关于蠕动泵机构的系统和方法.pdf

公开了一种泵送机构，所述泵送机构包含多个蠕动泵送致动器，所述蠕动泵送致动器被配置成选择性且依次压缩具有位于出口上游的入口的至少部分可压缩的泵送元件的第一部分的邻近部分。所述多个泵送致动器以具有每对邻近的泵送致动器之间的第一相位偏移的共同驱动频率进行往复运动。所述泵送机构还包含至少一个补偿致动器，其被布置成选择性压缩设置在所述第一部分与所述出口之间的所述至少部分可压缩的泵送元件的第二部分。所述至少一个补偿致动器被配置成按最佳位移以及以基本驱动频率的整数倍的调制频率并且以所述至少一个补偿致动器与所述邻近的泵送致动器之间的第二相位偏移进行往复运动。

权利要求书
1.  一种泵送机构，其包括：
多个蠕动泵送致动器，其被配置成依次压缩具有入口和位于所述入口的下游的出口的至少部分可压缩的泵送元件的第一部分的邻近区段，所述多个泵送致动器进一步被配置成以包括基本驱动频率的运动进行往复运动，其中所述多个泵送致动器中的最后一个泵送致动器最靠近所述出口；以及
至少一个补偿致动器，所述补偿致动器被布置成选择性地压缩设置在所述至少部分可压缩的泵送元件的所述第一部分与所述出口之间的所述至少部分可压缩的泵送元件的第二部分，所述至少一个补偿致动器被配置成以包括相对于所述最后一个泵送致动器的相移处的所述基本驱动频率的运动进行往复运动。

2.  根据权利要求1所述的泵送机构，其中：
所述至少一个补偿致动器的第一补偿致动器邻近于所述最后一个泵送致动器；并且
所述第一补偿致动器的运动的所述基本驱动频率相对于所述最后一个泵送致动器的运动的所述基本驱动频率具有90°到270°的相移。

3.  根据权利要求2所述的泵送机构，其中所述第一补偿致动器的所述运动的所述基本驱动频率相对于所述最后一个泵送致动器的所述运动的所述基本驱动频率具有大约180°的相移。

4.  根据权利要求1所述的泵送机构，其中所述至少一个补偿致动器的所述运动包括是所述基本驱动频率的整数倍的一个或多个更高阶的谐波。

5.  根据权利要求4所述的泵送机构，其中所述一个或多个谐波具有相对于所述最后一个泵送致动器的相应相移。

6.  根据权利要求1所述的泵送机构，其中所述泵送机构进一步包括：
驱动轴；
固定地耦连到所述驱动轴的多个泵送凸轮，所述多个泵送凸轮被配置成分别使 得所述多个泵送致动器往复运动；以及
固定地耦连到所述驱动轴的至少一个补偿凸轮，所述至少一个补偿凸轮被配置成分别使得所述至少一个补偿致动器往复运动。

7.  根据权利要求6所述的泵送机构，其中所述多个泵送凸轮在轮廓上相同并且在邻近的泵送凸轮之间具有恒定的相位偏移。

8.  根据权利要求7所述的泵送机构，其中所述至少一个补偿凸轮具有与所述泵送凸轮基本相同的轮廓。

9.  根据权利要求7所述的泵送机构，其中所述至少一个补偿凸轮具有不同于所述泵送凸轮的轮廓。

10.  根据权利要求9所述的泵送机构，其进一步包括：
第二补偿致动器；以及
具有第二轮廓的第二补偿凸轮，所述第二补偿凸轮被配置成使得所述第二补偿致动器以包括所述基本驱动频率的第二谐波的运动进行往复运动。

11.  根据权利要求6所述的泵送机构，其中所述驱动轴以在360°旋转上变化的角速率旋转。

12.  根据权利要求11所述的泵送机构，其中：
基本驱动频率通过所述驱动轴用以完成一个360°旋转所需要的时间周期的倒数确定；并且
所述驱动轴的角速率变化的所述角速率包括所述基本驱动频率的一个或多个整数谐波。

13.  根据权利要求12所述的泵送机构，其中每个所述谐波包括相对于所述基本驱动频率的相应相移。

14.  根据权利要求1所述的泵送机构，其中所述泵送机构进一步包括：
驱动轴，所述驱动轴被配置成按一角速度旋转；
固定地耦连到所述驱动轴的多个泵送凸轮，所述多个泵送凸轮中的每一个被配置成使得所述多个泵送致动器中的相应一个往复运动，所述多个泵送凸轮包括对应于所述最后一个泵送致动器的最后一个泵送凸轮，所述多个泵送凸轮中的每个包括一形状，所述形状包括基本谐波频率和第一振幅；以及
至少一个补偿凸轮，其被配置成使得相应的至少一个补偿致动器往复运动，所述至少一个补偿凸轮包括一形状，所述形状包括所述基本谐波频率和第二振幅以及相对于所述最后一个泵送凸轮的相移。

15.  根据权利要求14所述的泵送机构，其中所述角速度是恒定的。

16.  根据权利要求14所述的泵送机构，其中所述补偿凸轮的所述形状包括是所述基本谐波频率的整数倍的至少一个谐波频率。

17.  根据权利要求14所述的泵送机构，其中：
所述至少一个补偿凸轮的所述形状包括是所述基本谐波频率的整数倍的至少一个额外谐波频率，每个额外谐波频率具有相应振幅和相对于所述最后一个泵送凸轮的相应相移。

18.  一种用于与具有出口的静脉内设备即IV设备一起使用的泵送系统，所述泵送系统包括：
被配置成旋转的驱动电机；
耦连到所述驱动电机的驱动轴；
多个泵送凸轮，所述多个泵送凸轮沿所述驱动轴成行设置并且耦连到所述驱动轴，所述多个泵送凸轮具有共同的轮廓，所述共同的轮廓具有在每对邻近的泵送凸轮之间的共同的可旋转偏移，所述多个泵送凸轮包括最后一个泵送凸轮；
补偿凸轮，其固定地耦连到邻近于所述最后一个泵送凸轮的所述驱动轴，所述补偿凸轮相对于所述最后一个泵送凸轮可旋转地偏移；
多个泵送致动器，其分别耦连到所述多个泵送凸轮，所述泵送致动器被配置成当所述驱动轴旋转时蠕动式地操纵所述IV设备的第一部分的邻近区段；以及
耦连到所述补偿凸轮的补偿致动器，所述补偿致动器被布置成选择性地压缩设置在所述第一部分与所述出口之间的所述IV设备的第二部分的区段。

