УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ, СЛУЖАЩЕЕ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ В УСТРОЙСТВЕ ДЛЯ ВЫДАЧИ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ЖИДКОСТИ
PRESSURE MEASURING DEVICE, SERVING FOR DETERMINATION OF LIQUID PRESSURE IN THE DEVICE FOR DISPENSION OF MEDICINAL LIQUID

Область техники
Изобретение относится к измерению давления текучей среды в устройстве, выдающем лекарственную жидкость, и, в частности, в предназначенном для нее одноразовом контейнере.
Уровень техники
В области медицины при проведении инъекции вещества в тело пациента недопустима какая-либо вероятность инфицирования не только пациента, но и используемой жидкости. Такую опасность предотвращают, применяя одноразовый комплект, в который входят устройство, выдающее текучую среду, и/или контейнер для такой среды. Однако при использовании такого комплекта возникают некоторые затруднения другого типа, причем в особенности когда требуется количественная оценка физических величин. Кроме того, поскольку одноразовый комплект предназначен только для одного применения, его изготовление должно быть экономичным в плане уменьшения стоимости. Для выполнения задач контроля и мониторинга желательно иметь возможность измерять давление текучей среды внутри одноразового комплекта. Однако такой комплект не может быть снабжен соответствующим датчиком, который, как правило, является слишком дорогим для этой цели. Поэтому для использования такого комплекта требуется, чтобы на него можно было установить один или более датчиков давления с обеспечением такого сопряжения, которое позволит измерять физические количественные параметры, когда датчик давления не находится в прямом контакте с текучей средой. При измерении давления следует различать две ситуации, а именно:
- давление выше референтного значения (избыточное давление) и
- давление ниже референтного значения (разрежение).
При наличии избыточного давления гибкий элемент (мембрану) можно просто привести в контакт с датчиком (под действием усилия или давления). В случае разрежения необходимо дополнительно использовать непроницаемое для текучей среды сопряжение, охватывающее периметр мембраны и подсоединяющее датчик давления к одноразовому комплекту.
В международной заявке WO 2007/085993 описан блок, измеряющий давление текучей среды, предназначенный для медицинских устройств и формирующий воздушный объем между мембраной датчика давления и мембраной одноразового комплекта. Непроницаемость системы для текучей среды обеспечивается слегка сжатым герметизирующим элементом.
Можно указать на некоторые проблемы, возникающие в связи сданным блоком.
Непроницаемость для текучей среды. Детали датчика давления и одноразового комплекта имеют допуски на их изготовление. В случае проведения нескольких измерений давления в различных местах одноразового комплекта важным параметром может оказаться совокупность допусков, затрудняющая обеспечение непроницаемости всех датчиков давления для текучей среды. Вследствие того, что высота герметизирующего элемента в устройстве по WO 2007/085993 мала, сжатие, обеспечивающее герметичность для текучей среды, тоже невелико.
Исходная нагрузка. При установке блока захваченный воздух будет немного сжат, деформируя мембрану в одноразовом комплекте, хотя давление в данном комплекте не изменилось. На измеряемое значение это не повлияло бы только в том случае, если бы можно было считать мембрану одноразового комплекта бесконечно гибкой. Важно иметь в виду, что допускаются вариации конструкции мембраны (толщина, диаметр, гофрировки) с целью увеличения ее гибкости. Одно из технических решений, предложенных в WO 2007/085993, заключается в добавлении клапана, регулируемого управляющим интерфейсом.
Сложность конструкции. По причинам, связанным с термической стабильностью, необходимо, чтобы объем захваченного воздуха был минимальным из всех возможных. Техническое решение, предложенное в WO 2007/085993, сталкивается с трудностями изготовления. Так, очень трудно выполнить канал, достаточно маленький, чтобы избежать увеличения захваченного объема.
Согласование одноразового комплекта с медицинским измерительным устройством требует простых и надежных технических решений. Специфика измерений такова, что конструкция должна гарантировать функциональность и управляемость.
Всем необходимым требованиям известные технические решения удовлетворить неспособны.
Таким образом, возникает необходимость усовершенствовать измерение давления текучей среды в устройствах, выдающих лекарственную жидкость, и обеспечить для этих измерений надежность, а также воспроизводимость при сборке.
