用于可变流阻滞器的系统和方法与流程

用于可变流阻滞器的系统和方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年4月10日提交的共同未决的美国临时申请no.62/832,005的优先权和权益，涉及这两个申请的所有共同主题。所述临时申请的公开内容在此通过整体参引并入本文。
技术领域
3.本公开涉及用于被动式可变流阻滞器的系统和方法。更具体地，本公开涉及下述可变流阻滞器，该可变流阻滞器用于以指定的流速输送流体，即使在可变流阻滞器的输入部处潜在地改变压力。


背景技术：

4.许多流体传送应用要求对流体流进行控制，以将物质以特定的速率输送到位置。流可以通过设定压力差、阻力或两者来控制。这些可以主动控制，但这样的系统需要主动压力源(例如，泵)或阻滞器(例如，阀)、通常带有基于流量传感器的反馈回路。
5.然而，完全被动地控制流要困难得多。被动式流阻滞器(例如，手动阀或固定阀、孔板等)通常用于控制流，但其准确性取决于保持相当恒定的压力。这通常通过具有恒定的储存势能的(相对于要输送的流体的体积而言)大的流体贮存器(例如，升高的罐)来实现。这种被动式可变阻滞器设计的主要限制是它在结构上与输液装置有关，并且它的设计取决于该装置。也许更重要的是，它的规格取决于初始条件，特别是用于该特定装置的初始压力以及压力的特定轨迹。如果被动式可变阻滞器的设计和结构与压力源和流体贮存器无关，并且其阻力只是至少在特定范围内的瞬时压力差p的函数，则被动式可变阻滞器的功能将大大增强并且能够用于更广泛的应用。
6.流体传送应用的一个示例是患者输液。输液在医疗保健中仍然普遍存在，从而涉及广泛的条件、物质、进入点和场所。尽管在口服和其他给药方式(例如透皮、吸入)方面取得了进展，但许多关键疗法仍然需要静脉(iv)输液。据估计，在美国每天施用一百万次输液。超过90％的住院患者接受iv输液。输注物质可以包括药物(例如抗生素、化疗、止痛药、局麻药、血管活性药物、生物制品)、流体(例如晶体、胶体、肠外营养)和血液产品(例如红细胞、血浆、血小板)。这些物质通常以(1)单剂体积(几毫升到几升)在有限的时间内(例如，分钟到小时)或(2)输送固定或滴定速率(通常范围是每分钟0.1ml到5ml)的连续输液的方式输注。
7.输液可以通过各种途径施用，最常见的是静脉输液，但是也可以是动脉内、皮下、胸膜内、关节内、硬膜外和鞘内、腹膜内和肌肉内输液。可以应用各种各样的导管以便于通过这些不同的途径进行输液。虽然传统上，输液是在医院环境下施用的，但越来越多的患者正在门诊输液中心和家里接受输液。由于这些后者环境的临床人员较少，技能较差，因此在这些后者环境中只有某些输液被认为是安全的，比如静脉注射抗生素、某些化疗药物、用于术后止痛的局部麻醉药和某些麻醉性止痛药。
8.医疗输液通常由相对陈旧的技术比如重力、主动排量电泵或非电动一次性弹性体泵驱动。这三种都有众所周知的缺点。重力驱动输液具有低的资金和一次性成本，但需要护士仔细监测，不是非常准确，限制了患者的移动性，并且没有患者安全特征。电泵精度高(
±
3％)，具有功效有争议的安全特征，但价格昂贵，体积庞大，易受人为因素的影响，并且限制了移动性。此外，输液泵差错是持续存在的严重问题并且在医疗差错造成的总体人力和经济负担中占很大比例。电子输液泵已经成为价格昂贵、并且维护难度大的装置，所述装置近年来由于严重的软件和硬件问题一直受到召回的困扰。这些泵设计成用于微调复杂患者比如在重症监护环境中的患者的输液，并且这些泵用于常规输液的使用在技术上是矫枉过正的。在门诊输液方面。一次性泵使用方便且相当便宜，但没有患者安全特征并且可能非常不准确(
±
15
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40％)，并且因此不适合用于流量准确性非常重要的药物，比如化疗。fda的maude数据库包括大量由一次性输液泵流量不准确导致的并发症甚至死亡的报告。
9.1999年医学研究所具有里程碑意义的报告“人为差错”(ref)将美国每年40
‑
100,000人的死亡归因于医疗差错。用药差错——其40％是严重的、危及生命的或致命的——是最常见的医疗差错，并且每年给医疗保健系统造成数十亿美元的损失。静脉用药差错是最常见的用药差错，并且静脉用药差错中超过35％与输液泵有关。研究表明，尽管“智能泵”功能日益丰富，但人为因素、软件和硬件问题仍会导致严重差错(ref)。fda的maude不良事件报告系统包含大量与包括电动的和一次性的输液泵差错相关的严重伤亡案例。在过去的4年里，两家领先制造商的超过600,000台电动输液泵因导致患者伤亡的重大软件和硬件问题而被召回。


