УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВНУТРИВЕННОГО ВЛИВАНИЯ ЖИДКОСТИ Российский патент 1996 года по МПК A61M5/142 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для длительного дозированного ввода лекарств в организм больного с задаваемой врачом скоростью при лечении различных заболеваний, преимущественно для работы в условиях кислородных и воздушных медицинских барокамер при проведении сеансов оксигенотерапии с избыточным давлением. Изобретение может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности для точного дозирования жидкости, преимущественно для работы в пожароопасной и взрывоопасной среде.

Известны устройства для внутривенного вливания жидкости, содержащие пневмогидравлические приводы и в качестве исполнительного органа сильфоны или гибкие емкости. В таких устройствах дозируемая жидкость имеет непосредственный контакт с деталями и узлами устройств, что требует определенной санитарной обработки внутренних полостей исполнительного органа перед каждым новым дозированием. Кроме того, на работу таких устройств влияет изменение давления окружающей среды.

Известно устройство, содержащее в качестве исполнительного органа эластичную трубку, заправленную в роликовый насос. Эластичная трубка входит в состав устройства для трансфузии одноразовой системы для вливаний (капельницы), например ПР 11-01 ГОСТ 25047-87. Вращающиеся ролики насоса перемещают с заданной скоростью жидкость в трубке капельницы, осуществляя дозированное вливание.

Однако в качестве привода к известным роликовым насосам всегда используется электромотор, что недопустимо в условиях кислородной среды при лечении пациента в условиях кислородных и воздушных барокамер при проведении сеансов гипербарической оксигенации по правилам противопожарной безопасности.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для внутривенного вливания жидкости, содержащее эластичный исполнительный орган с вливаемой жидкостью, установленный с возможностью взаимодействия с пневмогидравлическим приводом, включающим полости высокого и низкого давления, разделенные через подвижные элементы замкнутой гидравлической полостью, расположенное в гидравлической полости регулирующее устройство, шарнирно связанное с поворотной ручкой, и стабилизатор давления газа.

Однако это устройство требует применения специального исполнительного органа в виде эластичного мешочка, каждый раз требующего при использовании определенной санитарной обработки, и использует помимо пневмогидравлики электроэнергию, что недопустимо в условиях кислородной и другой пожароопасной среды.

Целью изобретения является создание устройства для внутривенного вливания жидкости, имеющего в качестве исполнительного органа роликовый насос с приводом, способным работать в пожароопасной среде при изменяемом окружающем давлении без изменения установленной скорости вливания (дозирования), расширение области применения и сокращение времени обслуживания путем применения стандартной одноразовой системы для вливаний.

Цель достигается тем, что пневмогидравлический привод снабжен роликовым насосом, линией пневмопитания, перегородкой гидравлической полости и размещенным в полости низкого давления пневмопереключателем.

Первый подвижный элемент выполнен в виде нежесткой мембраны и размещен со стороны полости высокого давления, соединенной с внутренней полостью пневмопереключателя.

Второй подвижный элемент выполнен в виде размещенной со стороны полости низкого давления рабочей мембраны с жестким центром, нагруженной пружиной сжатия, установленной с возможностью передачи усилия через мембрану с жестким центром к гидравлической полости. Жесткий центр мембраны соединен с корпусом устройства рычажным четырехзвенным механизмом. Вал роликового насоса размещен в полости низкого давления перпендикулярно плоскости рычажного четырехзвенного механизма и на нем закреплены две ступицы двух обгонных муфт, клинья которых направлены в одну сторону, а две обоймы обгонных муфт установлены на подшипниках на валу и выполнены с расположенными по разные стороны от вала насоса шарнирами на внешней стороне обойм, которые соединены двумя шатунами с жестким центром.

Пневмопереключатель выполнен в виде установленного в герметичном корпусе между двух соосных седел запорного органа, закрепленного на стреле, которая установлена с возможностью механического взаимодействия с общим жестким центром двух мембран, заделанных в герметичном корпусе, причем с внешней относительно герметичного корпуса стороны каждой мембраны общий жесткий центр снабжен пружинами сжатия, охваченными вилкой, закрепленной на жестком центре рабочей мембраны, а запорный орган снабжен двумя одинаковыми пружинами растяжения, расположенными в плоскости, перпендикулярной в нейтральном положении запорного органа оси седел, и закрепленными в герметичном корпусе.

