УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЗИРОВАННОЙ ИНФУЗИИ Российский патент 1996 года по МПК A61M5/168 

Изобретение относится к области медицинского приборостроения и может быть использовано в интенсивной терапии, анестезиологии, рентгенорадиологии и других разделах медицинской практики, где возникает необходимость дозированной инфузии жидких средств, управляемой по объемному расходу.

Известно устройство для дозированной инфузии (заявка ФРГ N 2 651 962, А61М 1/00, 1978), наиболее близкое к предлагаемому и выбранное авторами за прототип, содержащее резервуар для инфузионной среды, нагнетатель, магистраль питания, соединяющую нагнетатель с резервуаром, привод нагнетателя, цифровую систему управления приводом и магистраль пациента, соединяющую нагнетатель с сосудом или иной полостью тела пациента, причем нагнетатель выполнен в виде роликового перистальтического насоса, а привод представлен двигателем, частота вращения вала которого регулируется посредством системы управления приводом, построенной на основе микропроцессора.

Устройство данного типа обладает широким диапазоном регулирования объемной производительности, что позволяет использовать его для целей волемической терапии, зондового энтерального и парентерального питания, в качестве нагнетательного узла аппаратов искусственного кровообращения, гемодиализа, гемосорбции и т.д.

Однако при нагнетании крови с помощью такого устройства происходит ее значительная травматизация, что выражается главным образом в гемолизе и разрушении тромбоцитов. Разрушение клеток крови, помимо снижения терапевтического эффекта гемотрансфузии и/или процедур, связанных с экстракорпоральной перфузией, приводит к запуску протеолитических каскадов плазмы крови, в частности, систем свертывания/фибринолиза, комплемента и др. Результатом может быть, например, развитие или усугубление явлений диссеминированного внутрисосудистого свертывания крови (ДВС), известных как звено патоненеза большинства критических состояний. Выраженность травмы крови прямо пропорциональна экспозиции, т.е. суммарному объему перфузии.

Кроме того, при работе роликового насоса происходит циклическая деформация перистальтирующей трубки, что влечет за собой ее механическое разрушение, фрагментацию и поступление микрофрагментов материала трубки с током инфузионной среды в магистраль пациента. С поступлением в кровяное русло таких микрофрагментов связывают, в частности, развитие синдрома шокового легкого у больных, леченных массивными трансфузиями. Наличие у устройства механического привода ставит, как и в случае аналога, проблему его регулировки, смазки и т.п.

Наконец, в случае отказа электропитания привода нагнетателя и/или системы управления приводом ручное приведение нагнетателя в действие в данном устройстве представляет значительные трудности. Возможность объемного дозирования инфузионной среды при этом полностью исключается.

Задачей настоящего изобретения является расширение сферы клинического применения устройства для дозированной инфузии за счет снижения травматизации клеток крови, уменьшения фрагментации конструктивных элементов нагнетателя при его работе и улучшения эксплуатационных характеристик устройства.

Задача решается тем, что в устройстве для дозированной инфузии, содержащем резервуар для инфузионной среды, соединенный с магистралью для внутрисосудистых или внутриполостных вливаний, установленный на магистрали нагнетатель с приводом и подключенную к приводу цифровую систему управления приводом, нагнетатель выполнен в виде мембранного насоса, в корпусе которого размещен цилиндрический стакан с возможностью перекрытия мембраной, на которой закреплен ферромагнитный элемент, соединение нагнетателя с магистралью осуществлено через внутреннюю полость стакана с одной стороны и полость корпуса с другой. Привод выполнен в виде электромагнита, заключенного в корпус, соединенный с нагнетателем посредством узла стыковки, при этом ось сердечника электромагнита не совпадает с плоскостью мембраны, а связь привода с цифровой системой управления осуществлена через выводы обмотки электромагнита.

Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого устройства, нагнетатель совмещен с крышкой резервуара для инфузионной среды.