19.  根据权利要求18所述的泵送系统，其中所述补偿凸轮相对于所述最后一个泵送凸轮在90°到270°的范围内可旋转偏移。

20.  根据权利要求18所述的泵送系统，其进一步包括耦连在所述驱动电机与所述驱动轴之间的传动装置，其中所述传动装置被配置成调制所述驱动轴的速度，从而使得所述驱动轴的旋转包括基本频率以及是所述基本频率的整数倍的调制频率。

21.  根据权利要求18所述的泵送系统，其中所述驱动电机被配置成以可变的速度旋转，从而使得所述驱动电机的旋转包括基本频率以及是所述基本频率的整数倍的调制频率。

22.  一种包括以下步骤的方法：
蠕动式地操纵具有位于出口上游的入口的至少部分可压缩的泵送元件的第一部分，所述第一部分设置在所述入口与所述出口之间，以使得流体以在第一最大值与第一最小值之间周期性变化的第一速率流出所述出口；以及
操纵设置在所述第一部分与所述出口之间的所述至少部分可压缩的泵送元件的第二部分，以使得所述流体以关于零周期性变化的第二速率流出所述出口，其中所述第一流速和所述第二流速的总和具有低于所述相应的第一最大值和第一最小值的第二最大值和第二最小值。

23.  根据权利要求22所述的方法，其中：
所述第一流速和所述第二流速的周期性变化各自包括基本频率；
所述第一流速和所述第二流速的所述基本频率之间存在相位偏移。

24.  根据权利要求23所述的方法，其中所述第一流速与所述第二流速之间的所述相位偏移在90°到270°的范围内。

25.  根据权利要求22所述的方法，其中在泵送流体时，在所述出口处的所述第一流速和所述第二流速的总和在所有时刻是大于零的。

26.  根据权利要求23所述的方法，其中所述第一流速的所述周期性变化包括 是所述基本频率的整数倍的至少一个更高阶的频率。

27.  根据权利要求23所述的方法，其中所述第二流速的所述周期性变化包括是所述基本频率的整数倍的至少一个更高阶的频率。

28.  一种泵送机构，其包括：
具有入口和出口的蠕动泵送机构，所述泵送机构被配置成通过所述入口接收流体并且以随时间关于标称流速周期性变化的速率提供通过所述出口的所述流体的输出流；以及
具有流体连接到所述泵送机构的所述出口的入口和一出口的可变体积，其中所述可变体积被配置成与所述输出流的所述周期性变化同步地变化。

29.  根据权利要求28所述的泵送机构，其中：
当通过所述泵送机构的所述出口的输出流速大于所述标称流速时，在至少一部分时间期间所述可变体积增大；以及
当通过所述泵送机构的所述出口的所述输出流速小于所述标称流速时，在至少一部分时间期间所述可变体积减小。

30.  一种泵送机构，其包括：
多个蠕动泵送致动器，其被配置成依次压缩具有入口和位于所述入口的下游的出口的至少部分可压缩的泵送元件的第一部分的邻近区段，所述多个泵送致动器进一步被配置成以包括基本驱动频率的运动进行往复运动，其中所述多个泵送致动器中的第一泵送致动器最靠近所述入口；以及
至少一个吸入补偿致动器，其被布置成选择性地压缩设置在所述至少部分可压缩的泵送元件的所述入口与所述第一部分之间的所述至少部分可压缩的泵送元件的第二部分，所述至少一个吸入补偿致动器被配置成以包括相对于所述第一泵送致动器的相移处的所述基本驱动频率的运动进行往复运动。

31.  根据权利要求30所述的泵送机构，其中：
所述至少一个吸入补偿致动器的第一吸入补偿致动器邻近于所述第一泵送致动器；并且
所述第一吸入补偿致动器的所述运动的所述基本驱动频率相对于所述第一泵 送致动器的所述运动的所述基本驱动频率具有90°到270°的相移。

32.  根据权利要求31所述的泵送机构，其中所述第一吸入补偿致动器的所述运动的所述基本驱动频率相对于所述第一泵送致动器的所述运动的所述基本驱动频率具有大约180°的相移。

