10 выходной канал для инъецирования крови пациенту
V10' выходной канал для крови, ведущий к третьей соединительной камере
V10'' выходной канал для крови, ведущий к средству для сбора
V11 отходящий от фильтра выходной канал для крови во второй соединительной камере
V12 входной канал для диализата или замещающего продукта, отходящий от первой распределительной камеры
V12' входной канал, ведущий от третьего средства подачи жидкости во вторую соединительную камеру
V13 выходной канал для диализата или замещающего продукта
V14, V14' входной канал для диализата или замещающего продукта, отходящий от первого питающего средства
V15 выходной канал для фильтрата, ведущий из второй распределительной камеры в шестую соединительную камеру
V16 выходной канал для фильтрата, ведущий из второй распределительной камеры в седьмую соединительную камеру
V17 входной канал, отходящий от референтного датчика объема и ведущий в седьмую соединительную камеру
V18 выходной канал для объема, подлежащего измерению
V19 входной канал в шестую соединительную камеру для объема (диализата), подлежащего измерению
V20 входной канал в шестую соединительную камеру для объема (фильтрата), подлежащего измерению
Осуществление изобретения
Далее приводится подробное описание изобретения, включающее рассмотрение вариантов устройств, систем и способов, приводимых в иллюстративных целях. Должно быть понятно, что допустимы и другие варианты, осуществимые без выхода за пределы объема и идеи изобретения. Следовательно, приводимое далее подробное описание не должно рассматриваться как ограничивающее изобретение.
Если не указано обратное, используемые в данном документе научные и технические термины имеют значения, обычно используемые специалистами. Определения, которые приводятся, чтобы облегчить понимание часто используемых терминов, не должны рассматриваться как ограничивающие изобретение.
Используемые в описании и формуле характеристики направлений, ориентаций и положений, такие как "вверх", "вниз", "верхний", "нижний" и др., приводятся для большей понятности чертежей, в связи с которыми они используются. Эти характеристики также не ограничивают объем изобретения.
В данном документе глаголы "имеет", "содержит", "включает" и их эквиваленты означают "не вносящее ограничений наличие".
Если из контекста явно не вытекает иное, предлог "или" обычно применяется в широком смысле, т.е. в значении "и/или".
В контексте изобретения канал может быть определен, как удлиненная полая трубка, обеспечивающая возможность протекания жидкости и/или газа от одного места к другому, т.е. он может быть выполнен в виде гибкой или жесткой трубки или сформирован внутри кассеты. Некоторые каналы снабжены клапанами, которые могут приводиться в действие предпочтительно посредством линейного актуатора, управляемого контроллером, с целью запирания или открывания канала. В отсутствие активации указанные клапаны предпочтительно закрыты. Камера может представлять собой полость или канал, имеющая (имеющий) несколько входов и/или выходов. Камера может иметь также форму пересечения двух каналов. У каждой камеры имеются вход, именуемый входным каналом, и выход, именуемый выходным каналом. Принцип изобретения, относящегося к системе обработки крови
На фиг. 27 схематично представлен вариант системы. Данная система содержит три насоса 507, 508, 509, три проточных тракта и средство для фильтрации, т.е. фильтр 513. Первый проточный тракт начинается от фильтра 513 и доходит до резервуара 517, именуемого также средством сбора жидкости. Поток жидкости, текущей по первому проточному тракту, именуется фильтратом. Второй проточный тракт начинается от тела пациента, проходит через фильтр 513 и возвращается к пациенту 500. Поток жидкости, текущей по второму проточному тракту, - это кровь пациента. Третий проточный тракт снабжается жидкостью, обычно именуемой диализатом (хотя изобретение не ограничивается использованием этой текучей среды), которая поступает из первого средства подачи текучей среды, именуемого также резервуаром 514 диализата. Диализат сначала течет по третьему проточному тракту, а затем течет, в разбавленной или измененной форме, по одному или более вспомогательным проточным трактам. Диализат или другая текучая среда из третьего проточного тракта может:
- смешиваться с кровью:
перед фильтром 513, чтобы обеспечить разбавление до фильтрации, и/или за фильтром 513, чтобы обеспечить разбавление после фильтрации, и/или
- питать фильтр 513.
Чтобы обеспечить возможность использования различных растворов и, за счет этого, осуществления любой технологии обработки посредством диализа, система требует наличия трех камер 501, 502, 503. Вторая камера 502, именуемая распределительной, позволяет направлять диализат к фильтру 513, в первую камеру 501 для осуществления разбавления до фильтрации и/или в третью камеру 503 для осуществления разбавления после фильтрации. Первая и третья камеры 501, 503 могут именоваться также соединительными камерами. Они позволяют смешивать кровь с диализатом. Другими словами, первая и третья камеры 501, 503 позволяют жидкости из третьего проточного тракта поступать во второй проточный тракт. В каналах, соединяющих камеры одну с другой или с фильтром, могут иметься клапаны 519 и/или ограничители потока или заслонки 520.
На фиг. 28 схематично представлена более сложная система, в которую добавлены опционные элементы, например, указанные ниже:
- дополнительная питающая система 515, которая может содержать, например, антикоагулянт, который может находиться в резервуаре 515 и подаваться насосом 510 или за счет гравитации (данная система может быть шприцем); и/или
- дополнительное питающее средство 516, которое может содержать, например, агент, подавляющий антикоагулянт; при этом данная текучая среда может находиться в резервуаре 516 и подаваться насосом 512 или за счет гравитации (данное средство также может быть шприцем), и/или
- новый канал для подсоединения третьей камеры 503, которая обычно используется для разбавления после фильтрации, или другой камеры, расположенной по течению потока за третьей камерой, к первой камере 501, которая обычно используется для разбавления до фильтрации, или к другой камере 504, расположенной перед первой камерой; при этом новый канал предпочтительно содержит клапан, управляемый контроллером, и обеспечивает возможность текучей среде, находящейся во втором проточном тракте, циркулировать в петле, чтобы избежать ее застоя в каналах, и/или
- еще один канал для подсоединения третьей камеры 503 к средству 517 сбора жидкости, причем наличие этого канала, предпочтительно содержащего клапан, позволяет осуществить, например, предварительную заливку системы или выведение какой-либо текучей среды, текущей во втором проточном тракте, и/или
- нагревательное средство 522.
Другой вариант иллюстрируется фиг. 29. Этот вариант может содержать по меньшей мере один датчик 518 давления, находящийся в одной из камер 504, 501, 502, 503, фильтр 513 и/или питающее средство 515, 516, 514, и/или дополнительный насос 511 вместо ограничителя 520 потока в третьем проточном тракте между распределительной камерой 502 и соединительной камерой 501. Может иметься также система калибровки, которая может содержать датчик, общий для первого и третьего проточных каналов. Эта система калибровки содержит два дополнительных канала, которые позволяют текучим средам, присутствующим в первом и третьем проточных трактах, течь в направлении шестой камеры 506. Эта камера снабжена находящимся в ней или присоединенным к ней датчиком, позволяющим идентичным образом прокалибровать соответствующие элементы - датчики и/или насос первой и третьей камер.
Фиг. 30 иллюстрирует систему обработки типа описанной выше. Эта система дополнительно содержит кассету 601, обеспечивающую возможность распределения текучих сред. Кассета 601 соединена с резервуарами 603, 604 и взаимодействует с устройством 602. Данное устройство, именуемое диализным аппаратом, может использоваться многократно, тогда как кассета 601 может быть одноразовой. Устройство 602 может содержать процессор 605, по меньшей мере один датчик 606, способный взаимодействовать с кассетой 601, по меньшей мере один актуатор 607 (например насос или средство управления), предназначенный для взаимодействия с кассетой 601, экран 608, по меньшей мере одно средство сбора данных и/или другое средство, например батарею 609 и/или память 610.