Раскрытие изобретения
Для решения проблемы, сформулированной выше, изобретение в своем первом аспекте предлагает контейнер для текучей среды, предназначенный для использования в устройстве, выдающем лекарственную жидкость. Контейнер содержит жесткий корпус, внутренней стороной своей стенки ограничивающий объем лекарственной жидкости. Кроме того, контейнер содержит мембрану, перекрывающую по меньшей мере отверстие жесткого корпуса, образуя тем самым крышку, непроницаемую для текучей среды. Данное отверстие соответствует измерительной зоне, а мембрана дополнительно перекрывает участок наружной стороны стенки жесткого корпуса. У мембраны имеются гибкая измерительная часть, согласованная с отверстием жесткого корпуса, крепежная часть, прикрепленная к жесткому корпусу, а также соединительная часть, присоединяющая гибкую измерительную часть к крепежной части. Эта соединительная часть имеет жесткий участок и участок, способный деформироваться (далее - деформируемый участок). У жесткого участка верхняя часть присоединена к гибкой измерительной части, причем данный участок имеет также герметизирующую поверхность и посредством деформируемого участка присоединен к крепежной части. В предлагаемом контейнере между жестким участком и жестким корпусом дополнительно предусмотрен первый зазор, размеры которого обеспечивают возможность введения в него по меньшей мере части жесткого участка при приложении к герметизирующей поверхности усилия, вызывающего деформацию деформируемого участка.
В своем втором аспекте изобретение предлагает устройство измерения давления, используемое для измерения положительного или отрицательного давления лекарственной жидкости в предназначенном для нее контейнере. В состав данного устройства входят описанный выше контейнер для текучей среды и датчик давления, имеющий плоскую измерительную поверхность. Данная поверхность позиционирована напротив герметизирующей поверхности жесткого участка мембраны с образованием камеры, непроницаемой для текучей среды и отделяющей мембрану от плоской измерительной поверхности, тогда как гибкая измерительная часть мембраны выполнена с возможностью передавать давление от лекарственной жидкости на датчик давления.
В первом предпочтительном варианте устройства, измеряющего давление текучей среды и выполненного согласно изобретению, жесткому участку придана L-образная форма, причем верхняя часть этого участка присоединена к гибкой измерительной части, а его нижняя часть образует герметизирующую поверхность.
Во втором предпочтительном варианте данного устройства, выполненного согласно изобретению, деформируемый участок ориентирован перпендикулярно гибкой измерительной части.
В третьем предпочтительном варианте данного устройства, выполненного согласно изобретению, датчик давления дополнительно снабжен герметизирующим выступом, охватывающим плоскую измерительную поверхность. При этом данный выступ позиционирован напротив герметизирующей поверхности жесткого участка, тем самым образуя камеру, непроницаемую для текучей среды и отделяющую мембрану от плоской измерительной поверхности.
В четвертом предпочтительном варианте устройства, выполненного согласно изобретению, герметизирующий выступ имеет кольцевую форму и ориентирован вертикально.
Изобретение обеспечивает возможность выполнить между датчиком давления и одноразовым комплектом надежное сопряжение, которое
- не зависит от совокупности допусков на изготовление и сборку и
- не сжимает объем воздуха, заключенный между датчиком и одноразовым комплектом.
В результате обеспечиваются следующие преимущества:
- весьма малое сжатие воздуха при осуществлении сопряжения между датчиком давления и одноразовым комплектом,
- непроницаемость для текучей среды, обеспеченная за счет хорошей согласованности деталей системы,
- простота цепочки измерительное устройство-датчик давления-контейнер для текучей среды в составе одноразового комплекта,
- отсутствие деформации гибкой измерительной части во время приложения усилия к герметизирующей поверхности.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет рассмотрено более подробно на примерах, проиллюстрированных на прилагаемых чертежах.
На фиг. 1 в качестве примера приведен, в разрезе, вариант осуществления контейнера для текучей среды, выполненного согласно изобретению, с показом сопряжения между датчиком давления и контейнером одноразового комплекта. Изображение выполнено в соответствии с обычным чертежным правилом, по которому заштрихованные поверхности отвечают участкам, находящимся в плоскости чертежа.
На фиг. 2 сопряжение, выполненное согласно данному варианту, приведенному в качестве примера, представлено в увеличенном масштабе.
На фиг. 3 схематично представлен фрагмент сопряжения, выполненного согласно изобретению.
На фиг. 4 схематично представлен фрагмент сопряжения, выполненного согласно еще одному примеру изобретения.
На фиг. 5 представлен пример одноразового комплекта и ответная конструкция, несущая на себе по меньшей мере один датчик давления.
На фиг. 6 представлен фрагмент мембраны, снабженный буквенными обозначениями от "a" до "h".