Такое выполнение устройства позволяет снизить травму крови за счет отсутствия пережимных элементов нагнетательного контура, уменьшить механическое разрушение конструктивных элементов нагнетателя вследствие уменьшения интенсивности их деформаций в мембранном насосе по сравнению с роликовым и, следовательно, снизить вероятность фрагментации материала нагнетательного контура. Конструктивное совмещение мембранного насоса с клапаном, при котором мембрана насоса одновременно является заслонкой клапана, обеспечивает возможность перекрытия проточной части контура вне рабочего такта насоса и, таким образом, позволяет предотвратить недозируемый ток инфузионной среды через нагнетатель при наличии внешнего перепада давления между резервуаром для инфузионной среды и магистралью пациента. Электромагнитный привод мембранного насоса и, соответственно, клапана позволяет включить механические компоненты привода, нуждающиеся в смазке, регулировке и т.п. операциях.

Кроме того, электромагнитный привод весьма компактен и допускает дистанционное управление, что создает дополнительные удобства при размещении компонентов устройства в осложненных условиях эксплуатации (место происшествия, транспортировка пациента и т.д.).

Изобретение обеспечивает также возможность ручного привода нагнетателя и ручного перекрытия нагнетательного контура путем надавливания пальцем на мембрану нагнетателя в тех случаях, когда это становится необходимым (отказ электропитания или необходимость одномоментной коррекции режима инфузии без вмешательства в ее основной темп и т.д.). Поскольку тактовый объем нагнетателя величина известная, ручной привод позволяет сохранить контроль над объемной скоростью инфузии и в этих ситуациях. Такая возможность создана использованием мембранного насоса, доступность мембраны которого обеспечивается применением электромагнитного, т.е. дистанционного привода. Это же обстоятельство облегчает визуальный контроль за работой устройства.

Вариант выполнения предлагаемого устройства, при котором нагнетатель выполнен как составная часть резервуара для инфузионной среды, обеспечивает, с одной стороны, компактность устройства за счет более рационального компоновочного решения, с другой преимущества в производстве, сбыте и эксплуатации, характерные для изделий моноблочной схемы.

Некоторые из общих и частных существенных признаков заявляемого технического решения известны: так, известны мембранные насосы с электромагнитным приводом и электромагнитные клапаны.

Однако нам неизвестны технические решения, в которых предусматривалось бы выполнение нагнетателя в виде мембранного насоса, содержащего клапан, заслонкой которого является мембрана насоса, включающая элемент, выполненный из ферромагнитного материала. В случае заявляемого изобретения такое решение продиктовано спецификой задачи создания устройства с гибкими соединительными магистралями, условия эксплуатации которого связаны с взаимным перемещением его узлов и, следовательно, с возникновением переменных перепадов давления в магистралях. Например, такая ситуация возникает при размещении резервуара для инфузионной среды на различной высоте над ложем пациента, отрицательном давлении в сосуде или иной полости тела пациента, образовании гидродинамических ударных волн в магистрали питания при работе устройства в условиях транспортного средства, движущегося со значительными ускорениями, и т.д. Во всех перечисленных случаях для сохранения дозированного характера инфузии необходимо исключить неконтролируемый по объему ток инфузионной среды через нагнетатель, что и достигается заявляемым техническим решением.

Нам неизвестен и такой частный существенный признак, как выполнение корпуса электромагнита привода нагнетателя стыкуемым с самим нагнетателем с помощью стыковочного узла. Такое решение обеспечивает возможность последовательного использования одного привода для приведения в действие различных нагнетателей, в частности обладающих различной тактовой объемной производительностью и, что особенно важно, применяемых у различных пациентов. Речь идет о нагнетательных контурах (резервуар магистраль питания - нагнетатель магистраль пациента) однократного использования, применение которых необходимо из соображений профилактики распространения кровяных инфекций (вирусный гепатит, СПИД и др. ), а также в процессе лечения больных с септическими заболеваниями. Простота конструкции нагнетателя делает однократное использование нагнетательного контура приемлемым и из экономических соображений.

Кроме того, нам неизвестны случаи выполнения нагнетателя в виде составной части резервуара для инфузионной среды. Возможность такого решения создается простотой конструкции и компактностью нагнетателя, а также блочно-модульной схемой устройства (стыкуемый привод).

Все эти неизвестные нам признаки способствуют достижению цели изобретения в общем и в частных случаях использования устройства и, следовательно, удовлетворяют критерию "новизна".