说明书关于蠕动泵机构的系统和方法
优先权
本申请涉及并且要求2011年12月8日提交的标题为“SYSTEM AND METHOD FOR IMPROVED FLOW UNIFORMITY IN A PERISTALTIC PUMP MECHANISM”的美国序列号13/315,196的权益，其以引用的方式并入本文。
技术领域
本公开涉及蠕动泵送系统，并且具体而言涉及包含蠕动泵送系统的静脉内(IV)泵。本发明描述用于蠕动泵机构中的改进的流动均匀性的系统和方法。
背景技术
医院里的患者通常经由使用IV泵的输液而接收药物和医疗流体。IV泵的一种传统配置使用IV设备/输液器的导管区段的蠕动操纵以形成医疗流体到患者的流动。这种类型的泵送机构是简单且可靠的，并且IV设备的泵送区段是柔性导管的直线件，使得其成为成本相对较低的IV设备。
蠕动泵送系统的一个缺点在于，随着由蠕动致动器的运动形成的“波”到达泵送系统的出口，流速随时间而变化。瞬时流速围绕平均流速变化。当给予具有较短响应时间(半衰期)的药物以调节关键器官系统的功能时这种变化可以导致患者在临床上的显著不稳定性。
发明内容
期望提供一种具有减少的净输出流速变化量的蠕动泵送的系统和方法。
在一些实施例中，公开了一种泵送机构，所述泵送机构包含多个蠕动泵送致动器，所述蠕动泵送致动器被配置成依次压缩具有入口和位于所述入口下游的出口的至少部分可压缩的泵送元件的第一部分的邻近区段。所述多个泵送致动器进一步被配置成以包括基本驱动频率的运动进行往复运动。所述多个泵送致动器中的最后一个泵送致动器最靠近所述出口。所述泵送机构还包含至少一个补偿致动器，所述补偿致动器被布置成选择性地压缩设置在所述至少部分可压缩的泵送元件的所述第一部分与所述出口之间的所述至少部分可压缩的泵送 元件的第二部分。所述至少一个补偿致动器被配置成以包括相对于所述最后一个泵送致动器的相移处的所述基本驱动频率的运动进行往复运动。
在一些实施例中，公开了一种用于与具有出口的静脉内(IV)设备一起使用的泵送系统。所述泵送系统包含被配置成旋转的驱动电机、耦连到所述驱动电机的驱动轴以及沿所述驱动轴成行设置并且耦连到所述驱动轴的多个泵送凸轮。所述多个泵送凸轮具有共同的轮廓，所述共同的轮廓具有在每一对邻近泵送凸轮之间的共同旋转偏移。所述多个泵送凸轮包含最后一个泵送凸轮。所述泵送系统还包含固定地耦连到邻近于所述最后一个泵送凸轮的所述驱动轴的补偿凸轮。所述补偿凸轮相对于所述最后一个泵送凸轮可旋转地偏移。所述泵送系统还包含分别耦连到所述多个泵送凸轮的多个泵送致动器。所述泵送致动器被配置成在所述驱动轴旋转时蠕动式地操纵所述IV设备的第一部分的邻近区段。所述泵送系统还包含耦连到所述补偿凸轮的补偿致动器。所述补偿致动器被布置成选择性地压缩设置在所述第一部分与所述出口之间的所述IV设备的第二部分的区段。
在一些实施例中，公开了一种包含以下步骤的方法：蠕动式地操纵具有位于出口上游的入口的至少部分可压缩的泵送元件的第一部分，所述第一部分设置在所述入口与所述出口之间，以使得流体以在第一最大值与第一最小值之间周期性变化的第一速率从所述出口流出；并且操纵设置在所述第一部分与所述出口之间的所述至少部分可压缩的泵送元件的第二部分，以使得所述流体以关于零周期性变化的第二速率从所述出口流出，其中第一流速和第二流速的总和具有低于相应的第一最大值和第一最小值的第二最大值和第二最小值。
在一些实施例中，公开了一种包含具有入口和出口的蠕动泵送机构的泵送机构。所述泵送机构被配置成通过所述入口接收流体并且以随时间关于标称流速周期性变化的速率提供通过所述出口的流体输出流。所述泵送机构还包含具有流体连接到所述泵送机构的出口的入口和出口的可变体积。所述体积被配置成与所述输出流的周期性变化同步变化。
附图说明
随附的附图被包含在内以提供进一步的理解并且结合在本说明书中且构成本说明书的一部分，附图图示说明了所公开的实施例并且与所述描述一起用来阐释公开的实施例的原理。在附图中：
图1A描绘了患者使用IV泵接收医疗流体的输注。
图1B描绘了示例IV设备。
图1C描绘了第二示例IV设备。
图2A是根据本发明的某些方面的包含在图1A的泵送模块中的泵送系统的示例性实施例的透视图。
图2B是根据本发明的某些方面的图2A的泵送系统的侧向截面图。
图3是根据本发明的某些方面的示例性凸轮轴的透视图。
图4A描绘了根据本发明的某些方面的蠕动泵送系统的输出流，所述泵送系统具有十二个泵送致动器而没有任何补偿致动器并且其驱动轴以恒定角速度旋转。
图4B描绘了根据本发明的某些方面的泵送系统的输出流，所述泵送系统具有如图3中所示的十个泵送致动器和两个补偿致动器并且其驱动轴以恒定角速度旋转。
图5A到图5D描绘了根据本发明的某些方面的在操作过程中图3的泵送系统的顺序配置。
图6描绘了根据本发明的某些方面由圆形偏移凸轮驱动的致动器的基本位移曲线。
图7描绘了根据本发明的某些方面由具有合并第二谐波的形状的凸轮驱动的致动器的位移曲线。
图8描绘了根据本发明的某些方面由具有合并第三谐波的形状的凸轮驱动的致动器的位移曲线。
图9描绘了根据本发明的某些方面的变速传动装置的示例性实施例。
具体实施方式
以下描述公开了用于从蠕动泵送系统提供改进的流动均匀性的系统和方法的实施例。在一些实施例中，泵送系统包含至少一个补偿致动器，该补偿致动器可以由补偿凸轮驱动，其中该补偿凸轮耦合到驱动泵送凸轮并且由此致动泵送致动器的相同驱动轴，或者该补偿致动器可以由单独的动力源(例如，线性步进式电机)来推动。在一些实施例中，驱动轴的旋转速度被调制以进一步使由泵送系统输送的流体的流速平稳。
