Устройство для регулирования вливания инфузионных растворов

 

Использование: в медицинской технике для управления капельной инфузией различных жидкостей, вводимых в живой организм. Технический результат: изобретение позволяет исключить влияние на качество работы устройства технологического разброса геометрических размеров инфузионной трубки, обеспечить надежную и безопасную работу устройства при одновременном упрощении конструкции зажимного узла и снижении габаритно-массовых и энергетических характеристик. Сущность изобретения: в устройство, содержащее контейнер с жидкостью, капельную камеру с датчиком пролета капли, полимерную трубку с электромагнитным зажимным устройством, блок управления, состоящий из тактового генератора, формирователя сигнала открывания и формирователя сигнала пролета капли, введены последовательно соединенные анализатор соответствия заданной и рабочей частоты капли, трехвходовая схема И и токовый ключ, первый вход анализатора соединен с выходом тактового генератора, второй вход - с выходом формирователя сигнала пролета капли, третий - с выходом формирователя сигнала открывания, соединенного с третьим входом схемы И, а зажимное устройство выполнено в виде прижима с прорезью для фиксации трубки с одной стороны и двух подпружиненных, совмещенных в одной перпендикулярной оси трубки плоскости клапанов с другой стороны, причем один из клапанов выполнен с симметричным пазом в центре шириной 2/3 размера максимального внешнего диаметра трубки, в котором установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения торцевая часть другого клапана, кинематически связанного с сердечником электромагнита. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, применяется для управления потоком жидкости в инфузионной системе с капельницей и деформируемой трубкой.

При введении различных лекарственных препаратов с помощью широкоизвестных капельниц с ручным клапаном для регулирования потока жидкости возможны отклонения от заданного расхода до 30% выше нормы и до 60% ниже, что во многих случаях снижает лечебный эффект, а в некоторых просто недопустим, особенно при использовании токсичных препаратов. Кроме того, подобные устройства ненадежны, не исключают возможности срыва на свободное течение жидкости и требуют постоянного надзора за правильностью работы инфузионной системы.

Известен целый ряд устройств, в которых процесс управления капельным введением жидких препаратов автоматизирован: заявка ЕПВ (EP) N 0321986, A 61 M 5/14, 1989, заявка Франция (FR) N 2645025, кл. A 61 M 5/172, 1990, заявка Японии (JP) B N 3-25182, кл. A 61 M 5/00, 1991, заявка СССР (SV) N 1718959, кл. A 61 M 5/16, 1989.

В указанных устройствах используются два различных принципа регулирования потока жидкости.

Первый основан на плавном пережатии просвета трубки и поддерживания его таковым, чтобы обеспечивалась необходимая контролируемая частота капель. Устройства, использующие такой принцип регулирования, не критичны технологическому разбросу диаметра и толщины стенок трубки, однако имеют недостаток, связанный с неоднозначностью установки начального просвета трубки и, как следствие, длительное время вхождения в нормальный процесс регулирования, который при малых скоростях инфузии может достигнуть 3-5 мин. Кроме того, такие устройства являются достаточно сложными конструктивно, требуют использования микроЭВМ.

Второй основан на периодическом в соответствии с заданной частотой разжатии предварительно пережатой трубки на время образования и падения капли из капельной камеры. Устройства, использующие такой принцип регулирования, достаточно просты, практически мгновенно готовы к работе после включения питания, однако имеют недостатки, связанные с высокой чувствительностью к разбросу геометрических размеров сечения трубки, что требует практически индивидуальной настройки прижимного узла на каждый тип трубки, большого усилия ее полного пережатия, кроме того, имеется опасность при появлении помех сбоя циклического пережатия и свободного истечения жидкости. В качестве прототипа принято устройство SV N 1718959AI, в основу которого положен второй принцип регулирования, содержащее капельную камеру из прозрачного материала с размещенным на ней датчиком, регистрирующим падение капли, инфузионную трубку из деформируемого материала с размещенным на ней зажимным устройством и блок управления, содержащий регулируемый тактовый генератор, последовательно подключенный к устройству формирования сигнала открывания и к одному входу зажимного устройства, и формирователь сигнала закрывания, вход которого подключен к выходу датчика капель, а выход - на второй вход зажимного устройства. Зажимное устройство выполнено в виде электромагнитного клапана, состоящего из двух губок, которые по резьбовому соединению подвижно насажены на две выполненные с разным шагом части составного винта, жестко соединенного с сердечником электромагнитной системы зажимного устройства. Цель изобретения - повышение надежности и безопасности работы при одновременном упрощении конструкции, а также снижении габаритно-массовых характеристик и энергопотребления.