Ось поворота стрелы запорного органа расположена между запорным органом и местом закрепления пружин растяжения. Одно из седел пневмопереключателя сообщено через стабилизатор давления с линией пневмопитания, а другое с полостью низкого давления.

Регулирующее устройство выполнено в виде поворотного диска, в котором выполнено дугообразное окно. В перегородке гидравлической полости выполнена дугообразная щель с возможностью сообщения как целиком, так и частично с окном поворотного диска.

Исполнительный орган выполнен в виде проложенной в роликовом насосе эластичной трубки-магистрали устройства для трансфузии системы для вливаний.

Усилие пружины сжатия рабочей мембраны связано с давлением после стабилизатора давления и площадью рабочей мембраны следующей зависимостью:
R 0,5 x p x f, где R усилие пружины сжатия рабочей мембраны;
p давление после стабилизатора давления;
f эффективная площадь рабочей мембраны.

В качестве жидкости гидравлической полости использован водный раствор глицерина.

Предложенное техническое решение является промышленно применимым, так как оно может быть изготовлено и использовано в промышленности, здравоохранении и других отраслях хозяйства.

На фиг. 1 приведена конструктивная схема устройства для внутривенного вливания жидкости; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 сечение В-В на фиг. 2; на фиг. 5 поворотный диск; на фиг. 6 фрагмент перегородки; на фиг. 7 сечение Г-Г на фиг. 1.

Устройство для внутривенного вливания жидкости содержит эластичный исполнительный орган в виде эластичной трубки-магистрали устройства для трансфузии стандартной системы для вливаний и пневмогидравлический привод, включающий полости 1 и 2 высокого и низкого давления, разделенные через подвижные элементы 3 и 4 замкнутой гидравлической полостью (ГП) 5.

Стандартная система для вливаний включает узел для инъекций, связанный с устройством для трансфузий и подсоединяемый к пациенту, капельно-фильтрующее устройство и иглы для подключения устройства к флакону и реципиенту.

В ГП 5 расположено регулирующее устройство (дроссель) 6, шарнирно связанное с поворотной ручкой 7. В полости 2 низкого давления также расположены стабилизатор 8 давления газа, роликовый насос 9, линия 10 пневмопитания и пневмопереключатель 11.

ГП 5 разделена перегородкой 12. Подвижный элемент 3 выполнен в виде нежесткой мембраны 13 и размещен со стороны полости 1 высокого давления, соединенной с внутренней полостью пневмопереключателя 11.

Подвижный элемент 4 выполнен в виде размещенной со стороны полости 2 низкого давления рабочей мембраны 14 с жестким центром 15, нагруженной через рамку 16 пружиной 17 сжатия, усилие которой направлено в сторону ГП 5. Жесткий центр 15 соединен с корпусом устройства рычажным четырехзвенным механизмом, включающим рамку 16 и рычаги 18 и 19.

Вал 20 (ось О) роликового насоса 9 размещен в полости 2 низкого давления перпендикулярно плоскости рычажного четырехзвенного механизма.

На валу 20 закреплены две ступицы 21 двух обгонных муфт, клинья которых направлены в одну сторону, а две обоймы 22 обгонных муфт установлены на подшипниках на валу 20 и выполнены с расположенными по разные стороны от вала 20 шарнирами 23 и 24 на внешней стороне обойм 22. Шарниры 23 и 24 соединены двумя шатунами 25 и 26 с жестким центром 15.

Пневмопереключатель 11 выполнен в виде установленного в герметичном корпусе 27 между двух соосных седел 28 и 29 запорного органа 30, закрепленного на стреле 31. Стрела 31 установлена в центральном отверстии 32, выполненном в общем жестком центре 33 двух мембран 34 и 35, заделанных в герметичном корпусе 27. В отверстии 32 жесткого центра 33 выполнены два пальца 36 и 37 со стороны каждой мембраны 34 и 35 для осуществления касания со стрелой 31 в точке, что дает возможность поворота стрелы в отверстии 32 центра 33.

