用于泵送流体的泵系统和泵系统运行方法与流程

用于泵送流体的泵系统和泵系统运行方法
1.本发明涉及用于泵送流体的泵系统以及泵系统运行方法。本发明还涉及用于辅助人心脏或动物心脏的心脏辅助系统。
2.在现有技术中知道了作为心脏辅助系统一部分的用于泵送流体的泵系统。这样的泵系统可被设计用于一侧或双侧心脏辅助。该泵系统包括至少一个隔膜流体泵，其与用于从心脏的心室或心房或血管将血液引导至隔膜流体泵的入口插管以及用于从隔膜流体泵将血液引导至血管的出口插管相连。此外，该泵系统包括至少一个工作泵，工作泵通过压力管线连接至隔膜流体泵并通过压力管线驱动隔膜流体泵。
3.作为隔膜流体泵用驱动机构，知道了各种不同的气压驱动机构。一个驱动机构变型方案拟定活塞泵作为工作泵，它包括气压缸连同可在其中轴向移动的工作活塞。在此，工作活塞可以如此运动，即，处于与压力管线的压力交换连通中的工作腔交替缩小和扩大。该气压缸还具有平衡阀，空气经此可从环境流入工作腔或从工作腔流出至环境。该泵系统还具备至少一个用于控制工作活塞运动以及用于控制工作腔所含空气质量的控制单元。
4.该工作活塞通过电动机被驱动。在此，该控制单元如此控制电动机，即，工作活塞在轴向上在气压缸内来回运动。如果工作缸运动向压力管线，则工作腔被缩小，工作腔和压力管线内的压力被增大。较高的压力造成隔膜流体泵的隔膜鼓凸向出口插管并且将血液从隔膜流体泵经由出口插管压入到与出口插管相连的血管。接着，工作缸的运动掉转方向，使得工作腔和压力管线内的压力降低。由此，隔膜流体泵的隔膜现在鼓凸向压力管线并且将血液经由入口插管自心室或心房或血管吸入隔膜流体泵中。
5.第二驱动变型方案作为工作泵包括一个负压容器、一个压缩机、一个过压容器和一个阀，它们在气动回路中串列相连。该阀在此被连接到压力管线，使得存在于负压容器中的负压和存在于过压容器中的过压通过该阀被交替传输到压力管线。交替存在的负压和过压通过该压力管路被传递到隔膜流体泵的隔膜，因而血液被交替吸入隔膜流体泵中和从流体泵中被压出。
6.当负荷变化时有无法再完充满或排空隔膜流体泵的血液腔的风险，由此平均血流量降低。在此，完全充满和排空意味着完全隔膜完全移动到其最终位置。在排空阶段结束时可能会有剩余血液量，而在填充阶段结束时可能会有剩余空气量。血流量减少的可能后果可能是血栓形成或患者供血不足。理论上，负荷变化可以通过高压储备来补偿。但是，一方面，泵系统内的高压导致流动很短暂且可能损伤血液。因此应该避免血流量减少以及高压以防止供血不足、减轻血液负荷并不会出现停滞时间。尤其在移动使用泵系统的情况下，这种负荷变化不会频繁出现。
7.因此，本发明的任务是提供一种泵系统和一种包括这种泵系统的心脏辅助系统，其允许监测入口插管和/或出口插管内的流动以及在每个泵周期中的隔膜流体泵的填充程度和排空程度。在每个泵送循环中启用泵。此外，本发明的任务是提供一种用于运行这种系统的方法。
8.根据本发明的用于泵送流体的泵系统包括第一隔膜流体泵、与第一隔膜流体泵相连的用于将流体输入至第一隔膜流体泵的第一入口插管以及与第一隔膜流体泵相连的用
于从第一隔膜流体泵排出流体的第一出口插管、和通过第一压力管线连接至第一隔膜流体泵且设立用于通过第一压力管线驱动第一隔膜流体泵的第一工作泵。本发明的泵系统的特点是具有用于测知在第一入口插管内的流体的第一入口流的第一入口流传感器和/或用于测知在第一出口插管内的流体的出口流的第一出口流传感器。
9.利用根据本发明的泵系统，可以通过入口流传感器和出口流传感器直接识别出入口流或出口流的变化、尤其是入口流或出口流的减少，并且在必要时再调节该系统，从而将补偿入口流或出口流的变化。这种入口流或出口流的变化可能是负荷变化带来的，尤其是在移动使用泵系统时或在泵系统内有变化时。因此，借助入口流传感器或出口流传感器，也可以识别并或许补偿负荷变化。由此又降低血栓形成和患者供血不足的风险。
10.以下，应该首先解释在本发明的本说明书中所使用的一些术语。术语“排空阶段”在此应该是指流体从隔膜流体泵流出的阶段。而术语“填充阶段”是指流体流入隔膜流体泵的阶段。术语“排空时间和填充时间”相应地是指各阶段的持续时间。术语“相对排空时间”是指排空阶段相对于填充阶段时间的时间。术语“填充时间”也可以是指相对填充时间，即相对于排空阶段时间的填充阶段时间。术语“压力”应该是指相对于环境压力测得的瞬时压力。术语“平均压力”应该是指相对于环境压力测得的且关于一个泵周期求平均的工作腔和压力管道内压力。泵周期由排空阶段和填充阶段组成。与此相应，所述排空阶段和填充阶段分别表示半个泵周期。