Варианты кассет, основанные на описанном выше принципе
На фиг. 1 представлена система 14, с помощью которой можно проводить обработку крови пациента и которая содержит средство 3 для фильтрации крови, по меньшей мере одно средство F1 подачи жидкости, две трубки для пациента, а именно выходную трубку 5 для выведения крови, подлежащей обработке, и входную трубку 6 для реинъецирования обработанной крови пациенту, средство F4 для сбора фильтрата, по меньшей мере три насоса Р1, Р2, Р3 для прокачки текучей среды, кассету 2, 2', в которой имеются каналы и клапаны для направления текучих сред. Данная кассета 2, 2' содержит по меньшей мере одну распределительную камеру С1, С1.2, С7, имеющую единственный входной канал и по меньшей мере два выходных канала. Система 14 обработки содержит контроллер для управления открыванием и закрыванием указанных клапанов в зависимости от желательной обработки.
Система 14 обработки содержит также первый проточный тракт, соединяющий средство 3 для фильтрации крови со средством F4 для сбора фильтрата и образованный группой каналов и специальным насосом Р3; второй проточный тракт, предназначенный для циркуляции по нему крови, содержащий группу мелких каналов, средство 3 для фильтрации крови, указанные трубки 5, 6 для пациента и связанный с ними насос Р1; третий проточный тракт, содержащий средство F1 подачи жидкости, по меньшей мере один связанный с ним насос Р2, группы каналов, нагревательное средство 4 и по меньшей мере одну распределительную камеру С1, С1.2.
Распределительная камера С1 содержит по меньшей мере три отдельных выходных канала, прямо или непрямо соединенных:
со вторым проточным трактом (по течению потока за третьей камерой указанного средства 3 для фильтрации крови),
со вторым проточным трактом (по течению потока за средством 3 для фильтрации крови),
со средством 3 для фильтрации крови.
Данная кассета может дополнительно содержать регулятор потока, предназначенный для управления количеством жидкости, поступающей из третьего проточного тракта по меньшей мере в один из выходных каналов распределительной камеры С1. При этом по меньшей мере один регулятор потока управляется указанным контроллером, который может содержать процессор 605.
Кассета 2' может дополнительно содержать насосы и/или другие элементы.
Система обработки дополнительно содержит, в третьем проточном тракте, регулятор 13 потока, находящийся между распределительной камерой С1 и первой соединительной камерой С2.
В одном варианте третий проточный тракт имеет дополнительный насос Р2', установленный между распределительной камерой С1 и первой соединительной камерой С2. Этот дополнительный насос Р2' полностью или частично выполняет функцию регулятора потока. Назначение регулятора потока состоит в управлении потоком текучей среды, проходящей из распределительной камеры С1 к соединительной камере С2. Таким образом, данный регулятор позволяет задать количества текучей среды в соединительной камере С2 и по меньшей мере в одной другой соединительной камере или в средстве 3 для фильтрации крови.
В одном варианте между любыми камерами или иными компонентами, например средством 3 для фильтрации крови, можно установить один или более регуляторов потока, именуемых также ограничителями потока. Регулятором 13 потока могут быть, например, насос, пропорциональный клапан и/или группа каналов, связанных с клапаном и имеющих различные диаметры. Перед регулятором 13 (520) потока или за ним может быть установлен вспомогательный предохранительный клапан. Регулятор потока пропускает через соответствующее проточное средство, одномоментно или в течение заданного периода, 0-100% потока текучей среды. Таким образом, поток текучей среды, исходящий по меньшей мере из одного средства подачи жидкости, может быть распределен между различными каналами согласно требованиям обработки.
Еще в одном варианте система 14 обработки содержит второе средство F2 (515) подачи жидкости (питающее средство), находящееся на выходной трубке 5 для пациента или в кассете 2, 2' (601). Это второе питающее средство может содержать антикоагулянт, например цитрат, гепарин или данапароид натрия.
В одном варианте данная система 14 содержит третье средство F3 (516) подачи жидкости, находящееся на входной трубке 6 для пациента или в кассете 2, 2' (601). Это средство подачи жидкости может содержать кальций или агент, противодействующий антикоагулянту.
Система содержит, на входной трубке 6 и/или в кассете 2, 2', 601, по меньшей мере один предохранительный элемент 7, служащий для детектирования пузырьков воздуха во втором проточном тракте и/или для прекращения циркуляции крови, и/или средство для улавливания указанных пузырьков.
Локализация средства нагрева и/или использование двух насосов в третьем проточном тракте
Согласно принципу функционирования, проиллюстрированному фиг. 31, для обеспечения эффективной работы система 700 распределения текучей среды для кассеты, как это поясняется в данном описании, или для другого назначения может содержать прецизионный насос 702, средство, питающее текучей средой, гибкий чехол 703 и дополнительный распределительный насос 707. Система дополнительно содержит главный проточный тракт 701, который разделяется по меньшей мере на два отдельных вторичных проточных тракта 704, 704'. Прецизионный насос 702 и гибкий чехол 703 находятся в главном проточном тракте 701, причем гибкий чехол расположен за данным насосом. Таким образом, объем прокачиваемой текучей среды известен с высокой точностью, причем по меньшей мере часть этого объема может содержаться, по меньшей мере временно, в гибком чехле. В одном из вторичных проточных каналов 704 установлен дополнительный насос 707. Другой вторичный проточный тракт 704' предпочтительно содержит клапан 705. В одном варианте по меньшей мере один проточный тракт содержит датчик 706 давления, расположенный за прецизионным насосом 702. Этот датчик 706 давления предпочтительно находится в том вторичном проточном тракте 704, который содержит дополнительный насос 707, и установлен перед этим насосом. Гибкий чехол 703 предпочтительно является нагревательным средством.
С учетом того, что некоторые технологии непрерывной заместительной почечной терапии требуют нагрева диализата и/или замещения жидкости в процессе инъекции, нагревательное средство 4 может находиться на различных участках третьего проточного тракта. В одном варианте кассеты нагревательное средство 4 находится внутри распределительной камеры С1 кассеты или перед этой камерой.
В соответствии с описанным принципом нагревательное средство 4, выполненное в виде гибкого чехла, расположено между главным насосом Р2 третьего проточного тракта и распределительной камерой С1. Это обеспечивает возможность создать в данном чехле постоянное положительное давление. Постоянное питание нагревательного средства производится насосом Р2, который позволяет, среди прочего, гарантировать правильное управление повторным нагревом жидкости в третьем проточном тракте. Данный чехол при этом напрямую соединен с входным каналом V9 распределительной камеры С1.
В результате использования данной конфигурации вся инъецируемая жидкость проходит через единственный насос Р2. Насос Р2' разбавления до фильтрации, именуемый также дополнительным насосом, только распределяет жидкость перед фильтром и/или за ним. Следовательно, требуется только один прецизионный насос. Прецизионный насос Р2 позволяет определить количество прокачиваемой текучей среды. Дополнительный насос обеспечивает только распределение между объемами до разбавления (перед фильтром) и после разбавления (за фильтром). Насосы используются следующим образом.
- Если запрограммировано только разбавление после фильтрации: насос Р2' разбавления до фильтрации выключается, и вся жидкость будет инъецирована в пространство за фильтром 3; клапан V8 разбавления после фильтрации открыт. Клапан V5 разбавления до фильтрации предпочтительно закрыт.
- Если запрограммировано только разбавление до фильтрации: насос Р2 закачивает замещающий объем; клапан V8 разбавления после фильтрации препятствует поступлению жидкости в пространство за фильтром; насос Р2' разбавления до фильтрации обеспечивает возможность регулирования текучей среды, чтобы избежать создания отрицательного давления в нагревательном средстве 4.
- Если запрограммированы разбавления до и после фильтрации: главный насос Р2 закачивает полный требуемый замещающий объем для того и другого разбавления; клапан V8 разбавления после фильтрации открыт; насос Р2' разбавления до фильтрации подает некоторое количество текучей среды, чтобы ввести ее в объем перед фильтром 3. Даже если возникнет погрешность в распределении жидкости в объемы до и после инъекции, влияние такой погрешности будет ограничено, т.к. в любом случае заданный объем будет инъецирован пациенту.