下面阐述的具体实施方式意图作为对主题技术的多种配置的描述，而且并非意图表示可以实践主题技术的仅有配置。附图被并入本文并且构成具体实施方式的一部分。出于提供对主题技术的透彻理解的目的，具体实施方式包含具 体细节。然而，对于所属领域的技术人员而言显而易见的是可以在没有这些具体细节的情况下实践主题技术。在一些情况下，以框图形式示出众所周知的结构和部件以避免混淆主题技术的概念。为了易于理解，相同的部件以相同的元件标号标记。
图1A描绘了患者10使用IV泵30接收医疗流体的输注。在此示例中，IV泵30包含控制单元32和泵送模块34。流体容器36悬挂在患者的头部处或其上方，并且经由IV设备20连接到IV泵模块34并且随后连接到患者10。
图1B描绘了示例IV设备20A。该示例IV设备20包含具有密闭安全连接装置(bag spike)22的滴注室，所述滴注室被配置成连接到流体源，诸如，图1A的流体容器36。滴注室22通过导管24连接到泵送段26，所述泵送段26随后通过额外的导管24连接到配件28。在此示例中，配件28是无针鲁尔连接器，其适用于连接到任何脉管接入装置(VAD)(未图示)，诸如，静脉内针。泵送段26被配置成与泵送模块34匹配，并且由泵送模块34内的泵送机构(不可见)操纵以使得流体从密闭安全连接装置22流动到配件28。图1B的示例IV设备20A还包含止回阀23和两个无针接入端口25。
图1C描绘了第二示例IV设备。此示例IV设备20B包含功能上与图1B的密闭安全连接装置相同的滴注室22。滴注室22通过导管24连接到配件28。在IV设备20B中，泵送段是一定长度的相同的导管24，其具有耦连到导管24的定位配件21A和21B。这种类型的IV设备可能比IV设备20A更便宜。图1C的示例IV设备20B还包含滚动夹27。
图2A是根据本发明的某些方面的包含在图1A的泵送模块34中的泵送系统40的示例性实施例的透视图。泵送系统40包含耦连到驱动轴62的电机42，其中轴承元件48位于驱动轴62的端部处。轴承元件48被配置成与壳体(在图2A中不可见)匹配，以支撑驱动轴62的端部。一系列的凸轮60沿驱动轴62布置，并且匹配的一系列致动器44和45A、45B被布置在相应的泵送凸轮60上。参考图3对凸轮60的布置进行更详细的讨论。
图2B是根据本发明的某些方面的图2A的泵送系统40的侧向截面图。凸轮轴46的多个凸轮60沿驱动轴62成行布置并且固定地附接到驱动轴62上。每个泵送凸轮60A-60J关于驱动轴附接在递增旋转(相位)位置处，在图2B的示例中典型地呈36°。随着轴62旋转，致动器以正弦曲线的往复运动移动。在此示例中，凸轮60是圆形的并且在距离中心的偏移位置处附接到驱动轴62，使得凸轮60的 表面距驱动轴62的距离发生改变。这种类型的凸轮60是所属领域的技术人员已知的。致动器44A-44J中的每个具有配合在凸轮60中的一个凸轮上的开口。随着驱动轴62旋转，每个致动器44以与驱动轴62的旋转速率匹配的频率向上和向下往复运动。图2B的实施例包含由凸轮64A和64B驱动的两个补偿致动器45A、45B，参考图5A到图5D对该补偿致动器进行更详细的描述。泵送系统40包含位于致动器60的尖端61下方的压板49，并且泵送系统40被配置成在致动器44与压板49之间容纳柔性管50。在此示例中，柔性管50是图1B的IV设备20的泵送段26的一部分。随着每个致动器44朝向压板49下降，尖端61压缩管50并且当致动器44完全下降时，充分地压缩管50以形成阻断通过管50的流动的夹点或闭塞54A、54B。在例如图2A和图2B中所示的泵送系统40的蠕动泵中，可以看到凸轮60被布置成使得致动器44的垂直位置形成“波”图案。在此示例中，随着驱动轴62转动，“波”从左侧移动到右侧，由此迫使管50内的控制室56的流体行进到右侧并且最终从出口52B排出，如同箭头所指示的。同时，流体通过入口52A被吸入到随着最左边的致动器44下降而形成的新的控制室56中。在一些实施例中，驱动轴62是以恒定角速度操作的，由此产生不规则的流动，即，当闭塞位于致动器44J下方时流动完全停止并且当闭塞位于致动器44B-44E下方时流动达到比平均流速更高的流速。
在一些实施例中，致动器44被配置成操纵非管状泵送元件(未图示)而不是管50。在一些实施例中，泵送元件包括刚性U形通道，其中柔性膜覆盖U形通道的开口侧从而形成至少部分可压缩的泵送元件。该至少部分可压缩的泵送元件的操作和行为与关于本发明中的管50描述的操作和行为相同。
图3是根据本发明的某些方面的示例性凸轮轴46的透视图。泵送凸轮60A-60J是沿驱动轴62布置的，其中在此示例中两个补偿凸轮64A和64B设置在驱动轴62的下游端。参考图5A-5D对补偿凸轮64A、64B的功能进行更详细的描述。在此示例中，泵送凸轮60A-60J具有将引起相应致动器44以驱动轴62的旋转频率通过大体正弦的运动向上和向下往复运动的相同轮廓。举例来说，如果驱动轴62以每秒1转(转/秒)的恒定速度旋转，那么致动器44的运动将是具有1Hz的频率的近似正弦曲线。如果驱动轴62的旋转速度是变化的，例如所述速度以大约为1转/秒的稳态速度正弦地变化，那么致动器44的运动将是具有1Hz的基本频率以及与驱动轴速度的变化率相关的二级频率的更加复杂的运动。在一些实施例中，驱动轴62的速度以基本速度的整数倍的速率变化。在一些实施例中， 驱动轴62的速度以基本旋转速度的两倍的速率变化。
在一些实施例中，补偿通过以与泵送凸轮60A-60J相同的角速度移动的补偿凸轮64A、64B的形状提供。补偿的效果取决于凸轮几何形状、相对于泵送凸轮的相位以及宽度的选择。在一些实施例中，补偿凸轮64A、64B中的至少一个的轮廓是非圆形形状的。在一些实施例中，所述形状是具有相位和振幅的正弦曲线，所述相位和振幅包括圆形轮廓的第一谐波调制。在一些实施例中，补偿凸轮64A、64B中的至少一个的形状包括相位和振幅，所述相位和振幅包括凸轮的形状的第二谐波调制。
