专利名称：用于控制流体输送的可变形的阀机构的制作方法阀机构是控制静脉内(IV)输注泵中的流体流方向和体积的主要控制元件。大多数阀通过在耐用部分上施加例如由泵机构所提供的致动力和回复力以开启和关闭流体通路而操作。通常，泵机构包括伸出到位于一次性部分上的阀的致动特征结构(例如，机械“指形件”)。致动特征结构用来将流体路径中的两个表面夹紧在一起以关闭阀。致动特征结构收回以打开阀。为了正确操作，包括流体路径的完全关闭，致动特征结构需要按精密公差规格来设计和制造。 阀和致动特征结构的设计方面的精密公差通常增加了 IV输注泵的一次性部分和耐用部分的制造成本。因此，希望使用对设计和制造公差不很敏感的阀机构。
通过一种改进的阀设计来满足上述和其他需求。在本发明的一方面，公开了一种流体输送系统中的阀。该阀包括阀座，该阀座包括流体入口、流体出口、和具有开口、斜面和底部的锥形井(well )。该阀还包括阀膜，该阀膜包括具有基部和末端的锥形部。该锥形部构造成配合在阀座的锥形井内。阀膜构造成当位于未变形位置时使流体入口流体连接到流体出口，并且当位于径向变形位置时使流体入口与流体出口流体断开。在本发明的另一方面，公开了一种用于将流体从流体源输送到患者的流体输送系统。该流体输送系统包括耐用部分和一次性部分，所述耐用部分包括致动机构，所述一次性部分包括第一阀，该第一阀配合在耐用部分上，以允许致动机构在第一阀的致动区域上施加推力。第一阀联接到第一流体入口和流体出口，使得第一阀在推力未施加时使第一流体入口与流体出口流体连接，并且当推力施加到第一阀的致动区域时，第一阀径向变形以使第一流体入口与流体出口流体断开。在本发明的又一方面，公开了一种用于控制流体入口与流体出口之间的流体输送的阀。该阀包括第一部分，该第一部分具有流体连接到流体入口和流体出口的腔室。该阀还包括具有突出部分的第二部分，该突出部分配合在腔室内，使得当突出部分未变形时流体能在突出部分周围经腔室从流体入口流向流体出口，并且当突出部分变形而触靠腔室壁的至少一部分时，流体不能从流体入口经腔室流向流体出口。本发明的实施例的前述和其他特征、方面和优点将从以下详细描述和附图变得更加明显。图IA是根据本发明的实施例的医用流体输送系统的概略图。图IB是根据本发明的实施例的阀的概略图。图2是根据本发明的实施例的阀的概略截面图。图3是根据本发明的某些构型的阀的概略截面图。图4是根据本发明的某些构型的阀的一部分的概略截面图。图5是根据本发明的某些构型的阀的一部分的概略截面图。图6是根据本发明的某些构型的阀膜的概略图。图7是根据本发明的某些构型的泵装置和一次性单元的概略图。 图8是根据本发明的某些构型的泵装置和一次性单元的概略图。图9是根据本发明的某些构型的泵装置和一次性单元的概略截面图。图10是根据本发明的某些构型的一次性单元的概略图。
图5是根据本发明的某些实施例的阀100的一部分的概略图。图4和图5示出了阀100的相同部分。与阀膜102位于未变形位置的图4中所示的构型形成对比，图5示出了通过沿锥形部112的方向朝阀膜102的致动区域114施加到外力(通过箭头502表示)而径向变形的阀膜102。在某些实施例中，力502的施加可首先向下(沿力502的方向)推动锥形部112，从而首先封闭圆柱形末端118与底部230 (图5中未示出)之间的间隙228 (图5中未示出)。力502的连续施加然后引起锥形部112径向变形(或伸展)到锥形部112与斜面234之间的空隙236中(沿箭头504的方向)，导致空隙236封闭。由于空隙236封闭，现在空间238与腔室226之间不存在流体接触。因此，流体入口 106现在与流体出口 108流体断开。这样，通过利用外力502 (例如，利用位于耐用部分101上的致动器)，阀100可操作成防止流体入口 106与流体出口 108之间的流体输送。在某些实施例中，阀膜102和锥形部112由弹性材料制成(即，能在力的作用下弹性变形)，从而使锥形部112在外力502的作用下变形并且径向伸展，从而关闭阀100。仍参见图5，当将外力502从致动区域114移除时，阀膜102的弹性使阀膜102弹回到未变形的位置(例如，如图3中所示)。换言之，恢复阀100的“打开”位置所需的能量存储在位于径向变形位置的阀膜102中。该恢复能量然后在外力502去除时释放，使阀膜102恢复到未变形的位置。