DE60214352T2

DE60214352T2 - System zur anreicherung von einer körperlichen flüssigkeit mit einem gas

Info

Publication number: DE60214352T2
Application number: DE60214352T
Authority: DE
Inventors: J. Derek Costa Mesa DAW; R. William Irvine PATTERSON; E. Stephen Tustin MYRICK; L. Jeffrey Marina Del Rey CREECH; Vincent JR. Mission Viejo DIVINO; P. Gregory Laguna Niguel WATSON; J. Paul Huntington Beach ZALESKY
Original assignee: Therox Inc
Current assignee: Therox Inc
Priority date: 2001-03-20
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2022-03-20
Also published as: JP4156376B2; ES2266479T3; JP2004524106A; WO2002074364A2; US6974435B2; DE60214352D1; EP1372759A2; ATE337808T1; US20020138034A1; US6582387B2; US20040019319A1; WO2002074364A3; EP1372759B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein an Gas angereicherte Fluide und genauer ein System, das ein Körperfluid bzw. eine körperliche Flüssigkeit mit einem Gas anreichert.
2. Hintergrund des Standes der Technik
Dieser Abschnitt soll den Leser auf verschiedene Aspekte des Standes der Technik hinführen, die auf verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung bezogen werden können, die unten beschrieben und/oder beansprucht werden. Es wird gedacht, daß diese Diskussion hilfreich ist, um den Leser mit Hintergrundinformation auszustatten, um ein besseres Verständnis der verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung zu fördern bzw. zu erleichtern. Demgemäß sollte verstanden werden, daß diese Statements bzw. Feststellungen in diesem Licht gelesen werden sollen und nicht als Eingeständnisse des Standes der Technik.
An Gas angereicherte Fluide werden in einer breiten Vielfalt von medizinischen, kommerziellen, und industriellen Anwendungen verwendet. Abhängig von der Anwendung wird ein besonderer bzw. spezieller Typ von Fluid mit einem besonderen Typ von Gas angereichert, um ein an Gas angereichertes Fluid zu erzeugen, das Eigenschaften aufweist, die den Eigenschaften entweder des Gases oder Fluids allein für die gegebene bzw. bestimmte Anwendung überlegen sind. Die Techniken zum Liefern von an Gas angereicherten Fluiden variieren auch dramatisch, wiederum abhängig vom besonderen Typ einer Anwendung, für welche das an Gas angereicherte Fluid zu verwenden ist.
Viele kommerzielle und industrielle Anwendungen existieren. Als ein Beispiel können Getränke mit der Zugabe von Sauerstoff gereinigt und mit der Zugabe von Kohlendioxid mit Kohlendioxid versetzt bzw. gesättigt werden. Als ein weiteres Beispiel wird die Reinigung von Abwasser durch die Zugabe von Sauerstoff gesteigert, um einen aeroben biologischen Abbau zu erleichtern. Als noch ein anderes Beispiel kann in Feuerlöschern ein inertes Gas, wie beispielsweise Stickstoff, Kohlendioxid oder Argon in Wasser oder einem anderen geeigneten Fluid aufgelöst werden, um ein an Gas angereichertes Fluid zu erzeugen, das bei Schlag bzw. Stoß expandiert, um ein Feuer auszulöschen.
Während die kommerziellen und industriellen Anwendungen von an Gas angereicherten Fluiden relativ gut bekannt sind, fahren an Gas angereicherte Fluide fort, in die Gesundheitsfürsorgeindustrie einzudringen. Beispielsweise werden Sauerstofftherapien populärer in vielen Gebieten. Ein breites Sortiment von Behandlungen, welche Sauerstoff, Ozon, H₂O₂, und andere Aktivsauerstoffergänzungen involvieren, hat Praktiker bzw. Anwender unter eigentlich allen medizinischen Spezialitäten gewonnen. Sauerstofftherapien wurden in der Behandlung von verschiedenen Krankheiten, einschließlich Krebs, AIDS und Alzheimer verwendet. Ozontherapie wurde beispielsweise verwendet, um mehrere Millionen Leute in Europa hinsichtlich einer Vielzahl von medizinischen Zuständen, einschließlich Exzemen, Gangrän bzw. Brand, Krebs, Schlaganfall, Hepatitis, Herpes, und AIDS zu behandeln. Derartige Ozontherapien wurden in Europa populär, weil sie dazu tendieren, den Sauerstoffmetabolismus bzw. -stoffwechsel zu beschleunigen und die Abgabe von Sauerstoff in den Blutstrom zu stimulieren.
Sauerstoff ist ein entscheidender Nährstoff für menschliche Zellen. Er erzeugt Energie für eine gesunde Zellaktivität und wirkt direkt gegen fremde Toxine im Körper. Tatsächlich kann eine Zellschädigung aus einem Sauerstoffmangel für sogar kurze Perioden von Zeit resultieren, und eine derartige Zellschädigung kann zu einer Organfunktionsstörung oder einem Versagen führen. Beispielsweise erleben bzw. erfahren Herzanfall- und Schlaganfallopfer Blutflußverstopfungen oder eine Divergenz bzw. Abweichung, die Sauerstoff im Blut daran hindern, zu den Zellen von vitalen Geweben geliefert zu werden. Ohne Sauerstoff verschlechtern sich diese Gewebe fortschreitend und in schweren Fällen kann der Tod aus einem vollständigen Organversagen resultieren. Jedoch können sogar weniger schwere Fälle einen kostspieligen Krankenhausaufenthalt, spezialisierte Behandlungen und lange Rehabilitation involvieren bzw. einschließen.
Blutsauerstoffniveaus können in bezug auf die Konzentration von Sauerstoff beschrieben werden, der in einer gesättigten Lösung bei einem gegebenen Partialdruck von Sauerstoff (pO₂) erzielt werden kann. Typischerweise reichen für arterielles Blut normale Sauerstoffniveaus, d.h., Normoxie oder Normoxemie von 90 bis 110 mmHg. Hypoxemisches Blut, d.h. Hypoxemie, ist arterielles Blut mit einem pO₂ von weniger als 90 mmHg. Hyperoxemisches Blut, d.h. Hyperoxemie oder Hyperoxie, ist ein arterielles Blut mit einem pO₂ größer als 400 mmHg, aber geringer als 760 mmHg. Hyperbares bzw. Überdruckblut ist arterielles Blut mit einem pO₂ größer als 760 mmHg. Venöses Blut andererseits weist typischerweise ein pO₂ Niveau von weniger als 90 mmHg auf. Beim durchschnittlichen Erwachsenen reichen beispielsweise normale venöse Blutsauerstoffniveaus allgemein von 40 mmHg bis 70 mmHg.
Blutsauerstoffniveaus können auch in bezug auf bzw. Termen von Hämoglobinsättigungsniveaus beschrieben werden. Für normales arterielles Blut ist die Hämoglobinsättigung ungefähr 97% und variiert nur, wenn pO₂ Niveaus zunehmen. Für normales venöses Blut ist die Hämoglobinsättigung ungefähr 75%. Tatsächlich ist Hämoglobin normalerweise die primäre Sauerstoff tragende Komponente im Blut. Jedoch findet ein Sauerstofftransfer vom Hämoglobin durch das Blutplasma und in die Körpergewebe statt. Deshalb ist das Plasma fähig, eine substantielle Menge an Sauerstoff zu tragen, obwohl es das normalerweise nicht tut. Somit steigern Techniken zum Erhöhen der Sauerstoffniveaus im Blut primär die Sauerstoffniveaus des Plasmas, nicht des Hämoglobins.
Die Techniken zum Erhöhen des Sauerstoffniveaus im Blut sind nicht unbekannt. Beispielsweise sind Marine- und Freizeittaucher vertraut mit Behandlungen einer hyperbaren Kammer, die verwendet werden, um die Druckluftkrankheit zu bekämpfen, obwohl hyperbare Medizin relativ ungewöhnlich ist für die meisten Leute. Da Hämoglobin relativ mit Sauerstoff gesättigt ist, versuchen Behandlungen einer hyperbaren Kammer das Plasma zu oxygenieren bzw. mit Sauerstoff anzureichern. Es wird gedacht, daß eine derartige Hyperoxygenierung die weißen Blutzellen bzw. -körperchen des Körpers stärkt, welche die Zellen sind, die eine Infektion bekämpfen. Hyperbare Sauerstoffbehandlungen können auch an Pa tienten bereitgestellt werden, die an Strahlungs- bzw. Bestrahlungsverletzungen bzw. -schädigungen leiden. Strahlungsschädigungen treten üblicherweise in Verbindung mit Behandlungen für Krebs auf, wo die Bestrahlung verwendet wird, den Tumor zu töten. Unglücklicherweise schädigen gegenwärtig Strahlungsbehandlungen auch umgebendes gesundes Gewebe ebenso. Der Körper hält sich selbst gesund, indem ein konstanter Fluß bzw. Strom von Sauerstoff zwischen Zellen beibehalten wird, aber Strahlungsbehandlungen können diesen Fluß bzw. Strom von Sauerstoff unterbrechen. Demgemäß kann Hyperoxygenierung das Wachstum von neuen Zellen stimulieren, wodurch zugelassen wird, daß sich der Körper selbst heilt.
Strahlungsbehandlungen sind nicht der einzige Typ von medizinischer Therapie, der Zellen Sauerstoff entzieht. In Patienten, die an akutem Myokard- bzw. Herzmuskelinfarkt leiden, beispielsweise, wenn das Myokardium bzw. die Herzmuskulatur adäquaten Niveaus von oxygeniertem bzw. mit Sauerstoff versehenen Blut für eine längere Zeitperiode beraubt ist, kann eine irreversible Schädigung am Herz resultieren. Wo der Infarkt in einem Herzanfall manifestiert wird, versagen die Herzkranzarterien, einen adäquaten Blutfluß bzw. -strom zum Herzmuskel bereitzustellen. Die Behandlung hinsichtlich eines akuten Myokardinfarkts oder Myokardischämie involviert häufig ein Durchführen einer Angioplastie oder das Stenting bzw. Spannen bzw. Aufweiten von Gefäßen ein, um Okklusionen bzw. Verstopfungen innerhalb der Gefäßwände zu komprimieren, abzutragen oder auf andere Weise zu behandeln. In einer Angioplastieprozedur wird beispielsweise ein Ballon in das Gefäß plaziert und für eine kurze Zeitperiode aufgeblasen, um die Größe des Inneren des Gefäßes zu erhöhen. Wenn der Ballon entleert wird, wird hoffentlich das Innere des Gefäßes das meiste oder alles dieser Zunahme an Größe behalten, um einen erhöhten Blutfluß zuzulassen bzw. zu erlauben.
Jedoch kann sogar mit der erfolgreichen Behandlung von verstopften Gefäßen noch ein Risiko einer Gewebeverletzung existieren. Während einer perkutanen transluminalen Coronarangioplastie (PTCA) wird die Ballonaufblaszeit durch die Toleranz des Patienten gegenüber Ischämie beschränkt, die durch die temporäre bzw. zeitlich vorübergehende Blockierung eines Blutflusses durch das Gefäß während der Ballonaufblasung verursacht ist. Ischämie ist ein Zustand, in welchem der Bedarf für Sauerstoff die Zufuhr von Sauerstoff übersteigt, und der Zustand kann zu einer Zellschädigung oder Nekrose führen. Eine Reperfusionsschädigung kann auch beispielsweise aufgrund eines langsamen coronaren Rückflusses oder keines Rückflusses nachfolgend auf die Anglioplastie resultieren. Außerdem sind für einige Patienten Anglioplastieprozeduren bzw. -verfahren nicht eine attraktive Option für die Behandlung von Gefäßblockaden. Derartige Patienten sind typischerweise mit erhöhtem Risiko an Ischämie aus Gründen, wie beispielsweise geringer verbliebener ventrikulärer Funktion, Läsions- bzw. Wundtyp und -ort, oder der Menge an Myokardium, welches einem Risiko ausgesetzt ist. Behandlungsoptionen für derartige Patienten schließen typischerweise mehr invasive Prozeduren, wie beispielsweise coronare Bypaß-Chirurgie ein.
Um das Risiko einer Gewebeschädigung bzw. -verletzung zu verringern, die mit den Behandlungen eines akuten Myokardinfarkts und Myokardischämie assoziiert bzw. verbunden ist, ist es üblicherweise wünschenswert, oxygeniertes Blut oder an Sauerstoff angereicherte Fluide den Geweben zuzu führen, welche einem Risiko ausgesetzt sind. Eine Gewebeschädigung wird minimiert oder verhindert durch die Diffusion des aufgelösten Sauerstoffs aus dem Blut an das Gewebe. Somit beinhaltet in einigen Fällen die Behandlung eines akuten Myokardinfarkts und Myokardischämie eine Perfusion von oxygeniertem Blut oder an Sauerstoff angereicherten Fluiden. Der Ausdruck "Perfusion" ist vom französischen Zeitwort "perfuse" abgeleitet, das bedeutet "gießen über oder durch." In diesem Zusammenhang betrifft Perfusion jedoch verschiedene Techniken, in welchen wenigstens ein Anteil des Bluts des Patienten in einen Zirkulationskreislauf außerhalb des Körpers abgeleitet wird, d.h. einen Kreislauf, welcher eine Blutzirkulation außerhalb des Patientenkörpers bereitstellt. Typischerweise enthält der Kreislauf außerhalb des Körpers ein künstliches Organ, das die Funktion eines internen Organs ersetzt, bevor das Blut zurück zum Patienten geliefert wird. Gegenwärtig gibt es viele künstliche Organe, die in einem Kreislauf außerhalb des Körpers angeordnet werden können, um ein Organ des Patienten zu ersetzen. Die Liste von künstlichen Organen enthält künstliche Herzen (Blutpumpen), künstliche Lungen (Oxygenatoren), künstliche Nieren (Hämodialyse) und künstliche Lebern.
Während einer PTCA kann beispielsweise die tolerierbare Ballonaufblaszeit durch das gleichzeitige Einführen von oxygeniertem Blut in die Coronararterie des Patienten erhöht werden. Erhöhte Blutsauerstoffniveaus können auch die Hyperkontraktilität in dem normalerweise perfundiert gelassenen ventrikulären Herzgewebe verursachen, um einen Blutfluß bzw. -strom weiter durch die behandelten Coronargefäße zu erhöhen. Die Infusion von oxygeniertem Blut oder an Sauerstoff angereicherten Fluiden kann auch im Anschluß an die Fertigstellung einer PTCA oder anderen Prozeduren fortgesetzt werden, wie beispielsweise eine chirurgische Behandlung, um die Umkehrung von Ischämie zu beschleunigen und eine Wiedererlangung der Myokardfunktion zu erleichtern bzw. zu fördern.
Konventionelle bzw. herkömmliche Methoden für die Lieferung von oxygeniertem Blut oder an Sauerstoff angereicherten Fluiden zu Geweben involvieren die Verwendung von Blutoxygenatoren. Derartige Prozeduren involvieren allgemein ein Entnehmen von Blut von einem Patienten, ein Zirkulieren des Bluts durch einen Oxygenator, um eine Blutsauerstoffkonzentration zu erhöhen, und dann ein Liefern des Bluts zurück zu dem Patienten. Es gibt jedoch Nachteile bei der Verwendung von herkömmlichen Oxygenatoren in einem Kreislauf außerhalb des Körpers. Derartige Systeme sind typischerweise kostspielig, komplex und schwierig handzuhaben. Häufig ist ein qualifizierter Perfusionist bzw. eine Perfusion Verabreichender erforderlich, um das System vorzubereiten und zu überwachen. Ein eine Perfusion Verabreichender ist ein erfahrener Gesundheitsprofi, der speziell trainiert und ausgebildet ist, um als ein Mitglied eines Chirurgenteams zu arbeiten, der für die Auswahl, Einstellung und den Betrieb eines Zirkulationskreislaufs außerhalb des Körpers verantwortlich ist. Der eine Perfusion Verabreichende ist verantwortlich für ein Bedienen der Maschine während einer chirurgischen Behandlung, ein genaues Überwachen des geänderten Kreislaufprozesses, eines Ergreifens eines geeigneten Korrekturvorgangs, wenn abnormale Situationen entstehen, und eines vollständigen Informierens sowohl des Chirurgen als auch des Anästhesisten. Zusätzlich zur Bedienung des Kreislaufs außerhalb des Körpers während einer chirurgischen Behandlung fungieren die eine Perfusion Verabrei chenden häufig in unterstützenden Rollen für andere medizinische Spezialitäten, um in der Konservierung von Blut und Blutprodukten während einer chirurgischen Behandlung zu assistieren und um eine Langzeitunterstützung für den Kreislauf eines Patienten außerhalb der Operationsraumumgebung bereitzustellen. Weil es gegenwärtig keine Techniken gibt, die verfügbar sind, um einen Kreislauf außerhalb des Körpers automatisch zu betreiben und zu überwachen, sind die Gegenwart eines qualifizierten eine Perfusion Verabreichenden, und die damit verbundenen Kosten, typischerweise erforderlich.
Konventionelle Kreisläufe außerhalb des Körpers zeigen auch andere Nachteile. Beispielsweise weisen Kreisläufe außerhalb des Körpers typischerweise ein relativ großes Priming- bzw. Grundvolumen auf. Das Primingvolumen ist typischerweise das Volumen an Blut, das innerhalb des Kreislaufs außerhalb des Körpers enthalten ist, d.h., das gesamte Volumen an Blut, das außerhalb des Patientenkörpers zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt ist. Beispielsweise ist es nicht ungewöhnlich für den Kreislauf außerhalb eines Körpers, ein bis zwei Liter von Blut für einen typischen erwachsenen Patienten zu halten. Derartige große Priming- bzw. Grundvolumina sind aus vielerlei Gründen nicht wünschenswert. Beispielsweise kann in einigen Fällen eine Bluttransfusion notwendig sein, um das Blut zu kompensieren, das zeitlich vorübergehend an den Kreislauf außerhalb des Körpers infolge seines großen Grundvolumens verloren wird. Auch müssen häufig Wärme- bzw. Heizeinrichtungen verwendet werden, um die Temperatur des Bluts auf einem akzeptablen Niveau zu halten, wenn es sich durch den Kreislauf außerhalb des Körpers bewegt. Weiterhin sind konventionelle Kreisläufe außerhalb des Körpers relativ schwierig ein- und auszuschalten. Bei spielsweise können, wenn der Kreislauf außerhalb des Körpers ausgeschaltet wird, große stillstehende Lachen bzw. Vorräte von Blut im Kreislauf koagulieren.
Zusätzlich zu den oben erwähnten Nachteilen gibt es in Kreisläufen außerhalb des Körpers, die herkömmliche Blutoxygenatoren enthalten, ein relativ hohes Risiko einer Entzündungszellreaktion und Blutkoagulation aufgrund der relativ langsamen Blutströmungsraten bzw. -flußgeschwindigkeiten und großen Blutkontaktoberfläche der Oxygenatoren. Beispielsweise sind ein Blutkontaktoberflächenbereich von ungefähr ein bis zwei Quadratmeter und Geschwindigkeitsströme bzw. -flüsse von ungefähr 3 Zentimeter/Sekunde nicht ungewöhnlich bei herkömmlichen Oxygenatorsystemen. Somit ist eine relativ aggressive Anti-Coagulationstherapie, wie beispielsweise Heparinisierung, üblicherweise als ein Zusatz zu einem Verwenden des Oxygenators erforderlich.
Schließlich betrifft vielleicht einer der größten Nachteile bei einem Verwenden von herkömmlichen Blutoxygenierungssysteme den maximalen Partialdruck von Sauerstoff (pO₂), der dem Blut verliehen werden kann. Herkömmliche Blutoxygenierungssysteme können an Sauerstoff angereichertes Blut vorbereiten bzw. herstellen, das einen Partialdruck von Sauerstoff von ungefähr 500 mmHg aufweist. Somit kann Blut, das pO₂ Niveaus nahe oder über 760 mmHg aufweist, d.h. hyperbares Blut, nicht mit den konventionellen Oxygenatoren erzielt werden.
Es ist wünschenswert, an Gas angereichertes Fluid an einen Patienten auf eine Weise zu liefern, welche eine Blasenkernbildung und -ausbildung bei bzw. nach einer Infusion in den Patienten verhindert oder minimiert. Die maximale Kon zentration an Gas, die in einer Flüssigkeit erzielbar ist, wird gewöhnlich durch das Henry'sche Gesetz bestimmt. Bei Umgebungstemperatur erzeugt die relativ niedrige Löslichkeit von vielen Gasen, wie beispielsweise Sauerstoff oder Stickstoff, innerhalb einer Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, eine niedrige Konzentration des Gases in der Flüssigkeit. Jedoch sind solche niedrigen Konzentrationen typischerweise nicht geeignet für ein Behandeln von Patienten, wie oben diskutiert. Hier ist es vorteilhaft, eine Gaskonzentration innerhalb einer Flüssigkeit zu verwenden, die stark seine Löslichkeit bei Umgebungstemperatur übersteigt. Eine Verdichtung einer Gas- und Flüssigkeitsmischung bei einem hohen Druck kann verwendet werden, um eine hohe Konzentration an gelöstem Gas gemäß dem Henry'schen Gesetz zu erzielen, aber eine Störung einer gasgesättigten oder gasübersättigten Flüssigkeit durch Versuche, sie in einer Umgebung bei Umgebungsdruck von einem Reservoir hohen Drucks einzuspritzen, resultiert gewöhnlich in einer Ausbildung eines Hohlraums bei oder nahe der Auslaßöffnung. Die rasche Entwicklung von Blasen, die an der Auslaßöffnung erzeugt werden, entlüftet viel des Gases aus der Flüssigkeit, so daß ein hoher Grad an Gasübersättigung nicht länger in der Flüssigkeit bei Umgebungsdruck außerhalb des Hochdruckbehälters existiert. Zusätzlich erzeugt das Vorhandensein von Blasen im Abfluß eine Turbulenz und behindert den Fluß bzw. Strom des Abflusses über die Auslaßöffnung hinaus. Außerdem kann die Koaleszenz von Gasblasen in Blutgefäßen dazu neigen, die Gefäße zu verstopfen und in einer gasförmigen lokalen Embolie resultieren, die eine Verringerung in der lokalen Zirkulation, arterielle Hypoxemie und systemische Hypoxie verursacht.
In Therapien von an Gas angereichertem Fluid, wie beispielsweise Sauerstofftherapien, die die Verwendung eines hyperoxischen oder hyperbaren Bluts involvieren, werden Lieferungstechniken verwendet, um die Ausbildung von Kavitations- bzw. Hohlraumkernen zu verhindern oder zu minimieren, so daß klinisch signifikante Blasen sich nicht innerhalb eines Blutgefäßes eines Patienten ausbilden. Jedoch sollte verstanden werden, daß jegliche Blasen, die erzeugt werden, dazu tendieren, sehr klein in der Größe zu sein, so daß ein eine Perfusion Verabreichender typischerweise Schwierigkeiten haben würde, eine Blasenbildung ohne die Unterstützung einer Blasendetektionsvorrichtung zu detektieren. Unglücklicherweise sind bekannte Blasendetektoren nicht effektiv zum Detektieren von Blasen in einem Kreislauf außerhalb des Körpers für die Herstellung und Lieferung von hyperoxischem oder hyperbarem Blut. Dieses Problem resultiert aus der Tatsache, daß die Größe und Geschwindigkeit von einigen Blasen jenseits der Auflösung von bekannten Blasendetektoren sind. Deshalb können Mikroblasen (Blasen mit Durchmessern von ungefähr 50 Mikrometern bis ungefähr 1000 Mikrometern) und einige Makroblasen (Blasen mit Durchmessern größer als 1000 Mikrometern) einer Detektion entrinnen.
