Улучшенное электретное автоматическое отключение капельной камеры для внутренней инфузии
Группа изобретений относится к медицинской технике и предназначена для регулирования потока медицинской жидкости. Автоматический отсечной клапан содержит контейнер; стопорный элемент, расположенный на контейнере и выполненный из немагнитного, диэлектрического материала; и седло, расположенное рядом с выходным отверстием на выходном конце контейнера и выполненное из немагнитного, диэлектрического материала. Стопорный элемент или седло генерирует электрическое поле, которое перемещает другой элемент клапана для прекращения потока жидкости через контейнер. Стопорный элемент обладает плавучестью. Притяжение стопорного элемента и седла клапана с помощью электрического поля выбирается таким образом, чтобы оно преодолевало плавучесть стопорного элемента, когда внутри контейнера остается определенный уровень медицинской жидкости. Способ содержит этап обеспечения притяжения плавучего стопорного элемента, которое преодолевает плавучесть стопорного элемента в медицинской жидкости так, что плавучий стопорный элемент соединяется с седлом клапана и прекращает поток через выходное отверстие, когда внутри контейнера остается определенный уровень медицинской жидкости. Технический результат состоит в упрощении и обеспечении безопасности процесса инфузии. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.
Уровень техники
Изобретение, в общем, относится к клапанам, управляющим потоком медицинской жидкости и, более конкретно, к клапанам, которые автоматически отключаются, когда жидкость достигает определенного уровня.
Во время госпитализации для врача может потребоваться провести инфузию медицинской жидкости в кровоток пациента. Медицинская жидкость может быть предназначена для терапевтических целей, для замены жидкости тела, или может использоваться для других целей. Во время подачи медицинских жидкостей в тело пациента важно исключить попадание воздуха в количествах, превышающих определенный количественный пороговый уровень. Если слишком большое количество воздуха попадет в кровоток пациента, он может привести к закупориванию кровеносных сосудов, что представляет собой серьезное состояние пациента.
При инфузии медицинских жидкостей резервуар с медицинской жидкостью, такой как пакет или бутылка, многократно подвешивают в перевернутом положении, и его содержимое подают во время инфузии в тело пациента либо под действием силы тяжести, или с использованием инфузионного насоса, который точно управляет скоростью потока, в соответствии с запрограммированными инструкциями. Набор для подачи жидкости используется для подачи жидкости из пакета в тело пациента и содержит линию для жидкости, которая соединена с перевернутым пакетом на одном конце, который называется проксимальным концом или входным концом, и которая соединена на другом конце, называемом дистальным концом или выходным концом, с катетером, вставленным в вену пациента.
Множество наборов для подачи жидкости для инфузии включают в себя устройство, известное как капельная камера. Это устройство может включать в себя заостренный выступ на его входном конце, предназначенный для прокалывания пробки или мембраны резервуара, который может быть выполнен в форме перевернутого пакета, бутылки или контейнера другого типа для получения доступа к содержимому этого контейнера. Выступ имеет длину, которая продолжается внутрь жидкости, находящейся в резервуаре, и вследствие с этим передает содержимое резервуара в формирователь точной капли, расположенный в его входном отверстии или на входном конце капельной камеры. Формирователь капель формирует капли, имеющие известное количество жидкости, которые падают к выходному концу капельной камеры под действием силы тяжести. Количество капель за единицу времени можно подсчитать для определения скорости потока жидкости, подаваемой в тело пациента. Формирователь капель установлен внутри капельной камеры и на выходном конце камеры, в который падают или "капают" сформированные капли, сформировано выходное отверстие, которое соединено с трубкой набора для подачи жидкости. Эта трубка образует трубопровод для медицинской жидкости, которая протекает в тело пациента.
Медсестра отслеживает наличие капель в капельной камере, чтобы убедиться, что резервуар с медицинской жидкостью не опустошен. Как хорошо известно для специалистов в данной области техники, капельные камеры разработаны так, что в них постоянно присутствует определенный уровень жидкости внутри камеры, когда поток жидкости в тело пациента протекает нормально, например 3 мл. Когда жидкость в резервуаре и в трубке над капельной камерой заканчивается, и капли перестают падать, уровень жидкости в капельной камере уменьшается до тех пор, пока она, в конечном итоге, не станет пустой. Если трубка набора для инфузии жидкости не будет зажата или не будут предприняты другие действия, воздух может попасть в трубку для подачи жидкости, с которой соединена капельная камера. Таким образом, пустой резервуар для жидкости может привести к забору воздуха в капельную камеру и трубку и, следовательно, к его подаче в тело пациента, если только линия не будет пережата или не будет предпринято другое действие.
Кроме того, если уровень жидкости в капельной камере слишком сильно понизится, медсестра не сможет заменить пустой резервуар для жидкости новым резервуаром, пока весь набор для инфузии не будет снова заправлен для удаления воздуха, который попал в линию. Заправка линии занимает время, и предпочтительно предусмотреть устройство, которое контролирует попадание воздуха в линию подачи жидкости, что делает процедуру повторной заправки не нужной. В частности, желательно, чтобы достаточное количество жидкости оставалось в капельной камере, когда текущий резервуар заканчивается, что позволяет подключить новый резервуар жидкости к капельной камере, и начать поток новой жидкости в тело пациента без необходимости повторной заправки набора для подачи жидкости.
В другом варианте выполнения капельная камера может формировать часть бюретки и может быть расположена на дистальном, или выходном, конце камеры бюретки. В таком случае капельная камера не будет включать в себя заостренный выступ, но вместо этого будет включать в себя другие элементы, описанные выше. В еще одной дополнительной компоновке капельная камера может не иметь выступ, но вместо этого на ее входном конце может быть подключена трубка определенной длины, в которую встроен выступ для установления соединения с контейнером с медицинской жидкостью. Выступ на трубке вставляют в резервуар, и жидкость протекает через трубку короткой длины в капельную камеру.