С внешней относительно корпуса 27 стороны каждой мембраны 34 и 35 общий жесткий центр 33 снабжен соответственно пружинами 38 и 39 сжатия, охваченными вилкой 40.

Вилка 40 закреплена на жестком центре 15 рабочей мембраны 14 посредством рамки 16.

Запорный орган 30 снабжен двумя одинаковыми пружинами 41 растяжения, расположенными в плоскости, перпендикулярной в нейтральном положении запорного органа 30 оси О₁ седел 28 и 29 (фиг. 1). Пружины 41 закреплены в герметичном корпусе 27. Ось О₂ поворота стрелы 31 запорного органа 30 расположена между запорным органом 30 и осью О₃ закрепления пружин 41.

Седло 29 пневмопереключателя 11, расположенное со стороны пружины 17 сжатия рабочей мембраны, сообщено через стабилизатор 8 давления с линией 10 пневмопитания, а противоположное седло 28 с полостью 2 низкого давления.

Регулирующее устройство (дроссель) 6 выполнено в виде поворотного диска 42, в котором выполнено дугообразное окно 43. В перегородке 12 ГП 5 выполнена дугообразная щель 44 (шириной порядка 0,7 мм) с возможностью сообщения как целиком, так и частично с окном 43 поворотного диска 42.

Усилие пружины 17 сжатия рабочей мембраны связано с давлением после стабилизатора 8 давления и площадью рабочей мембраны 14 следующей зависимостью:
R 0,5 x p x f, где R усилие рабочей пружины;
p давление после стабилизатора давления;
f эффективная площадь рабочей мембраны.

В качестве жидкости гидравлической полости использован водный раствор глицерина.

Устройство для внутривенного вливания жидкости работает следующим образом.

Входное давление газа в стабилизаторе 8 давления преобразуется в управляющее давление, которое через пневмопереключатель 11 при открытом зазоре между седлом 29 и запорным органом 30 поступает в пневматическую полость (ПП) пневмогидравлического привода. Через разделительную мембрану 13 давление газа передается в ГП, заполненную водоглицериновой смесью. В регулирующем устройстве 6, представляющем собой переменный гидравлический дроссель, происходит падение управляющего давления до величины, определяемой сопротивлением механизма роликового насоса 9 при совершении им работы по перемещению порции жидкости в трубке капельницы (системы для вливаний), сопротивлением пружины 17 сжатия рабочей мембраны и КПД всего механизма. Перепад давления на регулирующем устройстве 6 приводит к перетеканию водоглицериновой смеси сквозь открытый клапан, образованный совмещением дугообразного окна 43 в поворотном диске 42 с дугообразной щелью 44 в перегородке 12.

Время перетекания определенного объема водоглицериновой смеси определяется длиной открытого участка в данный момент и перепадом давления на регулирующем устройстве (дросселе) 6. Длина открытого канала устанавливается в соответствии с заданной скоростью проведения инфузии (вливания).

Рабочая мембрана 14 под действием давления в ГП посредством жесткого центра 15 перемещает рамку 16 вправо при прямом ходе механизма. Рамка 16 через кривошипно-шатунный механизм, включающий шатун 25, шарнир 23 и обойму 22, заклиненный при этом направлении вращения шарик и ступицу 21 обгонной муфты, преодолевая сопротивление пружины 17, приводит вал 20 роликового насоса 9 (ось О) во вращение по часовой стрелке на фиг. 3.

В другой обгонной муфте при этом движении жесткого центра 15 направление вращения обоймы противоположное (против часовой стрелки), шарик освобождается в клиньях муфты и ее обойма 22 проворачивается вхолостую.

Мембрана 14 совершает небольшой ход (порядка 5 10 мм), что обеспечивает небольшой угол поворота обоймы муфты (порядка 5-10 град от среднего положения). Таким образом, конструкция исключает остановки в мертвых точках кривошипно-шатунных механизмов (мертвые точки достигаются при повороте обойм на 90 град от среднего положения).