Aus WO 99/08733 sind ein System und ein Verfahren zum Erhöhen einer Gaskonzentration in Blut bekannt, in welchem Blut mit einer an Sauerstoff übersättigten Lösung gemischt wird, um ein hyperoxemisches Blut zu generieren bzw. zu erzeugen, das zurück zu dem Patienten zu infundieren ist. Das System außerhalb des Körpers umfaßt ein Rohr bzw. eine Verrohrung, durch welche(s) Blut von dem Patienten zirkuliert bzw. im Kreislauf geführt wird, eine Blutpumpe, um Blut von dem Patienten zu entnehmen und Blut zu diesem zu liefern, wenig stens einen Kanal zum Liefern von an Sauerstoff übersättigtem Fluid in das hypoxemische oder normoxemische Blut vom Patienten, wodurch hyperoxemisches Blut erzeugt wird. Das hyperoxemische Blut wird dann zu einer zentralen Vene, direkt zum Herzen oder einer Arterie des Patienten mit der Blutpumpe bei ungefähr der gleichen Volumenlieferungsrate wie der Blutvolumenentnahmerate rückgeführt.
Aus US 5,618,441 A ist eine Dialysemaschine bekannt, welche eine einzige Mikro-Regel- bzw. -Steuereinrichtung bzw. einen einzigen Mikrocontroller verwendet, um sowohl Sicherheitssystemfunktionen als auch Steuer- bzw. Regelsystemfunktionen durchzuführen. Eine Kartusche ist bereitgestellt, in welcher eine externe Blutpumpe Blut aus einer Arterienkammer abzieht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorhergehenden und andere Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ersichtlich werden, in welchen:
1 eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Systems für ein Erzeugen eines an Gas angereicherten Fluids illustriert;
2 ein Blockdiagramm des Systems von 1 illustriert;
3 ein Blockdiagramm des Host/Benutzerinterface illustriert, das in System von 1 verwendet wird;
4 eine beispielhafte Anzeige illustriert;
5 ein Blockdiagramm eines Blutpumpensystems illustriert, das im System von 1 verwendet wird;
6 ein Verriegelungssystem illustriert, das im System von 1 verwendet wird;
7 eine Draufsicht auf eine Oxygenierungsvorrichtung illustriert, die im System von 1 verwendet wird;
8 eine Querschnittsansicht illustriert, die entlang einer Linie 8-8 in 7 genommen ist;
9 eine Bodenansicht der Oxygenierungsvorrichtung illustriert, die im System von 1 verwendet wird;
10 eine detaillierte Ansicht eines Rückschlagventils illustriert, das in 8 illustriert ist;
11 eine detaillierte Ansicht einer Kolbenanordnung illustriert, die in 8 illustriert ist;
12 eine Querschnittsansicht illustriert, die entlang einer Linie 12-12 von 8 genommen ist;
13 eine detaillierte Ansicht einer Ventilanordnung illustriert, die in 8 illustriert ist;
14 eine Querschnittsansicht der Ventilanordnung illustriert, die entlang einer Linie 14-14 in 13 genommen ist;
15 eine detaillierte Ansicht eines Kapillarrohrs illustriert, das in 8 illustriert ist;
16 eine detaillierte Ansicht eines Entlüftungsventils illustriert, das in 8 illustriert ist;
17 eine Explosionsansicht der Kartusche und der Kartuschenumhüllung illustriert;
18 eine Vorderansicht der Kartuschenaufnahme der Kartuschenumhüllung illustriert, die in 1 illustriert ist;
19 eine Querschnittsansicht der Kartuschenumhüllung illustriert, die entlang einer Linie 19-19 in 18 genommen ist;
20 die Vorderansicht einer Torklinke des Tors der Kartuschenumhüllung illustriert;
21 eine Querschnittsansicht der Torklinke illustriert, die entlang einer Linie 21-21 in 20 genommen ist;
22 eine andere Querschnittsansicht der Torklinke illustriert;
23 eine detaillierte Ansicht der Torklinke von 19 illustriert;
24 eine Querschnittsansicht der Torklinke illustriert, die einen blockierenden Mechanismus enthält;
25 eine Querschnittsansicht des verriegelnden bzw. Verriegelungsmechanismus von 24 illustriert, wobei der Riegel bzw. die Klinke geschlossen ist;
26 eine Querschnittsansicht des verriegelnden Mechanismus illustriert, nachdem die Klinke geschlossen worden ist;
27 eine Boden- bzw. Unteransicht der Kartuschenumhüllung illustriert;
28 eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 28-28 in 27 genommen ist, einer Ventilbetätigungsvorrichtung in einer erstreckten Position illustriert;
29 eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 28-28 in 27 genommen ist; einer Ventilbetätigungsvorrichtung in einer eingezogenen Position illustriert;
30 eine Draufsicht auf die Kartuschenumhüllung illustriert;
31 eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 31-31 von 30 genommen ist, einer Ventilbetätigungsvorrichtung in ihrer ausgefahrenen Position illustriert;
32 eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 31-31 von 30 genommen ist, einer Ventilbetätigungsvorrichtung in ihrer eingezogenen Position illustriert;
33 eine Querschnittsansicht der Kartuschenumhüllung illustriert, die entlang einer Linie 33-33 in 18 genommen ist;
34 eine detaillierte Ansicht eines Ultraschallsensors illustriert, der in 33 illustriert ist;
35 eine detaillierte Ansicht eines Ultraschallsensors illustriert, der in 33 illustriert ist;
36 eine Draufsicht auf die Kartuschenumhüllung illustriert, die Gasanschlüsse enthält;
37 eine Querschnittsansicht illustriert, die entlang einer Linie 37-37 in 36 genommen ist;
38 eine detaillierte Ansicht der Querschnittsansicht von 37 eines Gasanschlusses in einer nicht sitzenden Position illustriert;
39 eine detaillierte Ansicht der Querschnittsansicht von 37 eines Gasanschlusses in einer sitzenden Position illustriert;
40 eine Teilquerschnittsansicht eines Antriebsmechanismus illustriert;
41A und B eine Explosionsansicht des Antriebsmechanismus illustrieren, der in 40 illustriert ist;
42 eine Querschnittsansicht illustriert, die entlang einer Linie 42-42 in 40 genommen ist;
43 eine detaillierte Ansicht einer Meßdose illustriert, die in 42 illustriert ist;
44 eine Explosionsansicht einer Sensoranordnung des Antriebsmechanismus illustriert;
45 eine teilweise Draufsichtquerschnittsansicht der Antriebsanordnung illustriert;
46 eine Querschnittsansicht illustriert, die entlang einer Linie 46-46 von 45 genommen ist;
47 eine detaillierte Ansicht eines Abschnitts der Sensoranordnung illustriert, die in 46 illustriert ist;
48 einen beispielhaften Sensor für eine Verwendung in der Sensoranordnung illustriert, die in 44 illustriert ist;
49 ein Zustandsdiagramm illustriert, das die Basistätigkeit des Systems darstellt, das in 1 illustriert ist;
50 ein Blockdiagramm einer System-Regel- bzw. -Steuereinrichtung illustriert;
51 ein Blockdiagramm eines Blasendetektors illustriert;
52 ein beispielhaftes Signal illustriert, das durch den Blasendetektor übermittelt wird;
53 ein beispielhaftes Signal illustriert, das durch den Blasendetektor empfangen wird;
54 einen Blasensensor illustriert, der mit dem Rückführrohr gekoppelt ist;
55 eine Querschnittsansicht des Rückführrohrs von 54 illustriert;
56 ein schematisches Diagramm eines Systems illustriert, das verwendet wird, um Blasendetektoren zu evaluieren, wie beispielsweise den Blasendetektor des vorliegenden Systems;
57 eine erhöhte Seitenansicht eines beispielhaften Kapillarrohrs illustriert;
58 eine Seitenansicht des Kapillarrohrs von 57 illustriert, das innerhalb einer Verbindungsvorrichtung positioniert ist, auf die ein Materialfluß trifft;
59 ein schematisches Diagramm eines alternativen Systems illustriert, das verwendet wird, um Blasendetektoren zu bewerten, wobei das System einen Puls- bzw. Impulsdämpfer beinhaltet;
60 eine detaillierte Ansicht eines beispielhaften Pulsdämpfers illustriert, und
61 die Ausgabe eines digitalen Signalprozessors illustriert, der die Durchmesser von Blasen anzeigt, die durch den Blasendetektor detektiert werden.
BESCHREIBUNG VON SPEZIFISCHEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine oder mehrere spezifische Ausführungsform(en) der vorliegenden Erfindung wird bzw. werden unten beschrieben. In einer Bemühung, eine prägnante Beschreibung dieser Ausführungsformen bereitzustellen, werden nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Implementierung in der Beschreibung beschrieben. Es sollte erkannt bzw. geschätzt werden, daß bei der Entwicklung irgendeiner derartigen tatsächlichen Implementierung, wie in jeglichem Engineering- bzw. Entwicklungs- oder Designprojekt, zahlreiche implementierungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die spezifischen Ziele der Entwickler zu erzielen, wie beispielsweise Erfüllung von systembezogenen und geschäftsbezogenen Beschränkungen, welche von einer Implementierung zu einer anderen variieren können. Außerdem sollte erkannt werden, daß eine derartige Entwicklungsanstrengung komplex und zeitraubend sein kann, aber dennoch eine Routine sein würde beim Unternehmen des Designs, der Fabrikation und Herstellung für jene von gewöhnlicher Fachkenntnis, die den Nutzen bzw. Vorteil dieser Offenbarung haben.
Systemüberblick
Sich nunmehr den Zeichnungen zuwendend, und anfangs auf 1 bezugnehmend ist ein System zum Herstellen bzw. Vorbereiten und Liefern von an Gas angereichertem Fluid illustriert und durch ein Bezugszeichen 10 bezeichnet. Obwohl das System 10 verwendet werden kann, um eine Anzahl von verschiedenen Typen bzw. Arten von an Gas angereicherten Fluiden herzustellen, stellt in diesem besonderen Beispiel das System 10 an Sauerstoff angereichertes Blut her. Wie im Detail hierin beschrieben wird, ist das System 10 adaptiert, Blut von einem Patienten zu entnehmen, das Blut mit einem an Sauerstoff übersättigten physiologischen Fluid zu kombinieren und das an Sauerstoff angereicherte Blut zurück zu dem Patienten zu liefern.
Da das System 10 während chirurgischer Behandlungsprozeduren verwendet werden kann, ist es typischerweise so bemessen, um innerhalb einer normalen Operationsraumumgebung angeordnet zu werden. Obwohl das System 10 als eine stationäre Vorrichtung oder eine feste Anlage innerhalb eines Operationsraums konfiguriert sein kann, ist es häufig für verschiedene chirurgische Behandlungsvorrichtungen wünschenswert mobil zu sein. Demgemäß ist in diesem Beispiel das System 10 als an eine rollende Basis 12 über einen Sockel 14 gekoppelt illustriert. Obwohl einige der elektrischen und/oder mechanischen Komponenten des Systems 10 in der Basis 12 oder dem Sockel 14 untergebracht bzw. aufgenommen werden können, werden diese Komponenten typischerweise innerhalb eines Gehäuses 16 angeordnet sein. Um ein Positionieren des Systems 10 zu erleichtern, kann ein Griff 18 an das Gehäuse 16 zum Lenken einer Bewegung des Systems 10 gekoppelt sein, und ein Pedal 20 kann an die Basis 12 zum Anheben und Absenken des Gehäuses 16 auf dem Sockel 14 gekoppelt sein (beispielsweise über einen Zahnstangen- und Ritzelmechanismus, welcher nicht gezeigt ist).
Das Gehäuse 16 kann einen Deckel bzw. eine Abdeckung enthalten, wie beispielsweise ein angelenktes bzw. Scharniertor 22, um bestimmte Komponenten des Systems 10 zu schützen, die an Stellen außerhalb des Gehäuses 16 angeordnet sind. Komponenten, die typischerweise am Äußeren des Gehäuses 16 angeordnet sind, können eine Blutpumpe 24, eine Kartuschenumhüllung 26 sowie verschiedene Regel- bzw. Steuervorrichtungen 28 umfassen. Zusätzliche externe Gegenstände können eine Benutzerinterfacetafel 30 und eine Anzeige 32 umfassen.
Nun bezugnehmend auf 2 ist ein Blockdiagramm, das verschiedene Komponenten des Systems 10 repräsentiert, illustriert. Ein geeignetes Entnahmerohr 34, wie beispielsweise eine Kanüle, ein Katheter oder Intubatorhülle wird in ein geeignetes Blutgefäß 36 eines Patienten 38 eingesetzt. Blut wird vom Patienten 38 durch das Entnahmerohr 34 unter Verwendung des Blutpumpensystems 24 entnommen. Spezifisch beinhaltet das Blutpumpensystem 24 eine Pumpe 40, wie beispielsweise eine Peristaltikpumpe. Da die Peristaltikpumpe 40 mechanisch Wellen einer Kontraktion entlang des flexiblen Rohrs 34 erzeugt, wird Fluid innerhalb des Rohrs 34 in der Richtung des Pfeils 42 gepumpt. Wie im Detail unten diskutiert wird, beinhaltet das Blutpumpensystem 24 ein Strömungs- bzw. Flußmeßgerät 46, das ein Feedback bzw. eine Rückkopplung von einer Strömungs- bzw. Flußsonde 48 empfängt. Die Flußsonde 48 ist an das Rückführrohr 50 des Patienten gekoppelt, wie beispielsweise eine Kanüle oder einen Katheter. Mit diesem Feedback kann das Blutpumpensystem 24 als ein automatischer Kreislauf außerhalb des Körpers arbeiten, der die U/min der Peristaltikpumpe 40 einstellen kann, um den gewünschten Blutfluß beizubehalten.
Das Entnahmerohr 34 und/oder das Rückführrohr 50 kann bzw. können (ein) subselektive(r) Katheter sein. Die Konstruktion des Rückführrohrs 50 kann von besonderem Einfluß im Licht der Tatsache sein, daß das an Gas angereicherte Körperfluid gasgesättigt oder gasübersättigt über wenigstens einen Abschnitt der Länge des Rückführrohrs 50 sein kann. Deshalb ist das Rückführrohr 50 insbesondere typischerweise ausgelegt, um die Erzeugung eines Hohlraumkerns zu verringern oder zu beseitigen, welcher verursachen kann, daß ein Teil des Gases außer Lösung gelangt. Beispielsweise kann das Verhältnis von Länge zu Innendurchmesser des Katheters ausgewählt sein, um einen relativ niedrigen Druckabfall von der Oxygenierungsvorrichtung 54 zum Patienten 38 zu erzeugen. Typischerweise ist der Katheter so bemessen, um innerhalb eines 6 französischen Führungskatheters zu passen. Materialien, wie beispielsweise Polyethylen, PEBAX (Polyetheramid) oder Silikon können beispielsweise in der Konstruktion des Katheters verwendet werden. Auch sollte das Lumen des Katheters relativ frei von Übergängen sein, die die Erzeugung von Hohlraumkernen verursachen können. Beispielsweise arbeitet ein glattes Volumen, das keine verschmolzenen Polymerübergänge aufweist, typischerweise gut.
Das Blut wird durch das Entnahmerohr 34 in der Richtung des Pfeils 52 in eine Oxygenierungsvorrichtung 54 gepumpt. Obwohl verschiedene unterschiedliche Typen von Oxygenierungsvorrichtungen für ein Oxygenieren bzw. Anreichern bzw. Sättigen mit Sauerstoff des Patientenbluts vor seiner Rückführung geeignet sein können, stellt die Oxygenierungsvorrichtung 54 in dem System 10 vorteilhafterweise ein an Sauerstoff übersättigtes physiologisches Fluid her und kombiniert es mit dem Blut, um das Blut mit Sauerstoff anzureichern. Die Oxygenierungsvorrichtung 54 ist vorteilhafterweise auch steril, abnehmbar bzw. entfernbar und wegwerfbar, so daß, nachdem die Prozedur bzw. Verfahren an dem Patienten 38 abgeschlossen worden ist, die Oxygenierungsvorrichtung 54 entfernt und durch eine andere Oxygenie rungsvorrichtung 54 für den nächsten Patienten ersetzt werden kann.
Vorteile der Oxygenierungsvorrichtung 54 werden im großen Detail unten beschrieben. Jedoch ist es für die Zwecke der Diskussion von 2 ausreichend, an diesem Punkt zu verstehen, daß das physiologische Fluid, wie beispielsweise Salzlösung, von einer geeigneten Zufuhr 56, wie beispielsweise einem IV Beutel, zu einer ersten Kammer 58 der Oxygenierungsvorrichtung 54 unter der Steuerung bzw. Regelung einer System-Regel- bzw. -Steuereinrichtung bzw. eines Systemcontrollers 55 geliefert wird. Ein geeignetes Gas, wie beispielsweise Sauerstoff, wird von einer Zufuhr 60, wie beispielsweise einem Tank, zu einer zweiten Kammer 62 der Oxygenierungsvorrichtung 54 geliefert. Allgemein gesprochen wird das physiologische Fluid von der ersten Kammer 58 in die zweite Kammer 62 gepumpt und zerstäubt, um eine an Sauerstoff übersättigte physiologische Lösung zu erzeugen. Diese an Sauerstoff übersättigte physiologische Lösung wird dann in eine dritte Kammer 64 der Oxygenierungsvorrichtung 54 zusammen mit dem Blut vom Patienten 38 geliefert. Da sich das Blut des Patienten mit der an Sauerstoff übersättigten physiologischen Lösung vermischt, wird an Sauerstoff angereichertes Blut erzeugt. Dieses an Sauerstoff angereicherte Blut wird aus der dritten Kammer 64 der Oxygenierungsvorrichtung 54 durch das Rückführrohr 50 entnommen.
Ein Host/Benutzer-Interface 66 des Systems 10 überwacht sowohl den Druck am Entnahmerohr 34 über einen Entnahmedrucksensor 68 als auch den Druck am Rückführrohr 50 über einen Rückdrucksensor 70. Wie in 6 illustriert, sind die Enden des Entnahmerohrs 34 und des Rückführrohrs 50, die an die Oxygenierungsvorrichtung 54 koppeln, in einem Y-Verbindungsstück bzw. -Verbinder 71 in diesem Beispiel verkörpert. Der Y-Verbinder 71 enthält den Entnahmedrucksensor 68 und den Rückführdrucksensor 70, welche operativ an das Host/Benutzer-Interface 66 über einen elektrischen Verbinder bzw. Stecker 73 gekoppelt sind. Das Host/Benutzer-Interface 66 kann diese Druckablesungen zu der Anzeige 32 liefern, so daß ein Benutzer die Drücke überwachen und sie, wenn gewünscht, einstellen kann. Das Host/Benutzer-Interface 66 empfängt ein Signal von einem Niveausensor 72, der das Niveau von Fluid innerhalb der Mischkammer 64 der Oxygenierungsvorrichtung 54 überwacht, um sicherzustellen, daß sich die an Sauerstoff übersättigte physiologische Lösung mit dem Blut des Patienten mit wenig oder keiner Blasenbildung mischt.
Das System 10 enthält darüber hinaus vorteilhafterweise einen geeigneten Blasendetektor 74. Der Blasendetektor 74 enthält einen geeigneten Blasensensor 76, der am Rückführrohr 50 positioniert ist, um Blasen zu detektieren, wenn bzw. wie sie durch das Rückführrohr 50 zu dem Patienten 38 hindurchtreten. Wiederum empfängt, wie in größerem Detail unten diskutiert, der Blasendetektor 74 die Signale vom Blasensensor 76 und be- bzw. verarbeitet Information hinsichtlich der Natur jeglicher Blasen, die sich in dem an Sauerstoff angereicherten Blut bewegen können, das zurück zu dem Patienten 38 geht. In dieser Ausführungsform stellt der Blasendetektor 74 diese Information an das Host/Benutzer-Interface 66 zur Verfügung, so daß Information hinsichtlich Blasen in dem Ab- bzw. Ausfluß an den Benutzer über die Anzeige 32 bereitgestellt werden kann. Der Blasendetektor 74 kann auch das System 10 unter bestimmten Um ständen regeln bzw. steuern oder stillegen, wie dies im Detail unten diskutiert wird.
Das System 10 enthält auch ein Verriegelungssystem 44. Das Verriegelungssystem 44 kommuniziert bzw. steht in Verbindung mit vielen der Komponenten des Systems 10 aus verschiedenen Gründen. Das Verriegelungssystem 44 überwacht die verschiedenen Komponenten, um sicherzustellen, daß das System 10 innerhalb bestimmter vorgeschriebener Grenzen arbeitet. Beispielsweise empfängt das Verriegelungssystem 44 Information hinsichtlich Entnahme- und Rückführdruck von den Drucksensoren 68 und 70, Information hinsichtlich Fluidniveau in der Mischkammer 64 vom Niveausensor 72, und Information hinsichtlich der Anzahl und/oder Größe von Blasen vom Blasendetektor 74, sowie andere Information hinsichtlich der Betriebszustände der verschiedenen Komponenten. Basierend auf dieser Information kann das Verriegelungssystem 44 das System 10 stillegen, sollte es beginnen, außerhalb der vorgeschriebenen Grenzen zu arbeiten. Beispielsweise kann das Verriegelungssystem 44 jeweils Klemmen 78 und 80 am Entnahmerohr 34 und Rückführrohr 50 ergreifen, als auch das Blutpumpensystem 24 und die System-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 55 ausschalten, die die Oxygenierungsvorrichtung 54 steuert bzw. regelt. Während das Verriegelungssystem 44 typischerweise in dieser automatischen Art arbeitet, kann ein Sicherheitsschalter 82 so bereitgestellt sein, daß ein Benutzer eine Stillegung bzw. ein Niederfahren des Systems 10 auf die gleiche Art initiieren bzw. einleiten kann, selbst wenn das System 10 innerhalb seiner vorgeschriebenen Grenzen arbeitet.
Das System 10 weist ein niedriges Priming- bzw. Grundvolumen relativ zu herkömmlichen Kreisläufen außerhalb eines Körpers, typischerweise im Bereich von 25 bis 100 Milliliter auf. So wird typischerweise eine Wärme- bzw. Heizeinrichtung nicht mit dem System 10 verwendet. Wenn es jedoch wünschenswert ist, die Temperatur des ankommenden Bluts im Entnahmerohr 34 oder des abgehenden, an Gas angereicherten Bluts im Rückführrohr 50 zu regeln bzw. zu steuern, kann eine geeignete Vorrichtung, wie beispielsweise ein Wärmetauscher operativ an ein oder beide der Rohre 34 und 50 gekoppelt sein. Tatsächlich kann nicht nur der Wärmetauscher (nicht gezeigt) verwendet werden, um das Fluid zu erwärmen, wenn es sich durch das System 10 bewegt, sondern er kann auch verwendet werden, um das Fluid abzukühlen. Es kann wünschenswert sein, das Fluid abzukühlen, weil gezeigt worden ist, daß mäßige Unterkühlung, rund 30°C bis 34°C eine ischämische Schädigung beim Myokardinfarkt beispielsweise verlangsamt.
Host/Benutzer-Interface
Die verschiedenen Details des Systems 10, das oben unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben ist, werden unter Bezugnahme auf die restlichen Figuren beschrieben. Sich nun zu 3 zuwendend, ist eine exemplarische bzw. beispielhafte Ausführungsform des Host/Benutzer-Interfaces 66 illustriert. Das Host/Benutzer-Interface 66 enthält ein Benutzer-Interface 84 und ein Host-Interface 85. Das Benutzer-Interface 84 kann eine Benutzereingabe und Anzeigevorrichtung, wie beispielsweise eine Touchscreen- bzw. Berührungsbildschirmanzeige 86 enthalten. Wie in 4 illustriert, kann die Touchscreenanzeige 86 "Knöpfe" 87 enthalten, die bestimmte Tätigkeiten bzw. Vorgänge initiieren bzw. einleiten, wenn ein Benutzer sie berührt. Die Touchscreenanzeige 86 kann auch Information, wie beispielsweise Alarme/Mitteilungen 88, Statusanzeiger 89, Blutflußinformation 90 und Blasenzählungen 91 enthalten.