如上所述，当阀膜102位于未变形位置时，流体能在流体入口 106与流体出口 108之间流动。因此，通过施加和去除外部推力，阀100能操作成切断或接通通过阀100的流体流。图6是根据本发明的某些其他实施例的阀膜600的轴测图和局部剖视图。与阀膜102被示出为具有平坦部110的图IB至图5中所示的实施例相比，阀膜600具有折叠式盘部111，包括至少一个脊部602和至少一个凹槽604。在某些构型中，脊部602和凹槽604在整个折叠的平坦部111周围周向地延伸(360度)，以使阀膜600能够在所有方向上均匀地伸展或变形。一般而言，折叠的盘部111可以是圆形、椭圆形或者可具有另一种形状，如前文关于平坦部110所述。阀膜600还包括渐缩到锥形顶点处的圆柱形末端118中的锥形部606 (在功能上类似于锥形部112)。仍参见图6，在操作中，包括阀膜600的阀类似于关于图IB至图5所述的阀实施例操作。在缺乏外力的情况下，阀膜600位于未变形位置，从而允许流体从流体入口经锥形部112与类似于阀座104的阀座(图6中未示出)之间的空隙流到流体出口(图6中未示出)。当沿箭头610的方向在区域608附近施加外力时，阀膜600被向内推动(沿箭头610的方向)。在折叠的平坦部111的中央施力使得锥形部112向下移动(沿箭头610的方向)，并且还使得折叠的平坦部111径向伸展。阀膜600的伸展变形封闭阀膜600与阀座(图6中未示出)之间的分离。在径向变形位置，阀膜600的脊部和凹槽(例如，元件603、604)将变平(或变浅)，并且允许阀膜600的径向膨胀。仍参见图6，在某些方面，阀膜600的总的可变形表面多于尺寸相当的阀膜102。换言之，阀膜600能比尺寸相当的阀膜102更进一步地径向变形。因此，在通常由于锥形部112与斜面234之间更大的分离而支持高流速的阀设计中，可认为阀膜600是更合适的选择。在某些构型中，阀膜600和阀膜102可以可互换方式与相同的阀座104联用。换言之，不需要改变阀座104的设计以便能以阀膜102、600中的任一者操作。在某些构型中，阀膜102可包括弹性材料，例如具有邵氏A硬度计(Shore ADurometer)测得的在30-60 (例如，40)范围内的硬度的商售硅酮。在某些构型中，用于阀 膜102的材料具有小于I. 50MPa或230磅/平方英寸(PSI)的弹性模量。该弹性模量例如可为200PSI (1.20MPa)。在某些构型中，阀膜102、600可由商售GE硅酮UM 6040材料制成。多通道流体输送系统可用于某些医疗应用中，以利用多个流体通道同时输送多种流体。例如，双通道流体输送系统包括可彼此独立操作的两个流体输送通道。在某些构型中，可将单片弹性材料模制到能用来操作多通道流体输送系统中的多个阀的多个阀膜中。通过说明而非限制的方式，下面公开包括两个输入流体输送通道和一个输出流体输送通道的一次性部分的操作。图7是根据本发明的某些构型的流体输送泵702和一次性单元708的概略图。泵702包括用于向使用者显示状态信息的显示屏704和以允许使用者向泵702输入命令的键盘706。泵702装配有盒或一次性单元708。在某些构型中，一次性单元708定位在与显示屏704相同的面板上，以允许使用者容易接近和连续看到一次性单元708的操作。一次性单元708包括输入端710处的两个输入流体管714、716、和联接到输出端712的单个流体输出管718。在操作中，泵702控制流体从输入流体管714、716到输出流体管718的输送。例如，泵702可控制流体输送，使得输出流体管718中的流体仅来自输入流体管714或仅来自输入流体管716或者是来自流体管714、716的流体的结合。在某些构型中，泵702可通过控制输入流体管714、716的打开和关闭的时长而以预定比例混合来自输入流体管714、716的流体。泵702可利用关于本发明的图I-图6公开的阀构型来控制流体输送。图8是根据本发明的某些构型的泵702和一次性单元708的概略图。与图7中所示的一次性单元附接到泵702的视图相比，图8中的一次性单元708与泵702分离。分离一次性单元708而露出泵702的区域806中的两个阀致动机构802、804。在某些构型中，区域806是凹进的，以允许一次性单元708在泵702操作期间的可靠配合。在某些构型中，阀致动机构802、804成形为能在一次性单元708的本体中来回移动的圆柱形或锥形突出体(“指形件”)，以推动位于一次性单元708内的阀而使阀关闭或打开。