Поставленная цель достигается тем, что в состав устройства, содержащего контейнер с жидкостью, соединенный с капельной камерой из оптически прозрачного материала с установленным на ней датчиком пролета капли, инфузионную полимерную трубку, с установленным на ней электромагнитным зажимным устройством, блок управления, состоящий из тактового генератора, последовательно соединенного с формирователем сигнала открывания и формирователем сигнала пролета капли, введены последовательно соединенные анализатор соответствия заданной и реальной частоты падения капель, трехвходовая схема И и токовый ключ, исключающие возможность поддержания зажимного устройства в открытом состоянии в случае отсутствия капли, появления преждевременной капли или сплошного потока жидкости, а само зажимное устройство выполнено в виде базового прижима с прорезью для фиксации трубки с одной стороны и двух подпружиненных, совмещенных в одной перпендикулярной оси трубки плоскости клапанов с другой стороны. Один из клапанов выполнен с симметричным пазом в центре шириной 2/3 размера максимального внешнего диаметра трубки, в котором установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения торцевая часть другого клапана, кинематически связанного с сердечником электромагнита. Такая конструкция обеспечивает предварительное постоянное поджатие периферийной части трубки одним из клапанов, а центральная часть трубки прижимается, циклически в соответствии с заданной частотой падения капли, причем прижатие трубы осуществляется с помощью пружин, обеспечивающих полное прижатие стенок трубки обоими клапанами, а отжатие центральной части трубки с помощью клапана, установленного с возможностью совершать возвратно-поступательное движение с помощью быстродействующего электромагнита. Такая конструкция позволяет существенно уменьшить динамическое усилие пережатия трубки, работать без предварительной настройки во всем диапазоне разбросов геометрических размеров трубки и, кроме того, полностью отказаться от ручного пережимного клапана, который необходим в устройстве-аналоге для начального пережатия, исключающего поток жидкости без разрыва на капли.

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема устройства; на фиг. 3 - конструкция зажимного устройства; на фиг. 4 - часть зажимного устройства, на котором в увеличенном масштабе показано положение трубки в зажатом и рабочем состоянии; на фиг. 5 - временные диаграммы работы устройства.

Заявляемое устройство (фиг. 1) содержит контейнер с жидкостью 1, соединенный через иглу с капельной камерой 2, выполненной из оптически прозрачного материала и снабженной полимерной трубкой 3, помещенной в зажимное устройство с электромагнитным приводом, в качестве которого может быть использован электромагнит с осевым перемещением сердечника. На капельной камере 2 установлен датчик пролета капли 5, в качестве которого может быть использована опто-пара с соосным расположением "друг против друга" излучателя и фотоприемника. Снаружи инфузионной системы с закрепленными на ней датчиком капель 5 и зажимным устройством 4 установлен блок управления 6, соединенный линией передачи 7 и 8 с датчиком капель и зажимным устройством 4 соответственно.

Блок управления 6 содержит управляемый тактовый генератор 9, подключенный последовательно через формирователь сигнала открывания 10, трехвходовую схему И 11 к токовому ключу 12, а также формирователь сигнала пролета капли 13, выход которого подключен к входу анализатора соответствия заданной и реальной частоты 14, два выхода которого подключены к соответствующим входам трехвходовой схемы И 11, а два других входа соединены с выходами тактового генератора 9 и формирователя сигнала открывания 10 соответственно.

Анализатор соответствия заданной и реальной частоты 14 содержит (фиг. 2) D-триггер 15, вход синхронизации (C) которого соединен с выходом сигнала открывания 10, вход установки в ноль (R) соединен с выходом формирователя сигнала пролета капли 13, а выход соединен со вторым входом трехвходовой схемы И 11; двоичный счетчик 16, вход синхронизации (C) которого соединен с выходом формирователя сигнала открывания 10, вход установки в ноль (R) соединен с инверсным выходом D-триггера 15, а выход соединен с входом двухвходовой схемы ИЛИ 17; двоичный счетчик 18, вход C которого соединен с выходом формирователя сигнала пролета капли 13, вход R соединен с выходом управляемого тактового генератора 9, а выход соединен со вторым входом схемы ИЛИ 17, выход которой через инвертор 19 соединен с входом установки в ноль (R) D-триггера 20, вход синхронизации (C) которого соединен с кнопкой "Пуск", а выход соединен с третьим входом трехвходовой схемы И 11.