Die Benutzereingaben werden durch einen Berührungsbildschirmtreiber 92 gehandhabt, und die angezeigte Information wird durch einen Anzeigetreiber 93 gehandhabt. Der Berührungsbildschirmtreiber 92 übermittelt Benutzereingaben an ein Interface bzw. eine Schnittstelle, wie beispielsweise ein RS-232 Interface 94. Das RS-232 Interface 94 kann diese Benutzereingaben anderen Abschnitten des Systems 10 mitteilen, wie beispielsweise der System-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 55, dem Verriegelungssystem 44, dem Blutpumpensystem 24 und dem Blasendetektor 74. Der Anzeigetreiber 93 kommuniziert mit einer Anzeige-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 95, welche auch an das RS-232 Interface 94 über einen Bus 96 gekoppelt ist. Die Anzeige-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 95 empfängt aktualisierte Information von den verschiedenen anderen Abschnitten des Systems 10, und sie verwendet diese Information, um die Anzeige 86 zu aktualisieren.
Das Host-Interface 85 kann auch verschiedene andere Fähigkeiten enthalten. Beispielsweise kann das Host-Interface 85 eine Tonkarte 97 enthalten, um Lautsprecher 98 am Benutzer-Interface 84 anzutreiben bzw. zu betreiben. Zusätzlich kann ein Netzwerkadapter 99 erlauben, daß das Host-Interface 85 mit einem externen Netzwerk, wie beispielsweise einen LAN im Spital oder einem entfernten Netzwerk kommuniziert, um Updates für das System 10 bereitzustellen, beispielsweise dem Internet. Schließlich kann das Host-Interface 85 eine analoge und/oder digitale Eingabe-/Ausgabe- bzw. I/O-Vorrichtung 101 enthalten, welche in diesem Beispiel bestimmte Signale, wie beispielsweise ein Freigabesignal, ein Signal "Aufforderung zum Stoppen", ein Entnahmedrucksignal, ein Rückführdrucksignal übermittelt und empfängt.
Blutpumpensystem und Verriegelungssystem
Viele der unten beschriebenen Komponenten können, während sie insbesondere in dem beispielhaften System 10 nützlich sind, ebenso ziemlich nützlich in anderen Typen von Systemen sein. Beispielsweise kann das Blutpumpensystem 24, das im Detail unter Bezugnahme auf 5 beschrieben ist, nicht nur im Zusammenhang des Systems 10 verwendet werden, sondern auch in anderen Typen von Perfusionssystemen, wie beispielsweise herkömmlichen Herz-Lungen-Maschinen und anderen Typen von anderen Kreisläufen außerhalb eines Körpers. Wie vorher diskutiert, verwendet das Blutpumpensystem 24 eine geeignete Pumpe 40, wie beispielsweise eine Peristaltikpumpe, um Blut von dem Patienten 38 durch ein Entnahmerohr 34 zu entnehmen. Das Blutpumpensystem 24 beinhaltet weiterhin ein Flußmeßgerät 46, wie beispielsweise ein Überschallflußmeßgerät, welches mit einem Flußwandler 48 über Leitungen 100 und 102 kommuniziert. Die Rückkopplung vom Transducer bzw. Wandler 48 ermöglicht, daß das Blutpumpensystem 24 die gewünschte Flußrate bzw. Strömungsgeschwindigkeit beibehält. Die gewünschte Flußrate kann durch einen Benutzer eingegeben werden, wie beispielsweise einen eine Perfusion Verabreichenden oder eine Krankenschwester, über das Regel- bzw. Steuerpult bzw. -paneel 30. In diesem Beispiel enthält das Regel- bzw. Steuerpult 30 sowohl eine Anzeige der gegenwärtigen bzw. aktuellen Blutflußrate in Milliliter pro Minute als auch einen "Aufwärts"-Knopf 104 und einen "Abwärts"-Knopf 106, die einem Benutzer erlauben, die Blutflußrate nach oben bzw. nach unten einzustellen. Das Regel- bzw. Steuerpult 30 beinhaltet weiterhin einen "Vorbereitungs"- bzw. "Haupt"-Knopf 108, einen "Start"-Knopf 110 und einen "Stop"-Knopf 112. Außerdem kann das Regel- bzw. Steuerpult 30 durch einen Fußschalter 114 vergrößert bzw. erweitert sein, welcher ein Stoppedal 116 enthält, welches die gleiche Funktion wie der Stop-Knopf 112 durchführt, und ein Hauptstartpedal 118, welches die gleiche Funktion wie der Vorbereitungs- bzw. Haupt-Knopf 108 und der Start-Knopf 110 durchführt.
Da das Blutpumpensystem 24 eine Rückkopplung von dem Flußwandler 48 verwendet, um die U/min der Pumpe 40 in einer Art und Weise beizubehalten und einzustellen, welche eine konsistente bzw. stetige Durchflußrate bereitstellt, erfordert das Blutpumpensystem 24 keine Benutzerinteraktion bzw. -wechselwirkung, sobald einmal das System angelassen bzw. vorbereitet ist und die Flußrate eingestellt worden ist. Deshalb kann im Gegensatz zu Blutpumpen, die in anderen Kreisläufen außerhalb eines Körpers verwendet werden, das Blutpumpensystem 24 durch einen angelernten Techniker oder eine Krankenschwester bedient werden, eher als ein äußerst erfahrener eine Perfusion Verabreichender.
Um eine zusätzliche Maßnahme an Vertrauen bzw. Zuverlässigkeit mit einer derartigen angelehrten Tätigkeit bereitzustellen, nutzt das Blutpumpensystem 24 bestimmte Merkmale aus, die durch das Verriegelungssystem 44 bereitgestellt werden. Beispielsweise kann bezugnehmend auf das Verriegelungssystem 44, das in 6 ebenso illustriert ist, das Verriegelungssystem 44 enthalten oder Zugang haben zu einem Personen-Modul 120. Das Personen-Modul 120 kann einen Speicher 122 enthalten, wie beispielsweise einen Nur-Lese-Speicher. Der Speicher 122 des Personen-Moduls 120 kann verschiedene Information enthalten, wie beispielsweise Flußraten und -bereiche, ebenso wie andere Information, die unten zu diskutieren ist. Deshalb kann für einen besonderen Patienten oder für einen besonderen Typ von Patient die gewünschte Flußrate und/oder der gewünschte Flußratenbereich in den Speicher 122 programmiert werden. Beispielsweise kann in Anwendungen eines akuten Myokardinfarkts die Flußrate 75 Milliliter pro Minute sein, oder für Schlaganfallanwendungen kann die Flußrate 300 Milliliter pro Minute sein. In dieser beispielhaften Ausführungsform kann das Personen-Modul 120 im Y-Verbinder 71 angeordnet sein. Da die in das Personen-Modul 120 programmierte Information auf einen besonderen Patienten oder einen besonderen Typ von Patienten bezogen sein kann, und weil ein neuer Y-Verbinder 71 typischerweise mit jedem Patienten verwendet wird, stellt der Standort bzw. die Stelle des Personen-Moduls 120 im Y-Verbinder 71 ein wirksames Verfahren bereit, das System 10 kundenbedarfsgerecht bei jedem Patienten zu machen, der behandelt wird.
Das Verriegelungssystem 44 liest diese Flußinformation vom Speicher 122 und vergleicht sie mit der Flußrate, die durch das Flußmeßgerät 46 auf der Leitung 124 geliefert wird. Solange die Flußrate vom Flußmeßgerät 46 bei der gewünschten Flußrate oder innerhalb des gewünschten Flußbereichs beibehalten wird, die bzw. der in den Speicher 122 programmiert ist, wird das Verriegelungssystem 44 fortsetzen, ein Freigabesignal an die Leitung 126 zum Blutpumpensystem 24 zu liefern. Sollte jedoch die Flußrate außerhalb des gewünschten Bereichs, aufgrund eines Eingreifens der Bedienungsperson, Versagens des Flußwandlers 48 usw., fallen, wird das Verriegelungssystem 44 das Signal auf der Leitung 126 schalten bzw. umschalten, um das Blutpumpensystem 24 auszuschalten. Das Verriegelungssystem 44 wird weiterhin die Klemmen 78 und 80 betätigen, um das System 10 in einer für den Patienten 38 sicheren Weise abzustellen.
Das Verriegelungssystem 44 enthält eine analoge konditionierende Schaltung 130, die das analoge Flußratensignal vom Flußmeßgerät 46 auf der Leitung 124 empfängt und bearbeitet bzw. behandelt. Dieses konditionierte Signal wird mit der Information vom Speicher 122 unter Verwendung von Komparatoren und Schwellwerteinstellungen 132 verglichen. Die Ergebnisse dieses Vergleichs werden an einen logischen bzw. Logikblock 134 geliefert, welcher beispielsweise ein Feld programmierbares Gate Array (FPGA) oder eine komplexe programmierbare Logikvorrichtung (CPLD) sein kann. Der Logikblock 134 erzeugt das Freigabe- oder Ausschaltsignal an der Leitung 126.
Die konditionierende Schaltung 130 empfängt auch die analogen Drucksignale vom Entnahmedruckwandler 68 und dem Rückführdruckwandler 70. Diese Drücke können überwacht werden, um sicherzustellen, daß weder das Entnahmerohr 34 noch das Rückführrohr 50 geknickt sind bzw. werden oder auf andere Weise außerstande sind, Fluid bei einem minimalen gewünschten Druck oder höher zu liefern. Der Logikblock 134 vergleicht diese Drücke mit der minimalen Druckeinstellung, beispielsweise –300 mm Hg, und liefert ein Warnsignal, wenn irgendein Druck unter die minimale Druckeinstellung fällt. Zusätzlich wird der Entnahmedruck überwacht, um sicherzustellen, daß er höher als eine minimale Entnahmedruckschwelle bleibt, beispielsweise –300 mm Hg, um sicherzustellen, daß Blasen nicht aus der Lösung durch die Blutpumpe 40 gezogen werden. Noch weiter wird der Rückführdruck überwacht, um sicherzustellen, daß er nicht einen maximalen Rückführdruck, beispielsweise 2000 mm Hg übersteigt.
Die Art und Weise, in welcher das Verriegelungssystem 44 mit verschiedenen anderen Abschnitten des Systems 10 zusammenwirkt, wird unten, wo geeignet, diskutiert. Jedoch kann gesehen werden, daß das Blutpumpensystem 24 und das Verriegelungssystem 44 eine Technik bereitstellen, durch welche Blut von einem Patienten bei einer gewünschten und beibehaltbaren Flußrate entfernt werden kann und daß jegliche Abweichung von der gewünschten Strömungs- bzw. Durchflußrate veranlassen wird, daß das System auf eine Art und Weise abgestellt wird, welche für den Patienten 38 sicher ist. Demgemäß kann die Verwendung eines eine Perfusion Verabreichenden in den meisten Fällen vermieden bzw. erübrigt werden.
Oxygenierungsvorrichtung
Obwohl das Blutpumpensystem 24 in einer Vielfalt von verschiedenen Systemen verwendet werden kann, wird es für den primären Zweck dieser Diskussion innerhalb des Systems 10 inkorporiert bzw. eingegliedert. Wie unter Bezugnahme auf 2 oben beschrieben, ist einer seiner Hauptzwecke, Blut an die Oxygenierungsvorrichtung 54 zu liefern. Demgemäß ist vor einem Diskutieren des Blutpumpensystems 24 oder anderer Komponenten weiterhin ein Verständnis der Art und Weise, in welcher die Oxygenierungsvorrichtung 54 funktioniert, angemessen.
Bezugnehmend zuerst auf 7, 8 und 9, ist eine beispielhafte Ausführungsform einer Oxygenierungsvorrichtung 54 illustriert. Wie vorher erwähnt, enthält die Oxygenierungsvorrichtung 54 drei Kammern: eine Fluidzufuhrkammer 58, eine Zerstäubungskammer 62 und eine Mischkammer 64. Allgemein gesprochen, wird physiologisches Fluid, wie beispielsweise eine Salzlösung in die Fluidzufuhrkammer 58 gezogen. Das physiologische Fluid wird unter Druck von der Fluidzufuhrkammer 58 zur Zerstäubungskammer 62 übertragen. In der Zerstäubungskammer 62 wird das physiologische Fluid mit einem Gas, wie beispielsweise Sauerstoff, angereichert, um ein an Gas angereichertes physiologisches Fluid auszubilden. Beispielsweise kann das physiologische Fluid mit dem Gas übersättigt sein bzw. werden. Das an Gas angereicherte physiologische Fluid wird zur Mischkammer 64 übertragen, um mit einer Körperflüssigkeit bzw. einem Körperfluid, wie beispielsweise Blut, kombiniert zu werden. Das Mischen des mit bzw. an Gas angereicherten physiologischen Fluids mit dem Körperfluid bildet ein an Gas angereichertes Körperfluid. In einem Beispiel wird Blut von einem Patienten mit einer an Sauerstoff übersättigten Salzlösung vermischt und zurück zu dem Patienten übertragen.
Beginnend mit einer detaillierten Diskussion der Fluidzufuhrkammer 58 ist eine geeignete Lieferungsvorrichtung, wie beispielsweise ein Rohr 140 an eine Zufuhr von physiologischem Fluid gekoppelt. In diesem Beispiel kann das Rohr 140 eine Tropfkammer 141 enthalten und ist an einem Ende an einen IV Beutel 56 gekoppelt. Das andere Ende des Rohrs 140 ist an eine Düse 142 gekoppelt. Die Düse 142 bildet einen Abschnitt eines Fluiddurchgangs 144, der zur Fluidzufuhrkammer 58 führt. Ein Rückschlagventil 146 ist im Fluiddurchgang 144 angeordnet, so daß Fluid in die Fluidkammer 58 durch den Fluiddurchgang 144 eintreten kann, aber Fluid nicht durch den Fluiddurchgang 144 austreten kann.
Wie durch die detaillierte Ansicht von 10 illustriert, weist das Rückschlagventil 146 eine O-Ringdichtung 148 auf, die zwischen einer Lippe im Fluiddurchgang 144 und der Düse 142 angeordnet ist. Eine Feder 150 beaufschlagt eine Kugel 152 in Kontakt mit der O-Ringdichtung 148. Wenn Fluid, das sich in der Richtung des Pfeils 154 bewegt, die Kraft der Feder 150 und den Druck innerhalb der Fluidzufuhrkammer 58 überwindet, wird die Kugel 152 gegen die Feder 150 gedrückt, so daß Fluid in die Fluidzufuhrkammer 58 fließen kann. Jedoch kann Fluid nicht in die entgegengesetzte Richtung fließen, weil die Kugel 152 wirksam gegen die O-Ringdichtung 148 abdichtet.
Eine Kolbenanordnung 160 ist am gegenüberliegenden Ende der Fluidzufuhrkammer 58 angeordnet. Die Kolbenanordnung 160 enthält eine Hülse 162, die fest innerhalb der Fluidzufuhrkammer 58 angeordnet ist. Wie im größeren Detail in 11 illustriert, ist ein Tauchkolben bzw. Plunger 164 gleitbar innerhalb der Hülse 162 angeordnet. Eine Kappe 166 ist an einem Ende des Tauchkolbens 164 angeordnet. Die Kappe enthält einen Flansch 168, der einen Außendurchmesser größer als den Innendurchmesser der Hülse 162 aufweist, um die Bewegung der Kolbenanordnung 160 nach unten zu beschränken bzw. zu begrenzen. Obwohl die Hülse 162, der Tauchkolben 164 und die Kappe 166 vorteilhafterweise aus einem relativ starren bzw. steifen Material, wie beispielsweise Kunststoff, hergestellt sind, ist ein relativ rückstellfähiges Endstück 170 an der Kappe 166 angeordnet. Das Endstück 170 enthält vorteilhafterweise abdichtende Glieder 172, die gegen die Innenwände der Fluidzufuhrkammer 58 abdichten.
Wie durch die strichlierten Linien in 11 illustriert, ist die Kolbenanordnung 160 zwischen einer ersten Position (durch die vollen bzw. durchgehenden Linien gezeigt) und einer zweiten Position (durch die strichlierten Linien ge zeigt) bewegbar. Um diese Bewegung zu erleichtern, ist eine Vorrichtung, die unten zu beschreiben ist, an das freie Ende 174 der Kolbenanordnung 160 gekoppelt. Obwohl ein derartiges Koppeln in verschiedenen geeigneten Arten auftreten kann, ist in diesem Beispiel ein Keil 176 am freien Ende 174 der Kolbenanordnung 160 bereitgestellt. Der Keil bzw. Schlüssel 176 enthält einen schmalen Abschnitt 178 und einen relativ breiteren Abschnitt 180, so daß er etwas einem Türgriff ähnelt, wodurch einer Vorrichtung erlaubt wird, an der Kolbenanordnung 160 einzuklinken bzw. einzurasten und sich zwischen der ersten und zweiten Position zu bewegen.
Wie von einem gründlichen Studium dieser gesamten Diskussion erkannt werden wird, beinhaltet einer der primären bzw. Hauptvorteile der speziellen Oxygenierungsvorrichtung 54, die hierin geoffenbart ist, ihre Sterilität und Wegwerfbarkeit. Die Sterilität der Kolbenanordnung 160 kann durch ein Bereitstellen einer Sterilitätshülle 182 erleichtert werden, die zwischen der Kappe 166 und der Hülse 162 angeordnet ist. In dieser Ausführungsform enthält die Sterilitätshülle 182 ein ausdehnbares Rohr 184, das an die Kappe 166 durch eine Klemme bzw. Klammer 186 gekoppelt ist und an den äußeren Abschnitt der Hülse 162 durch eine Klemme 188 gekoppelt ist. Das ausdehnbare Rohr 184 kann verschiedene Formen annehmen, wie beispielsweise ein Kunststoffrohr, das sich in einer ziehharmonikaartigen Art und Weise faltet, wenn die Kolbenanordnung 160 in ihrer eingezogenen Position ist (wie durch die durchgehenden Linien gezeigt). Jedoch kann das ausdehnbare bzw. aufweitbare Rohr 184 verschiedene andere Formen annehmen, wie beispielsweise ein flexibles Glied, das sich zwischen der zurück- bzw. eingezogenen Position und der ausgedehnten bzw. erstreckten Position der Kolbenanordnung 160 streckt bzw. dehnt. Die Klemmen 186 und 188 können auch verschiedene geeignete Formen annehmen, wie Gummi-O-Ringe in diesem Beispiel.
Zusätzlich unter Bezugnahme auf 12 enthält die Fluidzufuhrkammer 58 weiterhin einen zweiten Fluiddurchgang 190. Wie anhand eines spezifischen Beispiels in der vorliegenden Ausführungsform illustriert, ist der Fluiddurchgang 190 an einen Fluiddurchgang 194 durch ein Rohr 196 gekoppelt. Der Durchgang 194 ist ein Einlaß zu einer Ventilanordnung 200, die die Art und Weise regelt bzw. steuert, in welcher Fluid von der Fluidzufuhrkammer 58 in die Zerstäubungskammer 62 geliefert wird.
Im Betrieb wirkt die Kolbenanordnung 160 innerhalb der Fluidzufuhrkammer 58 als eine Kolbenpumpe. Wenn sich die Kolbenanordnung 160 einzieht, wird Fluid in die Kammer 58 von der Fluidzufuhr 56 gezogen. Kein Fluid kann vom Durchgang 190 gezogen werden, weil die Ventilanordnung 200 geschlossen ist und ein Rückschlagventil 192 in dieser Richtung geschlossen ist. Wenn sich die Kolbenanordnung 160 ausdehnt, wird das Fluid innerhalb der Kammer 58 mit Druck beaufschlagt bzw. unter Druck gesetzt, typischerweise auf ungefähr 670 psi, und aus der Fluidzufuhrkammer 58 durch den Fluiddurchgang 190 ausgestoßen. Der Auslaß der Fluidzufuhrkammer 58 ist an einen Einlaß der Zerstäubungskammer 62 über einen geeigneten Fluiddurchgang bzw. -durchtritt gekoppelt.
Detaillierte Ansichten der Ventilanordnung 200 sind in 13 und 14 illustriert. Die Ventilanordnung 200 beinhaltet drei Ventile: ein Füllventil 202, ein Spülventil 204 und ein Flußventil 206. Während irgendeine geeignete Ventilan ordnung und ein Typ von Ventil verwendet werden können, sind in dieser Ausführungsform die Ventile 202, 204 und 206 Nadelventile, die normalerweise in der geschlossenen Position, wie gezeigt, beaufschlagt bzw. vorgespannt sind. Wenn der Druck innerhalb der Zerstäubungskammer 62 über ein bestimmtes Niveau, wie beispielsweise etwa 100 psi, ansteigt, werden sich die Ventile 202, 204 und 206 von der geschlossenen Position zu der geöffneten Position bewegen, wobei angenommen wird, daß es ihnen erlaubt ist so zu tun. In dieser Ausführungsform, wie dies in größerem Detail unten diskutiert werden wird, halten Schiebestifte und damit verbundene bzw. assoziierte Betätigungsmechanismen (wie durch die strichlierten Linien in 13 gezeigt) die Ventile 202, 204 und 206 in den geschlossenen Positionen, bis eines oder mehrere der Ventile 202, 204 und 206 zu öffnen ist bzw. sind.
Gas, wie beispielsweise Sauerstoff wird unter Druck zur Zerstäubungskammer 62 über einen Durchgang 210 geliefert. Beispielsweise kann der Sauerstofftank 60 an den Einlaß des Durchgangs 210 gekoppelt sein, um die gewünschte Sauerstoffzufuhr bereitzustellen. Wenn alle der Ventile 202, 204 und 206 geschlossen sind, fließt Fluid vom Einlaßdurchgang 194 in einen Durchgang 212, in welchem das Füllventil 202 angeordnet ist. Da die Querschnittsfläche des Durchgangs 212 größer als die Querschnittsfläche des Füllventils 202 ist, fließt das Fluid um das geschlossene Füllventil 202 und in einen Durchgang 214, der zu einem Zerstäuber 216 führt.
Der Zerstäuber 216 enthält einen zentralen Durchgang 218, in welchem ein Einwegventil 220 angeordnet ist. In dieser Ausführungsform ist das Einwegventil 220 ein Rückschlagven til, das dem unter Bezugnahme auf 10 beschriebenen ähnlich ist. Demgemäß bewegt sich, wenn der Fluiddruck die Kraft der Feder in dem Einwegventil 220 überwindet und den Druck des Gases innerhalb der Zerstäubungskammer 62 überwindet, das Fluid durch den Durchgang 218 und wird von einer Düse 222 am Ende des Zerstäubers 216 ausgestoßen.