В то же время структурно-функциональный анализ предлагаемого технического решения показывает, что взаимосвязь между совокупностью существенных признаков и достигаемым техническим результатом в частности, исключением возможности тока инфузионной среды через нагнетатель вне рабочего такта) опосредуется через своеобразный рабочий цикл нагнетателя, нехарактерный для известных мембранных насосов с одной рабочей камерой. Как известно, у последних обычно вне рабочего такта мембрана находится в релаксированном состоянии. В случае же заявляемого устройства его конструкция и необходимость поддержания электромагнитного клапана в закрытом состоянии в течение межтактового промежутка требуют использования рабочего цикла типа "пассивное всасывание активное нагнетание", в противоположность циклу "активное нагнетание пассивное всасывание" у большинства известных мембранных насосов. Это обстоятельство делает неочевидной взаимосвязь между совокупностью существенных признаков устройства и достигаемым техническим результатом и, следовательно, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию "изобретательский уровень".

Промышленная применимость настоящего изобретения иллюстрируется графическими материалами, где:
фиг. 1 общий вид устройства;
фиг. 2 нагнетатель и привод нагнетателя в состыкованном состоянии (продольный разрез по оси магистралей);
фиг. 3 вариант резервуара для инфузионной среды, составной частью которого является нагнетатель (продольный разрез);
фиг. 4 схема цифровой системы управления приводом нагнетателя.

Заявляемое устройство для дозированной инфузии (фиг. 1) включает резервуар 1 для инфузионной среды, нагнетатель 2, магистраль 3 питания, привод 4 нагнетателя, систему 5 управления приводом, соединенную с приводом посредством кабеля 6, и магистраль 7 пациента, соединяющую нагнетатель 2 с сосудом 8.

Конструкция нагнетателя и его электромагнитного привода раскрывается на фиг. 2. Внутри цилиндрического корпуса 9 нагнетателя расположен коаксиальный стакан 10, кромка которого представляет собой седло электромагнитного клапана. Заслонкой клапана является мембрана 11 насоса, на которой смонтирован диск 12, выполненный из ферромагнитного материала. Магистраль 3 питания сообщается через обратный клапан 13 с внутренней полостью стакана 10, а магистраль 7 пациента через обратный клапан 14 с пространством между стенками стакана 10 и корпуса 9 нагнетателя. Обратные клапаны 13 и 14 лепесткового типа и смонтированы таким образом, что клапан 13 препятствует току инфузионной среды в магистрали 3 питания в направлении от нагнетателя, а клапан 14 току инфузионной среды в магистрали 7 пациента в направлении к нагнетателю. Привод нагнетателя включает электромагнит 15, заключенный в корпус 16, снабженный лирообразными вилками 17, выполненными из упругого материала. Стыковка нагнетателя с корпусом привода обеспечивается плотным охватыванием вилками 17 магистралей 3 питания и 7 пациента. Электромагнит привода 15 размещен в корпусе 16 таким образом, что в положении, когда корпус 16 пристыкован к нагнетателю 2, ось сердечника 18 нормальна к плоскости мембраны 11 нагнетателя.

На фиг. 3 показан вариант исполнения устройства, в котором нагнетатель выполнен в виде составной части резервуара для инфузионной среды. Нагнетатель смонтирован с внутренней стороны крышки 19 флакона 20 с инфузионной средой. Уплотнительное кольцо 21 герметизирует соединение крышки 19 с горловиной флакона 20. Магистраль питания нагнетателя в данном варианте устройства представлена трубкой 22, конец которой подведен к дну флакона. Крышка 19 соответствует по размеру стыковочному узлу корпуса привода нагнетателя и снабжена воздушным патрубком 23, равным по диаметру магистралям устройства и содержащим волоконный фильтр 24.

На фиг. 4 представлена схема цифровой системы управления приводом нагнетателя, представляющей собой микропроцессорную систему управления реального масштаба времени стандартной архитектуры. Система включает микропроцессор 25, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 26, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 27, пульт управления (ПУ) 28, подключенный через последовательный интерфейс 29 и тиристорный преобразователь 30 питания электромагнита привода нагнетателя, подключенный через цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 31 к системе управления приводом, а через штепсельный разъем 32 и кабель 6 к электромагниту 15 привода нагнетателя.