Предпочтительно обеспечить устройство, которое автоматически отключает поток, когда медицинская жидкость в резервуаре заканчивается. Поэтому специалисты, занимающиеся разработкой устройств для инфузии медицинской жидкости, создали различные отсечные клапаны, которые устанавливают непосредственно в устройстве капельной камеры для автоматического отключения потока жидкости через линию подачи жидкости после окончания медицинской жидкости в резервуаре. Некоторые из таких систем являются относительно сложными, в то время как другие выполнены проще. В одном классе таких устройств используется устройство, которое плавает в жидкости капельной камеры, и набор клапанов, расположенных на выходном конце капельной камеры. В таких конструкциях типично плавающие устройства плавают на определенном уровне в жидкости, который зависит от плавучей способности плавающего устройства. Плавающее устройство сконструировано таким образом, что оно садится, когда уровень жидкости в камере уменьшается до определенного низкого уровня. По мере уменьшения уровня плавучее устройство все ближе приближается к седлу клапана до тех пор, пока оно окончательно не садится в него и не отсекает поток, обеспечивая, таким образом, автоматический отсечной клапан, для работы которого не требуется постоянное за ним слежение.
При использовании таких устройств возникают проблемы, одна из которых состоит в том, что плавучее устройство может неправильно садиться и может не полностью перекрывать поток. В неблагоприятных условиях, таких как условия, в которых набор может перемещаться из стороны в сторону или может быть ориентирован под другим узлом, чем в непосредственно вертикальном направлении, устройство клапана может медленно закрываться, и это приводит к задержке отсечки жидкости, что, таким образом, повышает вероятность ввода воздуха в линию подачи жидкости. Другое отрицательное условие возникает, когда насос, работающий с малой скоростью потока, подключен к линии подачи жидкости и создает импульсы в жидкости перед ним, в результате чего возникает тенденция дрожания плавучего устройства, которое подпрыгивает в седле клапана. Такие импульсы могут быть достаточно сильными и могут преодолевать силу тяжести, воздействующую на плавучее устройство, в результате чего оно может не установиться в седле, когда это требуется.
В варианте отсечных клапанов такого типа используется магнитная сила, которая помогает перекрыть линию подачи жидкости. Сила магнитного притяжения используется между плавучим устройством, размещенным в капельной камере, и неподвижной частью такой, как седло клапана, для прекращения потока жидкости в линии подачи жидкости. Такой подход имеет преимущество, состоящее в том, что устройство действует как клапан с блокировкой. То есть используемое магнитное поле или поля имеют напряженность поля, которая нелинейно увеличивается по мере того, как уменьшается расстояние между магнитными устройствами. Хотя некоторое притяжение присутствует, когда магнитные устройства находятся относительно далеко друг от друга, такое притяжение увеличивается по мере их приближения друг к другу, пока, в конечном итоге, магнитная сила, образующаяся в результате их притяжения, не преодолеет силу плавучести плавучего устройства в капельной камере и не притянет его в положение посадки в таком клапане с магнитным приводом, принудительно перекрывая, таким образом, поток жидкости.
Магнитная сила, образующаяся между двумя частями, стремиться удерживать клапан в закрытом или перекрытом положении лучше, чем другие клапаны, которые основаны только на действии силы тяжести. В то время как плавающие элементы предшествующего уровня техники герметично перекрывали линию подачи жидкости только на основе их веса, использование магнитной силы в дополнение к весу плавающего элемента позволило повысить вероятность полной изоляции и перекрытия потока с помощью плавающего элемента прежде, чем воздух попадет в линию подачи жидкости. Благодаря использованию магнитной силы также возникает тенденция притяжения плавающего элемента в седло клапана при наклоне капельной камеры с отклонением ее из вертикального положения. После установки в седло клапан "блокируется", поскольку некоторая механическая сила, превышающая силу плавучести плавучего устройства, возникающей под действием вновь подаваемой жидкости, требуется для отделения плавучего устройства от гнезда клапана. Даже если полностью заполнить капельную камеру жидкостью, это не приводит к выталкиванию плавающего элемента из гнезда клапана в этих устройствах. Сила магнитного притяжения седла клапана превышает силу, образующуюся под действием плавучести плавающего элемента, и некоторая механическая сила требуется для разъединения этих двух деталей. Обычно требуется сжать стенку капельной камеры, чтобы извлечь плавающий элемент из седла клапана, после чего он может подняться до уровня жидкости.
Хотя применение магнетизма в капельных камерах представляет улучшение в данной области техники, некоторые магнитные устройства имеют недостатки. Магнитные устройства, содержащие металлические элементы, не должны взаимодействовать с медицинскими жидкостями в инфузионной линии. Кроме того, некоторые устройства предшествующего уровня техники имеют плавающий элемент с уникальной формой, который должен быть установлен в определенной ориентации в капельной камере во время изготовления устройства. Неправильная ориентации деталей во время изготовления может привести к тому, что клапан не будет полностью герметизирован и поэтому должен быть отбракован. Такие требования повышают затраты при изготовлении. В других устройствах герметизация обеспечивается между относительно жесткими поверхностями, и такая конфигурация может привезти к возникновению проблемы утечки через уплотнение из-за неоднородности или плохой подгонки между уплотнительными поверхностями. В других компоновках два устройства, составляющие клапан, по меньшей мере, одно из которых представляет собой магнит, не могут быть выровнены относительно друг друга, в результате чего линии магнитного потока между двумя устройствами не будут оптимально эффективными. В таком случае используется более крупный магнит, в результате чего увеличиваются затраты. Устройства магнитного отсечного клапана также имеют другие проблемы. Утечка магнитного поля клапана может отрицательно влиять, например, на кровь, содержащую железо. Кроме того, сильные внешние магнитные поля могут влиять на уплотнение клапана, приводя к преждевременному перекрытию потока или не позволяя обеспечить герметизацию, когда она требуется. Кроме того, устройство магнитного отсечного клапана может быть не пригодным для использования в среде МРТ (MRI- камера магнитной резонансной томографии), что ограничивает диапазон его применения.