Die Düse 222 bildet Fluidtröpfchen aus, in welche der Sauerstoff innerhalb der Zerstäubungskammer 62 diffundiert, wenn sich die Tröpfchen innerhalb der Zerstäubungskammer 62 bewegen. Dieses an Sauerstoff angereicherte Fluid kann hierin als ein wäßriger Sauerstoff (AO) erwähnt bzw. bezeichnet werden. In dieser Ausführungsform bildet die Düse 222 einen Tröpfchenkegel aus, der durch den Winkel α definiert ist, welcher typischerweise etwa 20 Grad bis etwa 40 Grad bei normalen Betriebsdrücken, beispielsweise etwa 600 psi, innerhalb der Zerstäubungskammer 62 ist. Die Düse 222 ist eine Simplex-Type, gewirbelte, mit Druck beaufschlagte Zerstäuberdüse, die eine Fluidmündung bzw. -öffnung von ungefähr 0,004 Zoll Durchmesser bis 0,005 Zoll Durchmesser enthält. Es sollte erkannt werden, daß die mit dem Sauerstoff infundierten Tröpfchen in einen Pool bzw. eine Pfütze am Boden der Zerstäuberkammer 62 fallen. Da der Zerstäuber 216 nicht richtig bzw. geeignet zerstäuben wird, wenn das Niveau des Pools über das Niveau der Düse 222 ansteigt, wird das Niveau des Pools geregelt bzw. gesteuert, um sicherzustellen, daß der Zerstäuber bzw. die Zerstäubungseinrichtung 216 fortfährt, richtig bzw. geeignet zu funktionieren.
Der Sauerstoff wird innerhalb des zerstäubten Fluids in einem viel größeren Ausmaß aufgelöst als Fluid, das an die Zerstäuberkammer 62 in einer nicht zerstäubten Form ge liefert wird. Wie vorher festgestellt, arbeitet die Zerstäubungskammer typischerweise bei einem konstanten Druck von etwa 600 psi. Ein Betreiben der Zerstäuberkammer 62 bei 600 psi, oder irgendeinem Druck über 200 psi fördert bzw. unterstützt vorteilhafterweise die Ausbildung feinerer Tröpfchen der physiologischen Lösung aus dem Zerstäuber 216 und eine bessere Sättigungsnutzleistung bzw. -effizienz des Gases im physiologischen Fluid als ein Betrieb bei einem Druck unter 200 psi. Wie kurz erklärt werden wird, wird das an Sauerstoff übersättigte Fluid, das innerhalb der Zerstäuberkammer 62 ausgebildet wurde, zu der Mischkammer 64 geliefert, wo es mit dem Blut vom Patienten 38 kombiniert wird. Weil es wünschenswert ist, das Ausmaß zu regeln bzw. zu steuern, bis zu welchem das Blut des Patienten mit Sauerstoff angereichert wird, und das System 10 bei einer konstanten Blutflußrate zu betreiben, kann es wünschenswert sein, das an Sauerstoff übersättigte Fluid innerhalb der Zerstäuberkammer 62 zu verdünnen, um seinen Sauerstoffgehalt zu verringern. Wenn eine derartige Verdünnung erwünscht ist, wird das Füllventil 202 geöffnet, um einen Pfad relativ niedrigen Widerstands für das Fluid bereitzustellen im Vergleich zu dem Pfad durch den Zerstäuber 216. Demgemäß strömt das Fluid, anstelle durch den Zerstäuber 216 hindurchzutreten, durch einen Durchgang 230, welcher sich nach oben in die Zerstäuberkammer 62 über ein Rohr 232 erstreckt. Das Rohr 232 ist vorteilhafterweise etwas tangential in bezug auf die zylindrische Wand der Zerstäuberkammer 62 umgebogen bzw. abgewinkelt, so daß sich das Fluid leicht mit dem an Sauerstoff übersättigten Fluid im Pool am Boden der Zerstäuberkammer 62 mischt.
Die Ventilanordnung 200 führt im wesentlichen zwei zusätzliche Funktionen aus. Zuerst kann, wobei das Füllventil 202 und das Flußventil 206 geschlossen sind, das Spülventil 204 geöffnet werden, so daß Fluid vom Einlaßdurchgang 194 durch die Durchgänge 212 und 214, und in Durchgänge 240 und 242 strömt, wobei der Letztere eine Querschnittsfläche größer als die Querschnittsfläche des Flußventils 206 aufweist. Somit strömt das Fluid aus einem Auslaßdurchgang 244 aus, der an ein Kapillarrohr 246 gekoppelt ist. Das Kapillarrohr 246 endet in einer Spitze 248, die sich nach oben in die Mischkammer 64 erstreckt. Da dieses Fluid nicht an Gas angereichert worden ist, dient es im wesentlichen dazu, die Durchgänge 242 und 244 und das Kapillarrohr 246 zu spülen, um irgendwelche Verunreinigungen zu entfernen und einen adäquaten Fluidstrom sicherzustellen. Zweitens kann, wobei das Füllventil 202 und das Spülventil 204 geschlossen sind, das Strömungs- bzw. Flußventil 206 geöffnet werden, wenn es erwünscht ist, das an Gas übersättigte Fluid von dem Pool am Boden der Zerstäuberkammer 62 in die Mischkammer 64 zu liefern.
In diesem zweiten Umstand strömt das an Gas übersättigte Fluid leicht von der Zerstäuberkammer 62 durch das Kapillarrohr 246 und in die Mischkammer 64 aufgrund der Tatsache, daß der Druck innerhalb der Zerstäubungskammer 62 relativ hoch ist, beispielsweise ungefähr 600 psi, und der Druck innerhalb der Mischkammer 64 relativ niedrig ist, beispielsweise ungefähr 30 psi. Das Ende der Kapillarspitze 248 ist vorteilhafterweise unter einem Bluteinlaß 250 der Mischkammer 64 positioniert. Diese räumliche Anordnung stellt typischerweise sicher, daß das Blut, das durch das Entnahmerohr 34 und in den Bluteinlaß 250 strömt, sich wirksam mit dem an Sauerstoff übersättigten Fluid mischt, das in die Mischkammer 64 durch die Kapillarspitze 248 strömt. Schließlich wird durch die Kraft des Blutpumpen systems 24 das oxygenierte Blut aus der Mischkammer 64 durch einen Auslaß 252 in das Rückführrohr 50 gepumpt.
Typischerweise sind das Kapillarrohr 246 und die Kapillarspitze 248 relativ lang, um sicherzustellen, daß ein richtiger bzw. geeigneter Widerstand beibehalten wird, so daß der Sauerstoff innerhalb des an Sauerstoff übersättigten Fluids in der Lösung verbleibt, wenn es sich von der Zerstäubungskammer 62 in die Mischkammer 64 bewegt. Beispielsweise können das Kapillarrohr 246 und die Spitze 248 im Bereich von 50 Mikrometer bis 300 Mikrometer in der Länge und im Bereich von 3 Zoll bis 20 Zoll im Innendurchmesser sein. Um die kompakte Größe der Oxygenierungsvorrichtung 54 beizubehalten, ist deshalb das Kapillarrohr 246 um die Ausgangsdüse 252 der Mischkammer 64 geschlungen, wie dies in der detaillierten Zeichnung von 15 illustriert ist. Um das gewundene Kapillarrohr 246 vor einer Schädigung zu schützen, ist vorteilhafterweise ein Schutzschild 254 um das gewundene Kapillarrohr 246 ausgebildet, um ein Abteil 256 zu erzeugen.
Sowohl die Zerstäuberkammer 62 als auch die Mischkammer 64 enthalten Entlüftungsventile 258 bzw. 260. Die Entlüftungsventile 258 und 260, wie sie in der Detailzeichnung von 16 illustriert sind, sind Einwegventile, die erlauben, daß ein Gasdruck aus der Oxygenierungsvorrichtung 54 und in die Atmosphäre ab- bzw. ausgelassen wird. In dieser speziellen Ausführungsform beinhalten die Entlüftungsventile 258 und 260 einen Tauchkolben 262, der in einer geschlossenen Position gegen eine O-Ringdichtung 264 durch eine Feder 266 beaufschlagt ist. Die beaufschlagende Kraft ist leicht, so daß nur ein bis zwei psi innerhalb der jeweiligen Kammern 62 oder 64 ausreicht, um den Tauchkolben 262 weg von der Dichtung 264 zu bewegen, um die Kammer zu belüften. Deshalb halten, wie dies unten in größerem Detail diskutiert werden wird, Betätigungsvorrichtungen, welche Teil der Kartuschenumhüllung 26 sind und durch die System-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 55 gesteuert bzw. geregelt sind, normalerweise die Ventile 258 und 260 in der geschlossenen Position.
Bevor eine Diskussion des Rests des Systems 10 begonnen wird, sollten einige Punkte betreffend eine Oxygenierung bzw. Sauerstoffanreichung von Blut im allgemeinen, und die Verwendung der geoffenbarten Oxygenierungsvorrichtung 54 im besonderen, erwähnt werden. Zuerst sind verschiedene Methoden bzw. Verfahren eines Oxygenierens von Blut bekannt oder in Entwicklung. Obwohl eine Zerstäubungskammer einen bequemen Mechanismus zum Diffundieren relativ großer Mengen an Gas in ein Fluid in einer relativen kurzen Zeitperiode bereitstellt, ist es nicht der einzige Weg eines Auflösens von Gas innerhalb eines Fluids. Tatsächlich können andere Vorrichtungen, wie beispielsweise Membranoxygenatoren, Gaseinblasrohre bzw. -sprinkler, Rührwerke und Dünnfilm-Oxygenierungsvorrichtungen verwendet werden, um diese Funktion ebenso durchzuführen. Zweitens können, obwohl eine Kolbenpumpe auf ähnliche Weise ein kompaktes und effizientes Verfahren zum Druckbeaufschlagen von Fluid bereitstellt, bevor es an einen Oxygenator, wie beispielsweise den Zerstäuber gesandt wird, andere Typen von Pumpen oder Verfahren zur Druckbeaufschlagung bzw. -erzeugung ebenso verwendet werden. Drittens kann, obwohl eine Mischkammer eine kompakte Umgebung bereitstellt, in welcher das Mischen des an Gas übersättigten Fluids mit Blut geeignet überwacht und gesteuert bzw. geregelt werden kann, an Gas angereichertes Fluid mit Blut auf andere Weisen gemischt wer den. Beispielsweise kann das an Gas übersättigte Fluid mit Blut innerhalb der Mischzone eines Katheters oder einer anderen geeigneten Vorrichtung gemischt werden. Deshalb können, obwohl eine Kolbenpumpe, ein Zerstäuber und eine Mischkammer die Oxygenierungsvorrichtung 54 umfassen, die in der beispielhaften Ausführungsform des Systems 10 verwendet wird, aufgrund von bestimmten erkannten Vorteilen, andere Vorrichtungen, allgemein gesprochen, diese Funktionen durchführen.
Mit diesen Verallgemeinerungen im Sinn bietet die Oxygenierungsvorrichtung 54, die hierin geoffenbart ist, mehrere Vorteile, die sie insbesondere für einen Gebrauch innerhalb einer medizinischen Umgebung attraktiv machen. Zuerst ist die Oxygenierungsvorrichtung 54 vorteilhafterweise aus einem durchsichtigen Kunststoff, wie beispielsweise Polycarbonat, hergestellt, welches geformt werden kann, um eine Vorrichtung hoher Festigkeit und niedriger Kosten bereitzustellen. Zweitens ist die Oxygenierungsvorrichtung 54 relativ kompakt, wobei ein beispielhaftes Muster bzw. Probenstück ungefähr 12 cm in der Höhe, 10 cm in der Breite und 5,5 cm in der Tiefe mißt. Somit kann es innerhalb eines Systems 10 verwendet werden, das mühelos innerhalb eines Operationsraums oder Spezialverfahrenslabors unabhängig davon paßt, ob das System 10 fest oder mobil ist. Drittens kombiniert die Oxygenierungsvorrichtung 54 die Vorbereitung bzw. Herstellung des an Sauerstoff angereicherten Fluids zusammen mit dem Mischen des an Sauerstoff angereicherten Fluids mit dem Blut in eine einzige bzw. einheitliche Vorrichtung unter Verwendung von nur vier Verbindungen bzw. Anschlüssen: (1) Fluidzufuhr, (2) Sauerstoffzufuhr, (3) Blutzufuhr und (4) Blutrückführung. Die anderen Anschlüsse sind Teil der Oxygenierungsvorrichtung 54 selbst, und sie erfordern keinen zusätzlichen Anschluß von dem Benutzer. Viertens sind alle der Ventile, die verwendet werden, um die Oxygenierungsvorrichtung 54 zu betreiben, innerhalb ihrer einheitlichen bzw. Einheitsstruktur integriert. Somit sind die Ventile und ihre damit verbundenen Fluiddurchgänge gegen eine äußere Verunreinigung geschützt und ebenso sind Benutzer gegen jegliche Verunreinigung geschützt, die aus dem Gebrauch der verschiedenen Fluide entstehen können. Als eine Folge ist die Oxygenierungsvorrichtung 54 eine relativ verunreinigungsfreie Kartusche, die während eines chirurgischen Verfahrens an einem Patienten verwendet werden kann und dann entfernt und ersetzt werden kann, bevor ein chirurgisches Behandlungsverfahren am nächsten Patienten durchgeführt wird.
Kartuschenumhüllung
Bevor der Rest der elektrischen Komponenten und die Art und Weise, in welcher sie die verschiedenen mechanischen Komponenten des Systems 10 regeln bzw. steuern, diskutiert werden, wird die Art und Weise, in welcher bestimmte mechanische Komponenten mit der Oxygenierungsvorrichtung 54 zusammenwirken, nun diskutiert. Wie vorher erwähnt, wird die Oxygenierungsvorrichtung 54 innerhalb der Kartuschenumhüllung 26 plaziert. 17 illustriert eine Explosionsansicht der Kartuschenumhüllung 26 und 18 illustriert eine Vorderansicht der Kartuschenumhüllung 26. In dieser Ausführungsform beinhaltet die Kartuschenumhüllung 26 einen Kartuschenbehälter 302, der durch ein angelenktes bzw. Scharniertor 304 zugänglich ist. Wenn die Oxygenierungsvorrichtung 54 innerhalb des Kartuschenbehälters 302 plaziert ist bzw. wird, wird das Tor 304 geschlossen und aus verschiedenen Gründen verriegelt. Zuerst sind der Kar tuschenbehälter bzw. die Kartuschenaufnahme 302 und die Oxygenierungsvorrichtung 54 in einer komplementären Art bemessen und geformt, so daß die verschiedenen Oberflächen, Belüftungen, Ventile usw. in einer gewünschten Art und Weise positioniert sind. Wenn das Tor 304 geschlossen und eingerastet bzw. verriegelt ist, drückt eine Innenfläche 306 des Tors 304 vorteilhafterweise gegen eine Oberfläche 308 der Oxygenierungsvorrichtung 54, um sicherzustellen, daß das Positionieren der Oxygenierungsvorrichtung 54 genau ist. Zweitens wird das Tor 304 vorteilhafterweise verriegelt, um eine Entfernung der Oxygenierungsvorrichtung 54 während eines normalen Betriebs des Systems 10 zu verhindern. Demgemäß ist das Tor 304 mit einem Riegel 310 ausgestattet. Bezugnehmend auf 19–26 enthält der Torriegel 310 einen Griffabschnitt 312 und einen einrastenden bzw. verriegelnden Abschnitt 314.
Um das Tor 304 einzurasten bzw. zu verriegeln, ergreift ein Benutzer den Griffabschnitt 312, um den Riegel 310 um einen Schwenkstift bzw. -zapfen 316 im allgemeinen in der Richtung des Pfeils 318 zu schwenken. Da der Riegel 310 in der Richtung des Pfeils 318 schwenkt bzw. dreht, hakt der verriegelnde Abschnitt 314 um einen Riegelstift 320 an. Der Riegelstift bzw. Einrastzapfen 320 ist an einen beaufschlagenden Mechanismus 322 gekoppelt. Der beaufschlagende bzw. vorspannende Mechanismus 322 enthält in dieser Ausführungsform zwei Stifte 324 und 326, die sich durch Löcher in einer Wand 328 erstrecken. Eine jeweilige Feder 330 und 332 ist um jeden Stift 324 und 326 angeordnet, um den Riegelstift 320 zu der Wand 328 zu beaufschlagen. Da der einrastende bzw. verriegelnde Abschnitt 314 um den Riegelstift 320 anhakt, kann der Riegel 310 dazu neigen, die Vorspannung bzw. Vorbelastung der Federn 330 und 332 zu über winden, um den verriegelnden Mechanismus 322 geringfügig in der Richtung des Pfeils 334 zu bewegen. Jedoch neigt aufgrund der Vorspannung bzw. Vorbelastung des verriegelnden Mechanismus 322 er eher dazu, den Riegel 310 zu halten und somit das Tor 304 dicht am Platz zu halten.
Um den Riegel 310 am Platz zu halten und somit das Tor 304 zu verriegeln, ist ein verriegelnder bzw. Verriegelungsmechanismus 340 bereitgestellt. In dieser Ausführungsform enthält der verriegelnde Mechanismus 340 einen gleitbaren Stift 342, der in einem Abschnitt der Wand 328 angeordnet ist. Wenn sich der Riegel 310 in der Richtung des Pfeils 318 bewegt, kontaktiert er eventuell das vordere Ende des Stifts 342 und somit bewegt er sich in der Richtung des Pfeils 344. Der rückwärtige Abschnitt des Stifts 342 ist an einen Kolben 346 eines Solenoids 348 vom Ziehtyp gekoppelt. Der Kolben 346 ist nach außen durch eine Feder 350 beaufschlagt, so daß der Kolben 346 normalerweise in einer ausgestreckten bzw. ausgefahrenen Position ist.
Der Riegel 310 ist so konfiguriert, daß er seine verriegelte Position erreicht, die Feder 350 schiebt den Stift 342 in der Richtung des Pfeils 352, so daß sich der Stift 342 über einen Abschnitt 354 des Riegels 310 erstreckt. Wenn sich der Stift 342 in seiner verriegelten Position über dem Abschnitt 354 des Riegels 310 befindet, kann der einrastende bzw. verriegelnde Abschnitt 314 nicht vom einrastenden Mechanismus 322 entfernt werden. Stattdessen bleibt der Riegel 310 verriegelt, bis der Kolben 346 des Solenoids 348 zurückgezogen wird, um den Stift 342 aus dem Weg des Riegels 310 zu bewegen.
Es sollte auch erwähnt werden, daß der Riegel 310 einen Sensor 360 enthält, der ein elektrisches Signal bereitstellt, das hinweisend ist, ob der Riegel 310 in seiner verriegelten Position ist. In dieser Ausführungsform ist der Sensor 360 ein Hall-Effekt-Sensor. Der Riegel 310 enthält einen Magnet 362, der positioniert ist, um sich mit den Sensor 360 auszurichten, wenn der Riegel 310 in der verriegelten Position ist. Wenn der Magnet 362 mit dem Sensor 360 ausgerichtet ist, wird das elektromagnetische Signal nicht unterbrochen. Jedoch wird, bis der Magnet 362 die Ausrichtung erreicht, das elektromagnetische Signal vom Sensor 360 unterbrochen, womit angezeigt wird, daß der Riegel 310 noch nicht in seiner verriegelten Position ist.
Ventilbetätigung
Wie vorher erwähnt, stellen in der vorliegenden Ausführungsform die Größe und Form bzw. Gestalt der Oxygenierungsvorrichtung 54, die Kontur des Kartuschenbehälters 302, und das Schließen des Tors 304 sicher, daß die Oxygenierungsvorrichtung 54 in einer gewünschten Art und Weise innerhalb der Kartuschenumhüllung 26 positioniert wird. Ein korrektes Positionieren ist von Bedeutung aufgrund der Anordnung der Ventile und Entlüfter bzw. Belüftungen der Oxygenierungsvorrichtung 54 und der Art und Weise, in welcher sie geregelt bzw. gesteuert und betätigt werden. Wie früher erwähnt, werden die Ventile und Belüftungen der Oxygenierungsvorrichtung 54 unter Verwendung von Stiften in dieser Ausführungsform betätigt. Die Oberseite der Oxygenierungsvorrichtung 54 enthält Belüftungen 258 und 260 und der Boden der Oxygenierungsvorrichtung 54 enthält drei Ventile, 202, 204 und 206. In dieser Ausführungsform werden diese Belüftungen 258 und 260 und die Ventile 202, 204 und 206 elektromechanisch unter Verwendung von durch ein Solenoid betätigten Stiften betätigt.
Eine detaillierte Ansicht dieser Betätigungsvorrichtungen ist in 27–32 illustriert. Zuerst auf 27 bezugnehmend, ist eine Unteransicht der Kartuschenumhüllung 26 illustriert. Die Oxygenierungsvorrichtung 54 ist durch strichlierte Linien illustriert. Es sollte erwähnt werden, daß der Bodenabschnitt der Kartuschenumhüllung 26 vorteilhafterweise einen Schlitz 380 enthält, durch welchen das Blutrückführrohr 50 der Oxygenierungsvorrichtung 54 durchtreten kann. Sobald einmal die Oxygenierungsvorrichtung 54 an der Stelle innerhalb der Kartuschenumhüllung 26 ist, sollten das Füllventil 202, das Spülventil 204 und das Flußventil 206 in Ausrichtung mit jeweiligen Betätigungsstiften 382, 384 und 386 sein. Vorteilhafterweise ist jeder der Stifte 382, 384 und 386 am Ende verjüngt, um eine erhöhte Toleranz für einen Fluchtungsfehler bzw. eine Fehlausrichtung bereitzustellen. Jeder der Betätigungsstifte 382, 384 und 386 wird zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position durch ein jeweiliges Solenoid 388, 390 und 392 bewegt. Jedes der Solenoide 388, 390 und 392 ist an seinen jeweiligen Betätigungsstift 382, 384 und 386 über einen jeweiligen Hebel 394, 396 und 398 gekoppelt. Jeder der jeweiligen Hebel 394, 396 und 398 schwenkt an einem jeweiligen Stütz- bzw. Angelpunkt oder Schwenkstift 400; 402 und 404.
Die Art und Weise, in welcher die Stellglieder arbeiten, kann unter Bezugnahme auf 28 und 29 verstanden werden. Während diese Figuren nur das Stellglied für das Spülventil 204 illustrieren, sollte verstanden werden, daß die anderen Stellglieder das Füllventil 202 und das Flußventil 206 auf die gleiche Art und Weise betätigen. Wie vorher erwähnt, werden die Ventile 202, 204 und 206 normalerweise in einer geschlossenen Position gehalten. Demgemäß sind in dieser speziellen Ausführungsform die Solenoide 388, 390 und 392 Solenoide vom Zug- bzw. Ziehtyp. Wie in 28 illustriert, wird ein Kolben 406 des Solenoids 390 vom Ziehtyp in eine ausgefahrene bzw. erstreckte Position durch eine Feder 408 getrieben, die ein Ende des Hebels 396 im allgemeinen in der Richtung des Pfeils 410 beaufschlagt. Als eine Folge beaufschlagt die Feder 408 auch den Betätigungsstift 384 im allgemeinen in der Richtung des Pfeils 412, um das Spülventil 204 in seiner geschlossenen Position beizubehalten.
Um dem Spülventil 204 zu erlauben zu öffnen, wird das Solenoid 390, wie in 29 illustriert, betätigt. Die Betätigung des Solenoids 390 vom Ziehtyp bewegt den Kolben 406 im allgemeinen in der Richtung des Pfeils 414 in eine eingezogene Position. Die Kraft des Solenoids 390 überwindet die Vorspannung bzw. Vorbelastung der Feder 408 und bewegt den Betätigungsstift 384 im allgemeinen in der Richtung des Pfeils 416. Wenn der Betätigungsstift 384 in einer eingezogenen Position ist, kann das Spülventil 204 öffnen, indem es sich in der Richtung des Pfeils 416 bewegt.