在一些实施例中，在每次旋转期间通过例如在由具有泵送凸轮60A-60J的共用电机驱动时使用齿轮连杆，或者通过耦连到补偿凸轮64A、64B的单独的驱动电机的直接控制，通过一个或多个补偿凸轮64A、64B的角速度的调制来提供补偿。在一些实施例中，调制频率是基本驱动频率的两倍。在一些实施例中，瞬时角速度发生变化以产生包括由泵送凸轮60A-60J诱导的流速的第一谐波的可变流动。在一些实施例中，所述瞬时角速度发生变化以产生包括流速变化的第二谐波的可变流动。在一些实施例中，瞬时角速度发生变化以产生包括流速变化的较高谐波的可变流动。
图4A描绘了根据本发明的某些方面的蠕动泵送系统40的输出流，其中该蠕动泵送系统具有十二个泵送致动器44而没有任何补偿致动器46并且其驱动轴62以恒定角速度旋转。十二个泵送致动器44A-44J以及45A和45B由相对于每一侧上的泵送凸轮60具有在旋转取向上均匀的递增相位偏移的泵送凸轮60A-60J以及64A和64B驱动。对于图4A的示例，泵送凸轮60E位于泵送凸轮60D前30°和泵送凸轮60F后30°处。随着驱动轴62以恒定速度旋转，关于图2B描述的闭塞波图案将行进一行十二个泵送凸轮60A-60J以及64A和64B的长度并且产生具有作为参考线72示出的平均流速以及由线70示出的随时间推移的实际流速的流。流速70以与驱动轴62的旋转相同的频率发生变化。
图4B描绘了根据本发明的某些方面的用于图4A的相同模拟的结果，其被配置成以计算具有如图3中所示的十个泵送致动器44A-44H和两个补偿致动器45A、45B的泵送系统40的输出流并且其驱动轴62以恒定角速度旋转。在此示例中，补偿凸轮64A、64B具有与泵送凸轮60A-60J类似的轮廓但是具有降低的“升程”，即，补偿致动器45A、45B的往复运动的范围小于泵送致动器44A-44J的往复运动的范围。这种降低的升程引起导管50的不完全压缩或闭塞。两个补偿 凸轮64A、64B彼此可旋转地对齐并且以大约180°从邻近的泵送致动器44H偏移。得到的瞬时流速74和平均流速72按与图4A相同的时间和流速标度绘制。图4B的泵送系统40的电机42以与图4A的泵送系统40相比略高的平均角速率运行，以便提供相同的平均流速，因为具有十个泵送致动器配置的控制室56的体积略小于具有十二个泵送致动器配置的控制室的体积。可以看到，流速的最大变化在图4B的泵送系统40中较低，即具有补偿凸轮64A、64B和补偿致动器45A、45B的泵送系统40中。在一些实施例中，所述变化使用泵送凸轮60A-60J和补偿凸轮64A、64B中的一个或两个的旋转速率的调制进一步降低。
以输出流可以如图4A中所示改变100％的相同方式，入口流，即，通过入口52A被吸入到蠕动泵送机构46中的流体的流速随着时间而变化。在输注系统的某些配置中，例如，当流体的初级源和二级源在“Y”形接合点处接合时，其中所述初级源包含意图阻止流动直至流体的二级源耗尽为止的流动控制阀门，负压尖峰可能引起来自初级源的意外流动。在其他配置中，由泵的吸入率的突然波动诱发的从流体源到泵的管线中的负压尖峰可能在流体中形成气泡。在这些配置中，期望的是具有被吸入到IV泵中的流体的稳定流入速率。在一些实施例中，一个或更多个吸入补偿凸轮(在图3中未示出)邻近于泵送凸轮60A提供并且吸入补偿致动器(在图2A或图2B中未示出)邻近于致动器44A提供，以选择性地压缩在入口52A和致动器44A与管50的接触点之间的一部分管50，从而使通过入口的流体的流入速率平稳。吸入补偿凸轮的功能与补偿凸轮64A、64B的功能极其相似之处在于，吸入补偿凸轮使得相应的吸入补偿致动器与第一泵送致动器44A一起离开相位。通过在第一泵送凸轮44A下降时扩张吸入补偿致动器下方的可变体积，或在第一泵送致动器44A上升时完全压缩管50并且收缩可变体积，吸入流速类似于通过补偿致动器45A、45B的输出流速的平滑化而被平滑化。
图5A-5D描绘了根据本发明的某些方面的在操作过程中图3的泵送系统40的顺序配置。图5A描绘了在驱动轴62的旋转时刻的泵送系统40，其中由箭头54A指示的夹点位于泵送致动器44J的下方并且补偿致动器45A、45B位于压板(在图5A-5D中未示出)上方的最大高度处。泵送致动器44A几乎位于其最大延伸处并且将要在由虚线箭头54B示出的位置处形成另一夹点从而形成控制室56。
图5B描绘了在驱动轴62已经旋转大约90°之后的图5A的相同的泵送系统40。夹点54B已经形成并且已经从泵送致动器44A的下方向右移动到泵送致动器 44B下方的位置处，由此将控制室56向右移动。泵送致动器44J已经向上移动，由此打开先前的夹点54A并且允许控制室56中的流体的一部分向右流动。补偿致动器45A、45B已经向下移动，由此转移在补偿致动器45A、45B下方的管中的一些流体。这些转移的流体也将向右流动，从而增大由夹点54B的移动诱发的流动。
补偿致动器45A、45B的益处涉及控制室56的形状。来自控制室56的经过补偿致动器45A、45B的液体的流动是在任何时刻泵送致动器44J下方的控制室的体积的函数。在图5B的位置中，泵送致动器44J下方的控制室56的体积与在相同时刻的泵送致动器44G下方的控制室56的最大体积相比是相对较小的。因此流速也是相对较低的并且将等效于图4A的流速中的较低点中的一个。然而，在这个相同时间处的补偿致动器45A、45B的向下运动产生额外的流动，使得离开泵送系统40的总体流动高于没有补偿致动器45A、45B的情况。参考图5D将看到，相反的影响发生在来自控制室56的最大流动时，由此产生类似于图4B的流速。