Следовательно, для специалистов в данной области техники понятно, что существует потребность в автоматическом отсечном клапане, который можно использовать в линиях подачи жидкостей, который обеспечивают эффективную и надежную работу. Также существует потребность в улучшенном автоматическом клапане прекращения подачи жидкости, в котором используется сила притяжения между элементами клапана, которая позволяет обеспечить более зависимое воздействие клапана при прекращении подачи жидкости, и который, при этом, не влияет на компоненты медицинских жидкостей, кровь, среду МРТ или другую медицинскую среду. Кроме того, существует потребность в отсечном клапане для жидкости, который был бы относительно простым при изготовлении, и для изготовления которого не требуются существенные затраты. Настоящее изобретение выполняет эти и другие требования.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение направлено на устройство и способ отсечного клапана, используемого в медицинском устройстве, которое включает в себя силу притяжения между компонентами клапана, генерируемую немагнитными и неметаллическими материалами. В более подробном аспекте предусмотрено электрическое поле, которое притягивает компоненты вместе для перекрытия потока. В еще одном, более подробном, аспекте по меньшей мере, один из компонентов генерирует электрическое поле, и другой компонент сформирован из диэлектрика, который притягивается электрическим полем так, что эти два компонента притягиваются друг к другу и соединяются, перекрывая поток. В еще одном, более подробном, аспекте электрическое поле генерируется компонентом, который является электретным. В еще одном, более подробном, аспекте электрическое поле генерируется компонентом, который представляет собой сегнетоэлектрический полимер.
В более подробных аспектах, в соответствии с изобретением, предложен автоматический отсечный клапан, предназначенный для использования при регулировании потока медицинской жидкости. В одном аспекте автоматический отсечный клапан, предназначенный для использования при регулировании потока медицинской жидкости, содержит контейнер, выполненный с возможностью содержания в нем медицинской жидкости, причем этот контейнер имеет входной конец и выходной конец, и в нем сформировано выходное отверстие на выходном конце. Стопорный элемент или плавучий элемент, который может напоминать по форме сферу или шарик, расположен внутри контейнера. Также здесь предусмотрено седло клапана, расположенное рядом с выходным отверстием на выходном конце контейнера. По меньшей мере, один из плавучего элемента и седла клапана генерирует электрическое поле, в то время как другой из плавучего элемента и седла клапана изготовлен из диэлектрика, который притягивается электрическим полем и проявляет тенденцию передвижения и соединения с другим элементом, перекрывая поток. В другом, более подробном, аспекте как плавучий элемент, так и седло клапана генерируют электрические поля противоположной полярности, и, таким образом, притягиваются друг к другу и, соединяясь, перекрывают поток. В дополнительном аспекте сила притяжения, создаваемая между компонентами, имеет силу, преодолевающую плавучесть плавучего элемента в медицинской жидкости, когда заданное количество медицинской жидкости остается в контейнере, в результате чего происходит перекрытие потока.
В более подробных аспектах компонент, генерирующий электрическое поле, имеет электрический заряд, постоянно присутствующий в его объеме. В другом аспекте компонент, генерирующий электрическое поле, имеет электрический заряд, постоянно присутствующий на его поверхности. В случае, когда другой из плавучего элемента или седла клапана не генерирует электрическое поле, он сформирован из неполярного полимера, который притягивается электрическим полем. В другом аспекте компонент, генерирующий электрическое поле, содержит электретный материал. В еще одном подробном аспекте материал, генерирующий электрическое поле, содержит сегнетоэлектрический полимер.
В еще одном дополнительном аспекте компонент, генерирующий электрическое поле, физически изолирован от какой-либо медицинской жидкости, протекающей через контейнер, благодаря покрытию компонента биологически инертным веществом. В другом подробном аспекте компонент, генерирующий электрическое поле, покрыт материалом Parylene™ или другим устойчивым к воздействию воды материалом. В еще одном дополнительном более подробном аспекте диаметр стопорного элемента и его плавучесть выбирают таким образом, чтобы управлять количеством жидкости, остающейся в капельной камере, когда автоматический клапан перекрывает поток.
В еще одном, более подробном, аспекте напряженность электрического поля, генерируемого одним или больше компонентами, выбирают таким образом, чтобы компоненты притягивали плавучий элемент и седло клапана вместе для перекрытия потока, когда выбранный уровень жидкости остается в капельной камере. Кроме того, напряженность электрического поля выбирают таким образом, чтобы стопорный элемент самостоятельно выравнивался в седле клапана для автоматического перекрытия потока, когда контейнер расположен под другим углом, а не вертикально.
Другие свойства и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из следующего подробного описания изобретения, которое следует рассматривать совместно с прилагаемыми чертежами.
Краткое описание чертежей
фиг.1 - общий вид набора для подачи жидкости, который соединяет резервуар с медицинской жидкостью с телом пациента, причем линия подачи жидкости набора имеет капельную камеру, расположенную на выходном конце бюретки с электретным, улучшенным, автоматическим, отсечным клапаном, сформированным, как единая деталь с капельной камерой;
фиг.2 - с частичным разрезом вид в перспективе капельной камеры, установленной на выходном конце бюретки, с плавучим элементом, плавающим в медицинской жидкости капельной камеры;
фиг.3 - вид в разрезе электретного, улучшенного, автоматического, отсечного клапана, представленного на фиг.2, в котором сила плавучести плавучего элемента поддерживает плавучий элемент рядом с поверхностью медицинской жидкости в контейнере и на котором представлено, что седло клапана включает в себя электрический заряд, который притягивает электрический плавучий элемент, заставляя его соединиться с седлом клапана для перекрытия потока медицинской жидкости из капельной камеры;
фиг.4 - вид в разрезе капельной камеры, представленной на фиг.3, на котором плавучий элемент полностью соединился с седлом клапана, перекрывая таким образом поток из капельной камеры, при этом электрический заряд седла клапана генерирует электрическое поле, которое притянуло плавучий элемент так, что он полностью соединился с седлом клапана;
фиг.5 - вид в разрезе капельной камеры, на которой представлены детали варианта выполнения компоновки установки седла клапана, а также показаны плавучий элемент и седло клапана, имеющие противоположные заряды, которые создают электрические поля, притягивающие плавучий элемент и седло клапана вместе для перекрытия потока из капельной камеры;
фиг.6 - вид в перспективе внешней поверхности одного варианта выполнения седла клапана; и
фиг.7 - вид части выходного конца капельной камеры, в которую может быть установлено седло клапана на фиг.6.
