НАСОСНАЯ СИСТЕМА С АВТОМАТИЧЕСКИМ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ Российский патент 2013 года по МПК A61M5/168 

Изобретение в целом относится к общему управлению множеством медицинских насосов, а в частности к системе и способу управления множеством насосов для формирования переключающей насосной системы.

Непрерывность введения медицинских жидкостей путем внутривенного (ВВ) (IV) вливания желательна во многих ситуациях, таких как при введении определенных анестетических медикаментов или при введении медикаментов кратковременного действия пациентам с нестабильной динамикой кровообращения. Можно достичь непрерывного введения медикамента в течение длительных периодов времени путем дозирования медикамента из больших контейнеров с медикаментом при очень низких скоростях вливания. Однако такой способ невозможен в случаях, когда необходимый медикамент поставляется только небольших контейнерах, и в случаях, когда необходимый медикамент имеет короткий, зависящий от обстоятельств, период полувыведения.

В технике известны переключающие системы, содержащие множество медицинских насосов, работающих последовательно для обеспечения лечения с непрерывным вливанием. Автоматизированные переключающие системы, которые автоматически начинают работу второго насоса по прекращении работы первого насоса, при этом нет необходимости в ручном запуске этого второго насоса, обеспечили выигрыш медицинскому персоналу. Однако поддержание непрерывности в известных переключающих системах затруднено, когда они перемещаются с пациентами из одного места в другое. В ситуациях, когда шприц имеет низкое сопротивление трению, неожиданная доза может быть введена пациенту, когда шприцевой насос на мгновение поднимается над пациентом во время перемещения. Кроме того, вливание может нежелательно прерваться, когда шприцевой насос затем опускается до уровня пациента. Такие изменения при введении медикамента могут иметь вредное влияние в ситуациях, когда требуется очень точное и аккуратное вливание лекарства.

Помимо чувствительности к перемещению, существующие переключающие системы требуют внимания медицинского персонала, чтобы гарантировать, что замена пустого шприца на наполненный шприц происходила без введения неожиданной дозы или прерывания во введении медикамента. Замена пустого шприца наполненным шприцем зачастую требует тщательной очистки от воздуха жидкостной трубки и прочих каналов жидкостного сообщения. Очистка и прочие действия, требующиеся для обеспечения успешной замены, зачастую требует, чтобы медицинский персонал мгновенно фокусировал свое внимание на медицинском оборудовании, а не на пациенте. Однако пациенты, которым необходимо непрерывное введение медикамента, часто находятся в критическом или нестабильном состоянии, и за ними должно быть постоянное наблюдение. Таким образом, желательно снизить и упростить действия, которые требуются для обеспечения успешной замены шприца.

Поэтому специалисты признали необходимость в более эффективной и автоматизированной переключающей насосной системе для последовательного включения множества отдельных контейнеров с медицинскими растворами, чтобы достичь практически непрерывного течения жидкости через трубку из этих контейнеров. Специалисты также признали необходимость в переключающей системе и способе, которые позволяют избежать появления дозы жидкости во время операции по переключению и которые менее чувствительны к перемещению и менее чувствительны к фрикционным и механическим вариациям шприцев. Настоящее изобретение реализует эти и иные потребности.

Вкратце и в общих чертах, настоящее изобретение направлено на создание автоматической переключающей насосной системы и способа, который отслеживает давление в жидкостной линии или жидкостных линиях выше по потоку от противотокового барьера и который выполняет операцию по переключению между насосами при сохранении управления давлением в жидкостной трубке. В частности, предложена непрерывная переключающая насосная система, содержащая: множество приводов, выполненных с возможностью подавать жидкость из множества контейнеров для медикамента; устройство жидкостной связи, включающее в себя множество входов жидкости, каждый из которых выполнен с возможностью принимать жидкость из контейнера для медикамента, и выход жидкости с противотоковым барьером, выполненным с возможностью обеспечить протекание жидкости в устройстве жидкостной связи через противотоковый барьер; устройство, воспринимающее давление, выполненное с возможностью генерирования сигналов датчиков, представляющих давление жидкости в одном или более местах в устройстве жидкостной связи; и контроллер, связанный с приводом и устройством, воспринимающим давление, выполненный с возможностью вызывать срабатывание привода на основе, по меньшей мере, сигналов датчиков от воспринимающего давление устройства.

В других объектах устройство жидкостной связи содержит удлинительные трубки с проксимальными концами и дистальными концами, причем каждый из проксимальных концов имеет клапанный механизм, выполненный с возможностью открываться при присоединении к контейнеру для медикамента и закрываться при отсоединении от контейнера для медикамента, а дистальные концы приспособлены присоединяться соединителем к противотоковому барьеру.

Устройство, воспринимающее давление, включает в себя датчики, расположенные между проксимальными концами и дистальными концами удлинительных трубок.

В других объектах контроллер вызывает срабатывание соответствующего привода в обратном направлении по отношению к первому контейнеру для медикамента для уменьшения давления в устройстве жидкостной связи. После того как контроллер вызовет срабатывание привода в обратном направлении по отношению к первому контейнеру для медикамента, контроллер вызывает срабатывание соответствующего привода в прямом направлении по отношению ко второму контейнеру для медикамента для увеличения давления в устройстве жидкостной связи до эталонного давления. Контроллер вызывает срабатывание второго привода в прямом направлении по отношению ко второму контейнеру для медикамента для подъема давления в устройстве жидкостной связи с первым ускорением для доли увеличения, требуемого для достижения эталонного давления, и со вторым ускорением, меньше чем первое ускорение, для остального увеличения, требуемого для достижения эталонного давления, при этом эталонным давлением является давление, при котором жидкость вытекает из противотокового барьера устройства жидкостной связи. В другом объекте эталонным давлением является давление в момент времени, соответствующий прекращению увеличения давления, возникающий после того, как привод начинает подавать жидкость из первого контейнера для медикамента.