Die Betätigung der Entlüftungsventile 258 und 260 findet auf eine ähnliche Art und Weise statt. Bezugnehmend nun auf 30 ist eine Draufsicht der Kartuschenumhüllung 26 illustriert. Der obere Abschnitt der Kartuschenumhüllung 26 beinhaltet auch einen Schlitz 420, durch welchen das IV Rohr 140 durchtreten kann. Sobald einmal die Oxygenierungsvorrichtung 54 richtig bzw. ordnungsgemäß innerhalb der Kartuschenumhüllung 26 positioniert ist, richten sich die Entlüftungsventile 258 und 260 jeweils mit den Betätigungsstiften 422 und 424 aus. Die Stifte 422 und 424 sind auch vorteilhafterweise an den Enden verjüngt, um eine Toleranz für eine Fehlausrichtung zu erhöhen. Jeder der Betätigungsstifte 422 und 424 wird durch ein jeweiliges Solenoid 426 und 428 betätigt. Jedes der Solenoide 426 und 428 ist an den jeweiligen Betätigungsstift 422 und 424 durch einen jeweiligen Hebel 430 und 432 gekoppelt. Jeder der Hebel 430 und 432 schwenkt um einen Angelpunkt oder Schwenkstift 434 bzw. 436.
Wie unter Bezugnahme auf 31 und 32 beschrieben, ist die Betätigung der Stellglieder für die Ventile 258 und 260 ähnlich der Betätigung der Stellglieder für die Ventile 202, 204 und 206. Obwohl 31 und 32 nur das Stellglied für das Entlüftungsventil 260 illustrieren, sollte verstanden werden, daß das Stellglied für das Entlüftungsventil 258 auf eine ähnliche Art und Weise arbeitet. Bezugnehmend zuerst auf 31 ist das Solenoid 428 in dieser Ausführungsform ein Solenoid vom Ziehtyp. Eine Feder 440 beaufschlagt im allgemeinen den Hebelarm 432 in der Richtung des Pfeils 442, um einen Kolben 444 des Solenoids 428 in eine ausgefahrene Position zu bewegen. Demgemäß bewegt aufgrund der Wirkung des Hebels 432 um den Schwenkstift bzw. -zapfen 436 die Feder 440 den Betätigungsstift 424 in eine erstreckte Position. In der erstreckten Position übt der Betätigungsstift 424 Druck auf das Entlüftungsventil 260 (nicht gezeigt) aus, um das Entlüftungsventil 260 in einer geschlossenen Position beizubehalten.
Um die Entlüftungsventile 258 und 260 zu öffnen, werden die Solenoide 426 und 428 betätigt. Wie in 32 illustriert, bewegt sich, wenn das Solenoid 428 vom Ziehtyp betätigt wird, der Kolben 444 in eine eingezogene Position im allgemeinen in der Richtung des Pfeils 446. Die Kraft des Solenoids 428 überwindet die Vorspannungs- bzw. Vorbelastungskraft der Feder 440 und somit bewegt der Hebel 432 den Betätigungsstift 424 im allgemeinen in der Richtung des Pfeils 448 in eine eingezogene Position. Wenn der Betätigungsstift 424 in der zurück- bzw. eingezogenen Position ist, kann sich das Entlüftungsventil 260 nach oben bewegen, um zu öffnen und Gas innerhalb der Mischkammer 64 zu entlüften bzw. abzuziehen.
Kartuschensensoren
Nochmals auf 18 bezugnehmend, zeigt eine Untersuchung des Kartuschenbehälters 302, daß eine Anzahl von Sensoren verwendet wird, um das System 10 im allgemeinen und die Oxygenierungsvorrichtung 54 im besonderen zu überwachen und/oder zu regeln bzw. zu steuern. Aufgrund der Natur der Information, die zu gewinnen ist, und der Typen bzw. Arten von Sensoren, die verwendet werden, um diese Information zu gewinnen, beinhalten die Oxygenierungsvorrichtung 54 und die Sensoren bestimmte Merkmale, die das Gewinnen bzw. Sammeln einer derartigen Information in einer genaueren und robusteren Art und Weise erleichtern. Es sollte jedoch erkannt werden, daß andere Typen von Sensoren und/oder Merkmale verwendet werden können, um auf ähnliche Weise relevante Information für einen Gebrauch beim Überwachen und/oder Regeln bzw. Steuern des Systems 10 und der Oxygenierungsvorrichtung 54 zu gewinnen.
Wie aus einer detaillierten Diskussion der elektronischen Regel- bzw. Steuereinrichtungen des Systems 10 erkannt werden wird, ist es wünschenswert, Fluidniveaus innerhalb der Zerstäubungskammer 62 und der Mischkammer 64 zu überwachen und zu regeln bzw. zu steuern. Demgemäß ist ein AO Niveausensor 480 vorgesehen, um das Niveau von wäßrigem Sauerstoff innerhalb der Zerstäuberkammer 62 zu überwachen, und ein Hochniveau-Sensor 482 und ein Niedrigniveau-Sensor 484 sind vorgesehen, um das Niveau des an Sauerstoff angereicherten Bluts innerhalb der Mischkammer 64 zu überwachen. Wie oben erwähnt, wurden, weil die Oxygenierungsvorrichtung 54 als eine auswechselbare Kartusche in dieser beispielhaften Ausführungsform konfiguriert ist, die Sensoren innerhalb der Kartuschenumhüllung 26 statt innerhalb der Oxygenierungsvorrichtung 54 plaziert. Somit kontaktieren die Niveausensoren 480, 482 und 484 nicht tatsächlich das Fluid innerhalb der Kammern 62 und 64. Wären die Sensoren 480, 482 und 484 vorgesehen, um die Flüssigkeit zu kontaktieren, könnten sie verunreinigt werden und somit würden die Sensoren typischerweise jedesmal ersetzt werden, wenn das System 10 für einen anderen Patienten verwendet wurde. Da dies wahrscheinlich die Kosten von Ersatzgegenständen erhöhen würde, und möglicherweise die Sterilität des Systems beeinflussen würde, ist es sowohl von einem Standpunkt des Benutzers als auch einem Standpunkt des Patienten wünschenswert, daß die Sensoren die Flüssigkeit innerhalb der Oxygenierungsvorrichtung 54 nicht kontaktieren.
In dieser Ausführungsform sind die Sensoren 480, 482 und 484 Ultraschallsensoren. Da sich Ultraschallwellen effizienter durch Feststoffe und Flüssigkeiten bewegen als durch Luft, ist es wünschenswert, daß die Sensoren 480, 482 und 484 und/oder die Oxygenierungsvorrichtung 54 in einer Art und Weise konfiguriert ist bzw. sind, welche die effiziente bzw. wirksame Übertragung und den Empfang von Ultra schallwellen fördert. In dieser Ausführungsform enthalten sowohl die Sensoren 480, 482 und 484 als auch die Oxygenierungsvorrichtung 54 Merkmale, welche sich in dieser Hinsicht als vorteilhaft erweisen.
19 und 33 sind Querschnittsansichten der Kartuschenumhüllung 26, die den Hochniveau-Sensor 482 bzw. den AO Niveau-Sensor 480 illustrieren. Obwohl der Niedrigniveau-Sensor 484 nicht im Querschnitt illustriert ist, sollte verstanden werden, daß seine Konstruktion ähnlich zu oder identisch mit der Konstruktion der Sensoren 480 und 482 ist. Außerdem sind bzw. werden detaillierte Ansichten der Sensoren 482 und 480 in 34 bzw. 35 illustriert, nochmals mit dem Verständnis, daß die Sensoren 480, 482 und 484 im wesentlichen identisch hinsichtlich der in diesen Figuren gezeigten Details sind.
Um sicherzustellen, daß ein physischer Kontakt zwischen der Oxygenierungsvorrichtung 54 und den Sensoren 480, 482 und 484 beibehalten wird, sind die Sensoren vorteilhafterweise in Kontakt mit der Oxygenierungsvorrichtung 54 beaufschlagt. Die Sensoren 480, 482 und 484 verwenden tatsächlich eine Federbeaufschlagungstechnik, obwohl verschiedene andere Typen von vorspannenden bzw. Beaufschlagungstechniken verwendet werden können, um ähnliche Ergebnisse zu erzielen. In diesem Beispiel ist ein Ultraschalltransducer- bzw. -wandlerelement 490 innerhalb eines Kanals 492 angeordnet, der innerhalb eines Sensorkörpers 494 ausgebildet ist. Der Sensorkörper 494 kann in irgendeiner geeigneten Form ausgebildet sein, aber ist in dieser Ausführungsform als zylindrisch illustriert. Der Sensorkörper 494 ist gleitbar innerhalb einer Hülse 496 angeordnet. Die Hülse 496 ist fest in einer Wand 498 der Kartuschenumhüllung 26 angeordnet. Beispielsweise kann die Hülse 496 die Schraubenaußengewinde 500 aufweisen, so daß die Hülse 496 in eine Gewindebohrung in der Wand 498 geschraubt werden kann. Um eine gleitbare Bewegung des Sensorkörpers 494 innerhalb der Hülse 496 zu erleichtern, kann eine Buchse 502 innerhalb der Hülse 496 vorgesehen sein. In diesem Beispiel enthält der Sensorkörper 494 einen ringförmigen Flansch 504, der gegen ein Ende der Buchse 502 anliegt bzw. anstößt, um eine Auswärtsbewegung des Sensorkörpers 494 zu begrenzen. Eine Feder 506 ist im rückwärtigen Abschnitt der Hülse 496 angeordnet. Die Feder 506 stößt bzw. liegt gegen die gegenüberliegende Seite des ringförmigen Flanschs 504 an, um den Sensorkörper 494 im allgemeinen in der Richtung des Pfeils 508 zu beaufschlagen. Die Buchse 502 kann festgelegt sein an der Hülse 496 oder ein integrales Teil davon sein, oder kann durch eine externe Dichtung oder Kappe 510 am Platz gehalten werden.
Obwohl die federbelastete Konstruktion der Sensoren 480, 482 und 484 dazu neigt, die Sensoren in Kontakt mit der Oxygenierungsvorrichtung 54 zu beaufschlagen, um die wirksame Übertragung von Ultraschallenergie zu erleichtern, ist die Natur des Kontakts zwischen dem Ende des Sensors und der Oxygenierungsvorrichtung 54 auch wichtig für eine wirksame Ultraschallwellenübertragung. Deshalb enthalten, um diesen Kontaktbereich zu verbessern, die Sensoren 480, 482 und 484 ein rückstellfähiges Glied 512, wie beispielsweise eine Gummikappe. Das rückstellfähige Glied 512 ist fähig, sich geringfügig zu deformieren, wenn es die Oxygenierungsvorrichtung 54 kontaktiert, um sicherzustellen, daß ein guter Kontakt hergestellt wird. Um den Kontaktbereich weiter zu steigern, enthält die Oxygenierungsvorrichtung 54 vorteilhafterweise flache Kontaktabschnitte 514 bzw. 516, so daß die Kontur der Oxygenierungsvorrichtung 54 mit der Kontur des rückstellfähigen Glieds 512 zusammenpaßt bzw. übereinstimmt. Außerdem kann, um den Ultraschallkontakt noch weiter zu steigern, ein geeignetes Gel zwischen der Oxygenierungsvorrichtung 54 und den Sensoren 480, 482 und 484 verwendet werden.
Die Kartuschenumhüllung 26 enthält vorteilhafterweise ebenso andere Sensoren. Beispielsweise kann es für das System 10 wünschenswert sein, fähig zu sein zu bestimmen, ob die Oxygenierungsvorrichtung 54 innerhalb der Kartuschenumhüllung 26 eingesetzt worden ist. Um diese Information bereitzustellen, kann ein Kartuschenanwesenheitssensor 520 innerhalb der Kartuschenumhüllung 26 angeordnet sein. In diesem Beispiel kann der Kartuschenanwesenheitssensor 520, wie in 19 illustriert, ein reflektierender Infrarotsensor sein, der innerhalb einer Öffnung 522 in der Wand 498 der Kartuschenumhüllung 26 positioniert ist. Im Gegensatz zu den vorher diskutierten Ultraschallsensoren wird die Effizienz bzw. Wirksamkeit eines reflektierenden Infrarotsensors nicht durch einen physischen Kontakt verbessert. Tatsächlich bezieht sich die Effizienz bzw. Wirksamkeit eines reflektierenden Infrarotsensors mehr auf die Natur der Oberfläche, die die Infrarotenergie zurück zum Sensor reflektiert. Mit anderen Worten kann, wenn die Oberfläche unregelmäßig ist, die Infrarotenergie, die vom Infrarotsensor übertragen wird, sich zerstreuen, so daß wenig oder keine Infrarotenergie zurück zum Sensor reflektiert wird. Andererseits neigt bzw. tendiert er, wenn die Oberfläche glatt im allgemeinen senkrecht zum Sensor, und/oder reflektierend ist, dazu, die Menge an Infrarotenergie zu maximieren, die zurück zum Sensor reflektiert wird. Demgemäß ist der Abschnitt der Oxygenierungsvorrichtung 54, der be nachbart zum Kartuschenanwesenheitssensor 520 positioniert ist, vorteilhafterweise konfiguriert, um eine Reflexion von Infrarotenergie zurück zum Kartuschenanwesenheitssensor 520 zu fördern. In diesem Beispiel enthält die Oxygenierungsvorrichtung 54 vorteilhafterweise einen flachen Abschnitt 524, um sicherzustellen, daß der Kartuschenanwesenheitssensor 520 ein relativ starkes reflektierendes Signal empfängt, so daß er richtig anzeigen kann, ob die Oxygenierungsvorrichtung 54 vorhanden ist.
Es kann auch wünschenswert sein, die Temperatur des wäßrigen Sauerstoffs zu überwachen, der innerhalb der Zerstäubungskammer 62 ausgebildet wird. Die Temperatur des wäßrigen Sauerstoffs ist ein nützlicher Parameter, weil das Oxygenierungsniveau des wäßrigen Sauerstoffs, und letztlich das Oxygenierungsniveau des an Sauerstoff angereicherten Bluts mit der Temperatur variieren können. Wenn es wünschenswert ist, eine Temperaturmessung in Betracht zu ziehen, um das Funktionieren der Oxygenierungsvorrichtung 54 und des Systems 10 zu überwachen und zu steuern, kann die Temperatur in einer Vielfalt von verschiedenen Gebieten erfaßt werden. Beispielsweise kann ein einfacher Raumtemperatursensor irgendwo innerhalb des Systems 10 eingebaut sein, wobei die Annahme verwendet wird, daß die physiologische Lösung, die zu oxygenieren ist, typischerweise bei Raumtemperatur sein wird. Alternativ kann die Temperatur der Oxygenierungsvorrichtung 54 überwacht werden, unter Verwendung der Annahme, daß der wäßrige Sauerstoff innerhalb der Oxygenierungsvorrichtung 54 bei der gleichen Temperatur sein wird.
Um das größte Niveau an Regelung bzw. Steuerung bereitzustellen, kann es jedoch wünschenswert sein, die Temperatur des wäßrigen Sauerstoffs innerhalb der Zerstäuberkammer 62 zu messen. Obwohl ein Thermoelement in der Zerstäuberkammer 62 der Oxygenierungsvorrichtung 54 mit geeigneten elektrischen Kontakten angeordnet sein könnte, die sich aus der Oxygenierungsvorrichtung 54 erstrecken, würde die Verwendung eines Sensors innerhalb einer wegwerfbaren Vorrichtung nur die Kosten der Vorrichtung erhöhen. Demgemäß kann es wünschenswert sein, einen Sensor zu verwenden, der extern zur Zerstäuberkammer 62 ist und dennoch fähig ist, die Temperatur des wäßrigen Sauerstoffs innerhalb der Zerstäuberkammer 62 zu überwachen. Um diese Funktion in diesem Beispiel zu erzielen, ist ein externer Temperatursensor 540 innerhalb einer Öffnung 542 in der Wand 498 der Kartuschenumhüllung 26 gekoppelt, wie dies in 33 illustriert ist. Der Temperatursensor 540 kann beispielsweise ein pyroelektrischer Sensor oder ein piezoelektrischer Sensor sein. Änderungen in der Temperatur der AO Lösung innerhalb der Zerstäuberkammer 62 werden die Frequenzen derartiger Signale ändern und somit die tatsächliche Temperatur der AO Lösung anzeigen.
Gaskopplung
Die Kartuschenumhüllung 26 enthält auch ein anderes interessierendes Merkmal hinsichtlich der Art und Weise, in welcher sie mit der Oxygenierungsvorrichtung 54 zusammenwirkt. Wie vorher diskutiert, enthält die Oxygenierungsvorrichtung 54 einen Sauerstoffeinlaß 210, der nahe der Oberseite der Zerstäuberkammer 62 angeordnet ist. Wie auch früher erwähnt, ist eine Zufuhr von Sauerstoff 60, die auf ungefähr 600 psi reguliert ist, an den Sauerstoffeinlaß 210 gekoppelt. Somit kann es wünschenswert sein, einen Anschluß bzw. eine Verbindung an den Einlaß 210 bereitzustellen, der effektiv einen derartigen Druck handhabt und keinen Benutzereingriff erfordert.
Bezugnehmend auf 36 wird die Sauerstoffzufuhr 60 typischerweise durch ein Flußventil 600 ermöglicht. Das Flußventil 600 liefert Sauerstoff durch einen Druckwandler 602 und ein Rückschlagventil 604. Der Sauerstoff schreitet dann durch ein T-Stück 606 fort und in eine Leitung 608. Die Leitung 608 ist an einen Tauchkolben 610 gekoppelt, der in der Querschnittsansicht von 37 illustriert ist. Der Tauchkolben 610 enthält eine Öffnung 612, die seitlich von der Leitung 608 und dann nach unten in den Kartuschenhohlraum 302 läuft. Der Tauchkolben 610 ist gleitbar innerhalb einer Buchse oder Hülse 614 angeordnet. Wie am besten in den detaillierten Ansichten von 38 und 39 illustriert, enthält die Hülse 614 einen vertieften bzw. ausgesparten Bereich 616, in welchem eine Feder 618 angeordnet ist. Die Feder neigt dazu, den Tauchkolben 610 nach oben zu beaufschlagen, so daß der koppelnde bzw. Kopplungsabschnitt 620 des Tauchkolbens 610, der konfiguriert ist, gegen den Sauerstoffeinlaß 210 der Oxygenierungsvorrichtung 54 abzudichten, geringfügig ausgespart bzw. vertieft ist.
Die Oberseite des Tauchkolbens 610 enthält einen abgeschrägten oder genockten Abschnitt 622, der in einer komplementären Beziehung mit einem abgeschrägten oder genockten Abschnitt 624 einer Stange 626 anstößt. Die Stange 626 ist gleitbar innerhalb einer Öffnung 628 in der Kartuschenumhüllung 26 angeordnet. Die Stange 626 ist in der Richtung des Pfeils 630 in einer erstreckten Position durch eine Feder 632 beaufschlagt. Wie am besten in 39 illustriert, wird, wenn ein Benutzer das Tor 304 schließt, die Stange 626 in der Richtung des Pfeils 634 gegen die Vor spannung bzw. Vorbelastung der Feder 632 bewegt. Wenn sich die Stange 626 zurück gegen die Feder 632 bewegt, gleiten die mit Nocken versehenen bzw. genockten Oberflächen 622 und 624 gegeneinander, was den Tauchkolben 610 nach unten in der Richtung des Pfeils 636 zwingt, um den Kopplungsabschnitt 620 gegen den Sauerstoffeinlaß 210 abzudichten. Die Stange 624 ist vorteilhafterweise mit einer Einstellschraube 638 versehen. Die Einstellschraube 638 kann so eingestellt werden, daß der Anschlag- bzw. Widerlagerabschnitt 640 der Stange 626 in einer geeigneten Position ist, um sicherzustellen, daß der Kopplungsabschnitt 620 des Tauchkolbens 610 fest gegen den Sauerstoffeinlaß 210 abdichtet, wenn das Tor 304 geschlossen und verriegelt wird.
Kolbenantriebsmechanismus
Zu diesem Punkt in der Diskussion wurden alle der verschiedenen Schnittstellen zwischen dem Kartuschenbehälter 302 und der Oxygenierungsvorrichtung 54 mit der Ausnahme einer diskutiert. Wie vorher erwähnt, enthält die Oxygenierungsvorrichtung 54 eine Kolbenanordnung 160, die konfiguriert ist, um eine physiologische Lösung in die Kammer 58 zu ziehen und sie unter Druck zur Zerstäubungskammer 62 zu liefern bzw. abzugeben. Wie in 8 illustriert, enthält der Tauchkolben 164 einen Keil 176 an einem Ende. Wie während dieser Diskussion erwähnt, ist der Keil 176 konfiguriert, um innerhalb eines Keilschlitzes einer Vorrichtung zu passen, die die Kolbenanordnung 160 zwischen ihrer ausgefahrenen und eingezogenen Position bewegt.
Obwohl eine Vielfalt von verschiedenen Mechanismen verwendet werden kann, um diese Funktion zu erzielen, ist der Antriebsmechanismus, der in der vorliegenden Ausführungs form verwendet wird, in 40 illustriert und allgemein durch ein Bezugszeichen 700 bezeichnet. Generell gesprochen, enthält der Antriebsmechanismus 700 einen Kugelumlaufspindelmechanismus 702, der durch einen Motor 704 angetrieben und geregelt bzw. gesteuert wird. In dieser Ausführungsform ist der Motor 704 ein Schrittmotor, dessen Position durch eine optische Codiereinrichtung 706 überwacht wird. Obwohl der Motor 704 direkt an den Kugelumlaufspindelmechanismus 702 gekoppelt sein kann, wird ein Getriebe 708 verwendet, um die Kraft vom Motor 704 auf den Kugelumlaufspindelmechanismus 702 in dieser Ausführungsform zu übertragen. Spezifisch ist eine Abtriebs- bzw. Ausgangswelle 710 des Motors 704 an ein Zahnrad bzw. Ritzel 712 gekoppelt. Das Zahnrad 712 kämmt mit einem Zahnrad 714, das operativ gekoppelt ist, um eine Schraube 716 zu drehen. In dieser Ausführungsform weisen die Zahnräder 712 und 714 ein Antriebsverhältnis von eins zu eins auf. Jedoch kann jedes geeignete Antriebsverhältnis verwendet werden.
Da bzw. wenn der Motor 704 die Schraube 716 dreht, reitet eine "Antriebs"-Anordnung 718 die Schraube 716 im allgemeinen in der Richtung des Pfeils 720 abhängig von der Richtung der Drehung der Schraube 716 nach oben oder unten. Eine Ramme 722 ist gleitbar um die Schraube 716 an der Oberseite der Antriebsanordnung 718 angeordnet. Die Ramme 722 beinhaltet einen Keilweg 724, der konfiguriert ist, um den Keil 176 der Kolbenanordnung 160 aufzunehmen. Daher bewegt, wenn sich die Ramme 722 nach oben und unten mit der Antriebsanordnung 718 in Antwort auf eine Drehung der Schraube 716 bewegt, die Kolbenanordnung 160 zurück und vorwärts innerhalb der Kammer 58.
Die Antriebsanordnung 718 enthält vorteilhafterweise eine Meßdose 726, die beladen bzw. belastet wird, wenn sich die Ramme 722 ausdehnt, um die Kolbenanordnung 160 in die Kammer 58 anzutreiben. Die Kraft, die auf die Meßdose 726 ausgeübt wird, steht in Beziehung zum Fluiddruck innerhalb der Kammer 58, wenn die Kolbenanordnung 160 Fluid aus dem Durchgang 190 antreibt. Demgemäß kann die Ablesung von der Meßdose 726 verwendet werden, um die Geschwindigkeit und Position der Ramme 722 zu regeln bzw. zu steuern, um sicherzustellen, daß Fluid zu der Zerstäubungskammer 62 bei dem gewünschten Druck geliefert bzw. abgegeben wird.