Подробное описание изобретения
Рассмотрим теперь более конкретные чертежи, на которых одинаковыми номерами ссылочных позиций на отдельных видах обозначены одинаковые или соответствующие элементы, при этом на фиг.1 показан общий схематичный вид системы 20 подачи медицинской жидкости, которая заканчивается в вене руки пациента 22. Резервуар 24 с медицинской жидкостью подвешен на стандартном кронштейне 26, только часть которого показана на чертеже, выше уровня пациента 22, в результате чего образуется система с подачей жидкости под действием силы тяжести, в данном варианте выполнения. Резервуар в данном случае включает в себя гибкий пакет, однако также можно использовать бутылку или контейнер другого типа. Устройство 28 доступа проникает через пробку или мембрану пакета, устанавливая соединение по жидкости между пакетом и входной трубкой 30 из системы подачи жидкости. В этом случае набор 34 подачи медицинской жидкости используется и включает в себя устройство доступа, входную трубку, бюретку 36, капельную камеру 38 с автоматическим отсечным клапаном, выходную трубку 40 и соединительное устройство 42 для острой канюли (не показана), используемой для прокола вены пациента и установления соединения по жидкости с его или ее системой кровообращения. Устройство 28 доступа к пакету может быть выполнено в форме заостренного и вентилируемого острого выступа, который прокалывает крышку пакета в данном варианте выполнения. Таким образом медицинская жидкость 32 из пакета поступает в тело пациента 22 через набор 34 подачи жидкости.
На фиг.2 показан вид в перспективе варианта выполнения капельной камеры 38, которая включает в себя использование электрического поля для притягивания компонентов клапана вместе для увеличения силы, закрывающей клапан. Сила электрического притяжения генерируется немагнитными и неметаллическими компонентами. В данном варианте выполнения используется, по меньшей мере, один электрет для формирования отсечного клапана 55. Как показано на чертеже, капельная камера установлена на выходном конце бюретки 36 в данном варианте применения, хотя это не обязательно. В других вариантах выполнения капельная камера вместо этого может иметь заостренный выступ или другое устройство на ее входном конце для непосредственного доступа к резервуару 24 с медицинской жидкостью. Такие конфигурации капельных камер являются общеиспользуемыми. Кроме того, в данном варианте выполнения электретный улучшенный автоматический отсечный клапан расположен в капельной камере. Однако электретный улучшенный клапан также можно использовать с другими контейнерами с жидкостью или в трубопроводах.
Капельная камера 38 включает в себя формирователь 44 точной капли, расположенный на ее входном или проксимальном конце 45, который во время работы формирует капли 46 известного размера из жидкости, находящейся в бюретке 36 и обеспечивает возможность падения этих капель в прозрачный контейнер 48 капельной камеры. Стопорный элемент, в данном варианте выполнения - плавучий элемент 50, плавает в медицинской жидкости 52 прозрачного контейнера, благодаря своей плавучести. После плавучего элемента расположено седло 54 клапана, в которое плавучий элемент устанавливается, когда уровень жидкости в контейнере понижается в достаточной степени. Плавучий элемент и седло клапана формируют два компонента отсечного клапана в данном варианте выполнения. В соответствии с аспектом изобретения, по меньшей мере, один из плавучего элемента и седла клапана сформирован из электретного или другого немагнитного и неметаллического материала, который имеет электрический заряд, который создает электрическое поле, притягивающее другой компонент клапана. Другой компонент клапана в данном варианте выполнения сформирован из немагнитного и неметаллического материала, такого как диэлектрик, который притягивается электрическим полем, генерируемым другим компонентом этого же клапана. Благодаря этому электрическому полю плавучий элемент и седло клапана притягиваются друг к другу, перекрывая поток через капельную камеру. В другом варианте выполнения как плавучий элемент, так и седло клапана сформировано из электретных материалов, имеющих противоположные электрические заряды, которые притягивают друг к другу два компонента клапана.
Уровень жидкости в капельной камере изменяется в зависимости от количества жидкости, остающейся в резервуаре 24, во входной трубке 30 и в бюретке (см. фиг.1). По мере того, как уровень жидкости 52 в капельной камере понижается, плавучий элемент приближается ближе и ближе к седлу клапана, в конечном итоге устанавливаясь в этом седле и перекрывая поток через капельную камеру. Капельная камера также включает в себя выходной или дистальный конец 57 и образует выходное отверстие 56 или выходной порт на выходном конце, к которому прикреплена выходная трубка 40, в данном варианте выполнения. Когда плавучий элемент устанавливается в седле клапана, электретный улучшенный отсечный клапан 55 перекрывает весь поток жидкости, а также воздух из капельной камеры в трубу 40. Кроме того, в данном варианте выполнения материал, используемый для формирования прозрачного контейнера капельной камеры, также используется для формирования выходного отверстия, хотя можно использовать другие компоновки.