技术实现要素：

10.需要改进流体传送装置、比如说例如用于医疗输液的流体传送装置的安全性和效率。除了具有其他期望的特性之外，本公开还涉及用以解决该需求的其他解决方案。具体地，本公开提供了一种被动式可变流阻滞器，该阻滞器可以实现为将输液过程简化到输液过程达到“即插即用”的程度，并且因此可以由患者自己或低技能的健康护理提供者发起。
11.根据本发明的示例实施方式，提供了一种可变流阻滞器装置。该装置包括：流体室，该流体室具有输入部和输出部；减小的横截面区域，该减小的横截面区域在室内位于输入部与输出部之间；以及可移动元件，该可移动元件设计成沿着减小的横截面区域移动以在减小的横截面区域与可移动元件之间限定流体流动通道，该流体流动通道独立于流体源与输出部处的输送点之间的压力差提供基本上一致的流速。
12.根据本发明的各方面，减小的横截面区域由定位在室内的限流器限定。限流器可以包括从室的壁延伸的对称形状结构、非对称形状结构或偏心形状结构或其组合。限流器可以具有至少一个偏心切口。可移动元件可以定形状成基本上填满由限流器限定的减小的横截面区域，从而通过至少一个偏心切口形成流体流动通道。流体流动通道的最小长度和最大长度可以由可移动元件与限流器之间的最小重叠和最大重叠限定。室可以包括一个或更多个止挡件以建立可移动元件与限流器之间的最小重叠或最大重叠中的至少一者。一个或更多个止挡件能够调节，以改变可移动元件与限流器之间的最小重叠或最大重叠中的所述至少一者。
13.根据本发明的各方面，可移动元件是活塞。该装置还可以包括至少一个偏置构件，
所述至少一个偏置构件联接至可移动元件的至少一个端部和室的至少一个端部。偏置构件可以包括弹簧、弹性体内衬、手风琴状件、拉长元件或其组合中的至少一者。该装置还可以包括表明是否存在通过装置的主动流的流指示器。可移动元件可以设计成围绕限流器的至少一部分并且相对于限流器移动。
14.根据本发明的示例实施方式，提供了一种用于实现受控流速的系统。该系统包括流体源和与该流体源流体连通的可变流阻滞器装置。该可变流阻滞器装置包括：流体室，该流体室具有用于接收来自流体源的流体的输入部并且具有输出部；减小的横截面区域，该减小的横截面区域在流体室内位于输入部与输出部之间；以及可移动元件，该可移动元件设计成沿着减小的横截面区域移动以在减小的横截面区域与可移动元件之间限定流体流动通道，该流体流动通道独立于流体源与输出部处的输送点之间的压力差提供基本上一致的流速，并且该系统包括通路，该通路用以将来自流体源的流体引导通过流体室并且引导至输送点。
15.根据本发明的各方面，减小的横截面区域由定位在室内的限流器限定。可变流阻滞器装置可以根据流体源的输入压力差(δp)自动调节其阻力(r)，使得通过可变流阻滞器装置的输出部的流量是恒定的(q0)。该系统还可以包括至少一个偏置构件，所述至少一个偏置构件联接至可移动元件的至少一个端部和室的至少一个端部，其中，该偏置构件包括弹簧、弹性体内衬、手风琴状件、拉长元件或其组合中的至少一者。该系统还可以包括表明是否存在通过装置的主动流的流指示器。
16.根据本发明的示例实施方式，提供了一种用于输送恒定流体流的方法。该方法包括提供可变流阻滞器。该可变流阻滞器具有：流体室，该流体室具有输入部和输出部；减小的横截面区域，该减小的横截面区域在室内位于输入部与输出部之间；以及可移动元件，该可移动元件设计成沿着减小的横截面区域移动以在减小的横截面区域与可移动元件之间限定流体流动通道，该流体流动通道独立于流体源与输送点之间的压力差提供基本上一致的流速。该方法还包括将可变流阻滞器经由流体室的输入部联接至流体源；以及允许可变流阻滞器控制流体室的出口处的压力以将来自流体源的流体以一致的流速输送至输送点。根据本发明的各方面，可变流阻滞器将可变入口压力改变为一致的出口压力。
附图说明
17.通过参照以下的结合附图的详细描述，将更全面地理解本公开的这些和其他特征，在附图中：
18.图1a和图1b是根据本公开的一些实施方式的可变流阻滞器的示例横截面侧视图；
19.图2a、图2b和图2c是根据本公开的一些实施方式的可变流阻滞器的示例横截面端视图；
20.图3a和图3b是根据本公开的一些实施方式的可变流阻滞器的示例横截面侧视图；
21.图4a和图4b是根据本公开的一些实施方式的可变流阻滞器的示例横截面侧视图；
22.图5a、图5b、图5c和图5d是根据本公开的一些实施方式的可变流阻滞器的示例横截面端视图；
23.图6a是根据本公开的一些实施方式的可变流阻滞器的示例横截面侧视图；
24.图6b是示出根据本公开的一些实施方式的图6a中的可变流阻滞器的效果的示例
图；
25.图7a是根据本公开的一些实施方式的可变流阻滞器的示例横截面侧视图；