Die Komponenten der Schrittmotoranordnung 700 sind klarer in der Explosionsansicht von 41A und 41B illustriert. Zusätzlich zu den vorher diskutierten Komponenten kann gesehen werden, daß die Zahnräder 712 und 714 auf jeweiligen Lagern 730 und 732 reiten. Der Motor 704 ist an einer Seite eines Trägers bzw. einer Klammer 734 montiert, während eine Hülle 736, die die Antriebsanordnung 718 umgibt, auf der anderen Seite des Trägers 734 montiert ist. Es kann darüber hinaus gesehen werden, daß die Schraube 716 innerhalb einer Kupplung 738 montiert ist, die auf einem verjüngten Druck- bzw. Gegenlager 740 reitet. Das Gegenlager 740 ist nützlich, um die Kraft eines Stoßens der Ramme 722 nach oben aufzunehmen, um die Kolbenanordnung 160 in die Kammer 58 anzutreiben.
Die Antriebsanordnung 718 enthält eine Mutter 742, die über ein Gewinde an eine Meßdosenhalterung 744 gekoppelt ist. Indem zusätzlich auf die Querschnittsansicht von 42 und 43 Bezug genommen wird, enthält die Meßdosenhalterung 744 einen Schlitz 746, der ein geschlossenes Ende aufweist. Wenn die Meßdosenhalterung 744 innerhalb der Hülle 736 pla ziert wird, ist bzw. wird der Schlitz 746 mit einem Einstellstift 748 ausgerichtet. Der Einstellstift bzw. -zapfen 748 ist innerhalb des Schlitzes 746 angeordnet, um die Antriebsanordnung 718 davon abzuhalten, um an den Boden zu gelangen, wenn sie sich nach unten in Antwort auf eine Drehung der Schraube 716 bewegt. Stattdessen stoppt die Antriebsanordnung 718, wenn das Ende des Schlitzes 746 auf den Einstellstift 748 trifft.
Es sollte erkannt werden, daß die Antriebsanordnung 718 sich axial, nicht rotierend in Antwort auf eine Drehung der Schraube 716 bewegen sollte. Um eine derartige Bewegung zu vollbringen, ist eine Führung 737 an der Innenwand der Abdeckung bzw. Hülle 736 angeordnet. Die Führung 737 wirkt mit einem Schlitz 747 in der Meßdosenhalterung 744 zusammen, um eine Rotation der Antriebsanordnung 718 zu verhindern, wenn sie sich nach oben und nach unten entlang der Schraube 716 bewegt. Eher bewegt sie sich, weil die Antriebsanordnung 718 am Drehen gehindert wird, axial in bezug auf die Schraube 716.
Das untere Ende der Ramme 722 enthält einen Flansch 750. Der Flansch 750 trifft auf den oberen Abschnitt der Meßdosenabdeckung 752 und ein Verriegelungsring 754 ist bzw. wird an den Boden der Ramme 722 gekoppelt, um die Meßdose 726 und die Meßdosenabdeckung 752 an der Ramme 722 zu fixieren. Die Meßdosenabdeckung 752 wird weiterhin an der Meßdosenhalterung 744 durch eine Schraube 756 gekoppelt. Schließlich wird das obere Ende der Ramme 722 durch ein Lager 758 angeordnet und eine Abdeckplatte 760 wird auf das Oberteil bzw. die Oberseite der Hülle 736 geschraubt.
Die Schrittmotoranordnung 700 enthält darüber hinaus eine Sensoranordnung 800, wie dies in 44–48 illustriert ist. Die Sensoranordnung 800 stellt zwei Signale an die System-Regel- bzw. -Steuereinrichtung bzw. dem Systemcontroller 55 zur Verfügung. Das erste Signal wird generiert bzw. erzeugt, wenn die Antriebsanordnung 718, und somit die Kolbenanordnung 160 ihre maximale Bewegung, d.h., ihre maximale Erstreckung erreicht hat. Das zweite Signal wird bereitgestellt, wenn die Antriebsanordnung 718, und somit die Kolbenanordnung 160 ihre Heim- bzw. Ausgangsstellung, d.h., die maximale Einziehung erreicht. Das maximale Bewegungssignal ist nützlich, um sicherzustellen, daß die Kappe 166 der Kolbenanordnung 160 nicht gegen das Ende der Kammer 58 aufsitzt. Das Ausgangspositionssignal ist nützlich bzw. verwendbar, um die optische Codiereinrichtung 706 rückzusetzen, so daß sie ein Überwachen des Motors 704 von einer bekannten Position der Antriebsanordnung 718 starten kann.
Wie in 44 und 46 illustriert, enthält die Sensoranordnung 800 einen Maximalbewegungssensor 802 und einen Ausgangspositionssensor 804. In dieser Ausführungsform sind die Sensoren 802 und 804 optische Sensoren. Somit enthält, wie am besten in 48 illustriert, jeder der Sensoren 802 und 804 einen optischen Transmitter bzw. Sender 806 und einen optischen Empfänger 808. Solange der Weg zwischen dem optischen Transmitter 806 und dem optischen Empfänger 808 klar bleibt, empfängt der optische Empfänger 808 das optische Signal, das vom optischen Transmitter 806 übertragen wird. Jedoch empfängt, wenn ein Hindernis zwischen den optischen Transmitter 806 und den optischen Empfänger 808 gelangt, der optische Empfänger 808 nicht das optische Signal, das vom optischen Transmitter 806 gesandt wurde. Somit wird sich die Ausgabe des optischen Sensors 802 oder 804 in diesem Umstand ändern, um anzuzeigen, daß ein Hindernis vorhanden ist.
In der vorliegenden Ausführungsform der Sensoranordnung 800 ist ein Fortsatz oder Flag 810 an die Meßdosenhalterung 744 gekoppelt, wie dies am besten in 47 illustriert ist. In dieser Ausführungsform werden Schrauben 812 und 814 verwendet, um das Flag 810 an die Meßdosenhalterung 744 zu koppeln, obwohl jede geeignete Montage- bzw. Halterungsanordnung verwendet werden kann. 46 und 47 illustrieren die Antriebsanordnung 718 in der Ausgangsposition. Demgemäß ist das Flag 810 zwischen dem optischen Transmitter 806 und dem optischen Empfänger 808 des Ausgangspositionssensors 804 positioniert.
Allgemeiner Systembetrieb
Nun kann, da die verschiedenen mechanischen Komponenten des Systems 10 diskutiert worden sind, die Art und Weise, in welcher das System 10 unter der Regelung bzw. Steuerung von verschiedenen elektrischen Komponenten arbeitet, diskutiert werden. Sich nun 49 zuwendend, stellt ein Zustandsdiagramm 900 die Basisarbeitsweise bzw. -tätigkeit dieser Ausführungsform des Systems 10 dar.
Wenn das System 10 angetrieben wird oder rückgesetzt bzw. rückgestellt ist bzw. wird, tritt es in einen Initialisierungsmodus 902 ein. Im Initialisierungsmodus stellt die System-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 55 verschiedene Systemparameter ein und führt verschiedene diagnostische Überprüfungen durch. Beispielsweise kann, wenn das System 10 unrichtig abgeschaltet bzw. heruntergefahren wurde, wenn es das letzte Mal ausgeschaltet wurde, ein Fehlercode be reitgestellt werden. Außerdem wird, wenn das System 10 ein Überwachungszeitgeberversagen erfährt, welches typischerweise bedeutet, daß sein Prozessor verloren gegangen ist oder nicht richtig funktioniert, das System in einen Überwachungsversagensmodus 904 eintreten.
Im Initialisierungsmodus 902 liest die System-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 55 auch das Kartuschenanwesenheitssignal, das durch den Sensor 520 geliefert wird. Wie in 50 illustriert, wird das Kartuschenanwesenheitssignal durch ein IO Register-Subsystem 906 vor einem Be- bzw. Verarbeiten durch die CPU 908 be- bzw. verarbeitet. Wenn eine Oxygenierungsvorrichtung 54 innerhalb der Kartuschenumhüllung 26 vorhanden ist, schaltet das System vom Initialisierungsmodus 902 in einen Entlademodus 910. Im Entlademodus 910 wird die Oxygenierungsvorrichtung 54 druckentlastet und das Tor wird entriegelt, um eine Entfernung der Oxygenierungsvorrichtung 54 zu erlauben. Eine Entfernung einer gebrauchten Oxygenierungsvorrichtung 54 ist wünschenswert, um sicherzustellen, daß die gleiche Oxygenierungsvorrichtung 54 nicht für mehrere Patienten verwendet wird. Um die Oxygenierungsvorrichtung 54 druckzuentlasten, liefert die System-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 55 ein O₂ Entlüftungssignal 912 an das Solenoid 426, das mit der Zerstäuberkammer 62 verbunden bzw. assoziiert ist und ein Blutmischkammer-Entlüftungssignal 914 an das Solenoid 428, das mit der Mischkammer 64 verbunden ist. Wie vorher diskutiert, antworten die Solenoide 426 und 428, indem die jeweiligen Stifte 422 und 424 zurückzogen werden, um den Entlüftungsventilen 258 und 260 zu ermöglichen zu öffnen. Wenn einmal die Oxygenierungsvorrichtung 54 drucklos gemacht worden ist, schaltet die System-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 55 ein Türverriegelungssignal 916 aus, was das Sole noid 348 veranlaßt, sich zurückzuziehen und den Verriegelungsstift 342 von der Torverriegelung 310 zu entfernen.
Wenn der Benutzer nicht die Oxygenierungsvorrichtung 54 innerhalb von 30 Sekunden entlädt, tritt eine Zeitsperre bzw. ein Timeout auf, und das System 10 schaltet in einen Wartezustand 920, der als Wartemodus 3 bezeichnet wird. Im Zustand 920 des Wartemodus 3 wird ein Entladebefehl fortfahren geliefert zu werden, so daß das System 10 zwischen dem Entlademodus 910 und dem Zustand 920 des Wartemodus 3 schaltet, bis der Benutzer die Entladetätigkeit bzw. den Entladevorgang abgeschlossen hat. Dann schaltet, wenn die Oxygenierungsvorrichtung 54 nicht anwesend bzw. vorhanden ist, das System vom Zustand 920 des Wartemodus 3 zurück in den Initialisierungsmodus 902 um.
Sobald die Initialisierung vollständig ist, schaltet das System 10 in einen Zustand 922 eines Wartemodus 1. Im Zustand 922 des Wartemodus 1 überwacht die System-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 55 einen RS232 seriellen Kommunikationsanschluß bzw. -port 924, um einen Lade- bzw. Beladebefehl vom Host/Benutzer-Interface 66 zu erwarten. Bei bzw. nach einem Empfang des Ladebefehls schaltet das System 10 in einen Belademodus 926. Der Belademodus 926 erlaubt einem Benutzer, eine neue Oxygenierungsvorrichtung 54 zu installieren und das System für ein Anlassen bzw. Priming vorzubereiten. Im Belademodus 926 sind bzw. werden alle Ventilbetätigungsstifte bzw. -zapfen 382, 384, 386, 422 und 424 als auch der Türverriegelungsstift 342 zurückgezogen. Ein Zurückziehen der Ventilbetätigungsstifte ist erwünscht, weil die ausgefahrenen Betätigungsstifte die Oxygenierungsvorrichtung 54 daran hindern können, richtig innerhalb der Kartuschenumhüllung 26 installiert zu werden. Um die je weiligen Ventilbetätigungsstifte 382, 384, 386, 422 und 424 als auch den Türverriegelungsstift 342 zurückzuziehen, liefert die System-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 55 ein Füllsignal 930, ein Spülsignal 932, ein AO Flußsignal 934, ein O₂ Be- bzw. Entlüftungssignal 912, ein Blutmischkammer-Entlüftungssignal 914 und ein Verriegelungssignal 916 an die Solenoide 388, 390, 392, 426, 428 bzw. 348.
Wie der vorher beschriebene Entlademodus 910 enthält der Belademodus 926 auch einen Zeitmesser bzw. -geber, wie beispielsweise eine 30 Sekunden-Zeitsperre, welche das System 10 veranlaßt, vom Belademodus 926 zurück zum Zustand 922 des Wartemodus 1 zurückzukehren, wenn der Benutzer nicht die Oxygenierungsvorrichtung 54 in der zugeteilten Zeitdauer beladen hat. Jedoch sind, sobald der Benutzer erfolgreich die Oxygenierungsvorrichtung 54 innerhalb der Kartuschenumhüllung 26 beladen hat, wie dies durch das Kartuschenanwesenheitssignal 520 angezeigt bzw. angedeutet wird, die Ventilbetätigungsstifte 382, 384, 386, 422 und 424 als auch der Türverriegelungsstift 342 alle ausgefahren, so daß die jeweiligen Ventile 202, 204, 206, 258 und 260 in ihren geschlossenen Positionen gehalten werden und so daß der Riegel 310 verriegeln wird, wenn das Tor 304 geschlossen ist.
Sobald das Tor 304 geschlossen und verriegelt worden ist, ist die Beladetätigkeit bzw. der Beladevorgang vollständig und das System 10 schaltet vom Belademodus 926 in einen Zustand 940 des Wartemodus 2. Im Zustand 940 des Wartemodus 2 überwacht die System-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 55 den RS232 seriellen Kommunikationsanschluß 924, um entweder einen Prime- bzw. Vorbereitungsbefehl oder einen Entladebefehl zu erwarten. Wenn der Entladebefehl empfangen wird, geht das System 10 in den Entlademodus 910 über, welcher, wie vorher diskutiert, arbeitet. Jedoch geht, wenn der Primebefehl empfangen wird, das System 10 in einen Primemodus 942 über.
Ein Benutzer leitet den Primemodus 942 ein, indem er den Vorbereitungs- bzw. Primeschalter 108 drückt. Im Primemodus 942 füllt das System 10 die Fluidzufuhrkammer 58 mit physiologischer Lösung und treibt die Kolbenanordnung 160 an, um die Lösung mit Druck zu beaufschlagen und sie in die Zerstäuberkammer 62 zu übertragen, bis das geeignete Fluidniveau erreicht ist. Im Primemodus 942 liest ein Schrittmotor-Antriebssubsystem 950 der System-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 55 die Position des Schrittmotors 704 von der Codiereinrichtung 706 ab und treibt den Schrittmotor 704 an, um die Ramme 722 zu veranlassen, die Kolbenanordnung 160 in ihre völlig ausgefahrene Position innerhalb der Fluidzufuhrkammer 58 zu schieben. Wenn die Kolbenanordnung 160 eingezogen ist, wird die physiologische Lösung in die Fluidzufuhrkammer 58 durch den Durchgang 144 gezogen. Die Kolbenanordnung 160 erstreckt sich nochmals, um die physiologische Lösung innerhalb der Fluidzufuhrkammer 58 mit Druck zu beaufschlagen und sie von der Fluidzufuhrkammer 58 in die Zerstäuberkammer 62 zu übertragen. In diesem Modus ist bzw. wird das Füllventil 202 geöffnet, so daß das Fluid in die Zerstäuberkammer 62 durch das Rohr 232, eher als durch den Zerstäuber 216 eintritt.
Wenn die System-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 55 das Signal vom AO Niveau-Sensor 480 empfängt, das anzeigt, daß die Zerstäuberkammer 62 geeignet gefüllt worden ist, zieht das Schrittmotor-Treibersubsystem 950 die Kolbenanordnung 160 zur Ausgangsposition zurück und erstreckt dann die Kolbenanordnung 160, um eine zusätzliche Menge an Lösung, beispielsweise 3 cm³, in die Zerstäuberkammer 62 zu übertragen bzw. zu transferieren. Nachdem die Zerstäuberkammer 62 mit der physiologischen Lösung vorgepumpt bzw. vorbereitet ist, liefert die System-Steuer- bzw. -Regeleinrichtung 55 ein O₂ Strömungs- bzw. Flußsignal 952 an ein O₂ Flußsolenoid 954, um ein Ventil 956 zu öffnen und dem Sauerstoff von der Zufuhr 60 zu erlauben, die Zerstäuberkammer 62 mit Druck zu beaufschlagen bzw. unter Druck zu setzen.
Sobald das richtige Fluidniveau erreicht worden ist, ist der Primemodus 942 vollständig. Jedoch kann vor Abschluß der Primetätigkeit das System 10 vom Primemodus 942 zum Zustand 940 des Wartemodus 2 übergehen, wenn die Primetätigkeit durch einen Haltebefehl unterbrochen wird, der entweder als ein Resultat eines Fehlers im Primebetrieb oder ein Resultat des Benutzers übertragen wurde, der den Stopschalter 112 drückt.
Sobald der Primemodus 942 vollständig ist, geht das System 10 in einen AO Aus-Modus 960 über. Während es im AO Aus-Modus 960 ist, wird kein wäßriger Sauerstoff erzeugt oder geliefert. Stattdessen liefert die System-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 55 ein Spülsignal 932 an das Solenoid 390, um das Spülventil 204 zu öffnen. Wie vorher diskutiert, strömt, wenn das Spülventil 204 offen ist, physiologische Lösung von der Fluidzufuhrkammer 58 durch die Ventilanordnung 200 und in die Mischkammer 64 durch das Kapillarrohr 246. Dieser Modus einer Lieferung setzt sich solange fort, wie der Blutfluß durch die Mischkammer 64 über einer vorbestimmten Rate ist, beispielsweise 50 ml pro Minute. Wenn der Blutfluß unter die vorbestimmte Rate fällt, geht das System 10 in einen Unterbrechungs- bzw. Timeout-Modus 962 über. Im Timeout-Modus 962 fließt, füllt oder spült das System 10 nicht und die Kolbenanordnung 160 kehrt zu der Ausgangsposition zurück. Das System 10 wird vom Timeout-Modus 962 zum Entlademodus 910 übergehen, wenn entweder der Entladebefehl vom Host/Benutzer-Interface 66 empfangen wird oder das System 10 im Timeout-Modus 962 für eine bestimmte Zeitdauer, beispielsweise 150 Sekunden war. Jedoch geht, sobald der Blutfluß über die vorbestimmte Rate ansteigt, das System 10 vom Timeout-Modus 962 zurück zum AO Aus-Modus 960 über.
Wenn der AO Ein-Befehl empfangen wird, geht das System 10 vom AO Aus-Modus 960 in einen AO Ein-Modus 964 über. Der AO Ein-Befehl wird erzeugt, wenn der Benutzer den Prime-Knopf 108 und den Start-Knopf 110 gleichzeitig drückt. Im AO Ein-Modus 964 wird das Primesignal vom Blutpumpensystem 24 auf einer Leitung 966 zum Verriegelungssystem 44 geliefert. Wenn die System-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 55 im AO Aus-Modus 960 ist, wenn der Primebefehl empfangen wird, dann liefert der Logikblock 134 des Verriegelungssystems 44 ein Einschalt- bzw. Freigabesignal an die Leitung 126, um die Blutpumpe 24 einzuschalten bzw. freizugeben. Der Logikblock 134 liefert auch ein Entnahmeklemmensignal auf einer Leitung 970 an die Entnahmeklemme 78, um sie zu öffnen, während die Rückführklemme 80 geschlossen verbleibt. Der Logikblock 130 liefert auch ein Primesignal auf einer Leitung 968 zur CPU 908 der System-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 55. In Antwort auf ein Empfangen des Primesignals überwacht die System-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 55 den Niedrigniveau-Sensor 484, um zu bestimmen, wenn genug Blut in die Mischkammer 64 geströmt ist, damit die Kammer auf das durch den Niedrigniveau-Sensor 484 angezeigte Niveau gefüllt ist. Das Niedrigniveau-Signal wird auch an den Logikblock 134 des Verriegelungssystems 44 über eine Leitung 974 gesandt. Wenn das Verriegelungssystem 44 bestimmt, daß die Kammer 64 bis zu dem Niedrigniveau-Sensor 484 angezeigten Niveau gefüllt worden ist, liefert es ein Rückführklemmsignal auf einer Leitung 972 zu der Rückführklemme 80, um sie zu öffnen. Gleichzeitig liefert die System-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 55 ein Cyclox-Entlüftungssignal 914 an das Solenoid 428, um das Entlüftungsventil 260 zu schließen.
Das System 10 fährt fort, im AO Ein-Modus 964 in dieser Art zu arbeiten, sofern nicht der Blutfluß unter eine vorbestimmte Rate, beispielsweise 50 ml pro Minute abfällt. In diesem Fall wird das System 10 vom AO Ein-Modus 964 zum Entlademodus 910 übergehen, welcher, wie vorher diskutiert, arbeiten bzw. funktionieren wird.
Der Logikblock 134 des Verriegelungssystems 44 liefert auch ein AO Freigabesignal auf einer Leitung 976 zu der CPU 908 der System-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 55. Das AO Einschaltsignal veranlaßt die System-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 55, ein AO Flußsignal 934 an das Solenoid 392 zu liefern, um das Flußventil 206 zu öffnen. Wie vorher diskutiert, strömt, wobei das Flußventil 206 geöffnet ist, wäßriger Sauerstoff von der Zerstäuberkammer 62 durch das Kapillarrohr 246 und in die Mischkammer 64, um mit dem Blut vermischt zu werden.
Blasendetektor
Wie früher erwähnt, enthält das System 10 vorteilhafterweise einen Blasendetektor 74, der mit einem Blasensensor 76 zusammenwirkt, um das an Sauerstoff angereicherte Blut im Rückführrohr 50 hinsichtlich Blasen zu überwachen. Eine beispielhafte Ausführungsform des Blasendetektors 74 ist in 51 illustriert. Der Blasendetektor 74 enthält einen digitalen Signalprozessor (DSP) 1000, der unter Softwaresteuerung bzw. -regelung arbeitet, um viele der Funktionen des Blasendetektors 74 durchzuführen. Der Blasendetektor 74 empfängt ein Rückführdrucksignal und ein Strömungs- bzw. Flußratensignal vom Verriegelungssystem 44 auf den Leitungen 1002 bzw. 1004. Ein Analog-zu-Digital-Wandler (ADC) 1006 empfängt diese analogen Signale und wandelt sie in digitale Signale um. Diese digitalen Signale werden vom ADC 1006 zu einer Mikro-Regel- bzw. -Steuereinrichtung bzw. einem Mikrocontroller 1008 übertragen. Die Mikro-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 1008 empfängt auch eine Benutzereingabe von einem RS-232 seriellen Kommunikationsanschluß 1010 vom Host/Benutzer-Interface 66, als auch ein Einleitungssignal auf Leitung 1012 vom Verriegelungssystem 44.
Der DSP 1000 und die Mikro-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 1008 wirken miteinander über ein Interface und eine Regel- bzw. Steuerlogik 1014 zusammen. Basierend auf Eingaben vom DSP 1000 und der Mikro-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 1008 liefert die Interface- und Regel- bzw. Steuerlogik 1014 ein Wandlertreibersignal auf Leitung 1016 zu einem Wandlertreiber 1018. In Antwort liefert der Wandlertreiber 1018 ein Signal an den Wandler 76 über Leitung 1020. Wie in 52 illustriert, beinhaltet das übertragene Signal, das durch den Wandler 76 geliefert wird, Stöße von Hochfrequenzpulsen 1023A und 1023B. Jeder Puls- bzw. Impulsstoß kann 20 Pulse beispielsweise bei 3,6 MHz enthalten, mit 50 Mikrosekunden zwischen den Stößen bzw. Bursts. Ein Rückkehrsignal vom Wandler 76 wird auf der Leitung 1022 empfangen. Das Signal, das vom Wandler 76 auf Leitung 1022 empfangen wird, ähnelt dem übertragenen Signal 1021, ist aber in der Zeit später verschoben und weist eine kleinere Amplitude auf. Es dauert typischerweise länger als eine Burst- bzw. Stoßperiode für eine Blase, um an dem Wandler 76 vorbeizutreten. Deshalb kann jede Blase jedesmal abgetastet werden, wenn ein Puls während der Stoßperiode geliefert wird, beispielsweise kann in diesem Beispiel jede Blase 20 mal abgetastet werden, wenn sie sich am Wandler 76 vorbei bewegt.