Использование кассеты в зависимости от вида обработки
- Медленная постоянная ультрафильтрация (МПУФ)
Фиг. 2 иллюстрирует применение кассеты для медленной постоянной ультрафильтрации. Эта технология используется для устранения избытка жидкости на основе принципа конвекции.
В этом случае контроллер открывает только клапан V1 второго проточного тракта и закрывает клапаны V5, V7 и V8 третьего проточного тракта. Соответственно, функционируют насосы Р1 и Р3, но не насосы Р2 и Р2'.
- Постоянная веновенозная гемофильтрация (ПВВГФ)
Фиг. 3 иллюстрирует применение кассеты для постоянной веновенозной гемофильтрации. Эта технология используется, чтобы обеспечить выведение растворенных веществ на основе принципа конвекции. Замещающий раствор вводится в контур перед средством 3 для фильтрации (разбавление до фильтрации) и/или после него (разбавление после фильтрации).
В этом случае контроллер открывает клапаны V1 и V5 второго проточного тракта и/или V8 третьего проточного тракта, тогда как клапан V7 закрыт. Насосы Р1, Р2 (как вариант, Р2') и Р3 функционируют.
- Постоянный веновенозный гемодиализ (ПВВГД)
Фиг. 4 иллюстрирует применение кассеты для постоянного веновенозного гемодиализа. Эта технология используется, чтобы обеспечить, на основе принципа диффузии, выведение растворенных веществ (малых молекул: мочевины, креатинина, K и других веществ) и водное равновесие. В средство 3 для фильтрации инъецируется диализат.
В этом случае контроллер открывает клапаны V1 и V7 третьего проточного тракта; клапаны V5 и V8 остаются закрытыми; насосы Р1, Р2 и Р3 функционируют.
- Постоянная веновенозная гемодиафильтрация (ПВВГДФ)
Фиг. 5 иллюстрирует применение кассеты для постоянной веновенозной гемодиафильтрации. Эта технология используется, чтобы обеспечить, на основе принципов диффузии и конвекции, удаление растворенных веществ (малых или средних молекул). Диализат и/или замещающий раствор инъецируют в средство 3 для фильтрации и в кровь за средством 3 для фильтрации.
В этом случае контроллер открывает клапан V1 второго проточного тракта, а также клапаны V7 и V8 третьего проточного тракта. Клапан V5 остается закрытым. Насосы Р1, Р2 и Р3 функционируют. В этом варианте клапаны V7 и V8 являются пропорциональными клапанами или иными средствами управления потоком, проходящим через эти клапаны.
В другом варианте, представленном на фиг. 5', кассета содержит вспомогательную распределительную камеру С1.2 и вспомогательную соединительную камеру С1.1. Питание данной распределительной камеры обеспечивается непосредственно дополнительным насосом Р2'. Данная камера обеспечивает возможность распределять диализат или замещающий продукт либо в первую соединительную камеру С2 для разбавления до фильтрации, либо во вспомогательную соединительную камеру С1.1. Эта соединительная камера получает диализат или замещающий продукт также от первой распределительной камеры С1 по выходному каналу, снабженному клапаном V7'. Данная камера имеет также выходной канал V7'', соединяющий ее с фильтром 3. Преимущество такого выполнения состоит в более точном контроле количества вещества, вводимого в фильтр и во вторую соединительную камеру для разбавления после фильтрации или в фильтр и в первую соединительную камеру для разбавления до фильтрации. Таким образом, дополнительный насос Р2' гарантирует, что распределяемые количества текучей среды будут определены с высокой точностью. В этом варианте в процессе постоянной веновенозной гемодиафильтрации клапаны V1, V8 и V7'' открыты.
- Обменное переливание плазмы (ОПП)
Фиг. 6 иллюстрирует применение кассеты для обменного переливания плазмы. Эта технология обеспечивает обмен плазмы посредством мембранной фильтрации. Чтобы заместить выводимую плазму, производят инъецирование замещающего раствора.
В этом варианте контроллер открывает клапан V1 второго проточного тракта, а также клапан V8 третьего проточного тракта. Клапаны V5 и V7 остаются закрытыми. Насосы Р1, Р2 и Р3 функционируют, причем, средства F2 и F3 подают текучую среду предпочтительно во второй проточный тракт.
- Гемоперфузия
Фиг. 7 иллюстрирует применение кассеты для осуществления гемоперфузии. Эта технология используется, чтобы вывести из крови пациента токсичные вещества. С этой целью средство для фильтрации содержит абсорбент. Чтобы заместить выводимую плазму, производят инъецирование замещающего раствора.
В этом варианте контроллер открывает клапан V1 второго проточного тракта, а также клапан V8 третьего проточного тракта. Клапаны V5 и V7 остаются закрытыми. Насосы Р1 и Р2 функционируют, насос Р3 не функционирует, причем средства F2 и F3 подают текучую среду предпочтительно во второй проточный тракт.
Система, имеющая несколько средств подачи жидкости
Если один проточный тракт, идущий, например, от вспомогательного средства подачи жидкости, соединен с другим проточным тактом, кассета предпочтительно содержит соединительную камеру, делающую возможным пересечение этих двух проточных трактов.
В варианте по фиг. 8 кассета содержит:
- третью соединительную камеру С4, имеющую входной канал V1', входной канал V1, снабженный клапаном, и выходной канал V2, причем соединительная камера подает текучую среду, находящуюся во втором средстве F2 подачи жидкости, в проточный тракт для крови (второй проточный тракт), тогда как второе средство F2 подачи жидкости предпочтительно содержит антикоагулянтный агент, и/или
- третий входной канал V12' во второй соединительной камере С3, который позволяет подавать текучую среду, находящуюся в третьем средстве F3 подачи жидкости, в проточный тракт для крови (второй проточный тракт), тогда как третье средство F3 подачи жидкости предпочтительно содержит агент, подавляющий антикоагулянт, и/или
- четвертую соединительную камеру С5, имеющую по меньшей мере два входных канала V14, V14', снабженных клапанами, что позволяет иметь в третьем проточном тракте по меньшей мере две различные или схожие текучие среды, например диализат в одном пакете и замещающий продукт в другом.
Непрерывная циркуляция, опустошение и начальная заливка второго и/или третьего проточных каналов
В варианте, представленном на фиг. 9, вторая соединительная камера С3 содержит:
- входной канал V11 второго проточного тракта, соединенный со средством 3 для фильтрации,
- входной канал V12 третьего проточного тракта, соединенный с распределительной камерой С1, и
- три выходных канала V10, V10', V10'', снабженных клапанами, причем первый из этих каналов соединен с входной трубкой 6 для пациента, второй канал соединен с входным каналом третьей соединительной камеры С4, а третий соединен со средством F5 для сбора крови или, прямо или через другие элементы, со средством С6 для сбора фильтрата.
Этот вариант способен выполнять, например, следующие функции.
- Если возникает какая-либо проблема, контроллер может закрыть клапан V10, например, чтобы избежать введения в тело пациента пузырька воздуха или иного элемента, который может создать опасность для жизни пациента. В этом случае имеется риск коагуляции крови, оставшейся в кассете и фильтре. Поэтому критичное требование состоит в том, чтобы не возникало застоя крови в кассете или в фильтре. В связи с этим насос Р1 продолжает функционировать, выводя кровь из второй соединительной камеры, чтобы обеспечить ее циркуляцию в контуре между первой и второй соединительными камерами и фильтром. Клапаны V10' и/или V1'' открыты, тогда как клапаны V1, V10 и V10'' закрыты.
Кроме того, обеспечивается возможность:
- производить взятие образцов крови с помощью клапана V10'',
- начинать обработку путем выведения из системы воздуха,
- промывать второй проточный тракт текучей средой из третьего проточного тракта,
- удалять, полностью или частично, текучую среду, находящуюся во втором и/или третьем проточных трактах.
