Устройство со скользящим сердечником для подачи текучей среды

Насос для подачи текучей среды, содержащий сердечник, ограничитель и выполненный с возможностью расширения эластичный баллон. Сердечник выполнен для продольного удлинения вдоль оси насоса. Ограничитель выполнен для ограничения продольного удлинения сердечника до предварительно заданной максимальной длины. Выполненный с возможностью расширения эластичный баллон присоединен к опорному сердечнику по меньшей мере в одном месте и выполнен для приема текучей среды.

Область полезной модели

Настоящая полезная модель относится к устройству для подачи текучей среды.

Предпосылки создания полезной модели

Эластомерные насосы широко применяются в медицине для подачи текучих сред и медикаментов к пациенту. В некоторых насосах текучей среды хранятся в резервуаре для лекарственных препаратов или эластичном баллоне, изготовленном из силикона или другого резиноподобного полимера.

В US 5,284,481 описан инфузионный насос с центральным сердечником постоянной длины с прикрепленным на нем расширяющимся эластичным баллоном для приема текущей среды. Эластичный баллон прикреплен к центральному опорному сердечнику (также упоминаемый далее для краткости, как "сердечник") постоянной длины в положениях вдоль стержня, которые разделены не изменяемым промежутком. При заполнении эластичный баллон расширяется, и увеличившаяся площадь поверхности эластичного баллона запасает энергию, которая оказывает давление на текучую среду, вытесняя текучую среду из эластичного баллона. Скорость потока текучей среды зачастую ограничивается ограничительной диафрагмой, такой как стеклянный капилляр или отрезок поливипилхлоридной трубки.

На фиг.1 типичный профиль потока 18 (то есть скорость потока относительно времени) для стандартного эластомерного насоса показывает, что скорость потока текучей среды из насоса не является постоянной во время подачи текучей среды. Поток начинается сильным начальным всплеском 20, продолжается фазой 21 в форме провала, имеющего меньшую скорость потока, и заканчивается небольшим вторым всплеском 22. В то время как провалы и всплески такого профиля могут быть усреднены для обеспечения достаточной скорости потока, в некоторых случаях, таких как подача токсичных лекарственных препаратов или когда требуется узкая терапевтическая доза, начальный всплеск может привести к передозировке или другой нежелательной ситуации.

Первоначальный всплеск 20 генерируется значительными усилиями, воздействующими на текучую среду со стороны расширенного эластичного баллона. Для уменьшения первоначального всплеска в скорости потока заполненный насос может быть остановлен на период ожидания перед началом подачи текучей среды для того, чтобы позволить эластичному баллону потерять часть его эластичности, снизив тем самым оказываемое на текучую среду усилие.

Фаза 21 в форме провала является результатом комбинации двух явлений. В то время как текучая среда выходит из эластичного баллона, эластичный баллон сжимается и запасенная в эластичном баллоне энергия уменьшается. Таким образом, оказываемое эластичным баллоном на текучую среду давление уменьшается, приводя к уменьшению скорости потока. Однако в то же самое время физическое сокращение эластичного баллона приводит к увеличению толщины стенок эластичного баллона, что заставляет эластичный баллон оказывать большее давление на текучую среду. В начальной стадии преобладающим является первый эффект. По мере опустошения эластичного баллона второй эффект постепенно становится более преобладающим и проявляется как второй всплеск 22 в конце подачи текучей среды.

Если толщина стенок эластичного баллона не однородна, то эластичный баллон при получении текучей среды будет расширяться быстрее в тонких областях, дополнительно усиливая таким образом изменения толщины. Этот эффект заставляет эластичный баллон принимать несимметричную форму, что, в свою очередь, приводит к неравномерной скорости потока и непостоянству скорости потока среди одинаковых насосов. Для борьбы с этим эффектом эластичный баллон зачастую помещают в наружную оболочку, которая ограничивает его асимметричное расширение, такую как жесткая оболочка или гибкая и не расширяющаяся оболочка. В некоторых насосах эластичный баллон формируют из резиноподобного полимера, который прилагает усилие к находящейся внутри текучей среды, и силиконового покрытия внутри эластичного баллона, который предотвращает контакт текучей среды с резиноподобным полимером.