Зажимное устройство 8 (фиг. 3) содержит два (рабочий 21 и вспомогательный 22) клапана, поджатые пружинами 23 и 24, расположенные с одной стороны полимерной трубки 3, и базовый прижим с прорезью для фиксации трубки 25, расположенный с другой стороны. Прижимные торцы клапанов совмещены друг с другом в одной (перпендикулярной оси полимерной трубки 3) плоскости. Рабочий торец вспомогательного клапана 22 служит для постоянного полного пережатия периферийных частей трубки по ее краям за счет усилия пружины 24 и имеет в центре вырез шириной, равной 2/3 максимального диаметра трубки. В этот вырез торцевая часть рабочего клапана 21, обеспечивающая динамическое пережатие оставшейся центральной части трубки в состояние "закрыто" с помощью пружины 23 и в состояние "открыто" - за счет электромагнитного привода 26, кинематически связанного с помощью рычага 27 с рабочим клапаном 21.

На фиг. 5 показаны временные диаграммы работы устройства: эпюра 1 - сигнал тактового генератора, эпюра 2 - сигнал формирователя открывания, по длительности превышающий время формирования капли ( τ_кап. =20-25 мс) на 25-30%, эпюра 3 - сигнал открывания зажимного устройства, эпюра 4 - сигнал формирователя пролета капли (4a - сигнал последней капли при полном истечении жидкости из контейнера, 4б - сигнал при увеличенной частоте капель, относительно установленной в тактовом генераторе), эпюры 5 и 6 - сигналы аварийной остановки работы устройства, эпюры 7 и 7б - сигналы аварийного запирания ключа, 8 - длительность процесса каплеобразования.

Устройство работает следующим образом.

После того как собрана инфузионная система 3 с контейнером жидкости 1, а трубка заправлена в зажимное устройство 4 нажатием кнопки "Прогон" с помощью электромагнита обеспечивается свободный проход жидкости с целью быстрого заполнения всей трубки и исключения возможности наличия в ней пузырьков воздуха.

Выставив с помощью кнопок либо лимба (не показанных на фиг. 1-5) необходимую частоту капель, нажатием кнопки "Пуск" устройство включается в работу.

При этом D-триггер 20 опрокидывается в состояние "1", которое подается на трехвходовую схему И 17, выполняющую роль логического ключа. По положительному фронту тактового генератора 9 (эпюра 1 фиг. 5) в формирователе 10 вырабатывается импульс (эпюра 2 фиг. 5), по длительности превышающий время формирования капли, который также подается на ключ 17 и на входы синхронизации счетчика 16 и триггера 15, выход которого соединен с третьим входом логического ключа 17. При наличии на входе логического ключа 17 трех положительных сигналов на его выходе формируется отрицательный импульс (эпюра 3 фиг. 5), который подается на токовый ключ 12, открывая при этом с помощью электромагнита подвижную часть зажимного устройства и тем самым инициируя появление капли и ее фиксацию с помощью датчика пролета капли 5. При падении капли сигнала с формирователя 13 (эпюра 4 фиг. 5) поступает на R вход D-триггера 15, опрокидывая его и запирая ключ 11, прекращая тем самым процесс формирования новой капли и одновременно блокируя счетчик 18. При отсутствии же капли зажимное устройство закроется по окончании сигнала с формирователя 10 (эпюра 2 фиг. 5), а передний фронт следующего импульса формирователя 10 через счетчик 16, логическую схему ИЛИ 17 и инвертор 19 опрокинет триггер 20 в нулевое состояние (эпюра 7б фиг. 5), заперев тем самым ключ 11, блокируя блок управления, фиксируя аварийную ситуацию. При этом может быть включен звуковой сигнал, извещающий оператора об окончании жидкости в контейнере.

В случае технической неисправности зажимного устройства либо других причин, например заправки трубки, имеющей диаметр больше технологического разброса, вместо одной капли пролетает за время открытия зажимного устройства две и тем самым формирователь 13 сформирует вместо одного два импульса (эпюра 4б, фиг. 5), что позволит посредством счетчика 18 по линии второго выхода сформировать сигнал (эпюра 6 фиг. 5), который через схему ИЛИ 17, инвертор 19 опрокинет триггер 20, формируя аварийный сигнал (эпюра 7 фиг. 5), последствия которого аналогичны сигналу (эпюра 7б фиг. 5), описанному выше. При нормальной работе (пролет одной капли) счетчик 18 тактовыми импульсами (эпюра 1 фиг. 5) устанавливается в ноль по ходу R, при этом блокирующий сигнал на его выходе (2) не появляется.