Средство и способ калибровки насосов и/или датчиков в первом и третьем проточных трактах
Некоторые технологии непрерывной заместительной почечной терапии требуют точного количественного определения объема, введенного и выведенного через третий и первый проточные тракты. Система обработки предпочтительно содержит перистальтические насосы. Насос этого типа может вносить некоторую неопределенность. Поэтому в варианте по фиг. 10, чтобы найти точную количественную оценку введенного или выведенного объема, распределительная система содержит по меньшей мере два датчика объема, способных измерять объемы в третьем и первом проточных трактах.
Первый датчик 15, установленный в третьем проточном тракте между распределительной камерой С1 и главным насосом Р2, измеряет введенный объем, поступающий от первого средства F1, F1' подачи жидкости. Датчик 15 предпочтительно расположен за нагревательным средством 4. Второй датчик 17 находится в первом проточном тракте за насосом и перед любой другой камерой. Этот второй датчик 17 измеряет объем выведенного фильтрата. Чтобы избежать любого риска загрязнения, оба датчика предпочтительно размещены в кассете.
В предпочтительном варианте система обработки содержит:
- третий датчик 16 объема, предназначенный для сравнивания объемов, измеренных двумя упомянутыми датчиками 15, 17, и именуемый референтным датчиком,
- средство для взятия образцов текучих сред, выходящих из первого и третьего проточных трактов, содержащее шестую соединительную камеру С8, имеющую выходной канал, напрямую соединенный с третьим датчиком 16, и два входных канала V19, V20, соединенных соответственно с:
- выходным каналом, который снабжен клапаном V21, находящимся в первой распределительной камере,
- выходным каналом, который снабжен клапаном V15, находящимся во второй распределительной камере,
- как вариант, седьмую соединительную камеру С9, обеспечивающую референтному датчику 16 возможность сбрасывать измеренные жидкости в средство F4 для сбора фильтрата.
Чтобы избежать любого риска загрязнения, третий датчик предпочтительно находится в кассете.
Способ по изобретению включает следующие операции:
- калибровку введенного объема, включающую:
- открывание клапана V21 и закрывание других клапанов,
- активацию главного насоса Р2 третьего проточного тракта,
- измерение объема, прокачанного указанным насосом Р2, посредством первого датчика 15 третьего проточного тракта,
- измерение указанного прокачанного объема референтным датчиком 16,
- сравнение двух измерений;
- калибровку первого датчика 15 и/или насоса Р2,
- калибровку выведенного объема, включающую:
- открывание клапана V15 и закрывание других клапанов,
- активацию насоса Р3 фильтрата в первом проточном тракте,
- измерение объема, прокачанного указанным насосом Р3, посредством второго датчика 17 первого проточного тракта,
- измерение указанного прокачанного объема референтным датчиком 16,
- сравнение двух измерений,
- калибровку второго датчика 17 и/или насоса Р3.
Эти операции могут выполняться во время начальной заливки и/или во время обработки.
Первый и второй датчики 15, 17 настраиваются по общему датчику 16, именуемому референтным датчиком, для достижения оптимальной относительной сходимости отсчетов. Эти датчики, хотя и не имеют высокой точности, достаточно эффективны, т.к. они относительно точны в отношении референтного датчика 16.
Референтный датчик 16 может быть весами, объемным насосом, массовым расходомером или любым другим датчиком, посредством которого можно измерить или рассчитать объем.
Первый и второй датчики 15, 17 предпочтительно постоянно измеряют жидкости, текущие через третий и первый проточные тракты соответственно. Непрерывное измерение объемов позволяет компенсировать возможный дрейф.
Датчик давления, вынесенный из проточного тракта
На фиг. 11, 12 и 13 система 100 распределения текучей среды согласно изобретению представлена в предпочтительном варианте кассеты, подобной описанной выше, посредством которой можно отбирать образцы и/или выводить/вводить текучую среду FI1 из пациента и/или пациенту и измерять давление в этой текучей среде. Система содержит жесткий корпус 105, в котором образован по меньшей мере один проточный тракт 103, по которому течет текучая среда FI1, и по меньшей мере один канал 102. Канал 102, выполненный отдельно от проточного тракта 103, позволяет соединить этот проточный тракт с измерительной зоной 101. В системе дополнительно имеется по меньшей мере одно отверстие 106, перекрытое гибкой мембраной 104, формирующей измерительную зону 101 и предназначенной для приема датчика 107 давления.
В измерительной зоне 101 находится текучая среда FI2, отличная от текучей среды FI1. Текучая среда FI2, присутствующая по меньшей мере в части канала 102, обеспечивает возможность передать давление текучей среды FI1 мембране 104 посредством контакта с ней. Канал 102 является ограничителем потока, способным предотвращать контакт текучей среды FI1 с указанной мембраной. Длина и/или форма канала 102 передачи давления зависит от способности текучей среды FI2 к расширению и/или от интервала давлений, подлежащих измерению. Канал 102 предпочтительно содержит по меньшей мере одну секцию, достаточно узкую, чтобы препятствовать проникновению текучей среды FI1 в измерительную зону 101.
В одном варианте канал 102 содержит гидрофобный фильтр 108 или мембрану.
Согласно конкретному варианту создается интерфейс мембрана 104/текучая среда FI3/камера датчика 107 для того, чтобы избежать трения между мембраной 104 и указанной камерой, которое могло бы привести к погрешностям измерений. Интерфейс жидкость FI1/текучая среда FI2/мембрана 104 создается для того, чтобы избежать смачивания мембраны 104 жидкостью FI1. Передача давления от FI1 обеспечивается текучими средами FI2 и FI3, находящимися на каждой стороне мембраны 104. Среды FI2 и FI3 предпочтительно имеют одинаковые физические свойства, предпочтительно являясь воздухом. Мембрана 104 может деформироваться с одинаковыми деформациями каждой из поверхностей, обращенных к этим средам, чтобы компенсировать обусловленные температурой изменения объема воздуха, удерживаемого между мембраной 104 и датчиком 107.
Еще в одном варианте текучая среда FI1 является водой, а FI2 - это липид, тогда как FI3 может быть липидом или водой.
На фиг. 13' представлен еще один вариант системы 100 распределения текучей среды, которая обеспечивает формирование потока текучей среды FI1 и возможность измерения давления этой текучей среды. Система содержит жесткий корпус 105, в котором образован по меньшей мере один проточный тракт 103, по которому течет текучая среда FI1, и по меньшей мере один канал 102. Этот канал 102 выполнен отдельно от проточного тракта 103, но сообщается с ним, так что текучая среда FI1 может течь по каналу 102. Таким образом, канал 102 позволяет соединить проточный тракт с измерительной зоной 101. Система дополнительно содержит по меньшей мере одно отверстие 106, перекрытое гибкой мембраной 104, формирующей измерительную зону. Отверстие 106 может иметь размер, равный соответствующему размеру канала 102 или отличный от него. Мембрана предназначена для приема датчика 107 давления. В измерительной зоне 101 содержится текучая среда FI2, отличная от текучей среды FI1. При этом текучая среда FI2 находится по меньшей мере частично в измерительной зоне и/или в канале 102.
В варианте, проиллюстрированном фиг. 13', количество и/или объем текучей среды FI2 являются постоянными или могут со временем уменьшаться, так что текучая среда FI1 может перемещаться в канал 102 и/или к измерительной зоне 101 с большей или меньшей скоростью.
В одном варианте измерительная зона 101 и/или канал 102 по меньшей мере частично содержат текучую среду FI2 и текучую среду FI1. Текучая среда FI1 может частично смачивать мембрану 104 или находиться в контакте с ней. Длина и/или форма канала 102 передачи давления зависит от способности текучей среды FI2 к расширению и/или от интервала давлений, подлежащих измерению.