Краткое описание

В общем, насос для подачи текучей среды содержит сердечник, выполненный с возможностью продольного удлинения вдоль оси насоса, ограничитель, выполненный для ограничения продольного удлинения сердечника до предварительно заданной максимальной длины, и расширяющийся эластичный баллон, прикрепленный к опорному сердечнику по меньшей мере в одном месте и выполненный для приема текучей среды.

Варианты осуществления могут включать в себя одно или несколько из нижеописанного. Насос содержит оболочку, заключающую в себя эластичный баллон и, по меньшей мере, часть опорного сердечника. Оболочка имеет такой размер и форму, что, когда эластичный баллон заполнен текучей средой, эластичный баллон имеет размер и положение, которые в значительной мере независимы от размера и формы оболочки. Оболочка имеет такие размер и протяженность, что существует зазор между наружной поверхностью эластичного баллона и внутренней поверхностью оболочки, когда эластичный баллон заполнен текучей средой. Эластичный баллон выполнен по существу из силикона. Место, в котором эластичный баллон присоединен к сердечнику, выбирается на основании, по меньшей мере, одного из: объема эластичного баллона в заполненном состоянии и требуемой скорости потока подаваемой из насоса текучей среды.

Сердечник имеет первую деталь и вторую деталь, выполненные так, чтобы продольно скользить относительно друг друга. Насос содержит соединитель для соединения первой детали и второй детали. Ограничитель содержит шариковый подшипник, расположенный в канале. Длина канала определяется на основании предварительно заданной максимальной длины сердечника. Опорный сердечник выполнен для продольного удлинения, когда текучая среда входит в эластичный баллон, и продольного сокращения, когда текучая среда выходит из эластичного баллона. Насос рассчитан на подачу текучей среды по существу с постоянной скоростью потока.

Согласно другому аспекту способ подачи текучей среды из насоса включает в себя получение текучей среды в эластичный баллон и подачу текучей среды из насоса. Получение текучей среды в эластичный баллон включает в себя продольное удлинение опорного сердечника вдоль оси насоса и расширение эластичного баллона. Удлинение опорного сердечника ограничено до предварительно заданной максимальной длины ограничителем. Подача текучей среды из насоса включает в себя сжатие эластичного баллона и возвращение назад опорного сердечника вдоль продольной оси насоса.

Варианты осуществления могут включать с себя одно или несколько из нижеописанного. Подача текучей среды из насоса включает в себя по существу постоянную скорость потока. Удлинение опорного сердечника включает в себя продольное скольжение первой детали опорного сердечника относительно второй детали опорного сердечника. Расширение эластичного баллона включает в себя расширение эластичного баллона до размера и формы окружающей эластичный баллон оболочки. Эластичный баллон изготавливается по существу из силикона.

Описанный выше насос имеет несколько преимуществ. В частности, выполнение насоса со скользящим сердечником, как это заявляется в п.1 формулы настоящей полезной модели, придает дополнительную степень перемещения насосу, когда эластичный баллон заполняется или текучая среда подается из насоса. Эта дополнительная степень перемещения влияет на профиль потока текучей среды, делая насос способным подавать текучую среду с уменьшенным начальным всплеском или даже без начального всплеска скорости потока. Кроме того, выполнение насоса со скользящим сердечником, как это заявляется в п.1 формулы настоящей полезной модели, позволяет эластичному баллону расширяться при заполнении по существу симметрично, даже если имеются небольшие изменения в толщине стенок эластичного баллона. Состав материала эластичного баллона, являясь в первую очередь силиконом, дополнительно способствует симметричному расширению стенок эластичного баллона. Как результат этого симметричного расширения, эластичный баллон оказывает равномерное давление на текучую среду внутри него, делая возможной постоянную скорость потока во время подачи текучей среды. Таким образом, относительно постоянная скорость потока поддерживается во время подачи большей части текучей среды из насоса. Симметричное расширение эластичного баллона также помогает уменьшить или устранить всплеск в скорости потока в начале подачи текучей среды из насоса. Постоянная скорость потока достигается, как только насос заполнен текучей средой. Не требуется никакого периода ожидания для релаксации давления, оказываемого эластичным баллоном на находящуюся внутри текучую среду. Дополнительно, уменьшается непостоянство между разными устройствами, так как расширение эластичного баллона и, тем самым, давления, приложенного к находящейся в нем текучей среде, единообразно для аналогичных устройств.

