蠕动泵及其控制装置、注射装置以及控制蠕动泵的方法制造方法及图纸

本发明专利技术尤其涉及用于在脉动压力循环中递送介质的蠕动泵(5)的控制装置(8)，该控制装置(8)控制蠕动泵(5)的速度，其方式为在不超过递送管线(9)中的压力极限(p

【技术实现步骤摘要】
蠕动泵及其控制装置、注射装置以及控制蠕动泵的方法


[0001]本专利技术涉及根据权利要求1的前序部分的一种用于蠕动泵的控制装置、一种具有这样的控制装置的蠕动泵、一种具有这样的蠕动泵的注射装置以及一种用于控制蠕动泵的方法。

技术介绍

[0002]注射装置是医疗装置，借助于医疗装置，液体注射剂(介质)可经由泵送装置以受控的方式被引入人体或动物体内。注射介质可以是例如用于增加成像过程(如计算机断层摄影术或磁共振成像)中的对比度的造影剂。除了控制注射体积以及注射剂的流量(体积流量)之外，必须监测排放管线中的压力，因为过高的压力一方面可能对身体有害和/或损坏注射装置。为此，已知的注射装置提供了控制或调节器，当超过低于限定的危险压力的仍然可允许的压力极限(最大设定压力)时，这些控制或调节器关闭注射装置或其泵送装置。尤其是在例如轴向活塞泵或滚子泵中存在的循环振荡压力曲线的情况下，可能发生压力最大值，该压力最大值仅短暂地且略高于压力极限，并因此导致泵送装置的不必要的停机和注射过程的终止。这延长了注射过程并且不必要地增加了注射剂的总注射体积。
[0003]为了避免注射过程的过早终止，在US 6673033 B1中提出了定义中间压力阈值，高于该中间压力阈值泵送装置的输出被初始地节流，并且仅在注射器的软管管线中的压力随后升高到压力极限值以上时才关闭该泵送装置，而不管该节流的输出如何。
[0004]类似地，从DE 102013113387 A1中已知代替作为用于中止蠕动泵中的注射过程的标准的硬压力极限值，来自超过压力极限值的压力曲线的时间积分用作用于中止注射过程的标准，使得可以容忍短期压力峰值并且仅短暂地超过压力极限值不导致注射过程的立即中止。
[0005]从现有技术中已知的用于注射装置的控制方法的缺点是必须观察到大的安全间隔，即，该压力极限必须显著低于该危险压力，这样使得存在足够的反应时间以能够在超过该压力极限时调节该泵装置或将其关闭。
[0006]针对此背景，本专利技术的目的是详细说明用于具有振荡压力曲线(压力脉动)的蠕动泵的改进的控制装置、具有这种控制装置的蠕动泵、具有这种蠕动泵的注射装置以及控制方法，其中可以减小安全间隔并且可以使预定压力极限更接近危险压力而不增加对患者和/或注射装置的材料造成损坏的风险。同时，压力脉动有待减小。