Во время работы, как показано на фиг.1 и 2, жидкость из резервуара 24 протекает через входную трубку 30 и в бюретку 36, где она накапливается до требуемого уровня. Входное отверстие в бюретке затем закрывают, и жидкость вытекает через выходной порт 60 бюретки в формирователь 44 капельной камеры 38. Формирователь капель формирует капли точного размера, которые можно подсчитывать, и время подачи которых можно измерять для проверки того, что установилась требуемая скорость потока с помощью регулируемого зажима или другого средства (не показано). Когда уровень жидкости в прозрачном контейнере 48 высок, плавучий элемент 50 плавает рядом с верхней поверхностью жидкости в контейнере и над седлом 54 клапана, обеспечивая возможность, таким образом, жидкости протекать через выходное отверстие 56 капельной камеры и через выходную трубку 40 в тело пациента 22 (фиг.1).
Рассмотрим теперь фиг.3, на которой элементы, представленные на фиг.2, показаны в разрезе. Здесь также более подробно показан выходной конец 57 бюретки 36. Входной или проксимальный конец 45 капельной камеры 38 соединен в данном варианте выполнения непосредственно с выходом или с выходным концом 60 бюретки 36. Плавучий элемент 50 показан плавающим в жидкости 52 капельной камеры над седлом 54 клапана благодаря относительно высокому уровню жидкости и плавучести плавучего элемента. Плавучий элемент, показанный в разрезе, образует сферу или тело в форме шарика. В других вариантах выполнения плавучий или стопорный элемент может быть удлиненным или может иметь различные формы, включая эллиптическую, цилиндрическую, коническую или любую трехмерную многоугольную форму, такую как квадратная, прямоугольная форма или пирамида. Важно отметить, что форма стопорного элемента должна соответствовать форме седла 54 клапана для формирования непроницаемого для жидкости уплотнения, когда стопорный элемент устанавливается в седле клапана. В данном варианте выполнения стопорный элемент изготовлен из диэлектрика, такого как неполярный полимер. Плотность плавучего элемента должна быть меньшей, чем плотность жидкости, которая, как ожидается, будет находиться внутри камеры. Обычно плотность плавучего элемента может быть модифицирована благодаря использованию полого плавучего элемента или благодаря заполнению плавучего элемента инертным газом.
Седло 54 клапана в данном варианте выполнения также изготовлено из диэлектрика, такого как неполярный полимер, такой как синдиотактический полистирол (СПС, SPS) или тефлон (ПТФЭ) PTFE, который сформирован в виде электретного материала, имеющего электрический заряд 70, постоянно присутствующий в объеме седла клапана, для притяжения плавучего элемента 50 с тем, чтобы полностью соединить его с ним так, что он полностью соединяется с седлом клапана и, таким образом, устанавливается в положении уплотнения в седле клапана для прекращения потока жидкости. В другом варианте выполнения заряд может постоянно присутствовать на поверхности седла клапана. В одном варианте выполнения седло клапана имеет закругленную форму так, чтобы седло соответствовало форме плавучего элемента и, чтобы в него легко устанавливался плавучий элемент круглой формы. Возможно потребуется изменение конфигурации седла клапана в случае использования стопорного элемента или плавучего элемента другой формы, кроме круглой формы.
Поскольку плавучий элемент 50 сформирован из диэлектрика и притягивается электрическим полем, генерируемым электретным седлом 54 клапана, плавучий элемент и седло клапана притягиваются друг к другу. Сила притяжения между плавучим элементом и седлом клапана не обязательно должна быть большой. В одном варианте выполнения плавучесть плавучего элемента может быть достаточно большой, чтобы отрывать плавучий элемент от седла клапана, когда жидкость подают в капельную камеру, и уровень жидкости повышается. В другом варианте выполнения сила притяжения, генерируемая между плавучим элементом и седлом клапана, настолько велика, что плавучий элемент требуется вручную отрывать от седла клапана прежде, чем он сможет всплыть на поверхность жидкости, находящейся в контейнере капельной камеры, как показано на фиг.3.
Когда в камере образуется пониженный уровень жидкости, как показано на фиг.4, плавучий элемент притягивается и устанавливается в полностью соединенном положении в седле клапана в нижней части камеры. По мере уменьшения уровня или количества жидкости до заданной величины и, следовательно, уменьшения расстояния между плавучим элементом и седлом 54 клапана, притяжение между плавучим элементом и седлом клапана, формируемое электрическим полем, преодолеет плавучесть плавучего элемента в жидкости и обеспечит полное соединение плавучего элемента с седлом клапана, перекрывая, таким образом, поток и герметизируя систему, не позволяя поступать в нее воздуху.
В одном варианте выполнения для получения и создания не проницаемого для газа уплотнения плавучий элемент 50 имеет радиус R, и отверстие седла 54 клапана имеет радиус R минус некоторую величину. Однако радиус седла клапана не должен быть слишком малым так, чтобы расстояние ниже уплотнения между положительно заряженным плавучим элементом и отрицательно заряженным седлом клапана было минимальным, что обеспечивает максимальную силу удержания уплотнения. Таким образом, сила, притягивающая плавучий элемент в седло клапана, представляет собой силу гравитации, плюс сила притяжения, созданная благодаря наличию электрического поля. В одном варианте выполнения плавучий элемент круглой формы имеет радиус 0,559 см и объем 0,73 см3. Кроме того, он имеет вес 0,62 г. Поэтому плавучий элемент может иметь плотность 0,85 г/см3, что достаточно для обеспечения плавучести плавучего элемента, когда в камере находится жидкость с плотностью больше 0,85 г/см3. Обычная вода, имеющая плотность приблизительно 1 г/см3, заставит всплыть плавучий элемент в данном варианте выполнения из седла клапана. Кроме того, в данном варианте выполнения отверстие седла клапана имеет радиус 0,45 см и радиус кривизны 0,50 см. Это предотвращает падение плавучего элемента через отверстие седла клапана и позволяет ему устанавливаться на кромке седла клапана для формирования уплотнения при малом количестве жидкости в капельной камере. Это также обеспечивает минимальное расстояние между уплотнением и электрическим зарядом, расположенным ниже плавучего элемента для обеспечения максимальной силы удержания уплотнения.