Соответственно, задача по получению равномерного потока подачи текучей среды решена посредством совокупности признаков независимого пункта формулы полезной модели. Другие признаки и варианты выполнения полезной модели следуют из зависимых пунктов и приведенного ниже описания примеров выполнения вместе с рисунками.

Краткое описание рисунков

Фиг.1 показывает профиль скорости потока для стандартного эластомерного насоса и насоса со скользящим сердечником.

Фиг.2А показывает насос со скользящим сердечником по существу с пустым эластичным баллоном,

Фиг.2Б показан насос со скользящим сердечником по существу с заполненным эластичным баллоном.

Фиг.3 является видом части насоса со скользящим сердечником в разобранном состоянии.

Фиг.4А является видом сбоку части насоса со скользящим сердечником в разобранном состоянии.

Фиг.4Б является видом сверху в сечении части насоса со скользящим сердечником в разобранном состоянии.

Фиг.4В является видом сбоку в поперечном сечении части насоса со скользящим сердечником в разобранном состоянии.

Подробное описание

Согласно фиг.2А насос со скользящим сердечником подает текучие среды, такие как антибиотики, болеутоляющие средства, средства для химиотерапии и другие лекарственные препараты, к пациенту. Насос содержит, в общем, цилиндрический опорный сердечник 32, несущий эластичный баллон 4, и наружную оболочку 34. Текучая среда хранится в эластичном баллоне 4, который оказывает давление на текучую среду, нагнетая текучую среду из насоса по линии 10 подачи текучей среды. Относящийся к пациенту соединитель 13 (например, адаптер Люэра), соединенный с концом линии 10 подачи текучей среды, облегчает подачу текучей среды к пациенту. В некоторых вариантах осуществления линия 10 подачи текучей среды соединена с другими деталями, такими как воздухоуловитель и антимикробный фильтр 9 или ограничительная трубка 12 с микроканалом, которая может быть, например, стеклянным капилляром или отрезком поливинилхлоридной трубки. Прикрепленный к линии 10 подачи текучей среды зажим 11 запускает и останавливает поток текучей среды из насоса 30.

Согласно фиг.2А и фиг.3 опорный сердечник 32 содержит в себе подвижные или телескопические детали, включая первую скользящую деталь 1 сердечника и вторую скользящую деталь 3 сердечника. Скользящие детали 1 и 3 сердечника удерживаются вместе посредством кольцеобразного соединителя 2. В другом варианте осуществления первая скользящая деталь 1 сердечника вставляется в кольцеобразную полость во второй скользящей детали 3 сердечника. Эластичный баллон 4 прикреплен к опорному сердечнику 32 в двух местах 8а и 8b, которые выбираются на основании желаемого объема заполнения эластичного баллона. Первая скользящая деталь 1 сердечника и вторая скользящая деталь 3 сердечника могут продольно раздвигаться относительно друг друга вдоль оси 8 насоса 30. Это относительное перемещение скользящих деталей 1 и 3 сердечника приводит к продольному и концентрическому расширению эластичного баллона 4 с принятием эллиптической формы. Относительное перемещение скользящих деталей 1 и 3 сердечника вызывает относительное смещение мест 8а и 8b, которые разделены изменяемым расстоянием 8 с.Когда текучей среды вводятся в эластичный баллон 4, расстояние 8 с по мере расширения эластичного баллона 4 увеличивается и опорный сердечник 32 удлиняется. Когда текучая среда подается из эластичного баллона 4, расстояние 8 с по мере сжатия эластичного баллона 4 уменьшается и опорный сердечник 32 сокращается. На фиг.2А показан опорный сердечник 32 в его исходном положении с небольшим количеством текучей среды в эластичном баллоне 4. Согласно фиг.2Б, по мере того как текучая среда вводится в эластичный баллон 4 и скользящая деталь 1 сердечника продольно удлиняется относительно скользящей детали 3 сердечника, эластичный баллон расширяется до формы наподобие воздушного шара.