26.图7b是示出根据本公开的一些实施方式的图7a中的可变流阻滞器的效果的示例图；
27.图8a是根据本公开的一些实施方式的可变流阻滞器的示例横截面侧视图；
28.图8b是根据本公开的一些实施方式的图8a中的可变流阻滞器的示例横截面端视图；
29.图8c是根据本公开的一些实施方式的图8a中的可变流阻滞器的示例横截面俯视图；
30.图8d是示出根据本公开的一些实施方式的图8a至图8c中的可变流阻滞器的效果的示例图；
31.图9是示出根据本公开的一些实施方式的可变流阻滞器的效果的示例图；
32.图10a和图10b是根据本公开的一些实施方式的可变流阻滞器的示例横截面侧视图；
33.图11是示出根据本公开的一些实施方式的图10a和图10b中的可变流阻滞器的效果的示例图；
34.图12a和图12b是根据本公开的一些实施方式的可变流阻滞器的示例横截面侧视图；
35.图12c是示出根据本公开的一些实施方式的图12a和图12b中的可变流阻滞器的效果的示例图；
36.图12d和图12e是根据本公开的一些实施方式的可变流阻滞器的示例横截面侧视图；
37.图13a是根据本公开的一些实施方式的可变流阻滞器的示例横截面侧视图；
38.图13b、图13c和图13d是根据本公开的一些实施方式的图13a中的可变流阻滞器的示例横截面端视图；
39.图14a和图14b是用于在根据本公开的一些实施方式的可变流阻滞器中实现的绕限流器定位的可移动元件的示例正交视图；
40.图15a、图15b、图15c、图15d和图15e是根据本公开的一些实施方式的可变流阻滞器的示例横截面侧视图；
41.图16a、图16b、图16c和图16d是根据本公开的一些实施方式的可变流阻滞器的示例横截面侧视图；
42.图17是根据本公开的一些实施方式的实现可变流阻滞器的示例系统；
43.图18是根据本公开的一些实施方式的实现可变流阻滞器的示例系统；
44.图19是根据本公开的一些实施方式的实现可变流阻滞器的示例系统；以及
45.图20a和图20b是根据本公开的一些实施方式的可变流阻滞器的示例说明性视图。
具体实施方式
46.本公开的说明性实施方式涉及一种被动式可变流阻滞器。可变流阻滞器可以构造成使用由其部件的几何特性和可移动元件定位机构的机械特性限定的流量关系在输入与
期望的输出之间形成在压力差操作范围内的压力差。可移动元件能够与流动室的特定几何特性结合使用，以形成具有恒定横截面面积的定制流动通道。由于可移动元件定位在横截面区域内，因此可以一致地调节通过该区域的流速，而不论输入流动压力或输入流速的变化如何。例如，本发明的元件可以用于将从装置的流动输出调节、改变等为期望的均匀流速输出，而不论输入流速、压力等如何。换句话说，本发明可以用于接收可变输入流量并且将流量调节、改变等为自动、可靠、一致的期望输出流量。
47.在一些实施方式中，可变流阻滞器可以包括作为联接至诸如弹簧之类的偏置机构的可移动元件的活塞，以形成减小的流动通道。偏置机构可以用作具有线性弹性性能(遵循胡克定律，比如常规弹簧、弹性体带等)的定位机构，以提供压力差与流速之间的定制关系，并且流速是与压力差无关的一致的流速中的一个流速。换句话说，使用这种组合，组合中的元件用作一致的流速可变阻滞器。
48.在示例操作中，当活塞的每一侧分别暴露于输入压力和出口压力时，活塞上的压力差的力可以被偏置机构的力平衡。这些力的平衡决定了活塞的位置，活塞的位置与流体通道相互作用，以形成可以控制通过流体通道的流的阻力的减小的横截面流动通道。因此，可变流阻滞器的实施使得来自流体贮存器通过流动通道的流体流能够以受控的一致速率离开进入接纳部中，而不论输入压力和/或高于/低于期望的输出流速的输入流速的变化如何。本公开不限于使用活塞和偏置机构，并且可以使用用以操纵流动通道以将输入流速改变成保持恒定的元件的任何组合。
49.本公开的可变流阻滞器的设计确保了流体流只能以指定的流速流动，而不论进入阻滞器的输入流速如何，从而防止了与输液过慢或过快相关的并发症。可变流阻滞器装置可以结合到要求流体从流体源到流体接纳部的一致流速的系统的任何组合中。在一个示例中，可变流阻滞器可以分别实施在用于常规住院和门诊输液的静脉输液器和一次性输液泵内。在输液器中的实施将允许医院回归基于重力的输液，并消除用于大多数住院输液的昂贵的电动输液泵。结合到一次性输液泵中的可变流阻滞器的准确性还可以允许对门诊患者施用更广泛的药物，从而极大地扩大了潜在市场。