Die Stärke des empfangenen Signals auf der Leitung 1022 in bezug auf das übertragene Signal auf der Leitung 1020 stellt Information hinsichtlich des Vorhandenseins von Blasen innerhalb des Rückführrohrs 50 bereit. Wie in 54 illustriert, enthält der Blasensensor 76 einen Ultraschalltransmitter bzw. -sender 1040 und einen Ultraschallempfänger 1042. Der Blasensensor 76 ist vorteilhafterweise auf der Außenseite des Rückführrohrs 50 angeordnet. Somit wird das Ultraschallsignal vom Transmitter bzw. Sender 1040 durch das Rückführrohr 50, ebenso wie irgendein Fluid innerhalb des Rückführrohrs 50, an den Empfänger 1042 übertragen. Wenn das Fluid im Rückführrohr 50 keine Blasen enthält, breitet sich das Ultraschallsignal vom Transmitter 1040 zum Empfänger 1042 in einer relativ effizienten Art und Weise aus bzw. fort. Somit ist die Signalstärke des Rückkehrsignals, das durch den Empfänger 1042 auf der Leitung 1022 geliefert wird, relativ stark. Jedoch wird, wenn das Fluid innerhalb des Rückführrohrs 50 Blasen 1044 enthält, wie dies in 55 illustriert ist, das Ultraschallsignal, das durch den Empfänger 1042 empfangen wird, schwächer (abgeschwächt bzw. gedämpft). Die schlechtere (abgeschwächte) Übertragung des Ultraschallsignals quer über das Fluid, das Blasen enthält, resultiert aus der Tatsache, daß die Blasen 1044 dazu neigen, das Ultraschallsignal zu zerstreuen, so daß letztlich bzw. schließlich weniger des übertragenen Signals durch den Empfänger 1042 empfangen wird.
Wie anhand eines Beispiels in 53 illustriert, stellt die erste Spitze 1027A ein Signal dar, das durch das Fluid übertragen wurde, das keine Blasen enthielt, und die zweite Spitze 1027B stellt ein Signal dar, das durch das Fluid übertragen worden ist, das Blasen enthielt. Die relative Schwäche der Spitze bzw. des Peaks 1027B wird durch eine Verringerung in der Spitze 1027B veranschaulicht. Das Ausmaß der Verringerung (Abschwächung) in der Spitze 1027B ist auf den Durchmesser der Blase bezogen, die durch den Blasensensor 76 zu dem Zeitpunkt hindurchgeht, als das Signal übertragen wurde. Spezifisch ist der Betrag bzw. das Ausmaß der Verringerung (Abschwächung) 1046 im Signal auf den Querschnittsflächenbereich der Blase und somit das Quadrat des Durchmessers der Blase bezogen, so daß die Quadratwurzel des Signals direkt proportional zu der Größe der Blase bzw. des Durchmessers davon ist.
Um ein Be- bzw. Verarbeiten des Rückkehrsignals zu erleichtern, wird es an einen Signalkonditionierer 1024 geliefert. Der Signalkonditionierer 1024 verstärkt und filtert das Rückkehrsignal. Der Signalkonditionierer 1024 detektiert dann die Menge an Ultraschallenergie des Signals und überträgt sie an den Analog-zu-Digital-Wandler (ADC) 1026. Ein Signal 1025, das an den ADC 1026 geliefert wird, ist in 53 illustriert. Wie aus einer Studie bzw. Untersuchung des Signals 1025 zu sehen ist, ähnelt jeder der Frequenzpulszüge 1023A und 1023B nun einer einzigen Spitze 1027A und 1027B. Der ADC 1026 tastet nur die Spitzen 1027A und 1027B im Amplitudensignal 1025 ab. In diesem Beispiel ist jede Spitze 1027A und 1027B ungefähr 6,6 Mikrosekunden in der Breite, und der ADC 1026 tastet 128 Spitzen ab, um 128 Datenpunkte zu etablieren bzw. zu errichten.
Die digitalisierte Ausgabe des ADC 1026 wird an einen Puffer, wie beispielsweise einen First-In-/First-Out-(FIFO-)Puffer 1030 geliefert. Der Puffer 1030 speichert die digitalisierten Darstellungen von 128 Spitzen und liefert sie eine nach der anderen an den DSP 1000. Die Interface- und Regel- bzw. Steuerlogik 1014 regelt bzw. steuert eine Lieferung der Signale vom Puffer 1030 an den DSP 1000.
Der DSP 1000 liest die Datenpunkte für jede der digitalisierten Spitzen und summiert sie zusammen. Die Summe der digitalisierten Spitzen korreliert mit der Menge bzw. dem Ausmaß an empfangener Ultraschallenergie. In dieser Ausführungsform behält der DSP 1000 einen laufenden Durchschnitt der Summe der letzten 16.000 oder mehr Spitzen bei. Die laufende bzw. aktuelle Summe wird vom Durchschnitt subtrahiert, um ein Hochpaßfilter bereitzustellen, welches effektiv jeglichen DC Vorsatz bzw. Offset entfernt. Der DSP 1000 führt auch eine Tätigkeit eines Tiefpaßfilters aus, indem das resultierende Signal durch ein FIR Feld bzw. Array gefaltet wird. In diesem Beispiel ist das FIR Feld ein 64 Punkt-Feld. Das Filtern wird durchgeführt, um sicherzustellen, daß die Blasen vom Rauschen in den Signalen unterschieden werden. Die resultierenden Signale von unterschiedlich großen Blasen sind in 61 illustriert.
Wenn einmal der DSP 1000 den Durchmesser jeder detektierten Blase bestimmt, berechnet er das Volumen der Blase. Jedoch sollte verstanden werden, daß das Volumen der Blase, die zu dem Patienten 38 geliefert wird, durch den Druck des Fluids innerhalb des Rückführrohrs 50 beeinflußt wird. Da der Druck des Fluids innerhalb des Rückführrohrs 50 typischerweise höher ist, beispielsweise ungefähr zwei bis drei Atmosphären, im Vergleich zum Blut innerhalb der Gefäße des Patienten, beispielsweise ungefähr eine Atmosphäre, wird vorteilhafterweise eine Umwandlung durchgeführt, um das Volumen der Blase zu bestimmen, sobald sie den Patienten 38 erreicht. Da der Druck im Rückführrohr 50 zu dem Blasendetektor 74 an der Leitung 1002 geliefert wird, und da unter Verwendung des idealen Gasgesetzes angenommen werden kann, daß der Druck des Bluts des Patienten eine Atmosphäre ist, ist das Volumen der Blase beim Patienten V_p = (P_s V_s)/P_a, wo V_p das Volumen der Blase beim Patienten 38 ist, P_s der Druck am Blasensensor 76 ist, V_s das Volumen der Blase am Blasensensor 76 ist und P_a Atmosphärendruck ist.
Der DSP 1000 plaziert vorteilhafterweise Blasen bestimmter Größen in geeigneten "Behältern" oder Kategorien. Mit anderen Worten kann der DSP 1000 verschiedene Kategorien von Blasengrößen beibehalten. Beispielsweise können die Kategorien sechzehn Behälter von Durchmesserzuwächsen von 75 Mikrometer enthalten. Die Anzahl von Blasen in jeder Kategorie kann zu der Anzeige 32 übertragen werden, so daß ein Benutzer die Anzahl und Größe der Blasen überwachen kann, die während der chirurgischen Behandlungsprozedur erzeugt werden. Die Anzahl und Größe von Blasen kann auch durch den Blasendetektor 74 oder anders wo innerhalb des Systems 10 überwacht werden, um die Tätigkeit bzw. den Betrieb des Systems 10 zu überwachen.
Der Blasendetektor 74 kann auch das Gesamtvolumen aller Blasen sammeln bzw. summieren, die über die Zeit detektiert wurden, d.h. das Volumen jeder Blase zu einer laufenden Gesamtsumme addieren. Wenn das summierte Volumen oder eine laufende Gesamtsumme ein vorgeschriebenes Volumen innerhalb einer vorgeschriebenen Zeit übersteigt, dann kann die Tätigkeit des Betriebs 10 geändert werden. Beispielsweise kann, wenn das Gesamtvolumen der Blasen 10 Mikroliter in einer Periode von 90 Minuten übersteigt, der Blasendetektor 74 ein Signal "Aufforderung zum Stoppen" an einer Leitung 1050 liefern. In dieser Ausführungsform wird das Signal Auffordern zum Stoppen durch das Verriegelungssystem 44 empfangen, so daß das Verriegelungssystem 44 das System 10, wie vorher beschrieben, still legen kann. Da die meisten Patienten typischerweise kleine Volumina von Gas über die Zeit auflösen, kann die laufende Gesamtsumme verringert werden, wie die Prozedur fortschreitet, so daß das vorbestimmte Limit, welches das Herunterfahren des Systems 10 auslöst, nicht so rasch erreicht werden wird. Außerdem kann, bevor das vorbestimmte Limit erreicht wird, der Blasendetektor 74 eine frühe Warnung eines bevorstehenden Stillstands bzw. Herunterfahrens bereitstellen, so daß die System-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 55 das pO₂ Niveau des Bluts im Rückführrohr 50 verringern kann, um die Blasenproduktion zu beschränken und somit eine Stillegung zu vermeiden.
Blasendetektorauswertung oder -kalibrierung
Einzelne Ultraschallsonden können variierende Grade an Auflösung aufweisen. Deshalb kann eine Beschränkung der Fähigkeit des Blasendetektors, Blasen zu detektieren, entstehen, wenn die Größe und/oder Geschwindigkeit einiger Blasen jen seits der Auflösung der Sonde ist (sind). Abhängig von den Umständen ist es möglich, daß Mikroblasen (Blasen mit Durchmessern von ungefähr 50 μm bis ungefähr 1000 μm) und/oder Makroblasen (Blasen mit Durchmessern von größer als 1000 μm) einer Detektion entkommen können. Wenn Blasen einer Detektion entkommen, kann die Genauigkeit des Blasendetektors beeinträchtigt sein bzw. werden.
Somit kann es wünschenswert sein, ein System und ein Verfahren zur Aus- bzw. Bewertung der Blasendetektionsfähigkeiten eines Blasendetektors zu verwenden. Das unten beschriebene System und Verfahren zur Auswertung ist fähig, die Auflösung von Mikroblasen und Makroblasen des Blasendetektors bei einer Mehrzahl von Flußraten und Materialviskositäten zu bestimmen. Allgemein gesprochen, werden Blasen einer bestimmbaren Größe in ein Flußmaterial eingeführt. Die Größe und Menge von Blasen, die in das Flußmaterial eingebracht bzw. eingeführt sind bzw. werden, werden durch den Blasendetektor unter Aus- bzw. Bewertung gemessen. Danach werden die Größe und Menge von Blasen, die in das Flußmaterial eingeführt sind, unabhängig bestimmt.
Eine beispielhafte Ausführungsform eines Kalibrierungs- bzw. Eichungs- und Evaluierungs- bzw. Bewertungssystems 1105 für Blasendetektoren, wie beispielsweise den Blasendetektor 74, ist in 59 illustriert. Das System und Verfahren erlaubt einem Praktiker, die Blasengröße, Rate bzw. Geschwindigkeit einer Blasenproduktion und die Rate des Flusses von Flußmaterial zu regeln bzw. zu steuern. Das System 1105 verwendet einen Einschließungsbehälter 1110 zum Speichern eines Flußmaterials 1112. Der Behälter 1110 enthält einen Einlaß 1116 und einen Auslaß 1118, so daß sich das Flußmaterial 1112 im allgemeinen in der Richtung des Pfeils 1119 bewegt. Eine Pumpe 1120, wie beispielsweise eine Peristaltikpumpe wird verwendet, um eine gewünschte Fluß- bzw. Strömungsrate herbeizuführen und beizubehalten. Vorteilhafterweise ist die Pumpe 1120 fähig, das Flußmaterial 1112 bei einer Mehrzahl von Flußraten zu übertragen. Flußmaterialien 1112 von variierender Viskosität können verwendet werden und können Newton'sche oder Nicht-Newton'sche Fluide umfassen. Typischerweise ist die Viskosität des Flußmaterials 1112, das für eine Bewertung verwendet wird, mit der Viskosität des Materials vergleichbar, das in der Betriebsumgebung verwendet wird, beispielsweise Blut, das mit an Gas angereichertem physiologischem Fluid in diesem Beispiel gemischt ist bzw. wird.
Das System 1105 verwendet eine erste Leitung 1130, typischerweise von einem vorbestimmten Innendurchmesser und vorbestimmter Länge, die ein proximales Ende 1132 und ein distales Ende 1134 aufweist, durch welche das Flußmaterial 1112 bei verschiedenen Raten hindurchgeführt werden kann. Das proximale Ende 1132 ist an den Auslaß 1118 gekoppelt, um das Flußmaterial 1112 vom Behälter 1110 zu erhalten. Das distale Ende 1134 ist an eine Verbindungsvorrichtung 1140 gekoppelt. Die Verbindungsvorrichtung 1140, beispielsweise ein T-Verbinder, ist typischerweise entlang der Längsachse der ersten Leitung 1130 und in Fluidkommunikation bzw. -verbindung damit positioniert, um den fortgesetzten ungehinderten Fluß des Flußmaterials 1112 zu erlauben.
Eine blasenbildende Vorrichtung 1143 kann verwendet werden, um eine Blasenbildung im Flußmaterial 1112 durch die Einbringung bzw. Einleitung eines blasenbildenden Materials 1150 zu induzieren bzw. herbeizuführen. Das blasenbildende Material 1150 enthält typischerweise ein Gas, wie bei spielsweise Luft. Das Flußmaterial 1112 kann einen Surfaktant enthalten, wie beispielsweise Natriumdodecylsulfat (SDS), um eine Blasenbildung und -rückhaltung zu fördern.
Wie am besten in 57 und 58 illustriert, enthält die blasenbildende Vorrichtung 1143 in diesem Beispiel eine blasenbildende Kapillare 1144, welche typischerweise von einem vorbestimmten Innendurchmesser und einer vorbestimmten Länge ist. Die Kapillare 1144 weist ein proximales Ende 1146 und ein distales Ende 1148 auf. Das proximale Ende 1146 ist durch ein blasenbildendes Lumen 1153 an eine blasenpumpende Vorrichtung 1155, wie beispielsweise eine Spritze festgelegt. Die blasenpumpende Vorrichtung 1155 ist typischerweise fähig, das blasenbildende Material 1150 in das Flußmaterial 1112 bei verschiedenen Einspritzungsraten bzw. -geschwindigkeiten zu injizieren bzw. einzuspritzen. Das distale Ende 1148 der Kapillare 1144 ist gleitbar angeordnet, um innerhalb des Inneren der Verbindungsvorrichtung 1140 angeordnet zu sein, auftreffend auf das Flußmaterial 1112, womit dies in einer Erzeugung von Blasen innerhalb des Flußmaterials 1112 resultiert. In diesem Beispiel ist die Kapillare 1144 senkrecht oder nahezu senkrecht zur Längsachse der Richtung des Flusses des Flußmaterials 1112 positioniert, so daß die resultierende Scherkraft des Flusses Blasen einer einheitlichen Größe bei einer konstanten Rate erzeugt.
Die Blasengröße kann durch den Innendurchmesser der Kapillare 1144 oder durch Positionieren des distalen Abschnitts 1148 der Kapillare 1144 an verschiedenen Positionen innerhalb des Materialflusses reguliert werden. Ein Vergrößern des Innendurchmessers der Kapillare 1144 vergrößert die Blasengröße. Ähnlich vergrößert ein Positionieren des distalen Abschnitts 1148 der Kapillare 1144 weg von der Längsachse des Flußmaterials 1112 die Blasengröße. Die Rate einer Blasenbildung kann variiert werden, indem die Flußrate des blasenbildenden Materials 1150 erhöht oder verringert wird, das in das Flußmaterial 1112 eingebracht wird. Beispielsweise erhöht eine Zunahme in der Flußrate des blasenbildenden Materials 1150 die Rate der Blasenbildung im Flußmaterial 1112.
Das System 1105 verwendet weiterhin eine zweite Leitung 1170, welche typischerweise von einem vorbestimmten Innendurchmesser und einer vorbestimmten Länge ist. Ein proximales Ende 1172 der zweiten Leitung 1170 ist an die Verbindungsvorrichtung 1140 gekoppelt, und ein distales Ende 1174 der zweiten Leitung 1170 ist an den Einlaß 1116 des Einschließungsbehälters 1110 gekoppelt. Um eine im wesentlichen konstante Flußrate in den Leitungen 1130 und 1170 beizubehalten, ist die zweite Leitung 1170 üblicherweise koaxial mit der ersten Leitung 1130 ausgerichtet, und der Durchmesser der zweiten Leitung 1170 ist üblicherweise äquivalent dem Durchmesser der ersten Leitung 1130. Die Sonde 76 des Blasendetektors 74, der zu bewerten ist, ist proximal zur zweiten Leitung 1170 positioniert, um eine Detektion von Blasen innerhalb des Flußmaterials 1112 zu ermöglichen, das durch die zweite Leitung 1170 hindurchtritt.
Die Verbindungsvorrichtung 1140 kann optisch transparent sein, um visuelle Inspektion bzw. Prüfung des Blasenerzeugungsprozesses zu erlauben. Tatsächlich kann eine Aufzeichnungsvorrichtung 1160, wie beispielsweise eine CCD Kamera, auf das distale Ende 1148 der Kapillare 1144 gerichtet sein, um die Größe und Menge von Blasen innerhalb des Fluß materials 1112 zu beobachten und aufzuzeichnen. Somit können Blasendetektoren, wie beispielsweise der Blasendetektor 74 kalibriert bzw. geeicht werden, indem die Größe und Menge von Blasen, die durch die Sonde 76 detektiert werden, mit der Größe und Menge der Blasen verglichen werden, die durch die Aufzeichnungsvorrichtung 1160 gemessen werden. Eine zweite Vorrichtung (nicht gezeigt) kann entlang der zweiten Leitung 1170 zwischen der Blasendetektorsonde 76 und dem Einlaß 1116 des Einschließungsbehälters 1110 positioniert sein, um dem Praktiker Zugang zum Flußmaterial 1112 zur Verfügung zu stellen.
Im Betrieb wird der Fluß durch ein Aktivieren der Pumpe 1120 eingeleitet. Die Flußrate des Flußmaterials 1112 wird vor einem Einführen von Blasen in das System 1105 stabilisieren gelassen. Wenn einmal das System 1105 stabilisiert hat, werden Blasen in das Flußmaterial 1112 eingeführt, indem die blasenbildende Vorrichtung 1143 aktiviert wird. Das System 1105 wird noch einmal stabilisieren gelassen, bevor der Blasendetektor 74 kalibriert wird.
Die Mikroblasenauflösung des Blasendetektors 74 kann bestimmt werden, indem Blasen von aufeinanderfolgend kleineren Durchmessern in aufeinanderfolgenden Tests eingebracht werden. Die Makroblasenauflösung des Blasendetektors 74 kann in einer ähnlichen Art und Weise bestimmt werden, indem Blasen von aufeinanderfolgend größeren Durchmessern in aufeinanderfolgenden Tests eingebracht werden. Sobald sich die Rate der Blasenerzeugung und Flußrate stabilisiert haben, wird die Aufzeichnungsvorrichtung 1160 aktiviert, um die Rate einer Blasenerzeugung und die Größe der erzeugten Blasen aufzuzeichnen. Der Blasendetektor 74, der zu eva luieren bzw. zu bewerten ist, wird für ein vorbestimmtes Ausmaß an Zeit aktiviert.
Die Sonde 76 prüft die Blasen, welche allgemein von einer bekannten Größe und Menge sind, und die Sonde 76 liefert entsprechende Signale an den Blasendetektor 74. Die Größe und Menge von Blasen, die durch den Blasendetektor 74 registriert werden, werden mit der Größe und Menge der Blasen verglichen, die durch die Aufzeichnungsvorrichtung 1160 registriert werden. Typischerweise wird ein derartiger Vergleich bei einer Mehrzahl von Signalstärken und Blasengrößen durchgeführt. Danach kann ein Fachmann auf dem Gebiet der Mathematik diese Beziehung graphisch darstellen und die projizierten Signalstärken bei einer Mehrzahl von Blasengrößen extrapolieren. Wenn die Signal-zu-Blasengröße-Beziehung graphisch in Diagrammform dargestellt wird, kann ein Fachmann auf dem Gebiet der Mathematik eine oder mehrere Kalibrierungs- bzw. Eichungskonstante(n) basierend auf der Passung bzw. dem Fit der Signalstärke-zu-Blasengröße-Beziehung berechnen. Die Eichkonstante(n) kann bzw. können in den Blasendetektor 74 programmiert werden, um den Blasendetektor 74 zu kalibrieren bzw. zu eichen.
Eine alternative Ausführungsform des Kalibrierungs- und Bewertungssystems 1105 ist identisch zu dem vorher beschriebenen System, ausgenommen hinsichtlich der Eingliederung eines Pulsdämpfers 1180, wie dies in 59 illustriert ist. Der Pulsdämpfer 1180 verringert oder beseitigt Druckoszillationen bzw. -schwankungen, die durch die Pumpe 1120 erzeugt werden. Relativ große Blasen, die durch derartige Druckschwankungen erzeugt und/oder innerhalb des Flußkreislaufs rezirkuliert bzw. rückgeführt werden können, werden innerhalb des Pulsdämpfers 1180 gefangen, so daß sie nicht die geregelte bzw. gesteuerte Ausbildung von Blasen durch die Blasenbildungsvorrichtung 1143 stören.
Wie unter weiterer Bezugnahme auf 60 gezeigt, umfaßt der Pulsdämpfer 1180 einen Behälterkörper 1181, der einen Einlaß 1182 und einen Auslaß 1184 aufweist. Der Einlaß 1182 ist in die erste Leitung 1130 zwischen der Pumpe 1120 und der Verbindungsvorrichtung 1140 gekoppelt. Die Pumpe 1120 treibt das Flußmaterial 1112 in den Behälterkörper 1181 durch den Einlaß 1182. Der Druck, der durch die Pumpe 1120 ausgeübt wird, wird innerhalb des Behälterkörpers 1181 aufrecht erhalten, wodurch das Flußmaterial 1112 durch den Auslaß 1184 beaufschlagt bzw. getrieben wird. Somit werden jegliche Blasen, die durch die Pumpe 1120 erzeugt werden, abgefangen, bevor sie die Verbindungsvorrichtung 1140 erreichen.
Während die Erfindung verschiedenen Modifikationen und alternativen Formen zugänglich sein kann, wurden spezifische Ausführungsformen anhand eines Beispiels in den Zeichnungen gezeigt und im Detail hierin beschrieben. Jedoch sollte verstanden werden, daß die Erfindung nicht auf die besonderen geoffenbarten Formen beschränkt werden soll. Eher soll die Erfindung alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abdecken, die innerhalb des Umfangs der Erfindung fallen, wie sie durch die folgenden beigefügten Ansprüche definiert ist.