Относительное продольное перемещение скользящих деталей 1 и 3 сердечника вдоль оси 8 ограничено шариковыми подшипниками 5, которые обычно изготавливаются из стекла или полимера медицинского сорта. Шариковые подшипники 5 расположены в прорезях 6 и/или каналах или желобках 7 в скользящих деталях 1 и 3 сердечника. Предел удлинения опорного сердечника 32 определяется длиной прорезей 6 или каналов 7. В варианте осуществления, показанном на фиг.4А и 4Б, используются две прорези 6а и 6b и два канала 7а и 7b. В общем, число шариковых подшипников 5, прорезей 6 и каналов 7 изменяется в зависимости от размера опорного сердечника 32 и желаемого относительного смещения между местами 8а и 8b. В других вариантах осуществления продольное перемещение скользящих деталей 1 и 3 сердечника ограничивается стопором и направляющим узлом или другим конструктивным элементом, который позволяет свободное перемещение скользящих деталей 1 и 3 сердечника вдоль оси 8, обеспечивая также предварительно заданные конечные точки или пределы этого перемещения.

Эластичный баллон 4 выполнен из гибкой мембраны, которая позволяет захваченному в эластичный баллон воздуху медленно рассеиваться через проницаемую мембрану. В некоторых вариантах осуществления эластичный баллон 4 изготовлен из самовентилирующегося материала. Материал эластичного баллона 4 также совместим с фармацевтическими составами. Например, эластичный баллон 4 изготовлен из силикона или другого резиноподобного полимера. В некоторых вариантах осуществления эластичный баллон изготовлен, в первую очередь, из силикона.

Согласно вновь фиг.2Б оболочка 34 защищает эластичный баллон 4 (например, от прокалывания, истирания или грязи) и обеспечивает поверхность для нанесения надписей с переменными технологическими данными и идентификационными данными устройства, такими как номер партии, объем наполнения, скорости потока и продолжительность потока. Оболочка 34 выполнена так, чтобы окружать эластичный баллон 4 как в наполненном состоянии, так и в ненаполненном состоянии без деформации или какого-либо другого воздействия на общую форму или положение эластичного баллона относительно опорного сердечника 32 при расширении и сжатии эластичного баллона 4. То есть, по мере заполнения эластичного баллона 4 текучей средой эластичный баллон принимает форму и положение, которое является независимым от размера и формы оболочки 34. В одном примере оболочка 34 подвергнута вакуумной формовке так, чтобы иметь воздушный зазор 35 между внутренней поверхностью 38 оболочки и наружной поверхностью 36 эластичного баллона 34 в полностью заполненном состоянии. Оболочка 34 закреплена (например, с помощью эластичных лент, не показаны) для поддержания сердечника 32 в положениях 40а и 40b. Поскольку оболочка 34 прикреплена к опорному сердечнику 32 и перемещается вместе со скользящими деталями 1 и 3 сердечника, то концы оболочки 34 продольно друг от друга по мере расширения эластичного баллона. Оболочка 34 может быть мягкой оболочкой, которая изготовлена, например, из поливинилхлорида. В других примерах эластичный баллон 4 защищает твердая жесткая оболочка. Твердая жесткая оболочка может полностью или частично окружать эластичный баллон 4 в его полностью расширенном состоянии без деформирования или какого-либо другого влияния на общую форму или положение эластичного баллона относительно опорного сердечника 32 при расширении и сжатии эластичного баллона 4.

Согласно фиг.4 В насос 30 имеет загрузочное отверстие 42 на открытом конце 44 опорного сердечника 32, через которое текучее среды вводятся в эластичный баллон 4. Загрузочное отверстие 42 совместимо с большинством шприцов и других стандартных загрузочных устройств. Одноходовой противосифонный клапан 46 на загрузочном отверстии предотвращает утечку текучей среды из эластичного баллона 4 во время и после заполнения. Устройство 48 с откидным колпачком прикреплено к опорному сердечнику 32 для закрывания загрузочного отверстия 42. На противоположном конце 49 опорного сердечника 32 выходной отверстие 50 соединено с линией 10 подачи текучей среды. Два проточных канала 52 и 54 проходят внутри опорного сердечника 32. Проточный канал 52 соединяет загрузочное отверстие 42 с внутренней частью эластичного баллона 4, в то время как проточный канал 54 соединяет внутреннюю часть эластичного баллона 4 с выходным отверстием 50.