50.图1a至图20b示出了根据本公开的可变流阻滞器以及使用方法的改进操作的一个或多个示例实施方式，其中，贯穿图1a至图20b，相同的部件由相同的附图标记表示。尽管将参照附图中所示的一个或多个示例实施方式来描述本公开，但是应当理解，许多替代形式可以体现本公开。本领域技术人员将另外认识到以与本公开的精神和范围保持一致的方式来改变所公开的一个或多个实施方式的参数的不同方式，这些参数例如为元件或材料的尺寸、形状或类型。
51.本公开的系统和方法可以实现为形成用于控制通过其的流体流的可变流阻滞器(vfr)100。参照图1a和图1b，在一些实施方式中，vfr 100可以包括设计成接收、容纳和输出流体流的流动室102。在实施方式中，流动室102可以包括能够通过输入部106和输出部108而接近并且与输入部106和输出部108流体连通的腔或通道104，并且流动室102由vfr 100的侧壁限定。根据期望的功能，流动室102可以包括内部形状和外部形状的任何组合。例如，流动室102可以是大致筒形、矩形、多边形等形状，并且可以在长度上是长形的。类似地，例如，如图2b所示，流动室102的外部不需要与流动室102的内部具有相同的形状。
52.在一些实施方式中，输入部106和输出部108可以位于室102的相反端部上。例如，
输入部106可以位于vfr 100的近端端部处，并且输出部108可以位于vfr 100的远端端部处。在不脱离本公开的范围的情况下，输入部106和输出部108可以位于室102的位置的任何组合处。例如，输入部106和/或输出部108可以位于室102的顶部、底部、侧部等上。类似地，输入部106和输出部108可以定大小、定尺寸并且以联接类型的任何组合设计成接纳需要流控制的输入管路和输出管路。例如，输入部106和输出部108可以定大小和定尺寸成接纳常规静脉(iv)管路，以通过vfr 100以期望的控制速率输入和输出流体。尽管输入部106和输出部108沿着相同平面和相似大小进行描绘，但是输入部106和输出部108可以在位置、大小、连接等方面变化。
53.继续参照图1a和图1b，在一些实施方式中，vfr 100的流动室102的内表面可以包括从室102的内表面朝向通道104延伸的至少一个几何形状。至少一个几何形状可以是构件、设计或其组合，该构件、设计或其组合可以设置成减少、干扰或影响通过室的流体流动，例如，限制在一段时间内通过由几何形状部分形成的减小的横截面区域(csa)104a的流体流的体积。该几何形状可以是限流器、填塞器或任何流量限流器110，使得通过室102的正常流量通过限流器110的存在而改变。限流器110可以是室102本身的一部分或者插入室102内并且联接至室102的单独部件。限流器110可以是对称的、非对称的，并且位于室102内的任何位置以为通道104赋予特定的形状。例如，限流器110可以位于通道104的近端端部、远端端部或中间部段附近。限流器110可以是几何形状的任何组合，例如，限流器110可以是顺应vfr 100的内表面(即，围绕vfr 100的内表面周向放置)的突出部(例如，中空筒形形状)。在一些实施方式中，限流器110在形状方面可以是均匀的，例如，限流器110可以是基本上绕通道104的整个内圆周相同的几何形状，以形成对称的横截面，如图1a中所描绘的。替代性地，限流器110可以是在通道104内的不同部分处变化的形状，以形成非对称或偏心的横截面，如图1b中所描绘的，或其组合。
54.室102内的限流器110可以构造成在流动通道104内形成减小的横截面区域(csa)104a。csa 104a可以定大小和定形状为在预定长度上有意义地减小，以影响通过通道104的流速。减小的量和减小的横截面区域104a的预定长度能够基于期望的应用和期望的流速输出而变化。在一些实施方式中，限流器110可以是与室102分开的构造成进一步影响通过减小的横截面区域的流体流的材料。限流器110也可以由相同的材料构造和/或作为室102本身的较厚部分。在一些实施方式中，由限流器110形成的减小的横截面区域104a可以是从限流器110的近端端部到限流器110的远端端部的减小区域或增大区域。
55.如本领域技术人员将理解的，vfr 100及其部件可以根据期望的应用使用本领域已知的方法的任何组合由材料的任何组合构成。例如，vfr 100及其部件可以由金属、塑料、合成材料等的任何组合构成。
56.仍然参照图1a和图1b，描绘了可变流阻滞器100的示例横截面侧视图。图1a示出了vfr 100的示例横截面侧视图，该vfr 100包括绕vfr 100的内表面在通道104的远端端部处定位的周向对称限流器110，以形成减小的横截面区域104a，例如，如图2a所示。图1b示出了vfr 100的示例横截面侧视图，该vfr 100包括位于通道104的远端端部处的非对称/偏心限流器110，以形成减小的csa 104a。与图1a的对称形状相比，图1b中的这种非对称/偏心限流器110不会像图2a中示出的限流器110那样基本上围绕室102的整个圆周延伸。