11.本发明的泵系统尤其但并非仅仅适用于泵送血液。本发明的泵系统尤其可以是心脏辅助系统的一部分。但也可以想到本发明的泵系统的其它应用。
12.在本发明的泵系统的一个优选改进方案中，该泵系统可以包括用于依据所测知的第一入口流和/或第一出口流来控制第一工作泵以便尤其获得用于所测知的第一入口流和/或出口流的设定值的控制单元。基于所测知的第一入口流和/或第一出口流地控制第一工作泵在此尤其可以是指目的明确地影响第一工作泵的调节部件，以便至少近似获得预定的第一入口流和/或第一出口流。尤其是，基于所测知的第一入口流和/或第一出口流地控制第一工作泵可以是指用于获得预定的第一入口流和/或第一出口流的调整。
13.该控制单元也可以设立用于基于所测知的第一入口流和/或出口流来确定用于第一入口流和/或出口流的设定值并且根据该设定值来控制该工作泵。用于第一入口流和/或出口流的设定值可以包含用于第一入口流和/或出口流的时间平均值或时间特性的设定值。
14.此外，该控制单元可以设立用于基于所测知的第一入口流和/或第一出口流或基于第一入口流和/或出口流的设定值来确定用于存在于第一压力管线中的平均压力的设定值、用于存在于第一压力管线内的压力幅值的设定值、用于第一工作泵泵速的设定值、用于相对排空时间的设定值、用于填充时间的设定值、用于存在于第一压力管线内的排空压力的设定值和/或用于存在于第一压力管线内的填充压力的设定值，并且根据平均压力的设定值、压力幅值的设定值、泵速的设定值、相对排空时间的设定值、填充时间的设定值、排空压力的设定值和/或填充压力的设定值来控制第一工作泵，以便基本获得预定的第一入口流和/或第一出口流。
15.该泵系统内的所有上述和下述的压力尤其可以是相对压力，即相对于周围大气压所测得的压力。在这里，根据前述设定值的工作泵控制尤其是指用于获得预定的第一入口
流和/或第一出口流的调整，其中，第一入口流和/或第一出口流可以表示被调参数，并且相应地，所述平均压力、压力幅值、泵速、相对排空时间、填充时间、排空压力和/或填充压力可表示调节参数。
16.在本发明的一个有利设计中，该工作泵可被设计为活塞泵。工作泵尤其可以包括可在工作腔内振荡运动的工作活塞和用于改变工作腔内的工作流体质量和/或工作腔内压力的平衡阀，其中该工作腔处于与第一压力管线的压力交换连通中，并且该控制装置设立用于基于所测知的第一入口流和/或第一出口流和/或基于第一入口流和/或出口流的设定值来确定用于工作腔内的平均压力的设定值、用于工作腔内压力幅值的设定值、用于泵速的设定值、用于工作活塞行程的设定值、用于工作活塞力的设定值、用于相对排空时间的设定值、用于填充时间的设定值、用于排空压力的设定值和/或用于工作腔内的填充压力的设定值，并且根据平均压力的设定值、压力幅值的设定值、泵速的设定值、行程的设定值、力的设定值、相对排空时间的设定值、填充时间的设定值、排空压力的设定值和/或填充压力的设定值控制该工作活塞的运动和该平衡阀，以便基本上获得预定的第一入口流和/或第一出口流。根据前述设定值控制工作活塞运动和平衡阀在此尤其是指用于获得预定的第一入口流和/或第一出口流的调整，其中，第一入口流和/或第一出口流可以表示被调参数，而相应地，所述平均压力、压力幅值、泵速、行程、力、相对排空时间、填充时间、排空压力和/或填充压力可以表示调节参数。
17.工作活塞的力尤其可以包含工作活塞的载荷和惯性。
18.此外，该控制单元可设立用于基于平均压力的设定值、压力幅值的设定值、泵速的设定值、行程的设定值、力的设定值、相对排空时间的设定值、填充时间的设定值、排空压力的设定值和/或填充压力的设定值来确定用于工作活塞的位置设定值，并且根据该位置设定值来控制工作活塞的运动和根据平均压力的设定值来控制该平衡阀，以便基本上获得所述平均压力的设定值、压力幅值的设定值、泵速的设定值、行程的设定值、力的设定值、相对排空时间的设定值、填充时间的设定值、排空压力的设定值和/或填充压力的设定值。根据前述设定值的工作活塞运动和平衡阀的控制在此尤其是指用于获得平均压力的设定值、压力幅值的设定值、泵速的设定值、行程的设定值、力的设定值、相对排空时间的设定值、填充时间的设定值、排空压力的设定值和/或填充压力的设定值的调整，其中，所述设定值被换算为用于压力和位置调节器的设定值。
19.该位置设定值可以是用于位置时间特性的设定值或者用于工作活塞的一个或两个转向点之一的设定值。