В более подробных аспектах в соответствии с изобретением устройство, воспринимающее давление, включает в себя датчики, выполненные с возможностью генерирования сигналов датчиков, представляющих давление во множестве мест слежения в устройстве жидкостной связи. Эталонным давлением является давление в момент времени, соответствующий прекращению увеличения давления, возникающий после того, как привод начинает подавать жидкость из первого контейнера для медикамента, причем это прекращение увеличения давления происходит в двух или более местах слежения в устройстве жидкостной связи.

В объекте, относящемся к способу в соответствии с изобретением, предложен непрерывный способ переключения вливания медикамента, содержащий этапы, на которых: подают жидкость, содержащуюся в первом контейнере для медикамента, через устройство жидкостной связи; определяют давление жидкости в устройстве жидкостной связи; сохраняют эталонное давление в момент времени, соответствующий вытеканию жидкости из устройства жидкостной связи; снижают давление жидкости в устройстве жидкостной связи; увеличивают давление жидкости в устройстве жидкостной связи до сохраненного эталонного давления; и подают жидкость, содержащуюся во втором контейнере для медикамента через устройство жидкостной связи.

В более подробных аспектах этап, на котором подают жидкость, содержащуюся в первом контейнере для медикамента, включает перемещение поршня шприца. Подача жидкости, содержащейся в первом контейнере для медикамента, включает перистальтическое нагнетание жидкости. Определение давления жидкости включает измерение расстояния между стенками устройства жидкостной связи. Определение давления жидкости включает измерение нагрузки, приложенной к датчику стенкой устройства жидкостной связи. Определение давления жидкости включает получение сигналов, генерируемых датчиком, соприкасающимся с жидкостью в устройстве жидкостной связи.

В других аспектах сохранение эталонного давления включает отслеживание увеличения давления в устройстве жидкостной связи, которое происходит после того, как жидкость начинают подавать из первого контейнера для медикамента, и сохраняют эталонное давление, когда имеется прекращение увеличения давления в устройстве жидкостной связи. Отслеживание увеличения давления в устройстве жидкостной связи включает отслеживание увеличения давления во множестве мест слежения в устройстве жидкостной связи. Сохранение эталонного давления включает сохранение эталонного давления, когда происходит прекращение увеличения давления в двух или более мест слежения в устройстве жидкостной связи. Снижение давления жидкости в устройстве жидкостной связи включает обратную работу насоса, связанного с первым контейнером для медикамента, без воздействия на давление жидкости в трубке введения, дистальной к устройству жидкостной связи. Увеличение давления жидкости в устройстве жидкостной связи до эталонного давления включает срабатывание насоса, связанного со вторым контейнером для медикамента.

В дополнительных объектах срабатывание насоса, связанного со вторым контейнером для медикамента включает срабатывание насоса с первой заранее заданной скоростью для доли увеличения давления, требуемого для достижения эталонного давления, и срабатывание насоса со второй заранее заданной скоростью, меньшей, чем первая заранее заданная скорость, для остальной части увеличения давления, требуемого для достижения эталонного давления. Способ далее включает замену первого контейнера для медикамента на третий контейнер для медикамента без введения воздуха в устройство жидкостной связи.

В дополнительных аспектах системы предложена система, непрерывно переключающая медицинские насосы, содержащая: множество приводов, выполненных с возможностью подавать жидкость из множества контейнеров для медикамента; устройство жидкостной связи с множеством входов жидкости, причем каждый из входов жидкости выполнен с возможностью принимать жидкость из контейнера для медикамента, и с выходом жидкости, включающим противотоковый барьер, который выполнен с возможностью обеспечивать сопротивление потоку жидкости из устройства жидкостной связи и во вводную трубку, соединенную с пациентом, и который выполнен с возможностью предотвращать уменьшение давления жидкости в устройстве жидкостной связи из-за уменьшения давления жидкости во вводной трубке; устройство, воспринимающее давление, выполненное с возможностью генерировать сигналы датчиков, представляющие давление жидкости в одном или более мест в устройстве жидкостной связи; и контроллер, связанный с приводом и устройством, воспринимающим давление, и выполненный с возможностью вызывать срабатывание привода на основе, по меньшей мере, сигналов датчиков из устройства, воспринимающего давление, так что давление жидкости в устройстве связи уменьшается за счет работы привода в обратном направлении по отношению к первому контейнеру для медикамента, а после этого давление жидкости в устройстве связи поднимается до эталонного давления за счет работы привода в прямом направлении по отношению ко второму контейнеру для медикамента, при этом эталонное давление является давлением, которое требуется для преодоления сопротивления противотокового барьера для вытекания жидкости из устройства жидкостной связи.

В соответствии с дальнейшими аспектами устройство жидкостной связи содержит удлинительные трубки с проксимальными концами и дистальными концами, причем каждый из проксимальных концов имеет клапанный механизм, выполненный с возможностью открываться автоматически при присоединении к контейнеру для медикамента и автоматически закрываться при отсоединении от контейнера для медикамента, а дистальные концы приспособлены присоединяться соединителем к противотоковому барьеру. Устройство, воспринимающее давление, включает в себя датчики, выполненные с возможностью генерировать сигналы датчиков, представляющие давление во множестве мест слежения в устройстве жидкостной связи. Эталонным давлением является давление в момент времени, соответствующий прекращению увеличения давления, возникающий после того, как привод начинает подавать жидкость из первого контейнера для медикамента, причем прекращение увеличения давления происходит в двух или более местах слежения в устройстве жидкостной связи.