В конце прямого хода жестко закрепленная на рамке 16, а следовательно, и на жестком центре 15 вилка 40, сжимая пружину 38, воздействует на общий жесткий центр 33 мембран 34 и 35 пневмопереключателя 11 и посредством пальца 36 и стрелы 31 перебрасывает запорный орган 30, перекрывая седло 29 линии управляющего давления и сообщая ПП пневмогидравлического привода с полостью 2 низкого давления. Давление из ПП сбрасывается и рамка 16 начинает обратное движение (влево) под действием пружины 17. При этом усилие пружины 17 посредством мембраны 14 создает на дросселе 6 перепад давления, под действием которого происходит протекание водоглицериновой смеси через открытый в данный момент участок щели 44. Протекание смеси происходит за время, определяемое длиной этого участка.

Рамка 16 через кривошипно-шатунный механизм, включающий шатун 26 и вторую обгонную муфту с шарниром 24, приводит вал 20 роликового насоса (ось О) во вращение (так же, как и в случае прямого хода, по часовой стрелке).

Вращение вала 20 роликового насоса передается его ступице, на которой закреплены три ролика, поочередно пережимающие эластичную трубку системы для вливаний за счет прижатия к ложементу и перемещающие порцию отсеченной роликами жидкости в эластичной трубке в направлении к узлу инъекций в пациента с заданной скоростью.

Указанное ранее соотношение эффективной площади мембраны 14, пружины 17 и установленного переключателем 11 управляющего давления позволяет осуществить одинаковый перепад давления на дросселе 6, а следовательно, и одинаковое время протекания через открытый участок щели дросселя 6 водоглицериновой смеси при прямом и обратном ходе. Это время соответствует заданной производительности роликового насоса 9, а следовательно, и скорости дозирования лекарства или физиологического раствора через систему для вливаний, трубка которой проложена в роликовом насосе.

Действительно, если рассмотреть условие равновесия на жестком центре 15, получим при прямом ходе (p p₁) x f R + C;
откуда p₁ p R/f C/f; при обратном ходе (R C) p₂ X f
откуда p₂ R/f C/f, где С сопротивление механизма роликового насоса, включая полезное усилие на пережатие трубки капельницы и перемещение в последней жидкости;
p₁ перепад на дросселе 6 при прямом ходе;
p₂ перепад на дросселе 6 при обратном ходе.

Подставляя в оба приведенных выше выражения для перепадов значение
R 0,5 x p x f, получим p₁ p₂ 0,5 x p C/f, а при одинаковых перепадах осуществляется с одинаковой скоростью перетекание жидкости через дроссель и вращение вала роликового насоса с постоянной скоростью.

Выполнение требований соотношения
R 0,5 x p x f позволяет осуществить постоянную скорость инфузии (одинаковую при прямом и обратном ходе рабочей мембраны) независимо от давления в полости низкого давления (стабилизатор 8 давления установлен в ней и поддерживает постоянное, относительно давления в этой полости, избыточное давление), независимо от установленной величины скорости инфузии (перепада на дросселе 6), а также независимо от величины сопротивления на валу 20 насоса, т.е. скорость инфузии при различном положении регулятора 6 различна, но одинакова при прямом и обратном ходе рабочей мембраны, и процесс инфузии плавный (то же и при другом сопротивлении роликового насоса, например при другом давлении в трубке системы для вливаний (капельницы).

В конце обратного хода рамки 16 вилка 40 другим своим упором, сжимая пружину 39, воздействует на общий жесткий центр 33 мембран 34 и 35 пневмопереключателя 11 и перебрасывает запорный орган 30, отсекая сообщение ПП с давлением в полости 2 и сообщая ее с линией управляющего давления. Рабочая мембрана 14 начинает прямое движение (вправо). Цикл повторяется.

Как видно из алгоритма работы механизма привода, потребление сжатого газа осуществляется только при прямом ходе мембраны 14, тогда как вращение вала 20 роликового насоса осуществляется как при прямом, так и при обратном ходе, что обеспечивает непрерывную инфузию при половинном потреблении приводного газа.

Конструкция пневомопереключателя 11 обеспечивает приложение усилий пружин 38 и 39 сжатия в точке О₄, смещенной относительно оси О₂ поворота стрелы 31 запорного органа 30, при этом закрепление пружин 41 растяжения на оси О₃ смещено на величину эксцентриситета относительно оси О₂ в сторону, противоположную запорному органу 30. Таким образом, достигается только два устойчивых положения запорного органа 30: либо он прижат к седлу 28 линии низкого давления, либо к седлу 29 линии управляющего давления, т.е. давления после стабилизатора 8 давления (фиг. 1).