20.此外，该控制单元可设立用于基于平均压力的设定值、压力幅值的设定值、泵速的设定值、行程的设定值、力的设定值、相对排空时间的设定值、填充时间的设定值、排空压力的设定值和/或填充压力的设定值来确定用于工作腔的压力设定值和用于工作活塞的转向位置的设定值，并且根据该压力设定值来控制该工作活塞的运动并根据该转向位置的设定值来控制该平衡阀，以便基本上获得所述平均压力的设定值、压力幅值的设定值、泵速的设定值、行程的设定值、力的设定值、相对排空时间的设定值、填充时间的设定值、排空压力的设定值和/或填充压力的设定值。根据前述设定值的工作活塞运动和平衡阀的控制在此尤其是指用于获得所述平均压力的设定值、压力幅值的设定值、泵速的设定值、行程的设定值、力的设定值、相对排空时间的设定值、填充时间的设定值、排空压力的设定值和/或填充
压力的设定值的调整，在这里，所述设定值被换算为用于压力调节器的设定值。
21.用于工作腔的压力设定值可以包含用于压力时间特性的设定值、用于时间相关压力值的设定值或者用于位置相关压力值的设定值、尤其是用于填充阶段内的目标压力的设定值和/或用于排空阶段内的目标压力的设定值。
22.根据本发明的另一个实施方式，该控制单元可以包括至少两个控制模块，其中，第一控制模块设立用于确定用于压力幅值的设定值、用于泵速的设定值、用于行程的设定值、用于力的设定值、用于相对排空时间的设定值、用于填充时间的设定值、用于排空压力的设定值和/或用于填充压力的设定值并且执行入口流和/或出口流调整，即，根据前述设定值如此控制该工作泵，将基本上获得预定的入口流和/或出口流。第二控制模块可以设立用于确定位置设定值和压力设定值并且相应地执行位置和压力调整，即，根据位置设定值和压力设定值如此控制该工作泵，基本上获得用于压力幅值的设定值、用于泵速的设定值、用于行程的设定值、用于力的设定值、用于相对排空时间的设定值、用于填充时间的设定值、用于排空压力的设定值和/或用于填充压力的设定值。或者也可以想到，第一控制模块设立用于代替第二控制模块地确定位置设定值和压力设定值并且将其转送至用于位置和压力调整的第二控制模块。
23.该工作活塞优选可以借助主轴电机被驱动。
24.在本发明的另一个有利设计中，第一工作泵包括闭合的气动回路(以下也成为压缩机泵)，在该气动回路中串列设置有压缩机、负压容器、工作泵阀和过压容器，其中，该工作泵阀能被如此控制，即，通过该工作泵阀交替地将存在于负压容器中的负压和存在于过压容器中的过压传输至第一压力管线，并且该控制单元设立用于基于所测知的第一入口流和/或第一出口流和/或基于用于第一入口流和/或出口流的设定值来确定用于工作腔内的平均压力的设定值、用于工作腔内压力幅值的设定值、用于泵速的设定值、用于相对排空时间的设定值、用于填充时间的设定值、用于排空压力的设定值和/或用于工作腔内的填充压力的设定值，并且根据平均压力的设定值、压力幅值的设定值、泵速的设定值、相对排空时间的设定值、填充时间的设定值、排空压力的设定值和/或填充压力的设定值来控制该工作泵阀，以便基本上获得预定的第一入口流和/或出口流。
25.工作泵阀尤其是指两位三通阀，它尤其可以是连续阀和/或比例阀。通过该工作泵阀，工作流体可以在过压和负压传递时流动，其中，工作流体的体积流可被调节。通过体积流的可调性，工作泵阀允许更精细和准确地控制和调整压力管线内的压力。
26.根据前述设定条件的工作泵阀的控制在此尤其是指用于获得预定的第一入口流和/或第一出口流的调整，在这里，第一入口流和/或第一出口流可以是被调参数，并且相应地，所述平均压力、压力幅值、泵速、相对排空时间、填充时间、排空压力和/或填充压力可以是调节参数。
27.此外，该控制单元可以设立用于基于平均压力的设定值、压力幅值的设定值、泵速的设定值、相对排空时间的设定值、填充时间的设定值、排空压力的设定值和/或填充压力的设定值来确定用于压力管线的压力设定值并且根据该压力设定值来控制该工作泵阀，以便基本上获得所述平均压力的设定值、压力幅值的设定值、泵速的设定值、相对排空时间的设定值、填充时间的设定值、排空压力的设定值和/或填充压力的设定值。根据前述设定值的工作泵阀的控制在此尤其是指用于获得所述平均压力的设定值、压力幅值的设定值、泵
速的设定值、相对排空时间的设定值、填充时间的设定值、排空压力的设定值和/或填充压力的设定值的调整，其中，所述压力可以是被调参数，而平均压力、压力幅值、泵速、相对排空时间、填充时间、排空压力和填充压力可以是调节参数。
28.用于压力管线的设定值可以包含用于压力时间特性的设定值、用于时间相关压力值的设定值或用于位置相关压力值的设定值、尤其是用于填充阶段内的目标压力的设定值和/或用于排空阶段内的目标压力的设定值。