Фиг.1 - блок-схема автоматической системы переключения вливания, показывающая контроллер, обеспечивающий сигналы управления на основе, по меньшей мере, сигналов от устройства, воспринимающего давление, причем сигналы управления обеспечивают команды для двух приводов для подачи жидкости из двух контейнеров для медикамента, которые оба связаны с устройством жидкостной связи, с противотоковым барьером, расположенным ниже по потоку и через который протекает жидкость;

фиг.2 - блок-схема автоматической системы переключения вливания в соответствии с изобретением, совместно работающей между двумя раздельными насосами, каждый из которых работает на соответствующем контейнере для медицинской жидкости, причем каждый насос имеет контроллер, включающий в себя процессор и память в данном варианте осуществления, с датчиком давления в каждой верхней линии вливания, при этом система имеет также расположенный ниже по потоку противотоковый барьер, через который течет жидкость;

фиг.3 - вид в перспективе спереди примера шприцевого насоса с установленным на нем контейнером для жидкости - в данном случае шприц, в котором находится медицинская жидкость, - показывающий поршневой привод, прикрепленный к шприцевому поршню поршневыми захватами для перемещения шприцевого поршня, чтобы избирательно подавать жидкость из шприца в удлинительную трубку, которая установлена на корпусе шприцевого насоса в данном варианте осуществления;

фиг.4 - вид в перспективе сзади шприцевого насоса по фиг.3, показывающий инфракрасный порт связи и разъем RS232 последовательного интерфейса, каждый из которых можно использовать для связи с сетью связи, либо другим шприцевым насосом, другим контроллером или процессором, либо иным устройством, и громкоговоритель для акустической индикации изменений состояния вливания и условий работы насосов;

фиг.5 - упрощенная схема модульной автоматической системы переключения вливания, работающей с двумя самостоятельными, работающими независимо шприцевыми насосами, избирательно соединенными для сменной работы посредством устройства жидкостной связи с клапанными механизмами для соединения шприцев с удлинительными трубками, прикрепленными к отдельным датчикам давления, причем устройство жидкостной связи содержит Y-образный соединитель, выход которого подключен к расположенному ниже по потоку противотоковому барьеру, такому как односторонний обратный клапан, выход которого соединен с трубкой набора для введения, при этом система дополнительно включает в себя проводную или беспроводную линию связи между двумя шприцевыми насосами для осуществления переключающего управления двумя насосами;

фиг.6 - блок-схема алгоритма, иллюстрирующая примерный способ обеспечения автоматического способа переключения насосов в соответствии с изобретением за счет сохранения в памяти давления ведения жидкости и исполнения автоматического переключения от пустого контейнера для медикамента на наполненный контейнер для медикамента, во время которого давление в устройстве жидкостной связи быстро снижается под влиянием опустошенного контейнера, а затем восстанавливается до ранее сохраненного в памяти давления введения с помощью наполненного контейнера в соответствии с изобретением; и

фиг.7 - схема, показывающая два отдельных шприцевых насоса, каждый со своим шприцем, связанные в переключательной компоновкой таким образом, что когда один шприц опустошается, другой шприцевой насос автоматически начинает нагнетать содержимое своего шприца в жидкостную линию, при этом каждый шприц имеет отдельную жидкостную линию с отдельным противотоковым барьером в каждой линии, и эти линии не связаны ниже по потоку в данном варианте осуществления.

Обратимся теперь конкретнее к чертежам, где одинаковые ссылочные позиции обозначают соответствующие или одинаковые элементы на нескольких видах и где на фиг.1 показана блок-схема автоматической переключающей вливание системы 20 с первым приводом 22 и вторым приводом 23 для перемещения жидкости из множества соответствующих контейнеров 24 и 26 для медикамента в устройство или соединитель 28 жидкостной связи. Контейнеры для медикамента могут быть шприцами, мешками, бутылками или иными контейнерами или их комбинациями, пригодными для жидкости, предназначенной для введения пациенту. Соединитель может включать в себя гибкую или жесткую трубку, Y-образный участок, резервуар и/или иное устройство жидкостной связи, способное принимать жидкость, подаваемую из контейнеров для медикамента, и подавать принятую жидкость в разные трубопроводы, которые в данном случае представляют собой единый трубопровод. Соединитель может также включать в себя удлинительные наборы, содержащие короткую трубку и соединительное устройство или устройства, соединенные с контейнерами.

Жидкость 30 выходит из соединителя 28, течет вниз по потоку через барьер 32 противотоку жидкости и может затем продолжать течь к пациенту через комплект 33 для введения медицинских жидкостей («комплект введения»), содержащий отрезок трубки. Противотоковый барьер выполняет антисифонное действие, заключающееся в том, что он предотвращает протекание через сифон жидкости назад в соединитель, когда давление жидкости в соединителе довольно низкое по сравнению со стороной 33 пациента в противотоковом барьере. Поэтому он функционирует как односторонний обратный клапан, разрешающий протекание в направлении от места выше по потоку к месту ниже по потоку, но препятствуя протеканию в направлении от места ниже по потоку к месту выше по потоку. Приводы 22 и 23 выполнены с возможностью подавать жидкость из каждого контейнера 24 и 26 для медикамента независимо, в соответствии с управляющими сигналами 34 и 39 от контроллера 35, имеющего процессор 36, связанный с запоминающим устройством или устройствами 37. Эти приводы могут быть отдельными насосами или могут содержать единственное приводное устройство, связанное с многоканальным лекарственным насосом, либо другой возможной компоновкой.

Предпочтительно, жидкость из первого контейнера 24 для медикамента подается, пока жидкость из второго контейнера 26 для медикамента остается в резерве. Когда первый контейнер для медикамента опустошается или почти опустошается от жидкости, контроллер 35 автоматически выполняет функцию переключения, посылая управляющие сигналы с командой для первого привода 22 прекратить введение жидкости из первого контейнера для медикамента, а для второго привода 23 - начать введение жидкости из второго контейнера для медикамента, последовательно без задержки. Устройство 38, воспринимающее давление, снабжает контроллер сигналами 40 датчиков, представляющими давление жидкости в соединителе 28. Устройство, воспринимающее давление, может включать в себя один или несколько датчиков для определения давления жидкости в разных местах в соединителе. В любом случае, устройство, воспринимающее давление, позволяет исполнять переключающую функцию так, чтобы не было никакой избыточной дозы и никакого прерывания во введении жидкости, как будет подробнее описано ниже.