Канал 102 может быть сконструирован так, чтобы он ускорял и/или замедлял движение текучей среды FI1, например, в процессе функционирования системы 100 распределения текучей среды, которая может быть выполнена таким образом, чтобы гарантировать, что при ее использовании мембрана 104 и/или измерительная зона 101 неполностью смачиваются или не контактируют с текучей средой FI1.
Энергосберегающий линейный актуатор
Изобретение относится также к линейному актуатору 200, использующему двигатель 201, например двигатель постоянного тока или двигатель иного типа, известного специалистам. Двигатель связан с преобразователем, позволяющим преобразовать вращение вала двигателя в линейное перемещение. Двигатель предпочтительно содержит также средство для уменьшения крутящего момента.
Более конкретно, преобразователь содержит:
- по меньшей мере один периферийный скошенный участок 214, находящийся внутри поршня 207,
- по меньшей мере одно нажимное средство 209, прикрепленное, например непосредственно, к ротору 208 электродвигателя 201 и выполненное с возможностью взаимодействия с периферийным участком 214,
- по меньшей мере одно направляющее средство 203, 216, позволяющее поршню 207 совершать поступательное перемещение.
Скошенный участок 214 имеет в своей самой верхней части по меньшей мере один пороговый выступ 215. В одном варианте по меньшей мере один такой выступ может быть выполнен с возможностью взаимодействия с нажимным средством. Например, выступ может быть идеально плоским (в виде платформы) и расположен горизонтально относительно вертикального перемещения поршня. Альтернативно, выступу можно придать специальную форму, чтобы обеспечить надежное поддерживание нажимного средства с целью гарантировать неизменность его положения. Соответствующий вариант представлен в правой части фиг. 18'. За выступом 215 в верхней части скошенного участка 214 может находиться проход 219, обеспечивающий поршню 207 возможность освобождения от усилий, прикладываемых к нему нажимным средством 209.
У поршня могут иметься один или более скошенных участков и/или один или более проходов. По меньшей мере один скошенный участок может иметь наклон в пределах 0°-90°. В одном варианте этот наклон может находиться в интервале 0°-45°, предпочтительно между 10°-30°.
У поршня 207 имеются по меньшей мере два стационарных положения:
- первое положение, в котором поршень 207 находится на расстоянии d2 (см. фиг. 18), равном А, причем в этом положении нажимное средство 209 находится в начале скошенного участка, и
- второе положение, в котором поршень 207 находится на расстоянии d2, равном В. В этом положении нажимное средство 209 взаимодействует с выступом, что позволяет поддерживать поршень в этом положении.
Система обладает несколькими преимуществами:
- нет необходимости подавать питание на двигатель, чтобы удерживать клапан открытым, что соответствует третьему стабильному состоянию;
- в процессе удерживания в нужном положении актуатор не нагревается;
- низкий уровень шума в процессе функционирования;
- большая длина хода.
В предпочтительном варианте, представленном на фиг. 16, поршень 207 имеет по меньшей мере один скошенный участок 214 (предпочтительно два или более), а нажимное средство может быть выполнено, как поперечная ось, способная взаимодействовать, по меньшей мере временно, по меньшей мере с одним скошенным участком. В результате, когда поршень содержит два скошенных участка, расположенных симметрично оси вала ротора, в течение одного полного оборота ротора поршень будет по два раза находиться во втором и в первом положениях. В поршне может быть выполнен проход 219, обеспечивающий возможность быстрого перехода из второго положения в первое, причем этот проход может быть расположен ниже первого положения. Это сделает возможным:
- обеспечить два положения поршня (первое и третье положения) без активации актуатора,
- облегчить сборку,
- предотвращать поворот ротора или двигателя, когда поршень находится в третьем положении, что сделает невозможным любое изменение положения, когда кассета не загружена в аппарат.
Согласно одному варианту по меньшей мере один проход расположен за скошенным участком, предпочтительно за выступом.
В одном варианте актуатор дополнительно содержит по меньшей мере одно поджимающее средство 205, прикладывающее усилие к поршню 207. Нажимное средство и скошенный участок взаимодействуют, чтобы сместить поршень вдоль той же оси, что и поджимающее средство, но в противоположном направлении.
В другом варианте поджимающее средство стремится отодвинуть поршень от актуатора назад, т.е. в направлении 220 дистального конца 217 поршня, тогда как нажимное средство и скошенный участок заставляют поршень двигаться в сторону актуатора. В этом случае А>В. Еще в одном варианте поджимающее средство стремится сместить поршень в сторону актуатора, а нажимное средство и скошенный участок заставляют поршень отодвигаться от актуатора. В этом случае А<В.
В одном варианте актуатор предназначен для приведения в движение элемента аппарата, рассматриваемого в данном описании. Этим элементом может быть, например, затвор клапана кассеты. Далее рассматривается именно этот вариант, но изобретение, естественно, им не ограничивается.
Таким образом, поршень 207 имеет по меньшей мере два положения.
В первом положении головка 211 поршня 207 связана, как это показано на фиг. 15, с затвором 212 клапана кассеты, подобной описанной выше. Поршень 207, свободный от воздействия нажимного средства 209, удерживает затвор 212 клапана в положении запирания, т.е. прижатым к седлу 213 клапана. При этом расстояние d2 равно А.
Во втором положении головка 211 поршня 207 также связана с затвором 212 клапана. На поршень 207 воздействует нажимное средство 209, перемещая узел поршень/головка в направлении 221 двигателя 201. Когда нажимное средство 209 подходит к выступу 215 в верхней части скошенного участка, поршень 207 находится во втором положении, а затвор 212 клапана - в состоянии открывания. При этом расстояние d2 равно В.
В одном варианте у поршня имеется третье положение, в котором головка 211 поршня 207 отсоединена от затвора 212 клапана. Поджимающее средство 205 прикладывает усилие к поршню, стремясь сместить его в третье положение, удаленное от двигателя более, чем первое и второе положения. Данное поджимающее средство может быть тем же, что описанное выше, или отдельным поджимающим средством. Расстояние d2 при этом равно С, причем в данном варианте С>А>В. Преимущество наличия третьего положения состоит в том, что оно создает условия для создания давления, когда поршень связан с затвором клапана в первом положении. Другими словами, когда поршень связан с затвором, он способен, находясь в первом положении, прикладывать к затвору давление, гарантирующее запирание клапана.
В одном варианте актуатор содержит элемент, прикрепляемый к его основанию и несущий поджимающее средство, создающее усилие в направлении дистального конца поршня и имеющее ту же функцию, что и средство, описанное выше.
Поджимающее средство 205 может быть пружиной, упругой металлической лентой, эластичным материалом или материалом с памятью формы. Данное средство может создавать усилие 0-6 Н, предпочтительно 5-6 Н.
Актуатор 200 сконструирован так, чтобы избежать расхода энергии при нахождении в стационарном состоянии. Нажимное средство 209 в виде круглого стержня предназначено для скольжения или качения по скошенному участку до прихода в заданное положение. Нажимное средство 209 останавливается у порогового выступа, который сконструирован так, что в этом положении весь узел находится в равновесии. Сразу же за выступом 215, находящимся в верхней части скошенного участка 214, следует проход 219, позволяющий поршню быстро переходить из второго положения в первое при минимальном расходе энергии. Данный проход специально рассчитан на переход из одного положения в другое при малых затратах энергии.
Другими словами, энергия, затрачиваемая актуатором при переходе из первого положения во второе, больше, чем энергия, затрачиваемая им для перехода из второго положения в первое. Проход 219 может представлять собой скошенный участок с большим наклоном и/или ориентированный противоположно направлению наклона основного скошенного участка. Таким образом, нажимное средство при переходе из второго положения в первое проходит более короткое расстояние, чем при переходе в обратном направлении.
Как вариант, поршень 207 имеет несколько пороговых выступов, чтобы обеспечить промежуточные положения покоя.
В одном варианте двигатель содержит компонент для уменьшения крутящего момента между двигателем и ротором. Данный компонент может быть сконструирован так, чтобы двигатель мог вращать ротор, а ротор не мог вращать двигатель. Другими словами, компонент для уменьшения крутящего момента способен, благодаря своей конструкции, предотвращать, ограничивать или тормозить любое движение ротора, не вызываемое двигателем.