Конструкция опорного сердечника 32 в отношении наличия скользящих деталей 1 и 3 придает дополнительную степень перемещения насосу 30 при заполнении эластичного баллона и при подаче текучей среды из насоса. Согласно вновь фиг.1 эта дополнительная степень перемещения дает насосу 30 со скользящим сердечником профиль потока 24. В то время как текучая среда первоначально подается из насоса, эластичный баллон 4 сжимается и скользящие детали 1 и 3 продольно перемещаются вовнутрь. Перемещение скользящих деталей 1 и 3 позволяет эластичному баллону 4 оказывать меньшее давление на содержащейся в нем текучей среды. Уменьшенное усилие приводит к минимальному начальному всплеску 26 в начале подачи текучей среды.

После того как скользящие детали 1 и 3 сердечника сократились до их исходного положения (то есть, когда скользящие детали 1 и 3 сердечника находятся в контакте или когда расстояние 8 с минимально), эластичный баллон продолжает сжиматься и выталкивать текучую среду, однако дальнейшее сокращение опорного сердечника не происходит. В этот момент скорость потока входит в фазу 28, которая сопоставима со скоростью потока, получаемой при подаче текучей среды из насоса без скользящего сердечника. Путем регулирования расстояния 8 с относительно протяженности, толщины стенки, геометрии и эластичности эластичного баллона 4 для насоса 30 со скользящим сердечником может быть достигнут приблизительно плоский профиль скорости потока.

В некоторых вариантах осуществления доступны различные режимы подачи текучей среды, включая непрерывный поток, непрерывный поток с эффектом болюса, болюсный поток или переменный поток.

Способ подачи текучей среды из насоса может включать в себя:

- получение текучей среды в эластичный баллон, включающее в себя:

продольное удлинение опорного сердечника вдоль оси насоса, и

расширение эластичного баллона,

удлинение опорного сердечника, ограниченное до предварительно заданной максимальной длины ограничителем; и

- подачу текучей среды из насоса, включающую в себя:

сжатие эластичного баллона, и

сокращение опорного сердечника вдоль продольной оси насоса.

Подача текучей среды из насоса может включать в себя подачу текучей среды по существу с постоянной скоростью потока.

Удлинение опорного сердечника может включать в себя продольное скольжение первой детали опорного сердечника относительно второй детали опорного сердечника.

Расширение эластичного баллона может включать в себя расширение эластичного баллона до формы и положения, которые по существу независимы от размера и формы оболочки, окружающей эластичный баллон.

Эластичный баллон может быть выполнен по существу из силикона.

Предшествующее описание предназначено для представления, а не ограничения области полезной модели, которая определена объемом прилагаемых пунктов формулы полезной модели. Данный и другие варианты осуществления находятся в пределах объема нижеследующих пунктов формулы полезной модели.

1. Насос для подачи текучей среды, содержащий:

- опорный сердечник, выполненный с возможностью продольного удлинения и сокращения вдоль оси насоса;

- ограничитель, выполненный для ограничения продольного удлинения опорного сердечника до предварительно заданной максимальной длины; и

- выполненный с возможностью расширения эластичный баллон, присоединенный к опорному сердечнику по меньшей мере в одном месте и предназначенный для приема текучей среды.

2. Насос по п.1, также содержащий оболочку, окружающую эластичный баллон и, по меньшей мере, часть опорного сердечника.

3. Насос по п.2, в котором оболочка имеет такой размер и форму, что, когда эластичный баллон заполняется текучей средой, эластичный баллон имеет размер и положение, которые являются независимыми от размера и формы оболочки.

4. Насос по п.2, в котором оболочка имеет такой размер и протяженность, что когда эластичный баллон заполнен текучей средой, существует зазор между наружной поверхностью эластичного баллона и внутренней поверхностью оболочки.

5. Насос по п.1, в котором эластичный баллон выполнен из силикона.

6. Насос по п.1, в котором опорный сердечник содержит первую деталь и вторую деталь, выполненные для продольного скольжения относительно друг друга.

7. Насос по п.6, также содержащий соединитель для соединения первой детали и второй детали.

8. Насос по п.1, в котором ограничитель содержит шариковый подшипник, расположенный в канале.

9. Насос по п.8, в котором длина канала определена на основании предварительно заданной максимальной длины опорного сердечника.

10. Насос по п.1, в котором опорный сердечник выполнен для продольного удлинения, когда текучая среда входит в эластичный баллон, и для сокращения, когда текучая среда выходит из эластичного баллона.

11. Насос по п.1, в котором насос выполнен для подачи текучей среды с постоянной скоростью потока.