Цифровые обозначения, использованные на чертежах:
1 Контейнер для текучей среды
2 Датчик давления
3 Жесткий корпус
4 Лекарственная жидкость
5 Мембрана
6 Жесткая покрывная пластина
7 Кольцевое уплотнение
8 Вертикальный герметизирующий выступ
9 Камера, непроницаемая для текучей среды
10 Плоская измерительная поверхность
11 Гибкая измерительная часть
12 Соединительная часть
13 Крепежная часть
14 Жесткий участок
15 Деформируемый участок
16 Зазор в зоне жесткой покрывной пластины
17 Зазор в зоне жесткого корпуса
18 Герметизирующая поверхность
19 Одноразовый комплект
30 Первая пружина
31 Вторая пружина
Осуществление изобретения
Изобретение сформулировано и охарактеризовано в независимых пунктах прилагаемой формулы, а его дополнительные особенности раскрыты в зависимых пунктах.
Дата приоритета изобретения, соответствующая 2.08.2012, определяется датой подачи первой заявки EP 12175498.0, поданной заявителем настоящего изобретения. Содержание указанной заявки полностью включено в настоящее описание посредством ссылки.
Все использованные в данном описании научные и технические термины применены, если не сделано специальных оговорок, в значениях, обычно применяемых в соответствующей области техники. Приведенные определения служат только для облегчения понимания конкретных терминов, часто встречающихся в описании, и не ограничивают объема изобретения.
В контексте данного описания и прилагаемой формулы термины, использованные в единственном числе, охватывают также и варианты, соответствующие этим терминам во множественном числе, если из содержания однозначно не следует другая трактовка.
В контексте данного описания и прилагаемой формулы любое использованное обозначение направления, такое как "верх", "низ", "верхний", "нижний", а также другие направления или ориентации применяются по отношению к чертежам только для наглядности и не должны рассматриваться как ограничения, накладываемые на реальное устройство или на реальную систему. Описанные устройства и системы могут использоваться в нескольких положениях и при нескольких ориентациях.
Используемые в описании термины "имеет", имеющий", "включает", "включающий", "содержит", "содержащий" или другие подобные термины и выражения применены в их очевидном, неограничивающем смысле и во всех случаях означают "включающий что-либо, но не ограничивающийся этим".
В контексте данного описания и прилагаемой формулы термин "или" во всех случаях используется и в смысле "и/или", если из содержания однозначно не следует другая трактовка.
Дальнейшее подробное описание ссылается на прилагаемые чертежи, являющиеся его составной частью и иллюстрирующие несколько вариантов осуществления устройств по изобретению. Однако должно быть понятно, что предусмотрены и другие варианты при условии, что их можно выполнить, не выходя из границ объема или идеи изобретения. Таким образом, приведенное далее подробное описание не следует трактовать в ограничительном смысле.
Предпочтительный вариант изобретения
Далее в качестве примера рассматривается, со ссылками на фиг. 1, техническое решение, позволяющее реализовать предпочтительный вариант сопряжения датчика 2 давления с контейнером 1 для текучей среды, входящим в одноразовый комплект и закрытым мембраной 5.
На фиг. 5 в качестве примера представлен вариант одноразового комплекта 19 и ответная конструкция, несущая на себе по меньшей мере один датчик 2 давления. В комплект 19 входит по меньшей мере один контейнер 1 для текучей среды, закрытый мембраной 5 и согласованный по меньшей мере с одним датчиком 2 давления.
Как показано на фиг. 1, контейнер 1 для текучей среды, присоединенный к датчику 2 давления в составе не изображенного медицинского измерительного устройства, содержит:
- жесткий корпус 3, задающий собой объем для лекарственной жидкости 4, давление которой подлежит измерению,
- мембрану 5, используемую в качестве гибкого непроницаемого экрана между лекарственной жидкостью 4 и датчиком 2 давления,
- жесткую покрывную пластину 6, поддерживающую мембрану 5 вне измерительной зоны.
Следует отметить, что наличие жесткой покрывной пластины 6 не является обязательным признаком контейнера 1. Эту пластину вполне можно исключить и/или заменить другим средством.
Плоская измерительная поверхность 10 медицинского устройства, изображенного на чертеже только частично, снабжена датчиком 2 давления. Корпус датчика 2 опирается на кольцевые уплотнения 7, представляющие собой эластичные элементы, обеспечивающие возможность смещения датчика 2. Это позволяет позиционировать датчик 2 относительно положения контейнера 1, во-первых, в плоскости плоской измерительной поверхности 10 (в данном случае эта плоскость задана осями x-y системы координат (см. фиг. 1), в которой ось у перпендикулярна плоскости чертежа), а во-вторых, в границах угла наклона относительно поверхности 10.