图5C描绘了在驱动轴62已经从图5B的配置大约旋转额外的90°之后的泵送系统40。在此时刻，夹点54B已经向右移动，即朝向患者移动，并且现在位于泵送致动器44E下方，并且控制室56的最高点位于泵送致动器44J的下方。来自控制室56的流速此时处于其最大速率。补偿致动器45A、45B已经通过了它们的最大延伸并且逆转其运动方向并且现在扩张补偿致动器45A、45B下方的管50的一部分的体积。管50的这种扩张吸收从控制室56中排出的一些流体，由此降低离开泵送系统40的流体的总流速。因此，补偿致动器45A、45B的向上运动降低了离开泵送系统40的流体的最大瞬时流速，并且补偿致动器45A、45B的向下运动增大了离开泵送系统40的液体的最小流速，由此产生与图4A中所示的非补偿型流速相比更加均匀的图4B中所示的流速。
图5D描绘了在驱动轴62已经从图5C的配置大约旋转额外的90°之后的泵送系统40。补偿致动器45A、45B仍然在向上移动，但是随着这些致动器接近它们的最大向上位置运动减缓。与图5C的配置相比从来自控制室56的流速中分流的流体量减少，并且随着控制室56的后缘接近泵送致动器44J下方的位置，来自控制室56的流速也降低。在另一个90°的旋转之后，泵送系统40将返回到图5A的位置，由此完成一个运动循环。在一些实施例中，补偿致动器45A、45B被配置成形成正弦流动，当邻近泵送致动器44J最大限度地朝向管50(在图5A-5D中未示出)移位时所述正弦流动具有最大附加流动，即向右流动并且离开泵送系统 40，以及当邻近的泵送致动器44J最大限度地离开管50移位时，所述正弦流动具有最大削减流动，所述最大削减流动可以被认为是有效地吸收从控制室56排出的一部分流体的负流动。
在图5A到图5D中所示的实施例中，成对的补偿凸轮64A、64B的旋转位置以及因此补偿致动器45A、45B的运动是相同的。在一些实施例中，补偿凸轮64A、64B的旋转位置彼此偏移。在一些实施例中，补偿凸轮64B的最大升程不同于补偿凸轮64A的升程。
此外，在一些实施例中，驱动轴62的旋转速度是恒定的，而在一些实施例中，驱动轴62的旋转速度围绕平均速度变化。在一些实施例中，驱动轴62的旋转速度的变化被调制在旋转的基本频率的两倍的频率。在一些实施例中，关于泵送和补偿凸轮的调制角速度的相位关系被调节从而进一步减少流速的变化。在一些实施例中，驱动轴62的旋转速度的变化通过驱动电机42与驱动轴62之间的机械系统实现。在一些实施例中，驱动轴62的旋转速度的变化通过对驱动电机42的速度进行调制来实现。
图6描绘了根据本发明的某些方面由圆形偏移凸轮60驱动的致动器44的基本位移曲线72。随着圆形凸轮60从旋转轴线(即，图3中所示的轴62)偏移，相关联的致动器44的位移轮廓72将以包括基本调制频率和近似正弦形状的运动进行往复运动。在一些实施例中，第一补偿致动器45A邻近于多个泵送致动器44A-44J中的最后一个泵送致动器44J定位，如图2B中所示。补偿致动器45A以具有相对于最后一个泵送致动器44J的基本驱动频率进行相位偏移的基本频率的运动进行往复运动。在一些实施例中，补偿致动器45A和泵送致动器44J之间的相移是180°，即，当泵送致动器44J到达其最小高度时，补偿致动器45A到达其最大高度。在一些实施例中，补偿致动器45A和泵送致动器44J之间的相移介于90°与270°之间。
图7描绘了根据本发明的某些方面由具有合并第二谐波的形状的凸轮60驱动的致动器44的位移曲线74。第二谐波的形状单独由曲线76示出。可以看到曲线76具有曲线72两倍的频率。曲线74是曲线72和76的总和并且可以看到曲线74的正位移峰大于曲线72的正位移峰，而曲线74的负位移峰小于(即，正于)曲线72的负位移峰。
图8描绘了根据本发明的某些方面由具有合并第三谐波的形状的凸轮60驱动的致动器44的位移曲线78。曲线80说明第三谐波的形状并且可以看到频率是 曲线72的三倍。曲线78是曲线72和80的总和并且可以看到对于正峰和负峰都是顶部平坦的并且低于曲线72。
图9描绘了根据本发明的某些方面的变速传动装置90的示例性实施例。在此实施例中，具有圆形轮廓的驱动轮92由电机42(在图9中未示出)以恒定角速度驱动。所述圆形驱动轮通过传动带96耦连到凸轮转轮94上，所述凸轮转轮94耦连到驱动轴62。在此示例中，凸轮转轮92具有椭圆形轮廓(未按比例示出)。随着驱动轮92以恒定速度转动，凸轮转轮96将以可变速度转动，其中瞬时角速度是从凸轮转轮94的旋转中心到传动带96与凸轮转轮94之间的接触点93的瞬时偏移距离95的函数。收紧轮98被偏置以向传动带96施加侧向力，从而随着凸轮转轮94旋转吸收任何松弛。
对于所属领域的技术人员而言显而易见的是，基于图6到图8中公开的原理，通过使用凸轮可以形成任意形状的位移曲线，所述凸轮的使用包括与使用傅立叶级数的任意周期性波形的形成类似的图6的基本谐波中的一个或多个谐波。每个谐波组分可以具有相对于基本曲线的幅值和相位的独立幅值和相位角。
凸轮成形的另一方法是首先确定期望的位移轮廓并且然后凭经验确定产生此轮廓的凸轮形状。因为致动器与凸轮之间的接触点可以侧向移位，即，垂直于与致动器的运动方向平行的线，所以随着凸轮旋转，确定产生期望的位移曲线的凸轮形状的设计过程可以是迭代过程。因此具有补偿凸轮的蠕动泵将具有可以发生变化以降低输出流变化的六个独立变量，其中所述补偿凸轮具有由第二和第四谐波轮廓修饰的基本偏移圆形轮廓。在一些实施例中，一个或更多个补偿凸轮64A、64B如本文所描述被成形以将蠕动泵的净输出流变化降低到小于仅使用用于补偿凸轮64A、64B的圆形凸轮轮廓实现的变化。
在一些实施例中，通过改变成形的补偿凸轮的旋转速率可以进一步降低输出流的变化。使用图3中的部件的参考编号，如果泵送凸轮60A-60J被安装到以恒定角速度旋转的第一轴并且补偿凸轮64A、64B可以以可变速度旋转，例如耦连到单独的变速电机或通过可变传动装置耦连到驱动电机，那么补偿凸轮64A、64B的流动变化可以通过周期地改变补偿凸轮的转速而进一步得到调节。