На фиг.2 модульная автоматическая переключающая вливание система 42 включает в себя два лекарственных насоса 44, 46, которые подают жидкость из раздельных контейнеров 24, 26 для медикаментов. Лекарственные насосы могут иметь раздельные приводы 48, 50 и контроллеры 52, 54. Примеры лекарственных насосов - без ограничения - включают в себя шприцевые насосы и перистальтические насосы. Фиг.2 показывает также межсоединения процессоров 56 и 57 в контроллерах этих двух переключаемых насосов. Оба насосных контроллера выполнены с возможностью «переключающего» режима. В «переключающем» режиме процессор каждого контроллера извлекает подходящие команды из соответствующей памяти 52 и 54, а затем взаимодействует с другим «переключаемым» насосом, так что формируется насосная переключающая система, в которой переключаемые насосы последовательно и автоматически удаляют содержимое своих соответствующих шприцев в жидкостную линию 33. Достоинство модульной переключающей системы в том, что она при необходимости позволяет отсоединять лекарственные насосы друг от друга и использовать их по отдельности для разных пациентов. Такая разносторонность и гибкость позволяет учреждениям использовать имеющийся запас оборудования для различных применений, если есть необходимость.

На фиг.2 каждый насос 44 и 46 имеет комплект 96 и 98 удлинительных трубок, связывающий свой контейнер (в данном случае шприц) с Y-образным соединителем 28, который соединяет между собой две шприцевые линии 96 и 98. В результате такого межсоединения давление в одной шприцевой удлинительной линии будет выравниваться с давлением в другой шприцевой удлинительной линии. Ниже по потоку от этого межсоединения линий находится изолирующее устройство, в данном случае противотоковый барьер 32. Этот противотоковый барьер изолирует расположенную ниже по потоку трубку 33 из комплекта введения от определенных уровней давления, которые могут возникать в удлинительных линиях 96 и 98 шприца, и не пускает поток жидкости выше по потоку из трубки 33 комплекта введения. Поскольку противотоковый барьер представляет собой по существу односторонний клапан, он имеет давление срабатывания, которое должно быть создано перед тем, как откроется противотоковый барьер, чтобы разрешить протекание жидкости через него. В данном случае барьер позволит протекание жидкости от шприцев вниз по потоку к пациенту, но будет предотвращать поток жидкости в противоположном направлении. Ниже давления срабатывания изменение давления в удлинительных линиях шприцев не будет передаваться вниз по потоку за противотоковый барьер.

Фиг.3 показывает примерный шприцевой насос 60, два или более таких насосов могут переключаться для образования модульной автоматической переключающей вливание системы, как показано на фиг.2 и описано выше. Шприцевой насос выполнен с возможностью подавать жидкость из шприца 62, содержащего шприцевый поршень 64. Шприц зафиксирован на шприцевом насосе посредством шприцевого зажима 66. Поршневые захваты 68 крепят шприцевой поршень к поршневому приводу 70, который толкает шприцевой поршень вперед для перемещения жидкости в шприце в соответствии с установленными параметрами, введенными, как правило, в контроллер (не показан) шприцевого насоса пользователем через панель 72 управления. Поршневые захваты предохраняют шприцевой поршень от неожиданного оттягивания вперед от привода, что может случиться, когда шприцевой насос поднимают над пациентом и получается сифон. Поршневой привод может быть также необходим для отведения или выталкивания шприцевого поршня назад с целью уменьшения нагнетания давления, что можно обнаружить, например, когда имеется непроходимость или закупоривание в трубке введения, присоединенной к пациенту. Отведение поршня также происходит при работе переключающей системы в соответствии с изобретением, как будет описано ниже. Жидкость, которую подают из шприца, течет к соединителю или устройству жидкостной связи, которое в данном варианте осуществления представляет собой сменную удлинительную трубку 74 с проксимальным концом 76, прикрепленным к кончику шприца. Эта удлинительная трубка включает в себя встроенный нажимной диск 80, который обеспечивает более эффективное взаимодействие с датчиком 78 давления, содержащим тензодатчик 82, установленный на корпусе 84 шприцевого насоса. Нажимной диск прочно установлен на тензодатчике для обеспечения точного измерения давления медицинской жидкости в удлинительной трубке 74.

Шприцевые насосы, как показано на фиг.3, производятся отделением ALARIS Products в Cardinal Health под названием шприцевые насосы Alaris®.

Датчик 78 давления обеспечивает обратную связь посредством давления жидкости вниз по потоку от шприца 62, что позволяет контроллеру (фиг.2) автоматически компенсировать изменение высоты подъема шприцевого насоса 60 по отношению к пациенту и фрикционные и другие механические вариации от одного шприца к следующему. Измерение давления жидкости в линиях вливания общеизвестно в уровне техники и не будет описываться здесь более подробно. Специалисты оценят, что можно применять множество подходов, чтобы косвенно или прямо определять давление жидкости в удлинительной трубке 74. Один подход состоит в снятии показаний измерителя или датчика, соприкасающегося с жидкостью в удлинительной трубке. Предпочтительно примененный подход не вносит значительного сопротивления в поток жидкости в удлинительной трубке, такой как, например, измерение расстояния между подвижными стенками удлинительной трубки, измерение напряжения, оказываемого на подвижную стенку удлинительной трубки, и измерение деформации на стенке удлинительной трубки.