В дополнение к сказанному, датчик 2 давления содержит герметизирующий выступ 8, выполненный в форме кольца и ориентированный вертикально, т.е. вдоль оси z. В процессе сопряжения измерительного устройства выступ 8 может быть прижат к поверхности жесткого участка 14 мембраны 5. В результате такого сопряжения образуется камера 9, непроницаемая для текучей среды и расположенная между плоской измерительной поверхностью 10 датчика 2 давления и мембраной 5.
Как показано на фиг. 1, 2, у мембраны 5 имеются гибкая измерительная часть 11, выполненная с возможностью передавать давление от контейнера 1 для текучей среды на датчик 2, соединительная часть 12 в виде кольца и крепежная часть 13, которая изображена только на фиг. 1 и может быть расположена в плоскости, параллельной измерительной части 11. В возможном варианте часть 11 имеет круглую форму и диаметр в интервале от близкого к 0 до 50 мм, желательно 8-17 мм. Соединительная часть 12 имеет жесткий участок 14, герметизирующую поверхность 18, предназначенную для приведения в контакт с вертикальным герметизирующим выступом 8, и участок 15, способный обратимо и упруго деформироваться. В одном из вариантов осуществления деформируемый участок 15 может быть по меньшей мере частично соосен вертикальному герметизирующему выступу 8, т.е. оба этих элемента могут быть ориентированы в одном и том же направлении (параллельно оси z).
Предусмотрена возможность выполнить мембрану 5 из силикона или другого мягкого материала. Жесткий участок 14 может быть выполнен из силикона, другого мягкого материала или из материала, который является немягким или менее мягким.
В предпочтительном варианте жесткому участку 14 мембраны 5 может быть придана L-образная форма. На фиг. 6 размеры его различных секций обозначены буквами "a"-"h". Данные размеры приведены только в качестве примера и могут быть изменены. В возможных вариантах эти секции имеют следующие размеры:
"a" - 0-5 мм, желательно 0,5-1 мм,
"b" - 0-5 мм, желательно 0,5-1 мм,
"c" - 0-10 мм, желательно 0,5-2 мм,
"d" - 0-5 мм, желательно 0,1-0,5 мм,
"e" - 0-5 мм, желательно 0,5-1 мм,
"f" - 0-10 мм, желательно 0,5-3 мм,
"g" - 0-5 мм, желательно 0,5-1 мм,
"h" - 0-10 мм, желательно 0,5-5 мм.
Если жесткому участку 14 придана L-образная форма, высота герметизирующего выступа 8 должна быть по меньшей мере равна размеру "a", показанному на фиг. 6. В таком варианте объем камеры 9, непроницаемой для текучей среды, равен нулю. В предпочтительном варианте камера 9 выполнена настолько маленькой, насколько это возможно. Для этого высота герметизирующего выступа 8 должна незначительно превышать размер "a".
В мембране 5 участок 14 по сравнению с гибкой измерительной частью 11, крепежной частью 13 и деформируемым участком 15 должен быть более жестким. Жесткость участка 14 можно обеспечить, изменяя толщину материала, используемого при изготовлении этого участка, причем необходимо гарантировать, что данная толщина больше, чем у других секций соединительной части 12 и/или гибкой измерительной части 11. Жесткость участка 14 нужна, чтобы поддерживать внутренний объем контейнера 1 для текучей среды по всему его периметру. При соблюдении этого условия жесткость и/или конструкция участка 14 во время приложения усилия к герметизирующей поверхности 18 позволяет деформируемому участку 15 деформироваться, в то время как гибкая измерительная часть 11 остается в неизмененном состоянии. Таким образом, гибкую измерительную часть 11 деформирует только давление текучей среды.
Зазор в жестком корпусе 3, обозначенный как 17, может быть выполнен в виде пространства между нижней частью жесткого участка 14 и жестким корпусом 3, что позволяет участку 14 и гибкой измерительной части 11 смещаться по оси z, перпендикулярной плоскости, в которой лежат вышеупомянутые оси x и y (см. фиг. 1). Перемещение участка 14 и части 11 по оси z становится возможным также из-за конструктивной особенности, заключающейся в том, что в направлении оси z может деформироваться также и деформируемый участок 15. Зазор 17 может находиться внутри контейнера 1 для текучей среды и/или представлять собой часть объема данного контейнера.