В этом варианте компонент для уменьшения крутящего момента может быть сконструирован так, что актуатор сможет при стационарном включенном или отключенном двигателе находиться в любом положении. В этом случае актуатор, благодаря наличию компонента для уменьшения крутящего момента, может иметь ограниченное количество выступов, как это было описано выше, но неограниченное количество положений, которые он может занимать без необходимости подачи питания. Такой актуатор может быть адаптирован к взаимодействию с пропорциональным клапаном кассеты для распределения текучей среды. В данной конструкции актуатор способен обеспечивать поток текучей среды в соответствии с требованиями используемой обработки.
В одном варианте поршень 207 не имеет ни одного выступа, но может находиться в положениях, в которых он удерживается благодаря компоненту для уменьшения крутящего момента, как это описано выше. Такой поршень содержит по меньшей мере один скошенный участок и, как вариант, один проход. Компонент для уменьшения крутящего момента позволяет актуатору поддерживать заданное положение, что обеспечивает возможность открывать клапан (например пропорциональный клапан) в пределах 0-100%.
В другом варианте поршень содержит по меньшей мере один нижний скошенный участок и верхний скошенный участок, причем эти участки выполнены такими, что по меньшей мере одно нажимное средство 209 может перемещаться между этими скошенными участками. Данные участки могут быть выполнены взаимно параллельными по меньшей мере своими частями.
В предпочтительном варианте по меньшей мере один актуатор является частью исполнительной системы, содержащей контроллер и по меньшей мере один источник питания. Данная система предназначена для перемещения по меньшей мере одного поршня из второго положения в первое положение (и наоборот) при условии малого энергопотребления. Источник питания может быть внешним источником питания и/или аккумуляторным средством. Данное средство может использоваться системой, когда внешний источник питания не функционирует или недостаточен. Таким образом, при отсутствии внешнего питания клапан будет переводиться из положения открывания в положение запирания с использованием аккумуляторного средства, которым может быть конденсатор большой емкости или батарея.
Согласно варианту по фиг. 14, актуатор 200 может содержать:
- двигатель 201,
- жесткий корпус 202, внутри которого находятся:
- датчик 204, прикрепленный к двигателю посредством корпуса 202,
- поджимающее средство 205,
- поршень 207, у которого есть зафиксированный элемент 206, предназначенный для взаимодействия с датчиком 204,
- нажимное средство 209, прикрепленное, непосредственно или через другие элементы, к ротору 208 двигателя 201,
- элемент 210, прикрепленный к дистальному концу 217 поршня с целью фиксации головки 211, которая будет взаимодействовать с клапаном.
Поршень 207 и корпус 202 снабжены направляющими средствами 203, 216, предотвращающими вращение поршня вместе с ротором 208 двигателя.
На фиг. 17, 18, 19, 20 и 21 поршень показан в различных положениях (клапан и головка на этих фигурах не изображены):
- На фиг 17: затвор клапана не связан с головкой. Поршень 207 находится в третьем положении; поджимающее средство 205 находится в свободном состоянии. Нажимное средство 209 находится в проходе 219 и не прикладывает никакого усилия к скошенному участку 214.
- На фиг. 18: затвор клапана сопряжен с головкой. Поршень 207 находится в первом положении, а поджимающее средство 205 оказывает давление на поршень 207, чтобы гарантировать закрытое положение затвора. Нажимное средство 209 и скошенный участок 214 предпочтительно не создают никаких напряжений. На фиг. 18' представлены два различных варианта порогового выступа 215, имеющегося в верхней части скошенного участка. Таким образом, этот выступ может иметь различные формы: он может быть плоским или быть адаптирован, в большей или меньшей степени, для лучшего взаимодействия с нажимным средством 209, когда оно находится рядом с пороговым выступом 215 или на нем.
- На фиг. 19: затвор клапана сопряжен с головкой. Ротор 208 движется, чтобы дать возможность поршню 207 перейти из первого во второе положение. Нажимное средство 209 перемещается по скошенному участку 214, заставляя поршень 207 двигаться в сторону двигателя, открывая клапан, и сжимает поджимающее средство 205.
- На фиг. 20: затвор клапана сопряжен с головкой. Поршень 207 находится во втором положении, а нажимное средство 209 остановлено на выступе 215 в верхней части скошенного участка. Поджимающее средство 205 сжато. Клапан открыт.Положение является стабильным без участия в этом двигателя 201. В одном варианте актуатор содержит датчик, предназначенный для определения относительного положения поршня 207. Вариант по фиг. 20 использует датчик 204 на эффекте Холла, взаимодействующий с магнитом 206, находящимся в поршне. Датчик 204 может быть датчиком линейного перемещения, содержащим стержень или кодер, или любые элементы, пригодные для взаимодействия с указанным датчиком 204. При этом благодаря процессору, подключенному к датчику 204, обеспечивается возможность установить или отслеживать положение поршня 207.
- На фиг. 21: затвор клапана сопряжен с головкой. Ротор 208 движется, заставляя нажимное средство 209 переместиться в проход 219. Поршень мгновенно переходит из второго в первое положение под действием поджимающего средства 205, которое проталкивает поршень 207 назад, в направлении его дистального конца 217. Клапан закрывается.
Система управления и управление актуатором
В варианте, проиллюстрированном фиг. 32, 32' и 33, система 800 управления содержит линейный актуатор, содержащий подвижную часть 801 и стационарную часть 804, а также управляющие элементы 802, 803, 805, которые способны задавать положение подвижной части 801 относительно стационарной части 804 и осуществлять управление линейным актуатором.
На фиг. 32 актуатор представлен в положении А, а на фиг. 32' - в положении В. Управление актуатором осуществляется управляющим элементом 805. Стационарная часть 804 может содержать приводное средство, например двигатель. Подвижная часть 801 может быть адаптирована для взаимодействия, например, с клапаном текучей среды в распределительной системе. Таким образом, положение А может соответствовать закрытому состоянию управляемого клапана, а положение В - его открытому состоянию. Однако изобретение не ограничивается управлением открыванием и закрыванием клапана текучей среды в распределительной системе, а количество положений актуатора может быть ограниченным или неограниченным.
Элементы 1 (802) и 2 (803) датчика предназначены для определения, посредством взаимодействия друг с другом, по меньшей мере одного положения. Данный датчик может являться емкостным или индуктивным датчиком перемещения, например LVDT-датчиком, электромагнитным датчиком на эффекте Холла, ультразвуковым, инфракрасным, оптическим, лазерным, механическим или микроволновым датчиком (данный перечень не является исчерпывающим). Для облегчения понимания, в рассматриваемом примере будет использоваться датчик на эффекте Холла. Соответственно, элемент 1 (802) датчика - это постоянный магнит (в данном случае не связанный с процессором 805), а элемент 2 (803) датчика - это сам датчик на эффекте Холла, подключенный к процессору. Постоянный магнит создает электромагнитное поле, напряженность которого измеряет датчик 803. В частности, датчик 803 позволяет детектировать изменения магнитного поля, индуцированные постоянным магнитом 802, когда он движется.
Постоянный магнит 802 предпочтительно жестко закреплен в заданном положении на подвижной части 801 актуатора, а датчик 803 жестко закреплен в заданном положении на его стационарной части 804, или наоборот. В результате, когда подвижная часть перемещается, постоянный магнит 802 приближается к датчику 803 или удаляется от него. При этом датчик измеряет изменения напряженности магнитного поля постоянного магнита 802. В идеале, положения магнита и датчика взаимно согласованы.