图9是根据本发明的某些构型的泵装置702和一次性单元708的概略截面图。图9中所示的截面图是沿图7的箭头720方向在泵702和一次性单元708处看去的。线902标记了侧904上的泵702与侧906上的一次性单元708之间的边界。泵702包括用于推抵阀膜912和914的两个致动器908、910。开口 922和916对应于控制来自流体管714的流体输送的第一阀的流体入口和出口。开口 932和920对应于用于控制来自流体管716的流体输送的第二阀的流体入口和出口。输出管916和920与延伸到一次性单元708的输出端712的流体通道918流体连接。第一阀的阀座的底部926和第二阀的底部928类似于关于图IB至图6中示出的阀构型所述的底部230操作。空隙924和930类似于关于图IB至图6所述的空隙236工作。图9中所示的构型图示了由一片连续的材料制成的阀膜912和914。在某些方面，使用单片可赋予阀自身经济和可靠的制造。图10是根据本发明的某些构型的一次性单元708的概略图。图10示出了一次性单元708的背面。该背面在流体输送操作期间面对泵702。该背面在输入端710处包括开口 1002和1004。开口 1002和1004分别露出控制经包括流体输入管716和714的流体通道的流体输送的阀的阀膜。在操作期间，位于泵702中的外部致动器在位于开口 1002和1004内部的阀膜上施加推力，以按需打开和关闭对应的阀。区域1006和1010示出了与压 力传感器(图10中未示出)接口以提供上游和下游流体压力指示的膜。锁定机构1008用来将一次性单元708固定到泵702。应理解，文中所述的各种阀构型可作为静脉内(IV)—次性输注单元的一部分模制。各种阀构型也可用于泵机构或其他流体输送系统中。例如，本发明的阀构型可用于容积式泵中，在该容积式泵中，在容积式泵的吸入侧使用第一阀构型，并且在容积式泵的流体输送侧使用第二阀构型。在某些方面，包括本发明的阀构型的容积式泵在流体吸入侧和/或流体输送侧可用来控制流体流经容积式泵的方向。还应理解，本发明的阀构型的某些部分可按比例扩大或缩小，以提供特定截面流动面积，从而控制通过阀的流速。还应理解，阀膜材料的弹性系数可影响提供使阀膜变形的外力机构的选择，且反之亦然。例如，如果阀膜包括具有较低弹性系数的材料，则可能需要相对较大的力来使阀膜径向变形。这种情况下，可提供较大的致动区域114和/或可使用较高功率的外部电动机械致动器来操作这种阀设计。还应理解，通过阀构型的流体输送的速度受诸如间隙228、空隙236的物理尺寸等各种设计参数的选择影响。在某些方面，本发明的构型提供了用于在流体输送系统中使流体入口和流体出口流体连接和断开的阀机构。在某些方面，本发明的构型包括配合在阀座内的阀膜。该阀膜包括锥形部并且阀座包括对应的斜面。在操作期间，当阀位于打开位置时，阀膜未变形，允许流体经过锥形部与斜面之间的空隙。沿锥形部的方向在锥形部的基部处推动的外力使阀膜沿径向向外方向变形，从而封闭锥形部与斜面之间的分离(即，阀位于关闭位置)。当外力被去除时，阀膜弹回到未变形位置，使阀返回打开位置，并且再次允许流体从流体入口流向流体出口。在某些方面，本发明的阀机构提供了以下优点由于用于打开阀的回复能量存储在阀材料本身中，所以阀并不需要诸如螺旋弹簧之类的其他回复部件，并且因此阀能以较少的部件制造。虽然上述各种实施例涉及阀膜102 (或111)上的锥形突出体，但一般而言，实施例可使用各种其他形状。例如，在某些实施例中，用于控制流体在流体入口与流体出口之间输送的阀可包括具有流体连接到流体入口和流体出口的腔室的第一部分(例如，阀座104)、和具有配合在腔室内的突出部分的第二部分(例如，阀膜102)，使得当突出部分未变形时，流体能从流体入口在突出部分周围经腔室流向流体出口，并且当突出部分变形而触靠腔室壁的至少一部分时，流体不能从流体入口经腔室流向流体出口。突出部分可以是锥形的，或者可成型为似锥形或剑形或其他形状，使得外力的施加使突出部分变形并且触靠腔室壁的一部分，从而切断流体入口与流体出口之间的流体传递。如上所述，当突出部呈锥形时，第一部分上的对应斜面可用来产生这种在外力下的关闭。在某些实施例中，第一部分包括刚性材料并且第二部分包括弹性材料，以允许突出部分在力的作用下变形并在力解除时弹回。