Фиг.4 показывает заднюю часть шприцевого насоса 60 по фиг.3, где находится инфракрасный порт 86 и соединитель 88 последовательного интерфейса RS232, любой из которых можно использовать для передачи и приема данных, таких как управляющие сигналы и отсчеты давления, в другой шприцевой насос или от него в модульной автоматической переключающей вливание системе, либо процессор или сеть, либо иное устройство. Любой из инфракрасного порта и соединителя последовательного интерфейса RS232 или оба можно использовать для приема информации о библиотеке лекарств и для соединения шприцевого насоса с информационной системой госпиталя. Имеется также громкоговоритель 89 на корпусе 84 для передачи звукового предупреждения, такого как при обнаружении непроходимости или когда жидкость в шприце 62 (фиг.3) почти исчерпана или полностью исчерпана. Задняя сторона шприцевого насоса также включает в себя складной зажим 90 для прикрепления насоса к вертикальной опоре вместе с другими насосами и кулачковый запор 92 для прикрепления насоса к горизонтальному установочному стержню.

На фиг.5 показана упрощенная схема двух шприцевых насосов 44 и 46, соединенных в переключательной компоновке, так чтобы сформировать модульную переключающую вливание систему 94. Пример подходящего шприцевого насоса включает в себя - но не ограничивается им - шприцевой насос, показанный на фиг.3 и 4. Система включает в себя первый шприцевой насос 44 и второй шприцевой насос 46, вмещающие соответственно первый шприц 24 и второй шприц 26. Жидкость, которую подают из этих шприцев, течет через устройство 28 жидкостной связи, содержащее соответствующие удлинительные трубки 96 и 98 с клапанными механизмами 100 и 102 на их проксимальных концах.

Клапанные механизмы 100 и 102 выполнены с возможностью автоматически открываться при присоединении к шприцу и автоматически закрываться при отъединении от шприца. Когда клапанные механизмы закрыты, это препятствует протеканию жидкости через них независимо от внутреннего давления жидкости, благодаря чему предотвращается утечка жидкости из удлинительных трубок 96 и 98 и проникновение воздуха в удлинительные трубки 96 и 98, когда пустые шприцы заменяются наполненными шприцами. Предпочтительно клапанные механизмы выполнены так, чтобы не возникало никакой избыточной дозы или нарастания давления, когда наполненный шприц прикрепляется к клапанному механизму, такому как описанный в патенте США №6.706.022 на имя Leinsing et al., который включен сюда посредством ссылки. Неисключительным примером подходящего клапанного механизма является безыгольный клапан SmartSite® (подразделение ALARIS Medical Products в Cardinal Health, Сан-Диего, Калифорния).

Удлинительные трубки 96 и 98 проходят через отдельные датчики 104 и 106 давления на шприцевых насосах и соединяются вместе Y-образным соединителем 108. Множество Y-образных соединителей или иных типов соединителей, таких, например, как двойные Y-образные соединители, можно использовать для размещения трех или более шприцевых насосов в более сложных переключающих системах. Избыточность, обеспечиваемая двумя датчиками давления, добавляет надежности системе. Множество датчиков давления, кроме того, увеличивают точность системы, поскольку теперь имеется избыточное число датчиков, чтобы повысить вероятность того, что, если какой-либо датчик становится неточным или неработающим, другой датчик будет функционировать правильно. Дополнительно, данные давления совместно используются двумя насосами вливаний, через проводную или беспроводную линию 109 связи. Жидкость протекает из выхода 107 жидкости в Y-образном соединителе через противотоковый барьер 32 и в трубку 110 комплекта введения жидкости, дистальный конец которого можно присоединить к пациенту, получающему лечение. Противотоковый барьер 32 выполнен с возможностью препятствовать сифонному эффекту или обратному течению жидкости из трубки 110 введения в Y-образный соединитель 108, как в случае когда давление жидкости в удлинительных трубках ниже, чем давление в трубке введения. Хотя противотоковый барьер иллюстрируется условно как подпружиненный шариковый клапан, специалистам сразу понятно, что противотоковый барьер может иметь любые иные подходящие компоновки. Противотоковый барьер функционирует как односторонний клапан.

Фиг.6 показывает пример способа автоматической переключающей системы в соответствии с изобретением. Хотя данный способ будет описываться со ссылкой на элементы модульной переключающей системы 94 на фиг.5, этот способ в равной мере применим и к другим конфигурациям переключающих систем. Первый шприц устанавливают в первом шприцевом насосе и соединяют с первой удлинительной трубкой - блок 120 способа. Устанавливают и соединяют второй шприц, из которого подается жидкость после первого шприца - блок 122. В некоторых случаях, когда эффективность жидкости быстро уменьшается со временем, может быть желательно устанавливать второй шприц позднее. Затем, блок 124, удаляют воздух из комплекта введения, включающего в себя клапанные механизмы, трубки, Y-образный соединитель и противотоковый барьер, с помощью предназначенной для введения жидкости. Первый шприцевой насос активируют - блок 126, чтобы начать подачу жидкости из первого шприца в соединитель. Начальное сопротивление противотокового барьера вызывает увеличение давления жидкости в удлинительных трубках. Увеличение давления прекращается, когда начальное сопротивление противотокового барьера преодолевается за счет нарастания давления и противотоковый барьер достигает давления срабатывания, позволяя жидкости протекать через противотоковый барьер в трубку введения к пациенту. Примерно в момент прекращения увеличения давления контроллер сохраняет данные давления («давление срабатывания») на основе, по меньшей мере, сигналов датчиков давления - блок 128. Альтернативно, контроллер может сохранять данные давления после того, как показания давления стабилизировались через короткое время после прекращения увеличения давления. В любом случае, данные давления сохраняются контроллером в качестве эталонного давления для использования во время последующего переключения, блок 134, как описано далее ниже.