Следует отметить, что электрический заряд 70 седла 54 клапана может быть физически изолирован от прямого контакта с какой-либо медицинской жидкостью, которая протекает через капельную камеру 38. Благодаря покрытию седла клапана материалом Parylene™ или другим устойчивым к воде материалом, который не позволяет жидкости попадать на электрические заряды, внедренные в седло клапана, такая жидкость не входит в контакт с электрическими зарядами.
В варианте выполнения, показанном на фиг.3, часть прозрачного контейнера 48 капельной камеры 38 относительно заполнена жидкостью 52, и плавучий элемент 50 плавает на поверхности жидкости. Следует отметить, что плавучий элемент имеет диаметр, обозначенный как 51, и что нижняя часть плавучего элемента погружена, и над ней остается некоторый объем жидкости 52. Поэтому, когда погруженная нижняя часть плавучего элемента устанавливается в седле 54 клапана, перекрывая поток жидкости, жидкость, расположенная над его положением в седле клапана, остается в капельной камере. Это показано на фиг.4. Как можно видеть, диаметр 51 плавучего элемента (фиг.3) обеспечивает то, что некоторое количество жидкости будет оставаться в капельной камере, когда электретный улучшенный автоматический отсечный клапан 55 перекрывает поток жидкости, и его можно выбирать таким образом, чтобы оставалось требуемое количество жидкости.
Количество жидкости, остающееся в капельной камере, когда происходит перекрытие потока, также можно контролировать, используя силу притяжения электрического поля, вырабатываемую электрическим зарядом. Чем сильнее сила притяжения электрического поля, тем раньше плавучий элемент 50 преодолеет свою силу плавучести и будет притянут через жидкость, остающуюся в капельной камере, и установится в седле 54 клапана, оставляя больше жидкости в капельной камере, чем если бы сила электрического поля была слабее. Таким образом, силу электрического поля, генерируемого электрическим зарядом, притягивающим плавучий элемент, можно выбирать так, чтобы заряд притягивал плавучий элемент в седло клапана для перекрытия потока жидкости, когда выбранный уровень жидкости остается в контейнере.
Аналогично силу электрического поля, генерируемого зарядами, можно выбирать таким образом, чтобы плавучий элемент лучше выравнивался относительно седла клапана для автоматического перекрытия потока, когда контейнер располагается под некоторым углом, кроме вертикального положения. Электретный улучшенный автоматический отсечный клапан 55 поэтому будет эффективно работать в более широком диапазоне условий использования капельной камеры 38, чем в других случаях. Например, даже в случае, когда капельную камеру используют во время транспортировки пациента, когда капельная камера может располагаться под значительно изменяющимися углами наклона, электретный улучшенный автоматический отсечный клапан 55 продолжит правильно функционировать благодаря силе притяжения электрического поля между компонентами клапана.
В этом варианте выполнения следует отметить, что благодаря сферической форме плавучего элемента 50 плавучий элемент не может заклинивать в прозрачном контейнере 48, из-за чего клапан, часть которого он составляет, может стать неработоспособным. Кроме того, внешняя кромка седла 54 клапана может быть выполнена с сужением 55 вниз, которое направляет сферический плавучий элемент в положение установки в седле клапана. Таким образом, плавучий элемент не может быть захвачен на внешней кромке седла клапана, когда уровень уменьшается, устраняя таким образом другую причину неработоспособности клапана.
По мере того как уровень 52 жидкости в капельной камере 38 уменьшается, плавучий элемент 50 перемещается ближе и ближе к седлу 54 клапана до тех пор, пока не будет достигнута точка, в которой сила притяжения электрического поля становится большей, чем сила, направленная вверх, приложенная к плавучему элементу, связанная с его плавучестью. В этой точке плавучий элемент перемещается в положение, показанное на фиг.4, перекрывая поток жидкости для остающейся жидкости 52 из капельной камеры 38 через выходное отверстие 56. Поскольку плавучий элемент устанавливается в седле клапана и герметизирует капельную камеру прежде чем вся жидкость вытечет из камеры, он предотвращает попадание воздуха в выходную трубку 40. Предпочтительный эффект этого состоит в том, что капельная камера 38 и выходная трубка остаются заполненными.
Седло 54 клапана включает в себя основание 88 цилиндрической формы, которое имеет внешний диаметр, равный или немного меньше, чем внутренний диаметр прозрачного контейнера 48, что позволяет вставлять его на место внутри контейнера. Основание цилиндрической формы может удерживаться на месте с помощью клея, защелки или другого средства, как будет более подробно описано ниже. Однако следует отметить, что в данном варианте выполнения основание 88 должно обеспечивать достаточный контакт с участком прозрачного контейнера 48 капельной камеры 38 так, чтобы жидкость из капельной камеры не могла протекать через внешнюю поверхность основания между ним и капельной камерой и вытекать через выходное отверстие 56, нарушая работу клапана 55.
Как снова можно видеть в вариантах выполнения, представленных на фиг.3 и 4, основание 88 в данном варианте выполнения включает в себя фиксирующее кольцо 106, сформированное на внутренней стенке 108 прозрачного контейнера 48. Фиксирующее кольцо выполнено наклонным внутрь в направлении выхода, но установлено перпендикулярно стенке 108 в направлении вверх. Основание 88 может быть вставлено внутрь прозрачного контейнера 48 через проксимальный конец 45 камеры и поверх фиксирующего кольца во время сборки, и основание удерживается в требуемом положении, как показано на фиг.3 и 4, с помощью фиксирующего кольца. Фиксирующее кольцо 106 может составлять часть прозрачного контейнера капельной камеры или может представлять собой отдельную деталь, добавленную к прозрачному контейнеру и удерживаемую на месте с помощью клея или другого средства.