所公开的泵送系统和方法提供了一种与常规的蠕动泵的流动相比更加均匀的流体流动。蠕动泵送致动器下游的补偿致动器的添加以及补偿致动器相对于泵送致动器的蠕动运动的运动偏移降低了最大流速并且增大了最小流速，由此产生了与传统的蠕动泵的流速变化相比随时间推移的更加均匀的流速。所述补 偿凸轮可以由添加到补偿凸轮的基本圆形轮廓的较高阶谐波成形，以降低由于仅使用圆形的补偿凸轮而存在的残余变化。此外，驱动轴的速度也可以变化以进一步降低净输出流速的变化。在电机以恒定速度旋转的同时，使用传动装置或连杆以改变驱动轴的速度可以避免与提供变速电机相关联的噪声、振动和成本。
应理解，所公开的过程中的步骤或方框的特定次序或层级是示例性方法的说明。基于设计偏好，应理解可以重新布置过程中的步骤或方框的特定次序或层级。所附方法要求保护在样本次序中的多个步骤中出现的元素，而并非意味着限于所呈现的特定的次序或层级。
提供先前的描述以确保所属领域的技术人员能够实践本文所描述的各个方面。这些方面的各种修改对于所属领域的技术人员而言将是显而易见的，并且本文中定义的一般原理可应用于其他方面。因此，权利要求书并非意图限于本文中示出的方面，而是依据符合语言权利要求书的完整范围。
提到单数形式的元件并非意图表示“一个和仅一个”，除非特别指出，而是表示“一个或更多个”。除非另外特别指出，否则术语“一些”是指一个或更多个。
关于男性的代词(例如，他的)包含女性和中性性别(例如，她的和它的)，并且反之亦然。与对于所属领域的一般技术人员而言是已知的或稍后成为已知的在本发明通篇中描述的各个方面的元件等效的所有结构和功能明确地以引用的方式并入本文中并且意图由权利要求书所涵盖。此外，本文中所公开的任何内容都不意图专用于公众，无论此类披露是否在权利要求书中明确地叙述。所要求保护的元素不在美国法典第35篇第112条款的第六段下被解释，除非所述元素是明确地使用短语“用于...的装置”来叙述的，或者在方法权利要求的情况下，所述元素是使用短语“用于...的操作”来叙述的。
虽然已经详细描述且说明了本发明的实施例，但是应清楚地理解本发明的实施例仅是说明和示例的方式，并且不应视为限制的方式，本发明的范围仅由所附权利要求书的各项限制。
优选地包含本文所述的所有元件、部分和步骤。应理解这些元件、部分和步骤中的任何一个可以由其他元件、部分和步骤替换或者一起删除，这对于所属领域的技术人员将是显而易见的。
在一个方面中，本文公开了以下内容。公开了一种泵送机构，所述泵送机 构包含多个蠕动泵送致动器，所述蠕动泵送致动器被配置成选择性地且依次压缩具有位于出口上游的入口的至少部分可压缩的泵送元件的第一部分的邻近部分。所述多个泵送致动器进一步被配置成通过每对邻近的泵送致动器之间的第一相位偏移以共同的驱动频率进行往复运动。所述泵送机构还包含至少一个补偿致动器，其被布置成选择性地压缩设置在所述第一部分与所述出口之间的所述至少部分可压缩的泵送元件的第二部分。所述至少一个补偿致动器被配置成按最佳位移和基本驱动频率的整数倍的调制频率并且通过所述至少一个补偿致动器与所述邻近的泵送致动器之间的第二相位偏移进行往复运动。
概念
本文至少公开了以下概念。
概念1.一种泵送机构，其包括：
多个蠕动泵送致动器，其被配置成依次压缩具有入口和位于所述入口的下游的出口的至少部分可压缩的泵送元件的第一部分的邻近区段，所述多个泵送致动器进一步被配置成以包括基本驱动频率的运动进行往复运动，其中所述多个泵送致动器中的最后一个泵送致动器最靠近所述出口；以及
至少一个补偿致动器，所述补偿致动器被布置成选择性地压缩设置在所述至少部分可压缩的泵送元件的所述第一部分与所述出口之间的所述至少部分可压缩的泵送元件的第二部分，所述至少一个补偿致动器被配置成以包括相对于所述最后一个泵送致动器的相移处的所述基本驱动频率的运动进行往复运动。
概念2.根据概念1所述的泵送机构，其中：
所述至少一个补偿致动器的第一补偿致动器邻近于所述最后一个泵送致动器；并且
所述第一补偿致动器的运动的所述基本驱动频率相对于所述最后一个泵送致动器的运动的所述基本驱动频率具有90°到270°的相移。
概念3.根据概念2所述的泵送机构，其中所述第一补偿致动器的所述运动的所述基本驱动频率相对于所述最后一个泵送致动器的所述运动的所述基本驱动频率具有大约180°的相移。
概念4.根据概念1或2所述的泵送机构，其中所述至少一个补偿致动器的所述运动包括是所述基本驱动频率的整数倍的一个或多个更高阶的谐波。
概念5.根据概念4所述的泵送机构，其中所述一个或多个谐波具有相对于所述最后一个泵送致动器的相应相移。
概念6.根据前述概念中的任一项所述的泵送机构，其中所述泵送机构进一步包括：
驱动轴；
固定地耦连到所述驱动轴的多个泵送凸轮，所述多个泵送凸轮被配置成分别使得所述多个泵送致动器往复运动；以及
固定地耦连到所述驱动轴的至少一个补偿凸轮，所述至少一个补偿凸轮被配置成分别使得所述至少一个补偿致动器往复运动。
概念7.根据概念6所述的泵送机构，其中所述多个泵送凸轮在轮廓上相同并且在邻近的泵送凸轮之间具有恒定的相位偏移。
概念8.根据概念7所述的泵送机构，其中所述至少一个补偿凸轮具有与所述泵送凸轮基本相同的轮廓。
概念9.根据概念7所述的泵送机构，其中所述至少一个补偿凸轮具有不同于所述泵送凸轮的轮廓。
概念10.根据概念9所述的泵送机构，其进一步包括：
第二补偿致动器；以及
具有第二轮廓的第二补偿凸轮，所述第二补偿凸轮被配置成使得所述第二补偿致动器以包括所述基本驱动频率的第二谐波的运动进行往复运动。
概念11.根据概念6所述的泵送机构，其中所述驱动轴以在360°旋转上变化的角速率旋转。
概念12.根据概念11所述的泵送机构，其中：
基本驱动频率通过所述驱动轴用以完成一个360°旋转所需要的时间周期的倒数确定；并且
所述驱动轴的角速率变化的所述角速率包括所述基本驱动频率的一个或多个整数谐波。