В одном из вариантов, чтобы обеспечить правильное позиционирование после сопряжения контейнера 1 и датчика 2 давления, предусмотрен дополнительный зазор, находящийся в зоне жесткой покрывной пластины 6. Данный зазор, обозначенный как 16, может быть выполнен в виде выточки, позволяющей направлять датчик 2 в процессе сопряжения.
Как уже упоминалось, жесткая покрывная пластина 6 является необязательным признаком конструкции. Мембрану 5 можно прикрепить к жесткому корпусу 3 любым другим средством, причем такое средство может контактировать, например, с крепежной частью 13.
Принцип построения контейнера для текучей среды
На фиг. 3 схематично представлена мембрана 5, включая ее соединительную часть 12. Данный чертеж приведен в качестве пояснения, позволяющего специалисту в этой области воспроизвести изобретение, не будучи ограниченным конкретным предпочтительным вариантом, представленным на фиг. 1 и 2.
Мембрана 5 имеет гибкую измерительную часть 11. В то время как в конструкции по фиг. 2 главное свойство измерительной части 11, а именно гибкость, позволяющая этой части деформироваться для передачи давления от контейнера с текучей средой к датчику давления, можно обеспечить, задавая толщину части 11 достаточно малой, чтобы эта часть оставалась эластичной в соответствии со своим назначением, в конструкции по фиг. 3 гибкость обеспечивается первой пружиной 30, которая позволяет гибкой измерительной части 11 сохранять подвижность относительно жесткого участка 14 в пределах, которые допускают механические свойства первой пружины.
Кроме того, у мембраны 5 имеется деформируемый участок 15. В то время как в конструкции по фиг. 2 главное свойство участка 15, а именно деформируемость, позволяющая ему деформироваться для позиционирования плоской измерительной поверхности 10 относительно контейнера с текучей средой, можно обеспечить, выбирая толщину участка 15 достаточно малой, чтобы он оставался эластичным в соответствии со своим назначением, в конструкции по фиг. 3 деформируемость обеспечивается второй пружиной 31, которая позволяет деформируемому участку 15 сохранять подвижность относительно жесткого участка 14 в пределах, которые допускают механические свойства второй пружины.
Следует отметить, что схематичное изображение на фиг. 3 подтверждает фактическую необязательность наличия вертикального герметизирующего выступа 8, показанного на фиг. 1 и 2. При реализации изобретения он может быть из конструкции исключен.
На фиг. 4 представлено схематичное изображение мембраны 5, включая ее соединительную часть 12, в варианте, в котором на плоской измерительной поверхности 10 имеется вертикальный герметизирующий выступ 8, выполняющий ту же функцию, что и в конструкции по фиг. 1 и 2. Собранный узел по фиг. 4, в основном, аналогичен узлу по фиг. 3 за исключением того, что в данном случае соединительная часть 12 мембраны имеет герметизирующую поверхность 18, которая предназначена для приведения в контакт с вертикальным герметизирующим выступом 8, когда плоская измерительная поверхность 10 позиционируется вблизи контейнера для текучей среды.
Обеспечение сопряжения
Контейнер 1 для текучей среды обращают лицевой стороной к датчику 2 давления, установленному на медицинском устройстве (на фиг. 1-4 не изображено).
Смещают контейнер 1 по оси z. При этом датчик 2 давления вводят в зазор 16, расположенный в зоне жесткой покрывной пластины, гарантируя тем самым, что поверхность вертикального герметизирующего выступа 8 будет приведена в контакт с герметизирующей поверхностью 18 жесткого участка 14 соединительной части 12.
Затем продолжают перемещать датчик 2 давления с вертикальным герметизирующим выступом 8 в сторону герметизирующей поверхности 18. При этом деформируемый участок 15 соединительной части 12 сжимается в направлении, соответствующем оси z, и соответственно деформируется, прилагая усилие, направленное против направления его перемещения и обеспечивающее получение уплотнения, непроницаемого для текучей среды. Жесткий участок 14 соединительной части 12 не изменяет своей формы под воздействием усилия, приложенного вертикальным герметизирующим выступом 8, а просто следует за данным выступом. В результате жесткий участок и/или гибкая измерительная часть 11 приближаются к содержащейся в контейнере 1 текучей среде.
Предложенная сборная конструкция обеспечивает надежность сопряжения между датчиком 2 давления и мембраной 5 для важного интервала позиций датчика, причем при этом объем воздуха, заключенный в камере 9, непроницаемой для текучей среды, не сжимается.
Конструкция мембраны 5 должна согласовываться с конфигурацией датчика, например, с учетом наличия или отсутствия у него фланца, а также плоской, закругленной или гофрированной формы самой мембраны.