29.就像以活塞泵为工作泵时一样，在压缩机泵的情况下，该控制单元也可以包括至少两个控制模块，其中，第一控制模块设立用于确定用于压力幅值的设定值、用于泵速的设定值、用于相对排空时间的设定值、用于填充时间的设定值、用于排空压力的设定值和/或用于填充压力的设定值并且执行入口流和/或出口流调整，即，根据流量来控制工作泵第二控制模块可以根据压力规格来设定压力设定值和执行压力调整值，即，根据前述设定值来控制工作泵，以便基本上达到预定的入口流和/或出口流。第二控制模块可以设立用于确定压力设定值并执行压力调整，即，如此根据压力设定值控制该工作泵，基本上获得压力幅值的设定值、泵速的设定值、相对排空时间的设定值、填充时间的设定值、排空压力的设定值和/或填充压力的设定值。或者也可以想到，第一控制模块设立用于代替第二控制模块地确定压力设定值并且将其转送至用于压力调整的第二控制模块。可替代地，也可以想到，设置第一控制模块来确定压力规格而不是第二控制模块，并将其转发给第二控制模块以进行压力调节。
30.作为工作泵内的工作介质，尤其可以采用空气。在此情况下，如果活塞泵被用作工作泵，则可以进行在工作腔之间的压力交换，或者在具有压缩机的上述气动回路下进行在负压容器或过压容器与压力管线之间的压力交换，连带空气交换。
31.本发明的泵系统还可以包括第二隔膜流体泵、与第二隔膜流体泵相连的用于将流体输入至第二隔膜流体泵的第二入口插管以及与第二隔膜流体泵相连的用于从第二隔膜流体泵排出流体的第二出口插管、通过第二压力管线连接至第二隔膜流体泵且设立用于通过第二压力管线驱动第二隔膜流体泵的第二工作泵，以及用于测知第二入口插管内的第二入口流和/或第二出口插管内的第二出口流的第二入口流传感器和/或第二出口流传感器。在此情况下，该控制单元设立用于基于所测知的第一和/或第二入口流和/或出口流来控制第一和/或第二工作泵。
32.此外，该泵系统也可以包括如下控制单元，其具有多个子单元，其中所述子单元能相互通信。尤其是所述控制单元可以具有设立用于基于所测知的第一和/或第二入口流和/或出口流来控制第一工作泵的第一子单元和设立用于基于所测知的第一和/或第二入口流和/或出口流控制第二工作泵的第二子单元。每个所述子单元还可以具有一个上述的第一控制模块和一个上述的第二控制模块。
33.第一和/或第二入口流传感器和/或出口流传感器尤其可以包括超声波传感器。第一和/或第二入口流传感器和/或出口流传感器可以包括如下超声波传感器，它尤其设立用于借助渡越时间方法来测量所述入口流和/或出口流。该入口流传感器和/或出口流传感器还可以被设计成其测知被测的入口流和/或出口流的所有频率部分。入口流传感器可以如此设置在入口插管上，其包围、尤其完全包围入口插管。该出口流传感器能以包围、尤其完全包围出口插管的方式设置在出口插管处。
34.本发明还包含心脏辅助系统，其包括前述泵系统用于泵送血液，其中，第一和/或第二入口插管可流体连通至心室和/或心房和/或血管尤其腔静脉、优选上腔静脉和下腔静脉，而第一和/或第二出口插管可流体连通至血管。
35.如上所述，通过泵系统的第一入口流传感器或第一出口流传感器可以直接识别第一入口流的或第一出口流的改变并且或许再调节该系统，使得第一入口流的或第一出口流的改变得到补偿。这种可能方式的优点在心脏辅助系统的范围中极其有效。
36.从识别出第一入口流或出口流变化和/或从造成变化被补偿的系统再调节受益的患者主要是患有收缩性和舒张性心功能不全的患者(心功能不全患者)和fontan循环患者(fontan患者)。在后者情况下，入口插管通常被连接到上腔静脉和/或下腔静脉。对于健康的人，自主神经系统用于调整心输出量以确保器官灌流。另外，血压和血量通过肾素
‑
血管紧张素
‑
醛固酮系统来调节。一方面，存在用于较低压力调节的压力感受器。腔静脉、肺动脉以及心房和心室中的这些压力感受器表明过高压力。身体反应是心率升高、静脉血管扩张和肾排尿量增加。由此，所述压力感受器区域内的压力降低。在填充压力或填充量与心输出量之间的中心关系被称为弗兰克
‑
斯代林(frank
‑
starling)机制。根据鲍迪奇(bowditch)效应，心脏收缩性随着速率增大而增强。另一方面，存在用于高压调节的压力感受器。它们位于主动脉弓中、颈内动脉前方和锁骨下动脉中。在这些部位的过低压力导致心输出量和收缩性增大。
37.许多患者的心脏可能这种反应太虚弱，或者需要被小心善待。短期内，心脏辅助很少可能导致例如呼吸急促、易疲惫和器官灌流不良。也可能出现体液超负荷，其导致水肿、胸腔积液，肺静脉郁血且血氧饱和度降低和其它损伤。例如fontan患者的腔静脉内的增大压力可能造成肝功能或肾功能的恶化或器官损伤或淋巴液沉积在肺或腹膜腔内。