Промежуточное положение запорного органа неустойчиво. Выполнено это для того, чтобы минимизировать прямые перетечки из линии управляющего давления в линию низкого давления в момент переключения клапана и снизить тем самым потребление газа.

Пружины 41 растяжения создают момент сил на стреле запорного органа (с плечом, зависящим от угла отклонения стрелы от центральной оси), противоположный моменту сил пружины 38 или 39 (в зависимости от направления движения в этот момент вилки 40). Запорный орган 30 отрывается от седла, когда указанные моменты сравниваются. При дальнейшем перемещении запорного органа 30 от седла момент сил от пружины сжатия превышает на все большую величину момент сил от пружин растяжения за счет резкого уменьшения плеча действия силы пружин растяжения и незначительного уменьшения силы пружины сжатия. Таким образом, после отрыва запорного органа 30 от седла дальнейшее его движение (переключение клапана) происходит за миллисекунды и перетечки приводного газа минимальны.

Применение водоглицериновой смеси в качестве жидкости, заполняющей гидравлическую полость, обосновано тем, что эта жидкость обладает большой вязкостью и, следовательно, может обеспечить малые скорости инфузии (обычно диапазон устанавливаемых скоростей инфузии 1-99 капель/мин). Кроме того, водоглицериновая смесь разрешена к применению в среде кислородных барокамер. Эта жидкость удобна еще тем, что в ней легко осуществить подбор нужной вязкости изменением концентрации глицерина в водном растворе.

Таким образом, предложенное устройство имеет пневмогидравлический привод роликового насоса, что позволяет использовать его в условиях кислородной среды, в условиях переменного окружающего давления и при этом использовать стандартную одноразовую систему для вливаний (капельницу). Все это также снижает время на подготовку устройства к работе, расширяет диапазон применения устройства, например для использования в кислородных барокамерах.