57.参照图2a至图2c，描绘了示例可变流阻滞器100的示例横截面端视图。图2a示出了
vfr 100的示例横截面端视图，该vfr 100包括具有形成通道104的管状减小的csa 104a的对称圆形限流器110的筒形室102。图2b示出了用于插入筒形室102内的限流器110的示例横截面端视图。图2b中的示例限流器110是从室102的内部延伸以形成矩形形状减小的csa 104a的对称限流器110。图2c示出了用于插入筒形室102内的限流器110的示例横截面端视图。图2c中的示例限流器110是从室102的内部延伸以形成具有偏心切口112的管状减小的csa 104a的非对称/偏心限流器110。如本领域技术人员将理解的，室102和限流器110的形状可以包括具有或不具有切口112的形状和大小的任何组合以形成任何组合的大小和形状的减小的csa 104a。类似地，室102和限流器110的内表面或其部分可以包括光滑的、带纹理的和图案化的材料的任何组合，并且可以由本领域中已知的任何材料构成。在一些实施方式中，可以选择室102和限流器110中的每一者的材料和内表面以向穿过限流器110并且通过室102的流或流体灌注期望的改变效果。
58.现在参照图3a，在一些实施方式中，vfr 100可以包括位于室102内的至少一个可移动元件120。可移动元件120可以联接至室102的至少一个端部并且可以构造成至少在室102内横移。例如，可移动元件120可以是活塞。在一些实施方式中，可移动元件120可以包括联接至室102的轴(未示出)，该轴允许在室102内移动。可移动元件120可以定大小和定形状成配装在由限流器110形成的csa 104a内但不完全占据csa 104a，使得两个部件的重叠形成流动通道104b。流动通道104b可以限制流体可以流动通过室102的区域的量以形成改变的流速，(经由输入部106)进入室102的流体能够以该改变的流速(经由输出部108)离开室102。换句话说，根据流动通道104b的大小和长度，流体只能以通道104b可以适应的特定速率流动通过，从而提供了通过改变流动通道104b的特性(大小、长度等)来改变通过可变流阻滞器100的流速的方法。因为可移动元件120可以定位成仅占据由限流器110形成的csa 104a的一部分，所以可以在csa 104a的剩余区域中形成流体可以流动通过的减小的流动通道104b。在一些实施方式中，可移动元件120可以是由固体材料或半固体材料的任何组合制成的对象。
59.在一些实施方式中，可移动元件120可以具有比内部室102的总长度小的长度和比由限流器110形成的减小的csa 104a的横截面面积小的横截面面积，使得可移动元件120可以在csa 104a内自由地横移。可移动元件120可以构造成在室102内以及在减小的csa 104a的至少一部分内横移。可移动元件120可以构造成在减小的csa 104a内横移，例如，共享中心轴线或从减小的csa 104a内的偏移竖向定位横移。可移动元件120的形状可以包括配装在减小的csa 104a内并且在减小的csa 104a内横移的形状的任何组合，并且不需要是与室102的形状或减小的csa 104a的横截面形状相同的形状。可移动元件120的外表面或其部分可以包括光滑的、带纹理的和图案化的材料的任何组合，并且可以由本领域中已知的任何材料构成。在一些实施方式中，可以选择可移动元件120的材料和外表面以向越过可移动元件120并且通过室102的流或流体提供期望的改变效果。
60.参照图3a和图3b，描绘了其中包括可移动元件120的可变流阻滞器100的示例横截面侧视图。图3a示出了vfr 100的示例横截面侧视图，该vfr 100包括从室102的中间部段延伸至室102的远端端部以形成减小的csa 104a的对称限流器110。图3a还描绘了位于部分在减小的csa 104a内的第一位置处的可移动元件120。可移动元件120的位于减小的csa 104a的至少一部分内的组合形成流动通道104b。例如，流动通道104b可以由室102的限流器110
的内表面和可移动元件120的外表面在其重叠处限定。图3a还描绘了流体流如何进入输入部106、流动通过csa 104a并流出输出部108。
61.参照图3b，在一些实施方式中，可移动元件120可以定大小和定位置成使得可移动元件120的长度与限流器110的内表面基本上或完全重叠(例如，lmax)，以形成最大长度流动通道104b。这与图3a相比，图3a示出了可移动元件120的外表面与限流器110的内表面部分重叠(例如，l)以形成部分长度流动通道104b的示例。图3b的最大长度(lmax)流动通道104a将比图3a的部分长度(l)流动通道104a向通过室102的流体流提供更大的阻抗力。