38.由如上所述的控制单元基于所测知的第一入口流和/或第一出口流或者基于用于第一入口流和/或出口流的设定值所确定的设定值、尤其是用于第一工作泵泵速的设定值和/或用于填充时间的设定值和/或用于相对排空时间的设定值可能有助于减少心功能不全患者或fontan患者的上述症状。
39.本发明也包含一种用于运行前述泵系统的方法，其中，第一和/或第二工作泵基于所测知的第一和/或第二入口流和/或出口流被控制。
40.该泵系统可以被设计成固定的或活动的系统以及是固定式或活动式心脏辅助系统的一部分。
41.泵系统和心脏辅助系统的前述特征也可以有利地改进所述泵系统运行方法，反之亦然。
42.以下将结合具体实施例并利用图来详细描述本发明的泵系统、本发明的心脏辅助系统以及泵系统运行方法。在此，在各自具体例子的范围内提到了各不同的对本发明重要的或者也有利的改进组成部分，其中一些组成部分可被用来改进发明，也从各自例子的上下文和各自例子的其它特征中脱离。另外，在图中对于相同的或相似的零部件采用相同的或相似的附图标记，因此有时省掉其说明，其中：
43.图1示出本发明的心脏辅助系统的一部分的示意图，
44.图2示出本发明的泵系统的第一实施例的一部分的示意图，
45.图3示出用于说明根据第一实施例的本发明泵系统的工作方式的第一试验例，
46.图4示出用于说明根据第一实施例的本发明泵系统的工作方式的第二试验例，
47.图5示出用于说明根据第一实施例的本发明泵系统的工作方式的第三试验例，
48.图6示出本发明的泵系统的第二实施例的一部分的示意图，
49.图7示出借助根据第一实施例的本发明控制单元的本发明处理的概览示意图，和
50.图8示出借助根据第二实施例的本发明控制单元的本发明处理的概览示意图。
51.图1和图2示出本发明的心脏辅助系统的一部分的示意图。
52.图1示出本发明的心脏辅助系统的一部分。图1的a)示出如设置在人心脏1处的心脏辅助系统。图1的b)以进一步细节示出心脏辅助系统。心脏辅助系统包括隔膜血泵10连带设于隔膜血泵10内的隔膜10m，隔膜将隔膜血泵10的内部分为空气腔10a和血液腔10b。该心脏辅助系统还包括与血液腔10b流体连通的入口插管12、与血液腔10b流体连通的出口插管11和与空气腔10a流体连通的压力管线14。隔膜血泵10的血液腔10b通过入口插管12可被流体连通至心脏1的左心室3并通过出口插管11可被流体连通至主动脉2。代替连通至心室地，隔膜血泵10例如也可以通过入口插管12流体连通至心脏1的心房和/或血管且尤其是至少一个腔静脉、优选是上腔静脉和下腔静脉。通过压力管线14，隔膜血泵的空气腔10a可流体连通至工作泵例如活塞泵或压缩机泵(图1未示出)。在压力管线14内还设有用于测量存在于压力管线14内的压力的压力传感器14a。在隔膜血泵10与入口插管12之间的连接部位处，隔膜血泵10具有入口阀23。在隔膜血泵10与出口插管11之间的连接部位处，隔膜血泵10具有出口阀22。此外，在入口插管12上设有用于测量入口流qi的入口流传感器18i。类似地，在出口插管11上设有用于测量出口流qo的出口流传感器18o。
53.图2示出根据本发明的泵系统的第一实施例，其可以被用在如图1所示的心脏辅助系统中。该泵系统包括如图1所示的隔膜血泵10以及与隔膜血泵10流体连通的压力管线14。该泵系统还具有活塞泵15作为用于驱动隔膜血泵10的工作泵。活塞泵15包括空心柱形壳体13，工作活塞16可在其中沿着空心柱形壳体13的纵轴线振荡式来回运动。工作活塞16在此可以如此运动，即，位于空心柱形壳体15中的工作腔17振荡缩小和扩大。工作活塞16的振荡式运动在此通过被电动机19驱动的且既可顺时针转动、也可逆时针转动的主轴20促成。作为主轴20，也可以采用滚珠丝杠。此外，在空心柱形壳体15的壁内设有平衡阀21用于平衡位于工作腔17内的工作介质量。作为工作介质，在此采用空气。压力管线14内设有压力传感器14a。但它也可以作为活塞泵15的一部分设置在工作腔17中。
54.如已经在图1中示出的那样，隔膜血泵10具有柔性隔膜10m，其将该隔膜血泵分为血液腔10b和空气腔10a。活塞泵15的工作腔17处于与压力管线14和空气腔10a的压力和物质交换连通中，空气可在工作活塞16和隔膜10m之间传播。血液腔10b通过隔膜10m处于与空气腔10a、压力管线14、工作腔17和入口插管和出口插管12、11的压力交换连通中，使得工作腔17内的压力可作用于入口插管和出口插管12、11。此外，血液腔10b与入口插管和出口插管12、11和心脏循环系统处于物质交换连通中，从而血液根据阀23和22的打开状态不同而从左心室3经由入口插管12可流入血液腔10b并可经由出口插管11从血液腔10b流出而进入动脉2。