Результаты измерений передаются для их обработки от датчика 803 процессору. Как правило, все системы управления должны быть проградуированы, чтобы заранее определить напряженность поля, соответствующую каждому положению. Другими словами, датчик детектирует заданные пороговые значения, соответствующие заранее выделенным положениям. Однако подобная градуировка, включающая, например, проведение калибровки по всем актуаторам, является продолжительной и трудоемкой. Чтобы избежать этой работы по градуировке, изобретение предусматривает применение процессора, который производит обработку сигнала с целью определить по меньшей мере одно положение актуатора. В результате изобретение позволяет избежать проведения калибровки.
Верхний график на фиг. 33 показывает, что абсолютные значения напряженности создаваемого магнитом электромагнитного поля, измеряемого датчиком, могут сильно изменяться при переходе от одного актуатора к другому. Это обусловлено тем, что датчики актуаторов 1 и 2 в идентичных положениях не регистрируют одно и то же абсолютное значение напряженности. Поэтому определение положений этих актуаторов как функции единственного порогового значения было бы затруднительным и ненадежным.
Система 800 управления содержит процессор 805, который использует математическую модель, учитывающую производную абсолютного значения. В данном описании под абсолютным значением понимается значение, измеренное датчиком 803 и соответствующее напряженности магнитного поля. Пример кривой абсолютных значений представлен верхним графиком на фиг. 33. Производная абсолютного значения является угловым коэффициентом касательной к кривой абсолютных значений. Другими словами, производная позволяет определить наклон кривой вариации магнитного поля при перемещении магнита относительно датчика. Эта производная, представленная в виде кривой на среднем графике на фиг. 33, позволяет определить направление перемещения подвижной части 801 актуатора относительно его стационарной части 804.
Таким образом, система управления содержит процессор, применяющий математическую модель, учитывающую производную сигнала. Эта математическая модель позволяет определить, когда актуатор достигнет крайнего положения или порога, как это было описано при рассмотрении линейного актуатора. Действительно, когда актуатор перемещает свою подвижную часть 801, значение первой производной будет больше или меньше 0; однако, когда подвижная часть 801 актуатора не движется, первая производная, по существу, равна 0. В нашем предпочтительном примере, когда магнит 802 удаляется от датчика 803, первая производная отрицательна, и, наоборот, когда магнит приближается, первая производная является положительной.
Система может дополнительно содержать математическую модель для определения того, когда подвижная часть движется, а когда она остается неподвижной. Эта вторая математическая модель учитывает вторую производную абсолютного значения. С помощью этой, второй математической модели система знает, когда подвижная часть изменяет свое состояние (становится подвижной или неподвижной).
В одном варианте система управления содержит актуатор, имеющий по меньшей мере один скошенный участок и по меньшей мере один пороговый выступ (например линейный актуатор типа описанного выше), а процессор адаптирован для управления актуатором и для обработки сигнала согласно по меньшей мере одной математической модели.
Первая математическая модель использует первую производную абсолютного значения, измеренного датчиком 803. Процессор может использовать первую математическую модель, чтобы определять, в каком направлении движется подвижная часть 801. Когда первая производная близка к 0, система управления знает, что актуатор достиг порогового выступа.
Вторая математическая модель использует вторую производную абсолютного значения, измеренного датчиком 803. Процессор может использовать вторую математическую модель, чтобы определять, достигнут ли пороговый выступ и/или является ли подвижная часть неподвижной или движется. Нижний график на фиг. 33 иллюстрирует сигнал, соответствующий второй математической модели. Если значение сигнала равно f, это означает, что актуатор находится в неизменном положении или достиг порогового выступа. Если значение сигнала равно d, это означает, что подвижная часть 801 движется. Таким образом, благодаря использованию этой, второй математической модели, системе не требуется знать абсолютное значение. Если система управления включает актуатор, чтобы переместить его подвижную часть 801, вторая математическая модель позволяет определить, когда актуатор достигнет требуемого положения. Другими словами, если актуатор продолжает выполнять свою функцию, например он заставляет нажимное средство 209 поворачиваться, но его подвижная часть больше не движется, процессор способен определить, по значениям первой и/или второй производной, что нажимное средство достигло порогового выступа. Следовательно, когда процессор выдает команду на изменение положения актуатора, математическая модель позволяет процессору определить, когда будет достигнут пороговый выступ, и выдать команду на остановку актуатора.
Таким образом, данная система управления адаптирована для определения по меньшей мере одного положения, достигнутого подвижной частью 801 актуатора независимо от характеристик применяемого датчика. Следовательно, эта система, независимо от характеристик применяемого датчика, адаптирована для остановки актуатора по меньшей мере при достижении подвижной частью 801 актуатора определенного положения.
В одном варианте система управления содержит актуатор, имеющий по меньшей мере два различных заданных положения. Актуатор содержит по меньшей мере один пороговый выступ, задающий положение, и по меньшей мере один скошенный участок, обеспечивающий возможность изменения положения. Актуатор приводится в действие двигателем, предпочтительно рассчитанным на вращение в единственном направлении, так что он последовательно переходит из одного положения в другое в заданном порядке. Актуатор предпочтительно адаптирован для возвращения в свое начальное положение путем по меньшей мере одного частичного оборота. При этом процессор использует математическую модель, которая учитывает вторую производную абсолютного значения результата измерения, выполняемого указанным датчиком. У процессора имеется память, в которую записывается последовательность положений, так что данной системе, чтобы знать положение актуатора, не требуется знания первой производной абсолютного значения. Актуатору достаточно совершить один оборот, например, в процессе запуска системы, чтобы его положение стало известно с высокой точностью.
Приводное устройство, используемое с перистальтическими насосами
В одном варианте система обработки может содержать приводное устройство для перистальтических насосов. Это приводное устройство, рассматриваемое далее, может быть использовано с различными перистальтическими насосами и/или с системами распределения текучей среды, содержащими перистальтический насос.
Изобретение относится также к способу коррекции погрешностей изготовления приводного вала в перистальтических насосах. На фиг. 22 и 23 представлено приводное устройство 300 согласно изобретению, которое содержит плавающий вал 301, приводимый в движение приводным средством 303, прикрепленным к ротору 310 электродвигателя (не изображен). Плавающий вал 301 содержит жестко соединенные основание 311 и кожух 302, образующие полость, внутри которой, по меньшей мере частично, размещено приводное средство 303. Данное средство содержит жесткое тело, выполненное с возможностью взаимодействия со стенками 309, 309' полости 313, обеспечивая при этом плавающему валу 301 ограниченную свободу по отношению к оси ротора 310. Для прикрепления приводного средства 303 к ротору 310 может быть использован винт 307.
В полости находится по меньшей мере один сопрягающий элемент 312, обеспечивающий возможность передачи вращательного движения от приводного средства 303 к плавающему валу.
Сопрягающий элемент 312 предпочтительно является отверстием, по сторонам которого установлены два твердых элемента 308 и через которое в направлении, перпендикулярном оси, введен штифт 306. Расстояние между двумя твердыми элементами 308 несколько превышает диаметр штифта 306.
Твердые элементы 308 и/или штифт 306 могут быть выполнены из твердого металла, такого как кобальт, вольфрам, ванадий, хром, марганец, никель, титан, германий, галлий, висмут, индий, литий, магний, молибден, стронций, рубидий или палладий. В одном варианте твердые элементы 308 имеют более высокую твердость, чем штифт 306. С целью повысить их твердость, эти элементы и/или штифт 306 могут быть покрыты, например, окисью циркония или одним из содержащих ее сплавов.
В одном варианте жесткое тело 304 приводного средства 303 может иметь сферическую форму или быть несколько уплощенным. В другом варианте это тело образует ролик, имеющий три поверхности, две из которых являются противолежащими плоскими гранями, соединенными посредством третьей, криволинейной поверхности. В проекции на плоскость X-Z данный ролик имеет вид окружности, образованной криволинейной поверхностью. Переходная зона по меньшей мере между одной из противолежащих поверхностей и криволинейной поверхностью в проекции на плоскость X-Y может быть закруглена. Взаимно противоположные поверхности могут быть, по существу, плоскими и/или, по существу, взаимно параллельными.