尽管已详细描述和图示了本发明的实施例，但应清楚地理解，所述实施例仅借助于图示和示例且并非加以限制，本发明的范围仅由所附权利要求的术语限制。文中所述的所有元件、部件或步骤被优选地包括在内。应理解，任何这些元件、部 件和步骤可由其他元件、部件和步骤代替或完全删除，如对本领域的技术人员来说将显而易见的那样。本说明书至少已公开了以下概念用于控制流体输送的阀包括阀座和阀膜，所述阀座包括流体入口、流体出口和具有开口、斜面和底部的锥形井，所述阀膜包括具有基部和末端的锥形部。锥形部构造成配合在阀座的锥形井内。阀膜构造成当阀膜位于未变形位置时使流体入口流体连接到流体出口，并且当阀膜位于径向变形位置时使流体入口与流体出口流体断开。概念本说明书至少已公开了以下概念。概念I. 一种流体输送系统中的阀,包括阀座，其包括流体入口、流体出口、和具有开口、斜面和底部的锥形井；以及阀膜，其包括具有基部和末端的锥形部，所述锥形部构造成配合在所述阀座的所述锥形井内，所述阀膜构造成当位于未变形的位置时使所述流体入口与所述流体出口流体连接，并且当位于径向变形的位置时，使所述流体入口与所述流体出口流体断开。概念2.根据概念I所述的阀，其中当所述阀膜位于所述未变形位置时，所述锥形部的所述末端以一定间隙与所述锥形井的所述底部分离；并且其中，当所述阀位于所述径向变形位置时，所述阀膜的所述末端触靠所述锥形井的所述底部。概念3.根据概念2所述的阀，其中，所述阀膜包括可推动部分，使得由外力推靠所述可推动部分而将所述阀置于所述径向变形位置。概念4.根据概念2所述的阀，其中，当所述阀膜位于所述未变形位置时，所述锥形部以一定空隙与所述锥形井分离，并且当所述阀膜位于所述径向变形位置时，所述锥形部触靠所述锥形井。概念5.根据概念I所述的阀，其中所述阀座包括刚性材料；并且所述阀膜包括弹性材料。概念6.根据概念5所述的阀，其中，所述弹性材料包括硅酮。概念7.根据概念I所述的阀，其中，静脉内流体泵的一次性部分包括所述阀。
概念8.根据概念I所述的阀，其中，容积式泵包括位于流体吸入侧的第一个所述阀和位于流体输送侧的第二个所述阀。概念9.根据概念I所述的阀，还包括止挡帽，所述止挡帽设置成在所述阀操作期间配合在所述阀座上以将所述阀膜固定在适当位置。概念10. —种用于将流体从流体源输送到患者的流体输送系统，包括耐用部分，其包括致动机构；一次性部分，其包括第一阀，所述第一阀配合在所述耐用部分上，以允许所述致动机构在所述第一阀的致动区域上施加推力；
所述第一阀联接到第一流体入口和流体出口，使得所述第一阀在所述推力未施加时将所述第一流体入口与所述流体出口流体连接，并且当所述推力施加到所述第一阀的致动区域时，第一阀径向变形以使所述第一流体入口与所述流体出口流体断开。概念11.根据概念10所述的流体输送系统，还包括第二阀，其联接到第二流体入口和流体出口，使得所述第二阀在所述推力未施加时将所述第二流体入口与所述流体出口流体连接并且当所述推力施加到所述第二阀的致动区域时，第二阀径向变形以将所述第二流体入口与所述流体出口流体断开。概念12.根据概念11所述的流体输送系统，其中，所述致动机构构造成通过控制在所述第一阀和所述第二阀上施加推力的正时，来控制从所述第一流体入口输送到所述流体出口和从所述第二流体入口输送到所述流体出口的流体的比率。概念13. —种用于控制流体入口与流体出口之间的流体输送的阀，包括第一部分，其具有流体连接到所述流体入口和所述流体出口的腔室；第二部分，其具有突出部分，所述突出部分配合在所述腔室内，使得当所述突出部分未变形时，流体能在所述突出部分周围经所述腔室从所述流体入口流向所述流体出口，并且当所述突出部分变形而触靠所述腔室的壁的至少一部分时，流体不能从所述流体入口经所述腔室流向所述流体出口。概念14.根据概念13所述的阀，其中，所述突出部分呈锥形，并且其中，所述腔室的所述壁的所述部分具有对应于呈锥形的突出部分的斜面。概念15.根据概念14所述的阀，其中，所述第一部分包括刚性材料，并且所述第二部分包括弹性材料。


用于控制流体输送的阀包括阀座和阀膜，阀座包括流体入口、流体出口、和具有开口、斜面和底部的锥形井，阀膜包括具有基部和末端的锥形部。锥形部构造成配合在阀座的锥形井内。阀膜构造成当阀膜位于未变形位置时使流体入口与流体出口流体连接，并且当阀膜位于径向变形位置时使流体入口与流体出口流体断开。