55.以下将描述根据一个实施例的泵系统的工作方式。该控制单元(图中未示出)可以拟定用于驱动主轴的电机19的控制电流。由此，工作活塞16移动并且按照如下规定交替生成排空压力和填充压力p
l
，即，入口流和出口流保持恒定并且血液腔10b完全充满和排空。
排空压力和填充压力p
l
交替作用于隔膜10b，隔膜由此也在入口插管或出口插管内交替产生正压和负压p
o
和p
i
。在排空阶段中的排空压力情况下，出口阀22被打开而入口阀23被关闭，使得血液从血液腔10b经由出口插管11被泵入主动脉2。此时，出口流传感器18o在整个排空期间内测量出口流qo。接着，在填充阶段中生成填充压力，出口阀22被关闭而入口阀23被打开，使得血液从左心室3经由入口插管12可流入血液腔10b。此时，入口流传感器18i在整个填充期间内测量入口流qi。出口流传感器18o还测量在填充阶段中的回流，而入口流传感器测量在排空阶段中的回流。每个泵周期的流动测量被记录下来。依据入口流和出口流的时间特性，例如接着可以在泵周期之间快速识别出系统内的负荷变化，并且例如通过调整平均压力、压力幅值和/或泵速来快速补偿。
56.以下将描述三个示例性试验，其说明根据本发明的泵系统的工作方式。
57.在第一试验中，出口插管11后的压力p
ao
被升高，使得通过隔膜10m所产生的压力p
o
经受背压并且出现从出口阀22到主动脉2的降低的压差和进而减小的血流qo。第一试验的结果如图3所示。在左上方示出了在血流传感器18o处的出口血流qo的时间特性。在左下方示出了在血流传感器18i处的入口血流qi的时间特性。在右上方示出了存在于工作腔17内的压力的时间特性。在右下方示出了主轴20转速的时间特性。
58.在压力曲线图中，曲线40对应于参考压力。工作腔17的缩小造成空气腔10a内的压力增大，由此，隔膜10m在达到目标排空压力时朝向插管11和12隆起。现在，一直保持该压力恒定，直到工作腔17在预定排空时间结束时又扩大。接着，空气腔10a内的压力降低到负值范围，从而生成填充压力并且隔膜10m在相应的目标填充压力下朝向压力管线14隆起。现在，保持填充压力恒定，直到工作腔17在预定的填充时间结束时又扩大。曲线41对应于具有p
ao
升高的压力的时间特性。曲线42对应于通过借助调整活塞运动和空气量手动调整工作腔内平均压力和工作活塞16行程来补偿p
ao
的升高。
59.在出口流的曲线图中，曲线30对应于参考流。它在排空阶段中渐增至最大值并且在大致排空时间一半之后因为连续排空血液腔10b而又递减，直到血液腔10b在排空阶段结束时被完全排空。在填充阶段，出口流近似为零，这是因为出口阀22是关闭的。曲线31对应于在更高p
ao
下的出口流。可以看清，所述流首先比在曲线30中更晚地大于零，这是因为首先必须由隔膜10m产生更高的背压p
ao
，以便血液腔10b与出口插管11之间的压差大到足以打开出口阀22。在达到大致对应于曲线30的最大流的最大流之后不久，所述流因在排空阶段结束时降低的压力p
l
又递减，直到在填充阶段中大致为零，在填充阶段中该出口阀22是关闭的。因此，结合较细的出口流曲线31可以看清因为p
ao
升高而未出现血液腔10b完全排空。曲线32表示在人工调整平均压力和行程之后的出口流的时间特性，其大致对应于参考曲线30。
60.在入口流的曲线图中，曲线50表示参考流，而曲线51表示在更高p
ao
下的流的时间特性。因为p
ao
升高，故隔膜10m在过去的排空阶段中未到达其预设最终位置以完全排空血液腔10b。因此缘故，隔膜10m的运动范围在直到预设最终位置的填充阶段中也较小。这造成较小的入口流，如与曲线50对比地从曲线51中可看到的那样。曲线52又对应于在人工调整平均压力和行程之后的流的时间特性。
61.从转速曲线图中可知，p
ao
的压力增大仅造成很小的转速时间特性差异，因为平均压力的调整已足以又建立出口流。在这里，曲线60对应于参考转速，而曲线61对应于压力增
大时的转速。附加行程增大可能不起眼。
62.因此在图3中清楚看到，在现有技术中常见的测量参数压力无法清楚无疑地识别出流减少，因此难以马上采取应对手段。而在出口流测量情况下，既以流的平均值、也以流的时间特性识别必须将驱动功率提高多少以便维持最初设定的排空特性。例如可以识别出必须增大排空压力，因为出口流延迟开始(且填充压力可能降低)。还可以结合减少的流看清需要调整。在此情况下，调节器例如将同时增大平均压力以恢复所述流的初始对称性，并且增大活塞行程。只有在不再增大流的平均压力情况下，活塞行程才将又被例如缩小。
63.此外，在填充阶段中，可以在出口流测量情况下识别出口阀的密封性(回流)以及插管内的流体柱在阀打开时刻的振动有多强。振动趋势的增强可能是压力过低的征兆。