62.因此，可移动元件120与限流器110之间的重叠区域的长度可以限定流动通道104b的长度，该长度可以通过将可移动元件120重新定位在限流器110内来调整，以调整对流动通过流动通道104b的流体的阻抗力。例如，可移动元件120可以进一步定位到限流器110中以形成更大的重叠长度以使流动通道104b加长并且形成更大的阻力，或者可移动元件120可以从限流器110中抽出以形成较小的重叠长度以使流动通道104b缩短从而形成较小的阻力。可移动元件120可以从限流器110基本上或全部移除，以消除流动通道104b从而用于通过流动通道104的未改变的流。在不脱离本公开的范围的情况下，限流器110长度和可移动元件120长度的任何组合可以用于形成不同的lmin和lmax重叠。
63.参照图4a，在一些实施方式中，室102可以包括一个或更多个止挡件122，以建立可移动元件120在室102内的最小或最大运动/位置中的至少一者。图4a描绘了从室102的内部近端端部延伸的两个止挡件122。在一些实施方式中，图4a中的止挡件122建立可移动元件120可以朝向室102的近端端部横移的最小距离。因为在图4a中，可移动元件120定大小成使得可移动元件120在与室102的近端端部处的止挡件122接触时仍与限流器110重叠，因此建立了最小重叠(lmin)。
64.参照图4b，在一些实施方式中，可移动元件120可以定大小和定位置成与限流器110重叠基本上可移动元件120的整个长度。因为在图4b中，可移动元件120定大小和定位置成使得可移动元件120可以与限流器110基本上或完全重叠，所以建立了最大重叠(lmax)。为了建立可移动元件120的长度的最大重叠(如图3b和图4b所描绘的)，限流器110的长度必须大于或等于可移动元件120的长度，并且可移动元件120必须能够延伸到csa 104a中以建立该完全重叠。一旦达到最大重叠，除非可移动元件120延伸至csa 104a之外，否则可移动元件120在远端方向上的进一步运动将不会显著改变流动通道104b的阻力。在一些实施方式中，最大重叠可以小于可移动元件120的长度。可以基于可变流阻滞器100的设计来改变最小和最大重叠长度，可变流阻滞器100的设计包括但不限于限流器110的长度、可移动元件120的长度、室102内的止挡件122、室120长度、活塞长度、偏置机构长度等或其任何组合。
65.如图4a和图4b所示，可移动元件120与限流器110之间的重叠的量可以形成具有在最小长度(lmin)与最大长度(lmax)之间且包括最小长度(lmin)和最大长度(lmax)的任何点的长度的通道104b。lmin可以由可移动元件120的最近端可能位置来确定，在一些实施方式中，该最近端可能位置由止挡件122、流体室102的近端端部壁或任何其他结构元件限制。lmax可以是可移动元件120的长度和限流器110的长度中的较小者，该较小者表示可移动元件120与限流器110之间的最大重叠，除非限流器110和可移动元件120的长度至少相等并且可移动元件120在位置上自由移动基本上整个重叠，如图4b所描绘的。还可以通过限制可移动元件120和限流器110的重叠的量来将lmax限制为另一值，例如通过在室102的远端端部
上实施止挡件122或经由附接至可移动元件120和室102两者的活塞臂、弹簧等来限制可移动元件120的行进来将lmax限制为另一值。不论构型如何，重叠长度(l)将影响通过流动通道104b的流速。例如，相比于通过lmax重叠的流，通过lmin重叠的流可以在更小的程度上减小输入流。类似地，可移动元件120与csa 104a之间的几何关系可以对流体通道104b提供不同的效果。在不脱离本公开的范围的情况下，限流器110长度、可移动元件120长度和止挡件122长度的任何组合可以用于形成不同的lmin重叠和lmax重叠。
66.参照图5a至图5d，在一些实施方式中，可以使用室102、限流器110和可移动元件120的不同几何形状组合来形成流动通道104b。可以使用不同的流动通道104b构型、形状、设计等来形成通过流动通道104b的独特流动特性和可变流阻滞器100的整体操作。图5a至图5d描绘了可变流阻滞器100的示例横截面端视图，该可变流阻滞器100包括其中定位有可移动元件120的限流器110。图5a示出了vfr 100的示例横截面端视图，该vfr 100包括圆形室102，该圆形室102具有从室102的内部延伸的对称圆形限流器110和在通道104内居中定位以形成管状流动通道104b的可移动元件120。