Когда система выполнена с множеством датчиков давления, как показано на фиг.2 и 5, сохраненное эталонное давление предпочтительно соответствует показаниям давления в момент времени, когда прекращение или изменение увеличения давления происходит во всех датчиках давления. Например, первый датчик давления может показывать прекращение увеличения давления в первой удлинительной трубке, тогда как второй датчик давления не показывает прекращения увеличения давления во второй удлинительной трубке. Впоследствии второй датчик давления показывает прекращение, и в этот момент контроллер в каждом из насосов вливания сохраняет эталонное давление на основе данных давления от соответствующих датчиков давления. Альтернативно, данные давления от всех датчиков давления могут усредняться с целью отслеживания увеличения давления и для получения более точного общего эталонного давления. Разумеется, другие статистические подходы или алгоритмы могут быть применены к данным давления для получения точного эталонного давления, которое соответствует введению жидкости. Например, может быть взято среднее значение нескольких показаний каждого из датчиков давления.

Как правило, насос вливания подает предупреждение о близком конце вливания (БКВ) (NEOI), когда заранее выбранный объем жидкости введен из шприца, например девяносто процентов объема контейнера медикамента, или при достижении заранее заданного периода времени перед тем, как будет опустошен текущий контейнер, например полчаса. Предупреждение БКВ подсказывает пользователю, чтобы быть уверенным, что система подготовилась к переключению от опустошаемого шприца, который вскоре станет пустым, к наполненному шприцу. После того как включается предупреждение БКВ первого шприца, блок 130, пользователь устанавливает второй шприц во второй насос и соединяет его со второй удлинительной трубкой, блок 132, если он не был ранее установлен и присоединен в блоке 122.

Как упомянуто ранее, контроллер исполняет функцию переключения или замены в блоке 134. Функция переключения может быть инициирована вручную пользователем в любой желательный момент времени или в ответ на предупреждении о БКВ, указывающее «близкий конец вливания», или на предупреждение KB (EOI) («конец вливания»). Альтернативно, функцию замены можно инициировать автоматически, если наполненный шприц обнаруживается системой, когда происходит предупреждение о БКВ или когда происходит предупреждение о KB для индикации того, что объем текущего шприца почти полностью опорожнен или полностью опорожнен. В соответствии с изобретением в начале функции замены поршневой привод первого шприцевого насоса отходит назад за счет мгновенного изменения направления, а затем останавливается, тем самым снижая давление жидкости в обеих удлинительных трубках, блок 136 до давления ниже давления срабатывания противотокового барьера. Противотоковый барьер предотвращает передачу снижения давления в удлинительных трубках в комплект введения, что может в противном случае выводить жидкость из пациента в комплект введения.

Это снижение давления жидкости в удлинительных трубках и изоляция, обеспечиваемая противотоковым барьером, предотвращают передачу пациенту избыточной дозы в блоке 138, при этом поршневой привод второго шприцевого насоса автоматически начинает двигаться вперед, чтобы быстро поднять давление жидкости в удлинительных трубках до давления, равного или превышающего давление срабатывания или другое сохраненное эталонное давление и предпочтительно до равного давлению, установленному первым шприцем перед опустошением. Может возникать ситуация, в которой поршень второго шприца не может двигаться немедленно из-за статического трения при толкании поршневым приводом второго шприцевого насоса. Если образуется резкое увеличение давления при внезапном движении поршня, это резкое увеличение давления поглощается пониженным давлением жидкости в соединителе выше по потоку от противотокового барьера и не передается в комплект введения, который присоединен к пациенту. Сниженное давление в удлинительных трубках имеет также то преимущество, что помогает приспособиться к любому начальному сопротивлению поршня. Соответственно, способ и система в соответствии с изобретением компенсируют изменения трения, возникающие из-за различных типов или марок шприцев.

Чтобы избежать прекращения подачи жидкости, снижение давления жидкости из одного насоса и его восстановление другим наосом в удлинительных трубках выполняется быстро. Второй шприцевой насос движется в прямом направлении автоматически либо в ответ на восприятие падения давления, происходящее во время переключения, или в ответ на сигналы, передаваемые первым насосом вливания по линии связи (позиция 109, см. фиг.5). Второй шприцевой насос движется в прямом направлении с «увеличенным» ускорением для девяти десятых утраченного давления или некоторой другой части. Увеличенное ускорение значительно выше, чем «нормальное» ускорение, согласующееся с параметрами вливания, запрограммированными пользователем в шприцевом насосе. После компенсации почти всего потерянного давления или некоторой его части шприцевой насос движется при «уменьшенном» или менее чем нормальном ускорении до тех пор, пока давление жидкости в трубках вливания не достигнет эталонного давления, что показывают датчики или указывается иным типом воспринимающего давление средства. Достижение эталонного давления при уменьшенном ускорении гарантирует, что не создается никакой увеличенной дозы, и введение жидкости пациенту во время замены остается неизменным.

После того как давление в удлинительных трубках достигает сохраненного эталонного давления, второй шприцевой насос движется с нормальным ускорением, блок 140. После этого пользователь может заменить пустой первый шприц наполненным третьим шприцем, когда включается предупреждение БКВ на втором шприце. Поскольку клапанный механизм (позиция 100, см. фиг.5) закрывается автоматически при удалении первого шприца, нет необходимости прочищать удлинительные трубки после подсоединения третьего шприца. Функция переключения повторяется вышеописанным образом, так что второй шприцевой насос отходит назад, а первый шприцевой насос начинает подавать жидкость из третьего шприца. Таким образом, введение жидкости может продолжаться бесконечно с поочередными переключениями и заменами пустых шприцев наполненными шприцами.

На фиг.7 показана компоновка двух шприцевых насосов 44 и 46, весьма сходная с компоновкой на фиг.5, за исключением того, что удлинительные комплекты 96 и 98 не соединены вместе. Вместо этого они по отдельности связываются с различными частями пациента (не показано). Каждый из комплектов введения этих насосов имеет свой собственный противотоковый барьер 120 и 122. Поэтому давление в удлинительных комплектах может различаться. Однако, как и на фиг.5, каждый насос включает в себя датчик 104 и 106 давления, так что давление в отдельном удлинительном комплекте может быть точно измерено. Помимо этого насосы приведены в сообщение друг с другом через линию 109 связи, которая может быть проводной или беспроводной, как обсуждалось выше в отношении других вариантов осуществления, в том числе фиг.5. В случае фиг.7 давление срабатывания каждого противотокового барьера потребуется определить и сохранить каждым насосом. В остальном работа практически такая же, как работа по фиг.5.