Таким образом, устройство обеспечивает строго синхронную с тактовым генератором "выдачу" одной капли, практически исключая возможность сбоя регулярной частоты каплеобразования, независимо от разбросов геометрических размеров трубки, высоты установки контейнера с жидкостью, ее вида и т.п. Очевидно, что стабильность частоты каплеобразования зависит только от стабильности частоты тактового генератора, которая практически не ограничена.

Зажимное устройство работает следующим образом. После заправки трубки в прорези (фиг. 4,а) базового прижима 35 и пережатия его, например, с помощью крышки к рабочим торцам подпружиненных клапанов 21, 22, зажимной узел готов к работе (фиг. 4,б). При подаче сигнала открывания (эпюра 3 фиг. 5) ток через токовый ключ 12 подается в обмотку электромагнитного привода 25, сердечник которого мгновенно втягивается и посредством тяги 27 открывает рабочий клапан 21, освобождая центральную часть трубки от давления пружины 23. При этом трубка распрямляется, как показано на фиг. 4,в, и находится в таком положении до прихода сигнала с формирователя 13, который приводит к закрыванию токового ключа 12, обесточиванию электромагнитного привода и тем самым возврату посредством пружины 23 рабочего клапана 21 в исходное положение, при котором трубка закрывается, деформируясь как показано на фиг. 4,б.

Предлагаемое устройство во время эксплуатации не требует регулировки зажимного узла во всем диапазоне технологического разброса диаметра и толщины стенок инфузионной трубки, имеет простую конструкцию, обеспечивает безопасную и надежную работу при одновременном снижении габаритно-массовых характеристик и энергопотребления за счет существенного снижения усилия сжатия только центральной части трубки.

Формула изобретения

1. Устройство для регулирования вливания инфузионных растворов, содержащее контейнер с жидкостью, соединенный с капельной камерой из оптически прозрачного материала и установленным на ней датчиком пролета капли, инфузионную полимерную трубку для подвода жидкости с установленным на ней электромагнитным зажимным устройством, блок управления, состоящий из тактового генератора, формирователя сигнала открывания и формирователя сигнала открывания, причем выход датчика пролета капли соединен с входом блока управления - к входу формирователя пролета капли, а выход блока управления соединен с электромагнитом зажимного устройства, отличающееся тем, что в состав блока управления введены последовательно соединенные анализатор соответствия заданной и рабочей частоты капли, трехвходовая схема И и токовый ключ, первый вход анализатора соединен с выходом тактового генератора, одновременно соединенным и с входом формирователя сигнала открывания, второй вход - с выходом формирователя пролета капли, третий - с выходом сигнала открывания, одновременно соединенным с третьим входом схемы И, причем первый и второй выходы анализатора подключены соответственно к первому и второму входам схемы И и выход токового ключа соединен с электромагнитом зажимного устройства, а зажимное устройство выполнено в виде прижима с прорезью для фиксации трубки с одной стороны и двух подпружиненных, совмещенных в одной, перпендикулярной к оси трубки плоскости, клапанов с другой стороны, один из клапанов выполнен с симметричным пазом в центре шириной 2/3 размера максимального внешнего диаметра трубки, в котором установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения торцевая часть другого клапана, кинематически связанного с сердечником электромагнита.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что анализатор соответствия заданной и рабочей частоты состоит из двух D-триггеров и двоичных счетчиков, логической схемы ИЛИ и инвертора, причем входы синхронизации первых D-триггера и двоичного счетчика соединены с выходом формирователя сигнала открывания, вход установки в "0" первого двоичного счетчика соединен с инверсным выходом первого D-триггера, вход установки в "0" первого D-триггера и вход синхронизации второго двоичного счетчика соединены с выходом формирователя пролета капли, вход установки в "0" второго двоичного счетчика соединен с выходом тактового генератора, выходы двоичных счетчиков соединены с входами схемы ИЛИ, выход которой через инвертор соединен с входом установки в "0" второго D-триггера, а его вход синхронизации - с кнопкой "Пуск", выходы D-триггеров соединены с входом схемы И.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5