Piezobaserade ultraljudsdrivare i mobila läkemedelspumpar

Mobila läkemedelspumpar har blivit en integrerad del av poliklinisk behandling för många sjukdomar, såsom smärtbehandling, onkologi, parenteral näring eller metaboliska sjukdomar. De ger patienten rörlighet och därmed en bättre livskvalitet. Samtidigt minskar terapikostnaderna eftersom patienterna inte behöver vårdas på kliniken varken som öppenvård eller öppenvård. Det finns dock utrymme för förbättringar av de mobila läkemedelspumpar som ofta används idag. Piezo-ultraljudsmotorer från PI (Physik Instrumente) som pumpdrivare kan öppna intressanta perspektiv här.

För mobila läkemedelspumpar tänker man först på ballongpumpar eftersom de är lätta, praktiska och enkla att använda av patienten. Men de arbetar med stora körningsavvikelser och injektionsmängderna är svåra att dokumentera. Eftersom den "mobila" patienten vanligtvis befinner sig utanför kliniken är exakt spårning av terapiförfarandet extremt viktigt. Läkaren behöver korrekt information för en framgångsrik behandling. Det som behövs är ett pumpsystem som också möjliggör exakt dokumentation utanför kliniken.

För närvarande, i sådana fall, är peristaltiska pumpar det läkemedel som valts, men på grund av deras höga vikt och betydande storlek begränsar de patienten allvarligt och är därför inte riktigt rörliga. De tillåter emellertid exakt mätning och programmerbara leveransvolymer. Beroende på terapi kan större mängder, mindre mängder eller till och med längre perioder inte administreras. Infusioner med stor volym är också möjliga, eftersom du kan ansluta till pumpens läkemedelsbehållare med olika kapacitet. De peristaltiska pumparna är lämpliga för olika typer av medicinering eftersom de ger ett kontinuerligt flöde (bashastighet). På samma sätt kan dock specialinjektioner (bolushastigheter) doseras, som kan placeras när som helst. Dessutom kan alla processer dokumenteras för att utvärdera mängden medicinerad dosering och behandlingsförloppet och till exempel för att bevisa det mot försäkringsbolag.

Rörlighet och dokumentation

Förutom mobilitet kombinerar peristaltiska pumpar alla önskade krav. De bör därför ha minsta möjliga dimensioner, vara lätta och tysta, för att begränsa användaren så lite som möjligt i sin rörelsefrihet. Lika viktigt är låg energiförbrukning för att hålla batterierna långa och pålitliga, med låg slitage under långa serviceintervaller. I detta sammanhang lönar det sig att titta närmare på de frekvensomriktare som vanligtvis används i peristaltiska pumpar:

De ofta använda små, växlade översatta elmotorerna genererar det nödvändiga för pumpprincipen höga krafter eller vridmoment. Men de är också långsamma. Din mekaniska mikroväxel fungerar sällan utan spel och är ovanpå det mycket mottagliga för slitage. Därför kan en sådan lösning inte beskrivas som riktigt pålitlig, eftersom korta underhållsintervall orsakar ansträngningar och kostnader.

Även de som därför använder växellösa direktdrivare måste tyvärr vanligtvis ta nackdelar. Beroende på den tekniska utformningen av de peristaltiska pumparna, är det relativt lite kraft eller vridmoment tillgängligt. Du måste sedan välja frekvensomriktaren större, vilket i sin tur kan påverka pumpens storlek. Dessutom är de direkta drivenheter lyhörda, men inte självlåsande på grund av bristen på växellåda. För att hålla läget stabilt när pumpen inte är i drift måste den därför aktiveras. Med korta driftscykler, dvs när medicineringens varaktighet är kort och "icke drifttiderna" lång, skulle det ha en förödande effekt på batteriets livslängd. Motorn måste därför vara mekaniskt blockerad, vilket också är förknippat med ansträngning. Så det finns gott om skäl att leta efter en alternativ drivlösning för mobila läkemedelspumpar:

Kompakt enhet för mer rörlighet

Piezobaserade ultraljudsdrivare, till exempel, kan öppna upp nya perspektiv här. De är mycket kompakta, slitstarka och självlåsande. De behåller därför sin position även när maskinen är avstängd, även i fall och slag. Tack vare deras funktionella princip, deras platta design och sina individuella anpassningsalternativ kan de enkelt integreras i mobila läkemedelspumpar och fungerar praktiskt taget ljudlöst.

Hur de kompakta piezo-enheterna fungerar är lätt att förstå: svängningar med ultraljudsfrekvenser hos ett piezoceramiskt manövreringsorgan omvandlas till linjär rörelse längs en rotor och driver därmed den rörliga delen av en mekanisk struktur. Kärnan i drivenheten är en monolitisk piezoceramic (statorn), som är segmenterad på en sida av två elektroder. Eventuellt är den vänstra eller den högra elektroden upphetsad till de högfrekventa naturliga svängningarna i det piezoceramiska elementet i området några hundra kilohertz och bestämmer därmed rörelseriktningen. Ett kopplingselement på piezoceramic är således upphetsat för snabba linjära rörelser. I kontakt med rotorn uppstår mikropulser som förflyttar den rörliga delen av doseringsmekanismen såsom glider eller skivspelare framåt eller bakåt. Varje svängningscykel förflyttar mekaniken med några nanometer. Sammantaget resulterar detta i en enhetlig rörelse med teoretiskt obegränsad räckvidd.

Olika konstruktioner kan realiseras

Enheterna är mycket kompakta, eftersom de praktiskt taget endast består av piezo-ställdon och en monterad rörlig skiva eller linjär axel. Förarelektroniken kan integreras som ett chip och tar därför lite utrymme. Eftersom det finns få mekaniska komponenter såsom växlar, är lösningen också mycket slitstark och pålitlig. Dosering är möjlig över ett brett spektrum av hastigheter, från några grader till flera varv per sekund, beroende på modell, eller för linjära lösningar från mindre än 1 till flera 100 mm / s. Positionens feedback för kontrollen är tillgänglig för exakt dokumentation.

Strukturen för en sådan driven mobil läkemedelspump är som följer: Motorn består av en piezoelektrisk ring. Denna manöverdon är så upphetsad att en så kallad resande våg genereras. De tunna aluminiumoxidringarna på toppen och botten av piezoringen absorberar vibrationerna. Med hjälp av de tre kopplingselement som används i rotorn överförs den inspelade vibrationen till den förspända rotorn och omvandlas till en roterande rörelse. De ringformade piezoelektriska ultraljudsdrivarna flyttar en skiva hit. Detta är utformat på ett sådant sätt att tack vare den speciella geometri kan olika doser av läkemedel doseras.

Med piezo ultraljudsdrivare men andra konstruktioner är genomförbara. Det piezoelektriska manövreringsorganet kan också anordnas i sidled, till exempel, och vrida en ring, i den stora öppningen, där ytterligare komponenter sedan kan anordnas. Läkemedelspumparna utformade på detta sätt är särskilt små, lätta och tysta. Dessutom erbjuder de en hög grad av flexibilitet när det gäller olika terapier och doser. Ännu fler patienter kommer att kunna dra nytta av sjukvård eller öppenvård i framtiden.

Piezo driver för medicinsk teknik