概念13.根据概念12所述的泵送机构，其中每个所述谐波包括相对于所述基本驱动频率的相应相移。
概念14.根据概念1-5中的任一项所述的泵送机构，其中所述泵送机构进一步包括：
驱动轴，所述驱动轴被配置成按一角速度旋转；
固定地耦连到所述驱动轴的多个泵送凸轮，所述多个泵送凸轮中的每一个被配置成使得所述多个泵送致动器中的相应一个往复运动，所述多个泵送凸轮包括 对应于所述最后一个泵送致动器的最后一个泵送凸轮，所述多个泵送凸轮中的每个包括一形状，所述形状包括基本谐波频率和第一振幅；以及
至少一个补偿凸轮，其被配置成使得相应的至少一个补偿致动器往复运动，所述至少一个补偿凸轮包括一形状，所述形状包括所述基本谐波频率和第二振幅以及相对于所述最后一个泵送凸轮的相移。
概念15.根据概念14所述的泵送机构，其中所述角速度是恒定的。
概念16.根据概念14所述的泵送机构，其中所述补偿凸轮的所述形状包括是所述基本谐波频率的整数倍的至少一个谐波频率。
概念17.根据概念14所述的泵送机构，其中：
所述至少一个补偿凸轮的所述形状包括是所述基本谐波频率的整数倍的至少一个额外谐波频率，每个额外谐波频率具有相应振幅和相对于所述最后一个泵送凸轮的相应相移。
概念18.一种用于与具有出口的静脉内(IV)设备一起使用的泵送系统，所述泵送系统包括：
被配置成旋转的驱动电机；
耦连到所述驱动电机的驱动轴；
多个泵送凸轮，所述多个泵送凸轮沿所述驱动轴成行设置并且耦连到所述驱动轴，所述多个泵送凸轮具有共同的轮廓，所述共同的轮廓具有在每对邻近的泵送凸轮之间的共同的可旋转偏移，所述多个泵送凸轮包括最后一个泵送凸轮；
补偿凸轮，其固定地耦连到邻近于所述最后一个泵送凸轮的所述驱动轴，所述补偿凸轮相对于所述最后一个泵送凸轮可旋转地偏移；
多个泵送致动器，其分别耦连到所述多个泵送凸轮，所述泵送致动器被配置成当所述驱动轴旋转时蠕动式地操纵所述IV设备的第一部分的邻近区段；以及
耦连到所述补偿凸轮的补偿致动器，所述补偿致动器被布置成选择性地压缩设置在所述第一部分与所述出口之间的所述IV设备的第二部分的区段。
概念19.根据概念18所述的泵送系统，其中所述补偿凸轮相对于所述最后一个泵送凸轮在90°到270°的范围内可旋转偏移。
概念20.根据概念18或19所述的泵送系统，其进一步包括耦连在所述驱动电机与所述驱动轴之间的传动装置，其中所述传动装置被配置成调制所述驱动轴的速度，从而使得所述驱动轴的旋转包括基本频率以及是所述基本频率的整数倍的调制频率。
概念21.根据概念18、19或20所述的泵送系统，其中所述驱动电机被配置成以可变的速度旋转，从而使得所述驱动电机的旋转包括基本频率以及是所述基本频率的整数倍的调制频率。
概念22.一种包括以下步骤的方法：
蠕动式地操纵具有位于出口上游的入口的至少部分可压缩的泵送元件的第一部分，所述第一部分设置在所述入口与所述出口之间，以使得流体以在第一最大值与第一最小值之间周期性变化的第一速率流出所述出口；以及
操纵设置在所述第一部分与所述出口之间的所述至少部分可压缩的泵送元件的第二部分，以使得所述流体以关于零周期性变化的第二速率流出所述出口，其中所述第一流速和所述第二流速的总和具有低于所述相应的第一最大值和第一最小值的第二最大值和第二最小值。
概念23.根据概念22所述的方法，其中：
所述第一流速和所述第二流速的周期性变化各自包括基本频率；
所述第一流速和所述第二流速的所述基本频率之间存在相位偏移。
概念24.根据概念23所述的方法，其中所述第一流速与所述第二流速之间的所述相位偏移在90°到270°的范围内。
概念25.根据概念22、23或24所述的方法，其中在泵送流体时，在所述出口处的所述第一流速和所述第二流速的总和在所有时刻是大于零的。
概念26.根据概念23所述的方法，其中所述第一流速的所述周期性变化包括是所述基本频率的整数倍的至少一个更高阶的频率。
概念27.根据概念23所述的方法，其中所述第二流速的所述周期性变化包括是所述基本频率的整数倍的至少一个更高阶的频率。
概念28.一种泵送机构，其包括：
具有入口和出口的蠕动泵送机构，所述泵送机构被配置成通过所述入口接收流体并且以随时间关于标称流速周期性变化的速率提供通过所述出口的所述流体的输出流；以及
具有流体连接到所述泵送机构的所述出口的入口和一出口的可变体积，其中所述可变体积被配置成与所述输出流的所述周期性变化同步地变化。
概念29.根据概念28所述的泵送机构，其中：
当通过所述泵送机构的所述出口的输出流速大于所述标称流速时，在至少一部分时间期间所述可变体积增大；以及
当通过所述泵送机构的所述出口的所述输出流速小于所述标称流速时，在至少一部分时间期间所述可变体积减小。
概念30.一种泵送机构，其包括：
多个蠕动泵送致动器，其被配置成依次压缩具有入口和位于所述入口的下游的出口的至少部分可压缩的泵送元件的第一部分的邻近区段，所述多个泵送致动器进一步被配置成以包括基本驱动频率的运动进行往复运动，其中所述多个泵送致动器中的第一泵送致动器最靠近所述入口；以及
至少一个吸入补偿致动器，其被布置成选择性地压缩设置在所述至少部分可压缩的泵送元件的所述入口与所述第一部分之间的所述至少部分可压缩的泵送元件的第二部分，所述至少一个吸入补偿致动器被配置成以包括相对于所述第一泵送致动器的相移处的所述基本驱动频率的运动进行往复运动。
概念31.根据概念30所述的泵送机构，其中：
所述至少一个吸入补偿致动器的第一吸入补偿致动器邻近于所述第一泵送致动器；并且
所述第一吸入补偿致动器的所述运动的所述基本驱动频率相对于所述第一泵送致动器的所述运动的所述基本驱动频率具有90°到270°的相移。
概念32.根据概念31所述的泵送机构，其中所述第一吸入补偿致动器的所述运动的所述基本驱动频率相对于所述第一泵送致动器的所述运动的所述基本驱动频率具有大约180°的相移。