Устройство работает следующим образом.

При подаче системой управления приводом нагнетателя тока в обмотку электромагнита 15 возникает магнитное поле, под действием которого диск 12, выполненный из ферромагнитного материала, смещает мембрану 11 в направлении сердечника 18 электромагнита 15. В результате объем камеры насоса уменьшается, давление внутри камеры нарастает, обратный клапан 13 закрывается, обратный клапан 14 открывается и порция инфузионной среды подается через магистраль пациента 7 в сосуд 8. В момент, когда мембрана 11 соприкасается с кромкой стакана 10 на всем протяжении последней, электромагнитный клапан оказывается закрытым, подача инфузионной среды в магистраль пациента 7 прекращается, и магистрали 3 и 7 разобщаются между собой. В момент выключения системой управления тока в обмотке электромагнита 15 магнитное поле исчезает, и мембрана 11 под действием упругих сил возвращается в исходное положение. Объем камеры насоса увеличивается, давление в ней падает, обратный клапан 14 закрывается, а обратный клапан 13 открывается, и очередная порция инфузионной среды поступает из магистрали 3 пациента в камеру насоса. Далее цикл повторяется, причем в перерывах между рабочими тактами (впуск нагнетание) система управления приводом нагнетателя поддерживает ток в обмотке электромагнита 15, что обеспечивает закрытое состояние электромагнитного клапана. Регулировка объемной скорости инфузии, суммарного объема и других параметров осуществляется путем ввода соответствующих параметров с пульта управления системой управления привода нагнетателя в ОЗУ 26 системы.

Работа варианта устройства, в котором нагнетатель выполнен в виде составной части резервуара для инфузионной среды, отличается тем, что после поступления в камеру насоса по трубке 22 очередной порции инфузионной среды из флакона 20 давление в полости флакона выравнивается с атмосферным, благодаря наличию воздушного патрубка 23, причем фильтр 24 обеспечивает сохранение стерильности содержимого резервуара (флакона 20). ЫЫЫ2

Область использования: в интенсивной терапии, анестезиологии, рентгенорадиологии и других разделах медицинской практики, где возникает необходимость дозированной инфузии жидких сред, управляемой по объемному расходу. Задачей изобретения является расширение сферы клинического применения устройства для дозированной инфузии за счет снижения травматизации клеток крови, уменьшения фрагментации конструктивных элементов нагнетателя при его работе и улучшения эксплуатационных характеристик устройства. Сущность изобретения: устройство для дозированной инфузии, содержит резервуар для инфузионной среды, соединенный с магистралью для внутрисосудистых или внутриполостных вливаний, установленный на магистрали нагнетатель с приводом и подключенную к приводу цифровую систему управления приводом. Согласно изобретению, нагнетатель выполнен в виде мембранного насоса, в корпусе которого размещен цилиндрический стакан с возможностью перекрытия мембраной, на которой закреплен ферромагнитный элемент, соединение нагнетателя с магистралью осуществлено через внутреннюю полость стакана с одной стороны и полость корпуса - с другой, привод выполнен в виде электромагнита, заключенного в корпус, соединенный с нагнетателем посредством узла стыковки, при этом ось сердечника электромагнита не совпадает с плоскостью мембраны, а связь привода с цифровой системой управления осуществлена через выводы обмотки электромагнита. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для дозированной инфузии, содержащее резервуар для инфузионной среды, соединенный с магистралью для внутрисосудистых или внутриполостных вливаний, установленный на магистрали нагнетатель с приводом и подключенную к приводу цифровую систему управления приводом, отличающееся тем, что нагнетатель выполнен в виде мембранного насоса, в корпусе которого размещен цилиндрический стакан с возможностью перекрытия мембраной, на которой закреплен ферромагнитный элемент, соединение нагнетателя с магистралью осуществлено через внутреннюю полость стакана с одной стороны и полость корпуса с другой, привод выполнен в виде электромагнита, заключенного в корпус, соединенный с нагнетателем посредством узла стыковки, при этом ось сердечника электромагнита не совпадает с плоскостью мембраны, а связь привода с цифровой системой управления осуществлена через выводы обмотки электромагнита. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нагнетатель совмещен с крышкой резервуара для инфузионной среды.