10: System zum Herstellen und Liefern von an Gas angereichertem Fluid
12: rollende Basis
14: Sockel
16: Gehäuse
18: Griff
20: Pedal
24: Blutpumpe
26: Kartuschenumhüllung
28: Steuer- bzw. Regelvorrichtungen
30: Benutzer-Interface-Pult bzw. -Paneel
32: Anzeige
34: Entnahmerohr
36: Blutgefäß
38: Patient
40: (Peristaltik-)Pumpe
42: Pfeil
44: Verriegelungssystem
46: Strömungs- bzw. Flußmeßgerät
48: Flußsonde/-wandler
50: Rückführrohr zum Patient
54: Oxygenierungsvorrichtung
55: System-Regel- bzw. -Steuereinrichtung bzw. -Controller
56: Zufuhr
58: erste Kammer/Fluidzufuhrkammer
60: Zufuhr
62: zweite Kammer/Zerstäubungskammer
64: dritte Kammer/Mischkammer
66: Host/Benutzer-Interface
68: Entnahmedrucksensor
70: Rückführdrucksensor
71: Y-Verbinder
73: elektrischer Stecker bzw. Verbinder
74: Blasendetektor
76: Blasensensor
78: Klemmen bzw. Klammern
80: Klemmen bzw. Klammern
82: Sicherheitsschalter
84: Benutzer-Interface
85: Host-Interface
86: Touchscreen- bzw. Berührungsbildschirmanzeige
87: Knöpfe
88: Alarme/Mitteilungen
89: Statusanzeiger
90: Blutflußinformation
91: Blasenzählung
92: Touch-Screen-Treiber
93: Anzeigetreiber
94: RS-232 Interface
95: Anzeige-Steuer- bzw. -Regeleinrichtung bzw. -Controller
96: Bus
97: Tonkarte
98: Lautsprecher
101: analoge und/oder digitale I/O Eingabe-/Ausgabevorrichtung
104: "Aufwärts"-Knopf
106: "Abwärts"-Knopf
108: "Haupt"- bzw. "Vorbereitungs"-Knopf
110: "Start"-Knopf
112: "Stop"-Knopf
114: Fußschalter
116: Stop-Pedal
118: Hauptstartpedal
120: Persönlichkeitsmodul
122: Speicher
124: Leitung
130: analoge konditionierende Schaltung
132: Komparatoren bzw. Schwellwerteinstellungen
134: logischer bzw. Logikblock
140: Rohr
142: Düse
144: Fluiddurchgang
148: O-Ringdichtung
150: Feder
152: Kugel
154: Pfeil
160: Kolbenanordnung
162: Hülse
164: Tauchkolben bzw. Plunger
166: Kappe
168: Flansch
170: relativ rückstellfähiges Endstück
172: dichtende Glieder
174: freies Ende
176: Keil
178: enger bzw. schmaler Abschnitt
180: breiter Abschnitt
182: Sterilitätshülle
184: ausdehnbares bzw. erstreckbares Rohr
186: Klemme
190: zweiter Fluiddurchgang
192: Rückschlagventil
194: Fluiddurchgang bzw. -durchtritt
196: Rohr
200: Ventilanordnung
202: Füllventil
204: Spülventil
206: Flußventil
210: Durchgang
212: Durchgang
214: Durchgang
216: Zerstäuber
218: zentraler Durchgang
220: Einwegventil
222: Düse
230: Durchgang
232: Rohr
240: Durchgänge
242: Durchgänge
246: Kapillarrohr
248: Spitze
250: Bluteinlaß
252: Auslaßdüse
256: Abteil
258: Be- bzw. Entlüftungsventil
260: Be- bzw. Entlüftungsventil
262: Tauchkolben
264: O-Ringdichtung
266: Feder
302: Kartuschenbehälter
304: angelenktes bzw. Scharniertor
308: Oberfläche
310: Torklinke
312: Griffabschnitt
314: verriegelnder bzw. einrastender Abschnitt
316: Schwenkstift bzw. -zapfen
318: Pfeil
320: Klinkenstift
322: beaufschlagender bzw. vorspannender Mechanismus
324: Stift
326: Stift
328: Wand
330: Feder
332: Feder
334: Pfeil
340: verriegelnder Mechanismus
342: gleitbarer bzw. Gleitstift
344: Pfeil
346: Kolben
348: Solenoid vom Zug-Typ
350: Feder
352: Pfeil
354: Abschnitt
360: Sensor
362: Magnet
380: Schlitz
382: Betätigungsstift bzw. -zapfen
384: Betätigungsstift
386: Betätigungsstift
388: Solenoid
390: Solenoid
392: Solenoid
394: Hebel
396: Hebel
398: Hebel
400: Angelpunkt- oder Zapfenstift
402: Angelpunkt- oder Zapfenstift
404: Angelpunkt- oder Zapfenstift
406: Kolben
408: Feder
410: Pfeil
412: Pfeil
414: Pfeil
416: Pfeil
420: Schlitz
422: Stift
424: Stift
426: Solenoid
428: Solenoid
430: Solenoid
432: Solenoid
434: Angelpunkt- oder Zapfenstift
436: Angelpunkt- oder Zapfenstift
440: Feder
442: Pfeil
444: Kolben
446: Pfeil
448: Pfeil
480: AO Niveau-Sensor
482: Hochniveau-Sensor
484: Niedrigniveau-Sensor
490: Ultraschall-Wandlerelement
492: Kanal
494: Sensorkörper
496: Hülse
498: Wand
500: äußeres Schraubengewinde
502: Buchse
504: ringförmiger Flansch
512: rückstellfähiges Glied
514: flacher Kontaktabschnitt
516: flacher Kontaktabschnitt
520: Kartuschenanwesenheitssensor
522: Öffnung
524: flacher Abschnitt
540: externer Temperatursensor
542: Öffnung
600: Fluß- bzw. Strömungsventil
602: Druckwandler
604: Rückschlagventil
606: T-Stück
608: Leitung
610: Tauchkolben
612: Öffnung
614: Buchse oder Hülse
616: ausgesparter bzw. vertiefter Bereich
618: Feder
622: abgeschrägter oder genockter Abschnitt
624: abgeschrägter oder genockter Abschnitt
626: Stab bzw. Stange
630: Pfeil
632: Feder
634: Pfeil
638: Einstellschraube
640: Widerlagerabschnitt
700: Antriebsmechanismus
702: Kugelumlaufspindelmechanismus
704: Motor
706: optische Codiereinrichtung
708: Übertragung
710: Abtriebs- bzw. Ausgangswelle
712: Zahnrad bzw. Ritzel
714: Zahnrad bzw. Ritzel
730: Lager
732: Lager
734: Träger bzw. Klammer
736: Hülle bzw. Abdeckung
737: Führung
738: Kupplung
740: verjüngtes Drucklager
744: Meßdosenhalterung
748: Einstellstift
750: Flansch
752: Meßdosenabdeckung
754: Verriegelungsring
756: Schraube
758: Lager
760: Abdeckplatte
800: Sensoranordnung
802: Maximalbewegungssensor
804: Ausgangspositionssensor
806: optischer Übermittler bzw. Transmitter
808: optischer Empfänger
810: Fortsatz oder Flag
1000: digitaler Signalprozessor (DSP)
1002: Leitung
1004: Leitung
1006: Analog-zu-Digital-Wandler (ADC)
1008: Mikro-Regel- bzw. -Steuereinrichtung bzw. -Controller
1010: RS-232 serieller Kommunikationsport
1012: Leitung
1014: Interface- und Regel- bzw. Steuerlogik
1018: Wandlertreiber
1020: Leitung
1021: übermitteltes Signal
1022: Leitung
1024: Signalkonditionierer
1026: ADC
1030: Puffer
1040: Ultraschallwandler
1042: Ultraschallempfänger
1044: Blasen
1046: Reduktion bzw. Verringerung
1105: Kalibrations- und Bewertungssystem
1110: Einschließungsbehälter
1112: Flußmaterial
1116: Einlaß
1118: Auslaß
1120: Pumpe
1130: erste Leitung
1132: proximales Ende
1134: distales Ende
1140: verbindende bzw. Verbindungsvorrichtung
1143: blasenbildende Vorrichtung
1144: blasenbildende Kapillare
1146: proximales Ende
1148: distales Ende
1150: blasenbildendes Material
1155: blasenpumpende Vorrichtung
1160: Aufzeichnungsvorrichtung
1170: zweite Leitung
1180: Pulsdämpfungseinrichtung
1181: Behälterkörper
1182: Einlaß
1184: Auslaß

Claims

System zum Anreichern eines Körperfluids bzw. einer körperlichen Flüssigkeit mit einem Gas, wobei das System umfaßt: ein Pumpensystem (24), das adaptiert ist, um ein körperliches bzw. Körperfluid von einem Patienten zu übertragen; eine Gasanreicherungsvorrichtung, die betätigbar bzw. operativ mit dem Pumpensystem (24) gekoppelt ist, um das Körperfluid zu erhalten, wobei die Gasanreicherungsvorrichtung das Körperfluid mit einem Gas kombiniert, um ein an Gas angereichertes Körperfluid auszubilden; einen Blasendetektor (74), der angeordnet ist, um Blasen in dem mit Gas angereicherten Körperfluid zu detektieren; und eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung (28), die adaptiert ist, um das Pumpensystem (24) und die Gasanreicherungsvorrichtung automatisch zu steuern bzw. zu regeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasanreicherungsvorrichtung eine wegwerfbare Kartusche umfaßt, die adaptiert ist, um in einer Umhüllung bzw. Einschließung (26) angeordnet zu sein, und umfassend ein Gehäuse (16); eine Anreicherungsvorrichtung, die in dem Gehäuse (16) angeordnet ist, um ein an Gas angereichertes physiologisches Fluid auszubilden; eine Mischvorrichtung, die in dem Gehäuse (16) angeordnet ist, um das mit Gas angereicherte physiologische Fluid mit dem Körperfluid zu vermischen, um das an Gas angereicherte Körperfluid auszubilden; eine Fluidzufuhrvorrichtung, die in dem Gehäuse (16) angeordnet ist, um ein physiologisches Fluid zu der Anreicherungsvorrichtung zuzuführen; und eine Ventilanordnung, die in dem Gehäuse (16) angeordnet ist, wobei die Ventilanordnung Ventile aufweist, um einen Fluß bzw. Strom des physiologischen Fluids zwischen der Fluidzufuhrvorrichtung und der Anreicherungsvorrichtung zu steuern bzw. zu regeln und einen Fluß des an Gas angereicherten physiologischen Fluids zwischen der Anreicherungsvorrichtung und der Mischvorrichtung zu steuern bzw. zu regeln.
System nach Anspruch 1, wobei das Pumpensystem (24) umfaßt: eine Pumpe (40), die adaptiert ist, um das Körperfluid durch ein Rohr (34) zu pumpen; und ein Flußmeßgerät (46), das adaptiert ist, um einen Fluß des Körperfluids durch das Rohr (34) zu erfassen, wobei das Flußmeßgerät (46) ein Signal einer tatsächlichen Flußgeschwindigkeit bzw. Strömungsrate generiert, das mit einem Fluß durch das Rohr (34) in Beziehung steht, wobei die Steuer- bzw. Regeleinrichtung (28) operativ mit der Pumpe (40) und dem Flußmeßgerät (46) gekoppelt ist, wobei die Steuer- bzw. Regeleinrichtung (28) adaptiert ist, um das Signal der tatsächlichen bzw. aktuellen Flußgeschwindigkeit zu erhalten und um die Pumpe (40) zu steuern bzw. zu regeln, um eine gewünschte Geschwindigkeit bzw. Rate des Flusses durch das Rohr (34) aufrecht zu erhalten.
System nach Anspruch 2, wobei die Pumpe umfaßt: eine Peristaltikpumpe (40).
System nach einem der Ansprüche 2–3, wobei das Flußmeßgerät (46) umfaßt: einen Flußwandler bzw. -transducer (48), der adaptiert ist, um operativ mit dem Rohr (34) gekoppelt zu sein, wobei der Flußwandler (48) adaptiert ist, um zu dem Flußmeßgerät (46) ein Flußsignal abzugeben, das mit dem Fluß durch das Rohr (34) korreliert ist bzw. in Beziehung steht.
System nach einem der Ansprüche 2–4, umfassend: eine Flußfestlegungsvorrichtung, die operativ mit der Pumpe (40) gekoppelt ist, um die gewünschte Geschwindigkeit eines Flusses durch das Rohr (34) festzulegen bzw. einzustellen.
System nach Anspruch 5, wobei die Flußfestlegungsvorrichtung umfaßt: eine Anzeige (32), die die gewünschte Flußgeschwindigkeit bzw. Strömungsrate illustriert; und eine durch einen Benutzer betätigbare Eingabe, die operativ mit der Anzeige (32) gekoppelt ist, um die gewünschte Flußgeschwindigkeit einzustellen, die durch die Anzeige (32) illustriert ist.
System nach Anspruch 5, wobei die Flußfestlegungsvorrichtung umfaßt: ein Persönlichkeitsmodul, das einen Speicher aufweist, der adaptiert ist, um die gewünschte Flußgeschwindigkeit zu speichern und um das Signal der gewünschten Flußgeschwindigkeit zu der Steuer- bzw. Regeleinrichtung (28) abzugeben bzw. zu liefern.
System nach Anspruch 7, wobei die gewünschte Flußgeschwindigkeit, die in dem Persönlichkeitsmodul gespeichert ist, einen gewünschten Bereich von Flußgeschwindigkeiten umfaßt.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Anreicherungsvorrichtung umfaßt: eine Zerstäubungskammer (62), die adaptiert ist, um das Gas durch einen Gaseinlaß zu empfangen; und einen Zerstäuber (216), der in der Zerstäubungskammer (62) angeordnet ist, wobei der Zerstäuber (216) adaptiert ist, um physiologisches Fluid zu empfangen und das physiologische Fluid bei bzw. nach Abgabe in die Zerstäubungskammer (62) zu zerstäuben, um das an Gas angereicherte physiologische Fluid zu bilden.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Mischvorrichtung umfaßt: eine Mischkammer (64), die einen Fluideinlaß und einen Fluidauslaß aufweist; und eine Fluidabgabevorrichtung, die in der Mischkammer (64) in einer vorbestimmten Beziehung mit dem Fluideinlaß angeordnet ist, wobei die Fluidabgabevorrichtung adaptiert ist, um das an Gas angereicherte physiologische Fluid von der Zerstäubungskammer (62) zu empfangen und das an Gas angereicherte Fluid in die Mischkammer (64) abzugeben, um mit dem Körperfluid zu vermischen, das in die Mischkammer (64) durch den Fluideinlaß eintritt, um das an Gas angereicherte Körperfluid auszubilden.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Fluidzufuhrvorrichtung umfaßt: eine Fluidzufuhrkammer (58), die einen Fluideinlaß und einen Fluidauslaß aufweist; und eine Pumpe (40), die in der Fluidzufuhrkammer (58) angeordnet ist, wobei die Pumpe (40) adaptiert ist, um ein physiologisches Fluid in die Fluidzufuhrkammer (58) durch den Fluideinlaß in der Fluidzufuhrkammer (58) zu ziehen und das physiologische Fluid zu der Anreicherungsvorrichtung durch den Fluidauslaß in der Fluidzufuhrkammer (58) abzugeben.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Umhüllung bzw. das Gehäuse umfaßt: eine Aufnahmekammer, die dimensioniert bzw. bemessen ist, um die Kartusche darin aufzunehmen; einen ersten Niveausensor, der angeordnet ist, um ein Fluidniveau in der Anreicherungsvorrichtung zu bestimmen; einen zweiten Niveausensor, der angeordnet ist, um ein Niedrigfluidniveau in der Mischvorrichtung zu bestimmen; und einen dritten Niveausensor, der angeordnet ist, um ein Hochfluidniveau in der Mischvorrichtung zu bestimmen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Umhüllung (26) umfaßt: eine Aufnahmekammer, die dimensioniert ist, um die Kartusche darin aufzunehmen; und eine Ventilbetätigungsanordnung, die adaptiert ist, um das Ventil der Ventilanordnung zu betätigen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Umhüllung (26) umfaßt: ein Tor (304), das eine Verriegelung (340) aufweist, um die Kartusche in der Umhüllung (26) zu sichern.
System nach einem der Ansprüche 1–14, wobei der Blasendetektor (74) umfaßt: ein Ultraschall-Wandlerpaar, umfassend einen übertragenden bzw. Übertragungstransducer bzw. -wandler (1040) und einen empfangenden bzw. Empfangswandler (1042), wobei das Ultraschall-Wandlerpaar positionierbar ist, um Blasen (1044) in einem Fluidstrom zu erfassen; einen Wandlertreiber (1018), der operativ mit dem übertragenden Wandler (1040) gekoppelt ist, um den übertragenden Wandler (1040) zu veranlassen, ein gepulstes Ultraschallsignal über den Fluidstrom zu dem empfangenden Wandler (1042) abzugeben; ein Signalkonditionierer (1024), der operativ mit dem empfangenden Wandler (1042) gekoppelt ist, um das gepulste Ultraschallsignal von dem empfangenden Wandler (1042) zu empfangen, wobei der Signalkonditionierer (1024) das gepulste Ultraschallsignal konditioniert, um ein konditioniertes Signal auszubilden; und einen Signalprozessor (1000), der operativ mit dem Signalkonditionierer (1024) gekoppelt ist, um das konditionierte Signal zu empfangen, wobei der Signalprozessor (1000) Information betreffend Blasen (1044) in dem Fluidstrom in Antwort auf das konditionierte Signal bestimmt.
System nach Anspruch 15, wobei das gepulste Ultraschallsignal, das durch den übertragenden Wandler (1040) abgegeben ist, einen Frequenzbereich von 3 MHz bis 4 MHz und eine Pulsrate von etwa 3 kHz bis 40 kHz umfaßt.
System nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Signalkonditionierer (1024) umfaßt: einen Detektor, der adaptiert ist, um die Menge an Ultraschallenergie des gepulsten Ultraschallsignals zu detektieren, das durch den empfangenden Wandler (1042) empfangen ist.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei der Signalkonditionierer (1024) umfaßt: einen Analog-zu-Digital-Wandler bzw. -Konverter (1006), der adaptiert ist, um die Menge an Ultraschallenergie, die durch den Detektor detektiert ist, in ein digitales Signal umzuwandeln.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei der Signalprozessor (1000) einen Puffer (1030) umfaßt, der adaptiert ist, um mehrere digitale Signale zu halten.
System nach Anspruch 19, wobei eine Reduktion (1046) in dem digitalen Signal verglichen mit zuvor aufgezeichneten digitalen Signalen oder ein Mittelwert von zuvor aufgezeichneten digitalen Signalen zu Blasen (1044) in dem Fluidstrom korreliert ist.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei der Signalprozessor (1000) einen digitalen Signalprozessor (1000) umfaßt.
System nach Anspruch 21, wobei der digitale Signalprozessor (1000) adaptiert ist, um jede Blase (1044) in dem Fluidstrom zu detektieren und zu zählen.
System nach Anspruch 21 oder 22, wobei der digitale Signalprozessor (1000) das Volumen jeder Blase (1044) in dem Fluidstrom bestimmt.
System nach Anspruch 23, wobei der digitale Signalprozessor (1000) das Volumen jeder Blase (1044) in dem Fluidstrom auf ein Volumen jeder Blase (1044) umwandelt, wenn es einen Patienten (58) erreicht.
System nach einem der Ansprüche 21 bis 24, wobei der digitale Signalprozessor (1000) ein akkumuliertes Volumen von Blasen (1044) in dem Fluidstrom über einen gegebenen Zeitraum bestimmt.
System nach Anspruch 25, wobei der Signalprozessor (1000) das Stopsignal in Antwort auf das akkumulierte Volumen von Blasen initiiert, das ein vorbestimmtes Limit übersteigt, wobei das Stopsignal zu der Steuer- bzw. Regeleinrichtung (28) abgegeben ist, um die Steuer- bzw. Regeleinrichtung (28) zu veranlassen, einen Betrieb des Pumpensystems (24) und der Gasanreicherungsvorrichtung zu beenden.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 26, wobei die Steuer- bzw. Regeleinrichtung umfaßt: eine erste Sensoranordnung, die angeordnet ist, um das Pumpensystem (24) zu überwachen, wobei die erste Sensoranordnung wenigstens ein erstes Signal entsprechend dem Betrieb des Pumpensystems (24) abgibt; eine zweite Sensoranordnung, die angeordnet ist, um die Gasanreicherungsvorrichtung zu überwachen, wobei die zweite Sensoranordnung wenigstens ein zweites Signal entsprechend dem Betrieb der Gasanreicherungsvorrichtung abgibt; ein Signalprozessor (1000), der operativ mit der ersten Sensoranordnung und der zweiten Sensoranordnung gekoppelt ist, um das wenigstens erste Signal und das wenigstens eine zweite Signal zu empfangen, wobei der Signalprozessor (1000) wenigstens ein Pumpensystemsteuer- bzw. -regelsignal in Antwort auf das wenigstens eine erste Signal abgibt, wobei das Pumpensystem (24) seinen Betrieb in Antwort auf einen Empfang des wenigstens einen Pumpensystemsteuer- bzw. -regelsignals von dem Signalprozessor (1000) einstellt, und wobei der Signalprozessor (1000) wenigstens ein Gasanreicherungssteuer- bzw. -regelsignal in Antwort auf das wenigstens eine zweite Signal abgibt; und eine Betätigungsanordnung, die angeordnet ist, um einen Betrieb der Gasanreicherungsvorrichtung in Antwort auf ein Empfangen des wenigstens einen Gasanreicherungssignals des Signalprozessors (1000) einzustellen.
System nach Anspruch 27, wobei die erste Sensoranordnung umfaßt: einen Flußwandler, der adaptiert ist, um operativ mit einem Rohr gekoppelt zu sein, das das Körperfluid führt, wobei das wenigstens eine erste Signal ein Strömungs- bzw. Flußsignal umfaßt, das von dem Flußwandler abgegeben ist, wobei das Flußsignal zu einem Fluß durch das Rohr korreliert ist.
System nach Anspruch 28, wobei der Signalprozessor (1000) eine Vergleichsvorrichtung umfaßt, die adaptiert ist, um das Flußsignal zu empfangen und den Fluß durch das Rohr mit dem gewünschten Flußbereich zu vergleichen.
System nach Anspruch 29, wobei der Signalprozessor (1000) ein Einschalt- bzw. Erlaubnissignal zu dem Pumpensystem (24) in Antwort auf das Flußsignal abgibt, das dafür hinweisend ist, daß der Fluß durch das Rohr innerhalb eines gewünschten Flußbereichs liegt.
System nach Anspruch 29, wobei der Signalprozessor (1000) ein Ausschaltsignal zu dem Pumpensystem (24) in Antwort auf das Flußsignal abgibt, das dafür hinweisend ist, daß der Fluß durch das Rohr außerhalb des gewünschten Flußbereichs liegt.
System nach einem der Ansprüche 29 bis 31, umfassend: eine erste Klemme bzw. Klammer (78), die adaptiert ist, um operativ mit einer Entnahmeseite des Rohrs (34) gekoppelt zu sein; und eine zweite Klemme (80), die adaptiert ist, um betätigbar mit einer Rückführseite des Rohrs (34) gekoppelt zu sein, wobei der Signalprozessor (1000) die erste Klemme (78) und die zweite Klemme (80) in Antwort darauf schließt, daß das Signal außerhalb des gewünschten Flußbereichs liegt.
System nach einem der Ansprüche 27 bis 32, wobei die zweite Sensoranordnung umfaßt: einen Wandler, der angeordnet ist, um ein physiologisches Fluid zu bestimmen, das durch die Fluidzufuhrvorrichtung zugeführt ist; einen ersten Niveausensor, der angeordnet ist, um ein Fluidniveau in der Anreicherungsvorrichtung zu bestimmen; einen zweiten Niveausensor, der angeordnet ist, um ein Niedrigfluidniveau in der Mischvorrichtung zu bestimmen; und einen dritten Niveausensor, der angeordnet ist, um ein Hochfluidniveau in der Mischvorrichtung zu bestimmen; und wobei die Betätigungsanordnung umfaßt: eine Ventilbetätigungsanordnung, die in der Umhüllung (26) angeordnet ist und adaptiert ist, um die Ventile der Ventilanordnung zu betätigen.