При использовании работа электретного улучшенного автоматического отсечного клапана 55 может начаться во время подключения к резервуару 24 с жидкостью и при первичном заполнении набора 34 для подачи жидкости. Выбранное количество жидкости может протечь в бюретку 36. Бюретку затем закрывают, и жидкость протекает из выходного порта 60 бюретки в капельную камеру 38. Когда первоначально в капельной камере находится малое количество жидкости, плавучий элемент 50 находится в положении уплотнения, располагаясь в седле 54 клапана. Однако по мере того как уровень жидкости поднимается в капельной камере, определенный уровень плавучести плавучего элемента, в конечном итоге, преодолеет силу притяжения электрического поля между установленным плавучим элементом и седлом клапана, в результате чего плавучий элемент всплывет из седла клапана на поверхность жидкости из седла клапана. В других вариантах выполнения плавучий элемент может быть удален из его уплотнительного положения в седле клапана с помощью механического средства, например, путем сжатия боковых сторон прозрачного контейнера 48 в месте седла клапана, в результате чего преодолевается сила, удерживающая его в положении уплотнения в седле. После того как плавучий элемент поднимется с уровнем жидкости в капельной камере, выходное отверстие 56 открывается, в результате чего жидкость может протекать в тело пациента 22. После того как отмеренное количество жидкости в бюретке закончится, уровень жидкости в капельной камере понижается, и сила притяжения электрического поля между первыми и вторыми электрическими зарядами 66 и 70 приведет к тому, что плавучий элемент перекроет выходное отверстие капельной камеры, и поток через набор 34 подачи жидкости прекратится. Благодаря сферической форме плавучего элемента в данном варианте выполнения его не будет заклинивать в прозрачном контейнере капельной камеры, даже если капельная камера не будет установлена вертикально, или она будет двигаться в результате активности пациента, или при его транспортировке. Кроме того, плавучий элемент, сформированный из диэлектрика, который притягивается электрическим полем, будет сильно притягиваться, устанавливаясь в требуемом положении совмещения в отрицательно заряженном седле клапана. Кроме того, скошенная вниз внешняя кромка седла клапана помогает направлять плавучий элемент в контакт с седлом клапана. Сферическая форма плавучего элемента также помогает правильно располагать его в седле клапана. В результате заполнение набора подачи жидкостью сохраняется, и это свойство автоматического отсечного клапана 55 позволяет повторно заполнить бюретку жидкостью и снова начать инфузию без необходимости повторного заполнения набора для подачи жидкости.
На фиг.5 показан вид в разрезе другого варианта выполнения капельной камеры 152. Седло 154 клапана, уплотнитель и компоновка удержания показаны, включающими направленные внутрь выступы 156 от внутренней стенки 158 капельной камеры, и избирательно расположенные канавки 160, сформированные на внешней поверхности 162 седла 154 клапана. Первая дистальная канавка 164 сформирована в седле клапана и совпадает с первым выступом 166 на внутренней стенке капельной камеры. Это свойство, вместе со второй канавкой 168 на седле клапана и вторым выступом 170 на стенке 158, позволяет соединять его с двумя выступами на стенке капельной камеры, и удерживает седло 154 клапана в требуемом положении в капельной камере. Выступы на стенках капельной камеры выполнены в форме колец в данном варианте выполнения. Канавки в седле клапана также сформированы полностью вокруг седла клапана, что облегчает получение результатов во время производства. При такой компоновке седло клапана можно вставлять в любом поворотном положении во время сборки в ходе производства и оно будет идеально функционировать. Большее или меньшее количество выступов и канавок можно использовать в других вариантах выполнения и они могут быть выполнены с приданием им другой формы.
На фиг.5 третья канавка 172, сформированная на проксимальном конце седла клапана, оставляет приподнятое кольцо 174 седла клапана, которое входит в контакт с внутренней стенкой 158 капельной камеры и формирует уплотнение для жидкости. Это уплотнение для жидкости предотвращает вытекание жидкости вокруг внешней поверхности седла клапана и через выходное отверстие 56.
Кроме того, в варианте выполнения, показанном на фиг.5, как плавучий элемент 50, так и седло 54 клапана имеют электрические заряды. Плавучий элемент показан как элемент, имеющий положительный электрический заряд 66, в то время как седло клапана показано, как имеющее противоположный электрический заряд 70, в данном случае отрицательный электрический заряд. Как плавучий элемент, так и седло клапана выполнены из электретных материалов, в данном варианте выполнения, и оба они создают электрические поля. Поскольку электрические поля имеют противоположную полярность, эти два компонента клапана, то есть плавучий элемент и седло клапана притягиваются друг к другу и полностью соединяются, перекрывая поток жидкости из капельной камеры 152.
На фиг.6 представлен внешний вид в перспективе седла 154 клапана по фиг.5, изображающий канавки 164 и 168. В предпочтительном варианте выполнения капельная камера выполнена сужающейся от большего диаметра на входном патрубке до меньшего диаметра на выходном конце. Такая компоновка упрощает установку седла клапана внутри капельной камере во время производства. Кроме того, седло клапана выполнено сужающимся так, что оно взаимно дополняет это сужение и устанавливается на выступах 156 с постоянной установкой внутри капельной камеры.
На фиг.7 представлено с увеличением сужение капельной камеры 152 в одном варианте выполнения. Угол сужения обозначен ссылочной позицией 190. Сужение не только облегчает формование капельной камеры, но также помогает устанавливать седло 154 клапана.
Диэлектрик, пригодный для использования в качестве электретного материала, представляет собой синдиотактический полистирол (СПС) производства компании Dow Plastics, Midland MI, U.S.A. Он представляет собой неполярный, неметаллический и немагнитный материал, который функционирует как электретный материал. Хотя электрическое поле было описано выше как формируемое электретным материалом, другие немагнитные и неметаллические материалы, которые могут постоянно удерживать электрический заряд, также можно использовать для достижения требуемого эффекта изобретения. Например, материалы, известные как сегнетоэлектрические полимеры, также могут функционировать как немагнитные, неметаллические материалы, которые постоянно удерживают электрический заряд. Другие существующие материалы или материалы, которые буду разработаны в будущем, также могут хорошо работать.