Примерные системы и способы, описанные в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивают безопасное, неизменное и непрекращающееся введение жидкости в случаях, когда невозможно использовать контейнеры медикамента большого объема, чтобы обеспечить длительное лечение вливанием. Одним примером таких случаев является ситуация, в которой пациент должен непрерывно получать лекарство с коротким периодом полувыведения. Даже если период полувыведения лекарства не представляет проблемы или когда можно использовать контейнеры медикамента большого объема, настоящее изобретение позволяет обслуживающему персоналу тратить меньше времени на замену контейнеров медикамента и тратить больше времени на то, чтобы следить за состоянием пациентов.

Функция программирования каждого из переключаемых насосов может быть согласована в соответствии с изобретением с помощью различных средств. В одном варианте осуществления программирование скорости, VTBI или иных операционных параметров, включая переменные ускорения, нужно осуществлять только для одного из насосов. Этот насос может управлять другими по схеме хозяин/слуга. В другом варианте осуществления, где желательно, чтобы клиническая функциональность давала возможность убирать насосы из переключающей компоновки, как только в них отпадает надобность, один насос передает рабочие параметры в следующий насос в момент переключения. Затем, когда насос более не нужен для функции переключения, его можно удалить и использовать где-нибудь еще. Альтернативно, управление программированием и управление переключением можно выполнять отдельным блоком управления, удаленным процессором, сетевым процессором или другим, который имеет беспроводное или проводное соединение с переключаемыми насосами. Другие компоновки возможны и будут очевидны специалистам.

Хотя проиллюстрированы и описаны несколько конкретных форм изобретения, понятно, что различные модификации можно сделать без отхода от объема изобретения. Например, три или больше насосов медикамента можно соединять переключаемым образом, чтобы обеспечить непрерывное лечение вливанием. Предполагается также, что различные комбинации или подкомбинации конкретных признаков и аспектов раскрытых вариантов изобретения можно объединять друг с другом или заменять одну на другую для формирования переменных режимов изобретения. Соответственно, предполагается, что изобретение ограничивается только приложенной формулой изобретения.

Группа изобретений относится к медицинской технике. Насосная система с автоматическим переключением включает в себя контроллеры, связанные с приводами для последовательной подачи жидкости из множества контейнеров для медикамента в соединитель с противотоковым барьером, из которого жидкость вводится пациенту. Внутреннее давление жидкости в соединителе определяется устройством, воспринимающим давление, или устройствами, которые обеспечивают сигналы для контроллеров. Контроллеры на основе, по меньшей мере, сигналов датчиков заставляют приводы работать в обратном и прямом направлениях так, чтобы быстро уменьшать и поднимать давление жидкости в соединителе во время переключения от пустого шприца к наполненному шприцу, благодаря чему исключается образование излишней дозы и прекращение лечения путем вливания. Предполагается, что независимо работающие шприцевые насосы соединяются в переключающей схеме для формирования модульной системы. 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Насосная система с непрерывным переключением, содержащая:
множество приводов, выполненных с возможностью последовательно подавать жидкость из множества контейнеров для медикамента;
устройство жидкостной связи, включающее в себя множество входов жидкости, каждый из которых выполнен с возможностью принимать жидкость из контейнера для медикамента, и выход жидкости с противотоковым барьером, выполненный с возможностью протекания жидкости в устройстве жидкостной связи через противотоковый барьер;
устройство, воспринимающее давление, выполненное с возможностью генерирования сигналов датчиков, представляющих давление жидкости в одном или более местах в устройстве жидкостной связи; и
контроллер, связанный с указанным множеством приводов и устройством, воспринимающим давление, выполненный с возможностью вызывать срабатывание указанного множества приводов на основе, по меньшей мере, сигналов датчиков от устройства, воспринимающего давление.

2. Система по п.1, в которой устройство жидкостной связи содержит удлинительные трубки с проксимальными концами и дистальными концами, причем каждый проксимальный конец имеет клапанный механизм, выполненный с возможностью открываться при присоединении к контейнеру для медикамента и закрываться при отсоединении от контейнера для медикамента, а дистальные концы приспособлены присоединяться соединителем к противотоковому барьеру.

3. Система по п.2, в которой устройство, воспринимающее давление, включает в себя датчики, расположенные между проксимальными концами и дистальными концами удлинительных трубок.

4. Система по п.1, в которой когда жидкость из первого контейнера для медикамента по существу удалена, контроллер вызывает срабатывание соответствующего привода в обратном направлении по отношению к первому контейнеру для медикамента для уменьшения давления в устройстве жидкостной связи.

5. Система по п.4, в которой после того, как контроллер вызовет срабатывание привода в обратном направлении по отношению к первому контейнеру для медикамента, контроллер вызывает срабатывание соответствующего привода в прямом направлении по отношению ко второму контейнеру для медикамента для увеличения давления в устройстве жидкостной связи до эталонного давления.

6. Система по п.5, в которой контроллер вызывает срабатывание второго привода в прямом направлении по отношению ко второму контейнеру для медикамента для подъема давления в устройстве жидкостной связи с первой скоростью подъема давления для некоторой части увеличения давления, требуемого для достижения эталонного давления, и со второй скоростью подъема давления, меньшей, чем первая скорость, для остальной части увеличения давления, требуемого для достижения эталонного давления.

7. Система по п.5, в которой эталонным давлением является давление, при котором жидкость вытекает из противотокового барьера устройства жидкостной связи.

8. Система по п.7, в которой эталонным давлением является давление в момент времени, соответствующий прекращению увеличения давления, возникающему после того, как привод начинает подавать жидкость из первого контейнера для медикамента.