67.图5b示出了vfr 100的示例横截面端视图，该vfr 100包括圆形室102，该圆形室102具有从室102的内部延伸以形成矩形的减小的csa 104a的对称限流器110。图5b中所示的vfr 100还包括矩形形状的可移动元件120，该可移动元件120以相对于csa 104a的中心偏移定位成与限流器110的四个壁中的三个壁邻近的方式定位在通道104内。如图5b所示，限流器110的内表面的一部分和可移动元件120的外表面的一部分可以接触，从而导致表面没有接触处(例如，可移动元件120的顶部)形成流动通道104b，从而导致与图5a中设置的完全环形流动通道104b不同的在周缘的有限部分上呈槽状构型的流动通道104b。在一些实施方式中，当与限流器110邻近时，可移动元件120可以包括一个或更多个密封件、垫圈等或者以其他方式由一个或更多个密封件、垫圈等包围，所述一个或更多个密封件、垫圈等与限流器110和/或室102的内壁的至少一部分接触，以保持流体密封，使得流体只能从通道104的近端端部通过流动通道104b流动至通道104的远端端部。换句话说，除了通过流动通道104b之外，密封件可以防止室102通道104的近端部分与远端部分之间的流体连通。
68.图5c示出了vfr 100的示例横截面端视图，该vfr 100包括圆形室102，该圆形室102具有从室102的内部延伸以形成具有偏心切口112的管状减小的csa 104a的非对称/偏心限流器110。图5c中所示的vfr 100还包括圆形或筒形形状的可移动元件120，该可移动元件120在通道104内居中定位并且与csa 104a邻近。如图5c所示，除了限流器110中的偏心切口112所在的位置之外，限流器110的内表面和可移动元件120的外表面可以接触，从而导致呈槽状构型的流动通道104b。在一些实施方式中，当与限流器110邻近时，可移动元件120可以包括一个或更多个密封件、垫圈等或者以其他方式由一个或更多个密封件、垫圈等包围，所述一个或更多个密封件、垫圈等与限流器110和/或室102的内壁的至少一部分接触，以保持流体密封。除了通过流动通道104b之外，密封件可以防止室102通道104的近端部分与远端部分之间的流体连通。
69.在一些实施方式中，例如，如图5d所示，可移动元件120可以包括用于在可移动元件120与限流器110重叠时形成流动通道104b的切口112。图5d示出了vfr 100的示例横截面端视图，该vfr 100包括基本上矩形的室102，该室102具有从室102的内部延伸以形成基本上矩形的减小的csa 104a的非对称/偏心限流器110。图5d中所示的vfr 100还包括与减小
的csa 104a横截面对准的偏心矩形形状的可移动元件120。如图5d所示，除了可移动元件120中的偏心切口112所在的位置之外，限流器110的内表面和可移动元件120的外表面可以接触，从而导致呈槽状构型的流动通道104b。在一些实施方式中，当与限流器110邻近时，可移动元件120可以包括一个或更多个密封件、垫圈等或者以其他方式由一个或更多个密封件、垫圈等包围，所述一个或更多个密封件、垫圈等与限流器110和/或室102的内壁的至少一部分接触，以保持流体密封。除了通过流动通道104b之外，密封件可以防止室102通道104的近端部分与远端部分之间的流体连通。
70.如本领域技术人员将理解的，图5a至图5d仅用于示例目的，并且室102、限流器110、可移动元件120和任何切口112可以包括形状和大小的任何组合以形成任何组合的大小和形状的减小的csa 104a和流动通道104b。例如，室102、限流器110和可移动元件120中的任一者可以是螺旋切割、多节距螺旋切割、喇叭切割等。类似地，当限定流动通道104b时，室102、限流器110和可移动元件120内的任何偏心切口都可以包括形状的任何组合。例如，室102、限流器110和可移动元件120中的任一者都可以包括矩形、筒形、多边形、蛇形、喇叭等偏心横截面切口。
71.类似地，室102、限流器110、可移动元件120和切口112之间的关系的任何组合都可以形成用于改变通过vfr 100的流体的流速的流动通道104b。在限流器110与可移动元件120的重叠部分之间形成的任何大小和形状的间隙(例如，流动通道104b)可以通过调整对流动通过室102的流体的阻力来用作流改变器。流动通道104b的尺寸可以决定阻力的水平，因为流动通道104b的阻力可以与流动通道104b的总横截面面积和长度成比例。