64.在第二试验中，在入口插管12之前的压力p
lv
(见图1的a))以矩形形式被改变，以模拟由心脏1造成的压力波动。第二试验的结果如图4所示。图4示出用入口流传感器18i测量的入口流qi的时间特性。通过qi的测量，可以推断出p
lv
的干扰速度和幅度。因此原则上可以补偿所述干扰或者设定心率与泵速的固定比。假定心率对于一些患者是所需血体积流的指标，可以使其目标参数满足要求。
65.在第三试验中，在正常运行中测量压力p
l
、入口流qi、出口流qo和在入口阀23前后的其它压力p
i1
和p
i2
以及在出口阀22前后的其它压力p
o1
和p
o2
。所述压力p
i1
、p
i2
、p
o1
和p
o2
的准确测量位置在图1的b)中被画出。第三试验的结果如图5所示。曲线70描绘压力时间特性p
l
。曲线71描绘在入口阀23之前的压力时间特性p
i1
。曲线72描绘在入口阀23之后的压力时间特性p
i2
。曲线81描绘在出口阀22之前的压力时间特性p
o1
。曲线82描绘在出口阀22之后的压力时间特性p
o2
。曲线90描绘入口流qi的时间特性，而曲线91描绘出口流qo的时间特性。在此尤其感兴趣的是，在隔膜血泵10内的压力状况和入口阀23和出口阀22的阀关闭行为无法用p
l
的压力测量来查看。在血流时间曲线中能更好地看清这些过程。
66.图6示出本发明的泵系统的第二实施例的一部分的示意图，其中，仅示出了对于本发明重要的组成部分。图6中的泵系统作为工作泵具有压缩机泵。该压缩机泵包括负压容器23、压缩机24、过压容器25和作为工作泵阀的比例阀26，它们在闭合的气动回路22中通过第一压力管线27串列相连。此外，比例阀26处于与第二压力管线14的流体连通中。压力管线14还与隔膜血泵10流体连通，其中，隔膜血泵10具有隔膜10m，隔膜将隔膜血泵10的内部分为与第二压力管线14相连的空气腔10a和位于隔膜10m的与空气腔10a对置一侧的血液腔10b。如图1所示，血液腔10b与入口插管12和出口插管11相连。另外，在入口插管11处设有用于测知入口流qi的入口流传感器18i以及在出口插管11处设有用于测知出口流qo的出口流传感器18o。入口插管和出口插管12、11以及入口流传感器和出口流传感器18i、18o在图6中未被示出。压力管线14内设有压力传感器14a。但它也可以作为压缩机泵的组成部分来构成。
67.以下将描述压缩机泵的工作方式。压缩机24产生在过压容器25内的过压和在负压容器23内的负压。借助过压容器内的阀25b和负压容器内的阀23b，过压容器25内的过压和负压容器23内的负压可被调整至预定压力值。该比例阀设立用于根据打开状态的不同将存在于负压容器23内的负压或存在于过压容器25内的过压传输至第二压力管线14。在此，流过该比例阀的空气体积流、即在规定时间段内流过该比例阀的空气量可被调节。通过轮流传输存在于过压容器25内的过压和存在于负压容器内的负压，在第二压力管线14中交替出现排空压力和填充压力。排空压力和填充压力通过隔膜血泵10的空气腔10a被传输至隔膜
血泵10的隔膜10m，它在存在排空压力时将血液自血液腔10b压入出口插管11，或者在存在填充压力时将血液从入口插管12吸入血液腔10b。在流过入口插管和出口插管12、11时血流可以被测知，并且压缩机泵按照预定时间间隔基于所测的流动被控制。
68.泵系统运行时的最重要的调整目标是：
69.‑
隔膜血泵须被完全排空和填充。在此，完全填充和排空意味着隔膜完全移动到其最终位置。在排空阶段结束时可能会有剩余血液量，而在填充阶段结束时在空气侧可能有剩余空气量。
70.‑
未主动启动的流量减少应马上被警告和补偿。
71.‑
心室或心房不应过于强烈排空以免抽吸心脏壁。
72.‑
填充压力和排空压力应该低。
73.‑
在以两个静脉血泵运行(双心室运行)情况下，右侧隔膜血泵的血流不应大于左侧血流以免肺损伤。
74.‑
应遵守所有硬件限制条件(例如对于活塞泵是转速、电流、行程...)。
75.‑
在双心室运行中应补偿与患者和系统有关的差异。
76.所述目标可借助流量测量和调整来更好地实现。图7针对根据图2的活塞泵以及图8针对根据图6的压缩机泵给出了对流动调整的最重要的变型设计方案的概览，既针对一个隔膜血泵，也针对两个隔膜血泵。
77.首先，将结合图7来说明用于活塞泵的流动调整。该活塞泵借助控制单元来控制。该控制单元包括执行流动调整的第一控制模块100和执行驱动调整的第二控制模块101。在第一控制模块100中，首先在预处理单元100a中执行流动测量值的预处理。