9. Система по п.5, в которой устройство, воспринимающее давление, включает в себя датчики, выполненные с возможностью генерирования сигналов датчиков, представляющих давление во множестве мест слежения в устройстве жидкостной связи.

10. Система по п.9, в которой эталонным давлением является давление в момент времени, соответствующий прекращению увеличения давления, возникающему после того, как привод начинает подавать жидкость из первого контейнера для медикамента, причем это прекращение увеличения давления происходит в двух или более местах слежения в устройстве жидкостной связи.

11. Способ непрерывного переключения вливания медикамента, содержащий этапы, на которых:
подают жидкость, содержащуюся в первом контейнере для медикамента, через устройство жидкостной связи;
определяют давление жидкости в устройстве жидкостной связи;
сохраняют в памяти эталонное давление в момент времени, соответствующий вытеканию жидкости из устройства жидкостной связи;
снижают давление жидкости в устройстве жидкостной связи;
увеличивают давление жидкости в устройстве жидкостной связи до сохраненного в памяти эталонного давления; и
подают жидкость, содержащуюся во втором контейнере для медикамента, через устройство жидкостной связи.

12. Способ по п.11, в котором на этапе подачи жидкости, содержащейся в первом контейнере для медикамента, перемещают поршень шприца.

13. Способ по п.11, в котором на этапе подачи жидкости, содержащейся в первом контейнере для медикамента, нагнетают жидкость перистальтически.

14. Способ по п.11, в котором при определении давления жидкости измеряют расстояние между стенками устройства жидкостной связи.

15. Способ по п.11, в котором при определении давления жидкости измеряют нагрузку, приложенную к датчику, под действием стенки устройства жидкостной связи.

16. Способ по п.11, в котором при определении давления жидкости получают сигналы, генерируемые датчиком, контактирующим с жидкостью в устройстве жидкостной связи.

17. Способ по п.11, в котором на этапе сохранения в памяти эталонного давления:
отслеживают увеличение давления в устройстве жидкостной связи, которое происходит после того, как начинают подавать жидкость из первого контейнера для медикамента, и
сохраняют в памяти эталонное давление, когда происходит прекращение увеличения давления в устройстве жидкостной связи.

18. Способ по п.17, в котором отслеживают увеличение давления во множестве мест слежения в устройстве жидкостной связи.

19. Способ по п.18, в котором сохраняют в памяти эталонное давление, когда происходит прекращение увеличения давления в двух или более местах слежения в устройстве жидкостной связи.

20. Способ по п.11, в котором на этапе снижения давления в устройстве жидкостной связи реверсируют работу насоса, связанного с первым контейнером для медикамента, без воздействия на давление жидкости в трубке введения, дистальной к устройству жидкостной связи.

21. Способ по п.11, в котором на этапе увеличения давления жидкости в устройстве жидкостной связи до эталонного давления вызывают срабатывание насоса, связанного со вторым контейнером для медикамента.

22. Способ по п.21, в котором срабатывание насоса, связанного со вторым контейнером для медикамента, включает в себя:
срабатывание насоса с первой заранее заданной скоростью для некоторой части увеличения давления, требуемого для достижения эталонного давления, и
срабатывание насоса со второй заранее заданной скоростью, меньшей, чем первая заранее заданная скорость, для остальной части увеличения давления, требуемого для достижения эталонного давления.

23. Способ по п.11, дополнительно включающий замену первого контейнера для медикамента третьим контейнером для медикамента без введения воздуха в устройство жидкостной связи.

24. Медицинская насосная система с непрерывным переключением, содержащая:
множество приводов, выполненных с возможностью подавать жидкость из множества контейнеров для медикамента;
устройство жидкостной связи с множеством входов жидкости, причем каждый вход жидкости выполнен с возможностью принимать жидкость из контейнера для медикамента, и с выходом жидкости, включающим в себя противотоковый барьер, который выполнен с возможностью обеспечивать сопротивление вытеканию жидкости из устройства жидкостной связи во вводную трубку, соединенную с пациентом, и который выполнен с возможностью предотвращать уменьшение давления жидкости в устройстве жидкостной связи из-за уменьшения давления жидкости во вводной трубке;
устройство, воспринимающее давление, выполненное с возможностью генерировать сигналы датчиков, представляющие давление жидкости в одном или более местах слежения в устройстве жидкостной связи; и
контроллер, связанный с приводом и устройством, воспринимающим давление, и выполненный с возможностью вызывать срабатывание привода на основе, по меньшей мере, сигналов датчиков из устройства, воспринимающего давление, во время замены первого контейнера для медикамента на второй контейнер для медикамента, таким образом, что давление жидкости в устройстве связи уменьшается за счет работы привода в обратном направлении по отношению к первому контейнеру для медикамента, а после этого давление жидкости в устройстве связи поднимается до эталонного давления за счет работы привода в прямом направлении по отношению ко второму контейнеру для медикамента, при этом эталонное давление является давлением, которое требуется для преодоления сопротивления противотокового барьера для вытекания жидкости из устройства жидкостной связи.

25. Система по п.24, в которой устройство жидкостной связи содержит удлинительные трубки с проксимальными концами и дистальными концами, причем каждый проксимальный конец имеет клапанный механизм, выполненный с возможностью автоматически открываться при присоединении к контейнеру для медикамента и автоматически закрываться при отсоединении от контейнера для медикамента, а дистальные концы выполнены с возможностью присоединяться соединителем к противотоковому барьеру.

26. Система по п.24, в которой устройство, воспринимающее давление, включает в себя датчики, выполненные с возможностью генерировать сигналы датчиков, представляющие давление во множестве мест слежения в устройстве жидкостной связи.

27. Система по п.26, в которой эталонным давлением является давление в момент времени, соответствующий прекращению увеличения давления, возникающему после того, как привод начинает подавать жидкость из первого контейнера для медикамента, причем прекращение увеличения давления происходит в двух или более местах слежения в устройстве жидкостной связи.