Согласно варианту у полости 313 имеются три гладкие стенки 309, 309'. Желательно, чтобы верхняя стенка 309 и/или нижняя стенка 309' этой полости имели по меньшей мере частично коническую форму. В общем случае поверхности верхней стенки 309 и нижней стенки 309' могут быть плоскими или криволинейными.
В одном варианте угол конуса гладкой стенки 309 в плоскости X-Y может составлять 0°-90°, предпочтительно 5°-30°. Угол конуса противоположной гладкой стенки 309' может составлять от -0° до -90°, предпочтительно от - 5° до -30°. При этом указанные углы конусов могут быть одинаковыми или различными.
Гладкие стенки 309, 309' адаптированы для взаимодействия с концами тела 304 так, что плавающий вал 301 может смещаться по меньшей мере вдоль любой из трех осей X, Y, Z и/или совершать движения наклона, например относительно оси Y, в пределах ±10°, предпочтительно ±5°.
В одном варианте приводное средство 303 содержит продольный вал 305, а плавающий вал 301 имеет вторую полость 313', вытянутую по его длине. Продольный вал 305 находится внутри этой второй полости, чтобы ограничить поперечные смещения вала 301.
Размеры элементов, образующих приводное средство 303, 306, 305, желательно выбрать несколько меньшими, чем у элементов 302, 313, 312, формирующих внутреннюю часть плавающего вала 301.
В одном варианте приводное устройство 300 содержит приводной вал, выполненный в виде цельной детали, вытянутой вдоль оси Y, и адаптированный для приведения во вращение по меньшей мере одного ролика 320 перистальтического насоса. Данный ролик предназначен для прижатия гибкой трубки (не изображена) к стенке (не изображена). На фиг. 22 и 23 приводной вал представлен плавающим валом 301. Другими словами, приводной вал может являться плавающим валом и/или представлять собой часть приводного устройства. В варианте по фиг. 22 и 23 приводной вал может иметь цилиндрическую форму и иметь фаску на своем свободном конце (термин "свободный конец" в данном контексте соответствует концу, противоположному концу, связанному с двигателем напрямую или через другие элементы). В проекции на плоскость X-Z приводной вал имеет круглую форму.
В одном варианте приводной вал выполнен в виде цельной детали, образованной по меньшей мере двумя различными цилиндрами, имеющими общую ось, но различные диаметры. Соответственно, в плоскости X-Z приводной вал соответствует по меньшей мере двум концентричным кругам различного диаметра. Альтернативно, приводной вал может содержать три цилиндра, диаметр одного из которых отличается от двух других. Цилиндр с наименьшим диаметром может находиться между двумя цилиндрами равного диаметра. Поверхности этих цилиндров большего диаметра могут быть обработаны таким образом, чтобы улучшить их взаимодействие с роликами перистальтического насоса.
Такая конструкция приводного вала с тремя цилиндрами особенно удобна и предпочтительна для использования Н-роликом, таким как ролик 320 (см. фиг. 23). Ролик используется в перистальтическом насосе и служит для пережатия гибкой трубки. Эта функция предпочтительно осуществляется жесткой частью 322 ролика 320, который представляет собой цилиндр с проекцией на плоскость X-Z в виде круга и содержит вал 321, расположенный на его оси, параллельной оси Y, жесткую часть 322 и по меньшей мере одну гибкую, деформируемую часть 323, выполненную с возможностью взаимодействовать с приводом вала.
Цилиндры большего диаметра предпочтительно вступают в контакт с гибкой частью 323 ролика 320 и приводят его во вращение. Когда приводной вал находится в контакте по меньшей мере с одной гибкой частью, эта часть может деформироваться, что улучшит взаимодействие между этими двумя элементами и/или скомпенсирует погрешности изготовления каждого из них. В предпочтительном варианте ролик содержит жесткую часть 322 в его центральной зоне и две гибкие части 323 на его концах в направлении оси Y.
Система распределения текучей среды, содержащая плавающий вал 301, приводной вал с тремя цилиндрами и/или ролик с жесткой и гибкой частями, позволяет существенно улучшить взаимодействие между роликом и приводным валом и скорректировать погрешности изготовления различных элементов системы.
Средство для сглаживания пиков давления
В одном варианте система обработки содержит по меньшей мере одно средство для сглаживания пиков давления.
На фиг. 24 представлен сигнал давления, измеренный у входа перистальтического насоса. На первом графике 401 можно наблюдать осцилляцию давления, тогда как второй график 402 соответствует среднему значению этого давления. Цель сглаживания состоит в уменьшении амплитуды осцилляций, показанных на первом графике.
Соответствующее сглаживающее средство может быть установлено в один или более проточных трактов описанной распределительной системы. Данное средство желательно интегрировать в кассету.
Применительно к перитонеальному диализу или к непрерывной заместительной почечной терапии каждая обработка имеет одну или более возможных конфигураций. Появляющиеся пики давления могут быть усилены или ослаблены различными элементами, которые будут зависеть от указанных конфигураций. Следует напомнить, что одна из задач, решенных изобретением, состоит в обеспечении простоты использования системы. В связи с этим важным фактором является воспроизводимость, т.к. оператор (обычно медсестра) должен (должна) быть в состоянии гарантировать правильное функционирование системы без необходимости учитывать характеристики различных элементов.
Описанная распределительная система представляет собой кассету, через которую текучие среды текут по трем проточным трактам. Их течение предпочтительно обеспечивается перистальтическими насосами. Важными требованиями являются воспроизводимость, прецизионность и комфортность для пациента. Именно поэтому в кассету интегрировано по меньшей мере одно сглаживающее средство предпочтительно. Чтобы быть эффективным, насколько это возможно, сглаживающее средство должно быть помещено как можно ближе к насосам.
В варианте, схематично представленном на фиг. 25, проточный тракт ограничен стенками 404. Эти стенки могут быть жесткими стенками кассеты. Секция проточного тракта покрыта гибкой мембраной 403, заменяющей указанные стенки 404. Благодаря эластичности гибкой мембраны 403 пиковые давления существенно ослабляются, поскольку поглощаются деформацией мембраны 403. Характер поглощения пиков зависит от размера и упругих характеристик мембраны.
В другом варианте, схематично представленном на фиг. 26, проточный тракт аналогичным образом ограничен своими стенками, секция которых заменена на этот раз полостью. В полости удерживается сжимаемая текучая среда, такая как воздух, который может быть захвачен в количестве примерно 1 мл при начальной заливке системы. В процессе прокачки текучей среды объем воздуха будет сжиматься в большей или меньшей степени, абсорбируя энергию пиковых давлений. Этот вариант особенно эффективен, поскольку для своего осуществления почти не требует энергии, причем текучая среда очень быстро абсорбирует пиковые давления. Полость или ее вход предпочтительно предназначены для того, чтобы избежать утечки текучей среды. Другими словами, полость предназначена для того, чтобы движущаяся в системе текучая среда не заместила сжимаемую текучую среду.
Указанное сглаживающее средство предпочтительно расположено, по направлению течения, перед насосным механизмом.
Реферат
Группа изобретений относится к медицинской технике. Линейный актуатор для управления клапаном медицинского устройства содержит поворотный электродвигатель, поршень и установленное между электродвигателем и поршнем преобразующее средство, предназначенное для преобразования вращательного движения двигателя в линейное перемещение поршня. Преобразующее средство содержит периферийный скошенный участок, находящийся внутри поршня, нажимное средство, выполненное с возможностью взаимодействия с указанным периферийным скошенным участком, и направляющее средство, позволяющее поршню совершать поступательное перемещение. Скошенный участок имеет пороговый выступ, находящийся в самой верхней его части, и проход , обеспечивающий поршню возможность освобождения от усилий, прикладываемых к нему скошенным участком и нажимным средством. Раскрыта исполнительная система для управления клапаном медицинского устройства, содержащая линейный актуатор. Технический результат состиот в обеспечении энергосбережения. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 33 ил.