Использование: в медицинской технике для длительного дозированного ввода лекарств в организм больного с задаваемой врачом скоростью при лечении различных заболеваний, преимущественно для работы в условиях кислородных и воздушных медицинских барокамер. Сущность изобретения: устройство содержит эластичный исполнительный орган с жидкостью, установленный с возможностью взаимодействия с пневмогидравлическим приводом, включающим полости высокого и низкого давления, разделенные через первый и второй подвижные элементы замкнутой гидравлической полостью, расположенное в гидравлической полости регулирующее устройство, шарнирно связанное с поворотной ручкой, и стабилизатор давления газа. Согласно изобретению пневмогидравлический привод снабжен роликовым насосом, линией пневмопитания, перегородкой гидравлической полости и размещенным в полости низкого давления пневмопереключателем. При этом первый подвижный элемент выполнен в виде нежесткой мембраны и размещен со стороны полости высокого давления, соединенной с внутренней полостью пневмопереключателя, второй подвижный элемент выполнен в виде размещенной со стороны полости низкого давления рабочей мембраны с жестким центром, нагруженной пружиной сжатия, установленной с возможностью передачи усилия через мембрану с жестким центром к гидравлической полости. При этом жесткий центр мембраны соединен с корпусом устройства рычажным четырехзвенным механизмом, вал роликового насоса размещен в полости низкого давления перпендикулярно плоскости рычажного четырехзвенного механизма и на нем закреплены две ступицы двух обгонных муфт, клинья которых направлены в одну сторону, а две обоймы обгонных муфт установлены на подшипниках на валу и выполнены с расположенными по разные стороны от вала насоса шарнирами на внешней стороне обойм, которые соединены двумя шатунами с жестким центром. Кроме того, пневмопереключатель выполнен в виде установленного в герметичном корпусе между двух соосных седел запорного органа, закрепленного на стреле, которая установлена с возможностью механического взаимодействия с общим жестким центром двух мембран, заделанных в герметичном корпусе, причем с внешней относительно герметичного корпуса стороны каждой мембраны общий жесткий центр нагружен пружинами сжатия, охваченными вилкой, закрепленной на жестком центре рабочей мембраны, а запорный орган снабжен двумя одинаковыми пружинами растяжения, расположенными в плоскости, перпендикулярной в нейтральном положении запорного органа оси седел, и закрепленными в герметичном корпусе, при этом ось поворота стрелы запорного органа расположена между запорным органом и местом закрепления пружин растяжения. Кроме того, одно из седел пневмопереключателя сообщено через стабилизатор давления, размещенный в полости низкого давления, с линией пневмопитания, а другое - с полостью низкого давления, регулирующее устройство выполнено в виде поворотного диска, в котором выполнено дугообразное окно, при этом в перегородке гидравлической полости выполнена дугообразная щель с возможностью сообщения как целиком, так и частично с окном поворотного диска, вместе с тем исполнительный орган выполнен в виде проложенной в роликовом насосе эластичной трубки - магистрали устройства для трансфузии системы для вливаний. 2 з. п. ф-лы, 7 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВНУТРИВЕННОГО ВЛИВАНИЯ ЖИДКОСТИ, содержащее эластичный исполнительный орган с жидкостью, установленный с возможностью взаимодействия с пневмогидравлическим приводом, включающим полости высокого и низкого давления, разделенные через первый и второй подвижные элементы замкнутой гидравлической полостью, расположенное в гидравлической полости регулирующее устройство, шарнирно связанное с поворотной ручкой, и стабилизатор давления газа, отличающееся тем, что пневмогидравлический привод снабжен роликовым насосом, линией пневмопитания, перегородкой гидравлической полости и размещенным в полости низкого давления пневмопереключателем, при этом первый подвижный элемент выполнен в виде нежесткой мембраны и размещен со стороны полости высокого давления, соединенной с внутренней полостью пневмопереключателя, второй подвижный элемент выполнен в виде размещенной со стороны полости низкого давления рабочей мембраны с жестким центром, нагруженной пружиной сжатия, установленной с возможностью передачи усилия через мембрану с жестким центром к гидравлической полости, причем жесткий центр мембраны соединен с корпусом устройства рычажным четырехзвенным механизмом, вал роликового насоса размещен в полости низкого давления перпендикулярно плоскости рычажного четырехзвенного механизма и на чем закреплены две ступицы двух обгонных муфт, клинья которых направлены в одну сторону, а две обоймы обгонных муфт установлены на подшипниках на валу и выполнены с расположенными по разные стороны от вала насоса шарнирами на внешней стороне обоймы, которые соединены двумя шатунами с жестким центром, вместе с тем пневмопереключатель выполнен в виде установленного в герметичном корпусе между двух соосных седел запорного органа, закрепленного на стреле, которая установлена с возможностью механического взаимодействия с общим жестким центром двух мембран, заделанных в герметичном корпусе, причем с внешней относительно герметичного корпуса стороны каждой мембраны общий жесткий центр нагружен пружинами сжатия, охваченными вилкой, закрепленной на жестком центре рабочей мембраны, а запорный орган снабжен двумя одинаковыми пружинами растяжения, расположенными в плоскости, перпендикулярной в нейтральном положении запорного органа к оси седел, и закрепленными в герметичном корпусе, при этом ось поворота стрелы запорного органа расположена между запорным органом и местом закрепления пружин растяжения, кроме того, одно из седел пневмопереключателя сообщено через стабилизатор давления, размещенный в полости низкого давления, с линией пневмопитания, а другое - с полостью низкого давления, кроме того, регулирующее устройство выполнено в виде поворотного диска, в котором выполнено дугообразное окно, при этом в перегородке гидравлической полости выполнена дугообразная щель с возможностью сообщения как целиком, так и частично, с окном поворотного диска, при этом исполнительный орган выполнен в виде проложенной в роликовом насосе эластичной трубки-магистрали устройства для трансфузии системы для вливаний. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что усилие пружины сжатия рабочей мембраны связано с давлением после стабилизатора давления и площадью рабочей мембраны следующей зависимостью:
R = 0,5 • P • f,
R - усилие пружины сжатия рабочей мембраны;
P - давление после стабилизатора давления;
f - эффективная площадь рабочей мембраны. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве жидкости использован водный раствор глицерина.