Таким образом, было предложено новое и улучшенное устройство медицинского клапана, а также способ, в котором используется сила притяжения, присутствующая между компонентами, которая стремиться закрыть клапан, при этом сила притяжения генерируется немагнитными и неметаллическими материалами. Благодаря использованию немагнитных материалов клапан в соответствии с принципами изобретения не оказывает отрицательного влияния на окружающую среду МРТ, и поскольку используются неметаллические материалы, он не взаимодействует с медицинскими жидкостями.
Хотя предпочтительные и альтернативные варианты выполнения изобретения были описаны и представлены выше, в данном изобретении возможны различные модификации и адаптации в пределах способностей специалистов в данной области техники без использования изобретательского таланта. Таким образом, следует понимать, что различные изменения в форме, деталях и использовании настоящего изобретения могут быть выполнены без отхода от сущности и объема изобретения. В соответствии с этим не предполагается какое-либо ограничение изобретения, за исключением приложенной формулы изобретения.
1. Автоматический отсечной клапан, предназначенный для использования при регулировании потока медицинской жидкости, содержащий
контейнер, имеющий входной конец, выходной конец и выходное отверстие на выходном конце;
стопорный элемент, расположенный на контейнере и выполненный из немагнитного, диэлектрического материала; и
седло клапана, расположенное рядом с выходным отверстием на выходном конце контейнера и выполненное из немагнитного, диэлектрического материала;
при этом, по меньшей мере, один из стопорного элемента и седла клапана генерирует электрическое поле, которое притягивает другой из стопорного элемента и седла клапана, создавая тенденцию перемещения стопорного элемента и седла клапана в контакт друг с другом для прекращения потока медицинской жидкости через контейнер,
характеризующийся тем, что стопорный элемент обладает плавучестью, и притяжение стопорного элемента и седла клапана друг к другу с помощью электрического поля выбирается таким образом, чтобы оно преодолевало плавучесть стопорного элемента, когда внутри контейнера остается определенный уровень медицинской жидкости.
2. Автоматический отсечной клапан по п.1, в котором и стопорный элемент, и седло клапана имеют электрический заряд, каждый из которых создает электрическое поле, которое вызывает тенденцию перемещения стопорного элемента и седла клапана в контакт друг с другом.
3. Автоматический отсечной клапан по п.1, в котором электрический заряд постоянно присутствует в объеме, по меньшей мере, одного из стопорного элемента и седла клапана.
4. Автоматический отсечной клапан по п.1, в котором электрическое поле генерируется в результате того, что стопорный элемент содержит первый электрический заряд, и седло клапана содержит второй электрический заряд, причем первый и второй электрические заряды являются противоположными и притягиваются друг к другу.
5. Автоматический отсечной клапан по п.4, в котором как первый, так и второй электрические заряды постоянно расположены в объеме стопорного элемента и седла клапана соответственно.
6. Автоматический отсечной клапан по п.1, в котором материал, на котором образован электрический заряд, изолирован от прямого контакта с медицинской жидкостью, находящейся в контейнере.
7. Автоматический отсечной клапан по п.1, в котором, по меньшей мере, один из стопорного элемента и седла клапана, который генерирует электрическое поле, содержит электретный материал.
8. Автоматический отсечной клапан по п.1, в котором как стопорный элемент, так и седло клапана содержит электретный материал.
9. Автоматический отсечной клапан по п.1, в котором, по меньшей мере, один из стопорного элемента и седла клапана, который генерирует электрическое поле, содержит сегнетоэлектрический полимер.
10. Автоматический отсечной клапан по п.1, в котором стопорный элемент имеет плотность, которая меньше чем плотность жидкости, содержащейся в контейнере, в результате чего стопорный элемент плавает на уровне медицинской жидкости в контейнере.
11. Автоматический отсечной клапан по п.1, в котором стопорный элемент и седло клапана содержат неполярный полимер.
12. Автоматический отсечной клапан по п.1, в котором электрический заряд постоянно расположен на поверхности, по меньшей мере, одного из стопорного элемента и седла клапана, содержащего электрический заряд.
13. Автоматический отсечной клапан по п.4 в котором, как первый, так и второй электрические заряды постоянно расположены на поверхности стопорного элемента и седла клапана соответственно.
14. Автоматический отсечной клапан по п.1, в котором выходной конец контейнера выполнен сужающимся для направления стопорного элемента в направлении к центру седла клапана.
15. Автоматический отсечной клапан по п.1 в котором стопорный элемент выполнен полым.
16. Автоматический отсечной клапан по п.15, в котором стопорный элемент содержит инертный газ.
17. Способ автоматического прекращения потока медицинской жидкости из контейнера, имеющего входной конец и выходной конец с выходным отверстием и седлом клапана на выходном конце, и плавучим элементом, расположенным внутри контейнера, который обладает достаточной плавучестью, чтобы плавать в медицинской жидкости, и имеет размер, выбранный для прекращения потока через выходное отверстие, когда он полностью соединяется с седлом клапана, причем способ содержит следующие этапы:
генерирование электрического поля, по меньшей мере, одним из плавучего элемента и седла клапана;
использование другого из плавучего элемента и седла клапана из диэлектрического материала, который притягивается электрическим полем;
обеспечение притяжения между плавучим стопорным элементом, которое преодолевает плавучесть стопорного элемента в медицинской жидкости так, что плавучий стопорный элемент соединяется с седлом клапана и прекращает поток через выходное отверстие, когда внутри контейнера остается определенный уровень медицинской жидкости.
18. Способ по п.17, дополнительно содержащий этап создания постоянного электрического заряда в объеме, по меньшей мере, одного из плавучего элемента и седла клапана.
19. Способ по п.17, в котором, по меньшей мере, один из плавучего элемента и седла выполнен из неполярного полимера, который притягивается электрическим полем.