78.在此情况下，从在各自插管内的两个血泵的流动测量值q1和q2中提取流动特征例如对称性(输送时刻、鼓凸、偏斜)、泵量、回流、心脏活力、流动状况和q1和q2的流动差。在设定值计算单元100b中，从所提取的特征中计算出例如用于平均压力、压力幅值、速度和排空时间的设定值。所算出的设定值接着被传输给用于驱动调整的第二控制模块101。在第二控制模块101中，从设定值计算单元100b的设定值中以及在考虑工作活塞16的位置和速度和工作腔17内压力的情况下计算出用于活塞位置调整和压力调整的设定值，并且由此确定用于主轴电机19的控制电流i和用于平衡阀13的阀打开的设定值v。
79.替代图7所示的调整结构地也可以想到所述压力和位置设定值的计算也在第一控制模块100中进行。
80.图8示出了在压缩机泵情况下的流量调整结构。该压缩机泵借助控制单元来控制。该控制单元包括执行流量调整的第一控制模块200和执行驱动调整的第二控制模块201。在此情况下，在预处理单元200a中，如像在活塞泵时那样，从在各自一个插管内的两个血液泵的流的测量值q1和q2中提取流的特征例如对称性(输送时刻、鼓凸、偏斜)、泵量、回流、心脏活力、q1和q2的流量比和流量差。在第一设定值计算单元200b中，从这些提取特征中计算出用于例如平均压力、压力幅值、速度和排空时间的设定值。然后，在第二设定值计算单元200c中从计算出的设定值中计算出用于排空压力和填充压力的压力设定值。该压力设定值被发送到第二控制模块201。在第二控制模块201中，从用于排空压力和填充压力的压力设定值以及在考虑第二压力管线14内的压力的情况下计算用于比例阀26的控制电压。
81.代替图8所示的调整结构地也可以想到，压力设定值的计算在用于驱动调整的第
二控制模块201中进行。在此情况下可以放弃在第一控制模块200中的第二设定值计算单元200c。
82.具体地，可以用以下措施达成调整目标：
83.预处理
84.对称性
‑
从测量流量的时间特性中确定对称性值s。与在调节时所确定的参考流量相比，对于一个插管内的流量测量，这表明最高流量随时间的变化，或者对于两个插管，这类似于时间流量曲线的对称性。在这两种情况下，可以通过对称性值来调节平均压力，使得隔膜运动与在调节时的参考运动相对应。为了计算对称性值，除了时间中心点位移外，还可以考虑其它特征例如鼓凸和偏斜。
85.泵量和回流量也可以自流量曲线中来确定。为此必须区分入口阀/出口阀打开的阶段和入口阀/出口阀关闭的阶段。回流量是泵循环期间与关于入口阀/出口阀关闭的整个阶段求平均的流量的乘积。泵量是入口阀/出口阀打开的整个阶段的流量时间积分。可利用泵量来确定所需的压力幅值，能以回流体积来调整该速度。当泵量未对增大的压力幅值做出反应时，也可以调整所述速度。也可以想到调整排空时间以保持恒定的泵量。
86.心脏活力
‑
在评估与心脏活力相关的流动时，两个特征是特别重要的且易于识别：振幅和速度。该速度能以速度比形式被用来调整驱动速度。流动干扰幅度可被用于将压力幅值保持尽可能小和如所需那样的大。
87.与第二隔膜血泵的流比较
‑
在与另一隔膜血泵比较时，在双心室泵运行中可以确定流量差或两侧流量比。然后，可通过速度调整来保持这些值恒定。
88.外调整回路
‑
对于外调整回路至少有以下部分：
89.平均压力调整
‑
用于平均压力的调节器从用于在调节驱动机构时求出的对称性值s
r
的标准与来自最后泵周期的s中首先计算偏差e＝s
r
‑
s。于是，它在每个泵周期中调整平均压力以减小e。
90.压力幅值
‑
用于压力幅值的调节器包含适配于泵量和/或适配于心脏活力。与借助在调节时所确定的基准的平均压力调整相似地进行适配于泵量。与心脏活力的适配可以由在流量波动幅值渐增时的压力幅值增大组成或者动态地进行。当心脏射血期与隔膜血泵的填充阶段重合时，压力幅值被降低。当两个阶段在几个泵周期后被移向延迟，则压力会又将提高。对于最后提到的调整，因为几乎不需要调整排空阶段，故建议填充压力作为调节参数，而不是压力幅值。
91.速度调节器
‑
速度调整应该补偿回流，跟随患者心率且确保正确的隔膜血泵在双心室运行中总是提供比被连接到心脏左半部的隔膜血泵更少的支持。
92.内调整回路
‑
在以活塞泵为工作泵的情况下，压力调整和/或位置调整可被用于内调整回路。在压缩机泵情况下，压力调整可被用于内调整回路。压力调整是有利的，这是因为在此可以更快速地实现外调节器的设定值。理论上讲，这提高了该方法的速度和稳定性储备。非常快速的调节器的一个例子是保持压力，直到达到一定的泵量或者直到流量回落至极限值。在此，速度和排空时间的调整将在一个泵周期内进行，并且在下一个泵周期内以压力调整做出反应。