技术实现思路

[0007]该目的尤其通过权利要求1的控制装置、根据权利要求14所述的蠕动泵、根据权利要求16所述的注射装置和根据权利要求17所述的控制方法解决。
[0008]根据本专利技术的控制装置用于控制具有挤压管和循环移动输送元件的蠕动泵，该循环移动输送元件用于在输送动作期间以受控的体积流量将在挤压管中引导的介质输送到连接到挤压管的排放管线中。在这样做时，输送元件循环地压缩挤压管，使得在输出管线中
利用具有循环地重复的压力循环的压力曲线建立压力。每个压力循环可被限定，其方式为使得它例如从压力最小值经由压力增加延伸到压力最大值并然后再次下降到随后的压力循环的压力最小值。根据本专利技术的控制装置控制该蠕动泵的速度(在滚子泵的情况下，这可以是输送元件的角度速度)，其方式为在不超过该排放管线中的压力极限的情况下实现最大体积流量。该压力极限可以是期望的、仍然可允许的设定压力。为此目的，该控制装置具有用于控制最大体积流量的至少第一控制回路。这接收设定点体积流量和压力极限作为外部指定的命令变量。该控制装置被设定成执行控制方法，在该控制方法中，至少基于该排放管线中的压力来针对每个压力循环计算用于该压力循环内的预期最大压力的预测压力，并且考虑到该预测压力来限制该最大体积流量，其方式为使得该排放管线中的压力不超过该压力循环中的压力极限。
[0009]有利的是，该第一控制回路检测该排放管线中的当前压力作为反馈变量，基于该反馈变量，该控制回路的控制部分以预测性的方式调节该最大体积流量。
[0010]通过预测控制，如果压力限制将要被超过，则可在早期阶段主动地调整和减小蠕动泵(具体为蠕动泵的递送元件)的速度。随着通过压力预测延长反应时间，安全储备增加。然后可使仍然可允许的压力极限更接近临界压力值，(诸如危险压力)，这进而意味着更高的体积流量，并因此例如缩短给定注射体积的注射持续时间。此外，随着快速反应机制的重要性对于预测控制变得不那么重要，可将更多的惰性组分用于蠕动泵，这使得蠕动泵的生产更便宜。如果适当地设计控制装置，则该控制方法的校准不是必需的。
[0011]在本专利技术的优选实施例中，该第一控制回路包括压力阶段检测，通过该压力阶段检测前一压力循环的结束和后续压力循环的开始。检测可基于输出管线中的压力曲线的特征变量进行，具体是与前一压力循环的最大压力相比限定的压降。例如，压力循环的开始可被定义在与先前压力循环的(绝对)压力最大值相比的压降出现超过特定的相对量(例如，至少1/6、1/4或1/3)或(独立于先前压力最大值)绝对量的时间点。至少2bar。压降有利地选择为如此之大，使得该压降仅朝向压力循环的结束发生一次。然后，这种压降的出现是足够稳健的以指示随后的压力循环的开始。如果一般的压力循环具有较大的压力波动，则可使用较大的压降和/或对压降数量计数特定的最小量的增量计数器作为替代，以便识别后续压力循环的开始。
[0012]在每个压力循环开始时，重新启动最大体积流量的控制，并具体地更新临时存储的值，诸如先前压力循环的临时存储的压力最大值。
[0013]对于该控制装置的进一步改进，有利地提供的是，基于预定义的特征将每个压力循环划分为多个连续的压力阶段，并且该压力阶段检测识别这些单独的压力阶段的开始，由此用于控制该第一控制回路中的最大体积流量的预测压力仅在特定的压力阶段中使用，并且在其他压力阶段中被忽略或不使用。因此，控制是不连续的。
[0014]这种压力阶段相关控制的优点是，压力预测可精确地用在压力阶段中，在该压力阶段中，输出管线中的压力的发展是动态的，并且超过压力极限可相对突然地发生，使得在这些压力阶段中，最大体积流量被保守地控制，而在其他压力阶段中，它可更积极地被控制，因为在这些其他压力阶段中不期望突然超过压力极限。另一优点是可针对不同的压力阶段实现不同的控制，例如，通过连接或断开叠加在第一控制回路上的附加控制回路和/或通过改变第一控制回路的控制参数(诸如放大因子或其中使用的类似参数)。
[0015]上述预定义的特征可以是输出管线中压力的绝对或相对压力变化和/或压力变化的绝对或相对速率。预定义的特征不一定是准时值。例如，可选择特定的时间段(如0.1、0.2或0.5秒)上的移动平均值。
[0016]通过压力阶段识别进行的单独压力阶段的识别可基于预定义的特征进行。可替代地，单独的压力阶段也可由基于蠕动泵的输送元件的位置的压力阶段识别来识别，因为输送元件的位置与单独的压力阶段相关，如下文更详细解释的。还有可能将基于预定义的特征的检测与这些输送元件的位置确定进行组合以用于压力阶段检测，同时以便使单独压力阶段的压力阶段检测是冗余的，或者以便基于所定义的特征来预先确定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于蠕动泵(5)的控制装置(8)，所述蠕动泵(5)具有挤压管(4)和循环移动输送元件(5
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1，5
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2，5
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3)，所述循环移动输送元件(5
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1，5
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2，5
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3)用于在输送动作期间以受控的体积流量将在所述挤压管(4)中引导的介质输送到连接至所述挤压管(4)的排放管线(9)中，其中，所述输送元件(5
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1，5
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2，5
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3)循环地压缩所述挤压管(4)，使得在所述排放管线(9)中建立压力(p
ist
)的压力曲线，所述压力曲线具有循环地重复的压力循环(P)，其中，每个压力循环(P)具有压力最小值、升压、压力最大值以及压降，其中，所述控制装置(8)控制所述蠕动泵(5)的速度，使得在不超过所述排放管线(9)中的压力极限(p
Grenz
)的情况下实现最大体积流量(Q
max
)，并且所述控制装置(8)具有用于控制所述最大体积流量(Q
max
)的第一控制回路(11)，所述第一控制回路(11)接收设定点体积流动(Q
Soll
)和所述压力极限(p
Grenz
)作为命令变量并被布置成用于执行控制方法，其特征在于,对于每个压力循环(P)，基于至少所述排放管线(9)中的所述压力(p
ist
)针对所述压力循环(P)内的预期最大压力计算预测压力(p
futur
)，并且将所述预测压力(p
futur
)考虑在内，限制最大体积流量(Q
max
)，使得所述排放管线(9)中的压力(p
ist
)不超过所述压力循环(P)中的所述压力极限(p
Grenz
)。2.根据权利要求1所述的控制装置(8)，其特征在于，所述第一控制回路(11)包括压力阶段检测(12)，所述压力阶段检测(12)基于特征变量、具体是相对于前一压力循环(P)的压力最大值(p
max
)限定的压降来检测所述前一压力循环(P)的结束和后一压力循环(P')的开始，以便启动对所述后一压力循环(P)的最大体积流量(Q
max
)的控制。3.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置(8)，其特征在于，基于预定义的特征、具体为压力变化和/或压力(p
ist
)的变化速率，将每个压力循环(P)分成连续的压力阶段(I至V)，并且所述压力阶段检测(12)基于所述预定义的特征和/或基于所述蠕动泵(5)的输送元件(5
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1，5
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2，5
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3)的位置来检测单独的压力阶段(I至V)的开始，并且用于调节所述第一控制回路(11)中的所述最大体积流量(Q
max
)的所述预测压力(p
futur
)仅在限定的压力阶段中使用，并且在其他压力阶段中被忽略。4.根据权利要求3所述的控制装置(8)，其中，第一压力阶段(I)的特征在于快速压力损失，第二压力阶段(II)的特征在于快速升压，第三压力阶段(III)的特征在于轻度升压，第四压力阶段(IV)的特征在于中度升压(IV)，并且第五压力阶段(V)的特征在于具有基本上恒定压力的压力平稳段，并且每个压力阶段由所述压力阶段检测(12)检测。5.根据权利要求4所述的控制装置(8)，其特征在于，在所述第一控制回路(11)中，所述预测压力(p
futur
)用于仅在所述第四压力阶段(IV)中限制所述最大体积流量(Q
max
)，其中，所述第四压力阶段(IV)优选地且近似地在所述压力循环(P)的阶段进程的50％到80％的所述压力循环(P)的范围内延伸。6.根据前述权利要求2至5中任一项所述的控制设备(8)，其特征在于，所述压力阶段检测(12)基于所述压力(p
ist
)的压力变化(Δp)和/或所述压力(p
ist
)的压力变化率(dp/dt)来确定压力循环(P)的至少一个压力阶段的开始。
7.根据前述权利要求2至6中任一项所述的控制设备(8)，其特征在于，在所述控制方法中，所述预测压力(p
futur
)被确定为当前压力(p
ist
)增加到所述压力循环(P)的一个特定的、计算的或预先确定的阶段进程(φ
87％
)的线性外推。8.根据权利要求7所述的控制装置(8)，其特征在于，在所述控制方法中，确定所述预测压力(p
futur
)的所述预定的或计算的阶段进程(φ
87％
)与出现压力循环(P)的实际最大压力(p
max
)的实际阶段进程(φ
81％
)不一致。9.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置(8)，其特征在于，所述第一控制回路(11)包括均值过滤器，所述均值过滤器根据暂时地存储在所述控制装置(8)中的紧接所述当前压力循环(P)之前的压力循环(P)的最大压力(p
max
)来调整所述最大体积流量(Q
max
)。10.根据前述权利要求3至9中任一项所述的控制装置(8)，其特征在于，所述第一控制回路(11)是具有比例元件(P)、积分元件(I)和差分元件(D)的PID控制器，优选地，所述差分元件在一定的压力阶段中被设定为零，具体是在所述第一压力阶段(I)、所述第二压力阶段(II)、所述第三压力阶段(III)和所述第五压力阶段(V)中被设定为零。11.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置(8)，其特征在于，所述控制装置(8)包括控制系统，所述控制系统用于在单独的压力循环(P)中平滑压力(p
ist
)的压力曲线的压力峰值，所述控制系统被布置为速度适配器，借助于所述速度适配器，在所述压力循环的特定的进程的各个情况下，所述蠕动泵(5)的输送元件(5
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1，5
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯，
申请(专利权)人：乌尔里克两合公司，
类型：发明
国别省市：