72.流动通道104b的特定横截面面积可以由可移动元件120与限流器110之间的空间关系来确定。如本文所讨论的，流动通道104b的长度可以由限流器110与可移动元件120之间的重叠来限定，并且可以通过将重叠长度乘以总横截面面积来确定对通过通道104b的流的阻力。由于重叠的长度(l)取决于可移动元件120在室102内的位置，因此对通过流动通道104b的流的阻力也取决于可移动元件120在室102内的位置和与限流器110的重叠的量。结果，vfr 100实现了可定制的流动阻力，该可定制的流动阻力能够基于最终决定流动通道104b的几何形状、并且因此决定通过vfr 100的流动阻力的室102、限流器110、可移动元件120和任何切口112之间的几何和空间关系来调节。
73.在一些实施方式中，可以使用根据本公开的vfr 100将从输入部106到输出部108的流速控制成一致的期望速率。特别地，由于对流的阻力与通过vfr 100的流体的流速成比例(例如，对流的阻力＝从输入部106到输出部108的δ压力除以流速)，所以可以调整可移动元件120的位置以考虑输入部106到输出部108之间的压力变化。
74.如本文中所讨论的，阻力值与vfr 100的各种部件的几何特性和关系直接相关。vfr 100的构型允许由csa 104a和可移动元件120的组合提供的最小阻力(rmin)和最大阻力(rmax)由可移动元件120和限流器110的最小重叠和最大重叠(lmin和lmax)直接确定。从根本上，可移动元件120位置与流动阻力之间的定制关系可以是单调关系。简单来说，当可移动元件120与csa 104a之间的重叠从lmin增加到lmax(延伸流动通道104b)时，流动阻力从rmin增加到rmax。参照图6a，例如，在流动通道104b的横截面面积恒定的情况下(也如图3a至图5d所示)，单调关系是线性的，其中，当可移动元件120与限流器110之间的重叠从lmin增加到lmax时，阻力以恒定的速率从rmin增加到rmax，如在图6b中描绘的曲线图600所
示。
75.参照图6b，曲线图600示出了当流动通道104b的横截面面积恒定时，可移动元件120位置相对于限流器110的长度与流动通道104b的流动阻力的关系。尽管图6a描绘了实施对称限流器110以与可移动元件120一起形成恒定形状的流动通道104b的示例，但是可以使用形状和设计的任何组合以形成恒定的流动通道104b。例如，可以使用根据图1b的非对称限流器110设计与平行于限流器110定位的均匀形状的可移动元件120一起来提供恒定的流动通道104b。
76.参照图7a，在实施方式中，可变流阻滞器100可以包括随着朝向室102的远端端部前进而减小的csa 104a，该减小由限流器110的几何形状形成。在流动通道横截面面积减小的情况下，单调关系遵循下凹状非线性轨迹，其中，当重叠从lmin增大到lmax时阻力以减小的速率从rmin增加到rmax，如在图7b中描绘的曲线图700所示。参照图7b，曲线图700示出了可移动元件120位置相对于限流器110的长度与流动通道104b的流动阻力的关系。
77.尽管图7a描绘了实施非对称限流器110以与可移动元件120一起形成减小形状的流动通道104b的示例，但是可以使用形状和设计的任何组合以形成减小的流动通道104b。例如，可以使用根据图1a的对称限流器110设计与在高度/宽度方面增加的可移动元件120一起来提供减小的流动通道104b。该效果也可以通过切口112(类似于图5c和图5d中的切口112)形成，该切口112在其沿从近端端部到远端端部的方向延伸时在大小上减小。类似地，限流器110和可移动元件120的形状的任何组合可以用于在室102内形成在大小上增大的流动通道104b。如本领域技术人员将理解的，增大的csa104b将产生相反的效果。
78.参照图8a至图8c，在实施方式中，可变流阻滞器100可以包括由可移动元件120内的切口112的几何形状形成的增大的csa 104a。图8a描绘了示例vfr 100的侧横截面图，该示例vfr 100具有可移动元件120，该可移动元件120以侧部与室102和非对称限流器110的内壁邻近的方式基本上占据csa 104a的整体。图8b描绘了图8a中的vfr 100的横截面端视图，其中，切口112形成了流动通道104b，流体可以借助于该流动通道104b流动通过室102。参照图8c，在一些实施方式中，如上面根据图8a至图8b的vfr 100的横截面图所示，切口112的几何形状可以在面积上增大。
79.在流动通道104b增大的情况下，该单调关系遵循上凹状非线性轨迹，其中，当重叠从lmin增大到lmax时阻力以减小的速率从rmin减小到rmax，如图8d中的曲线图800所示。图8d中的曲线图800示出了可移动元件120位置相对于限流器110的长度与流动通道104b的流动阻力的关系。尽管图8a至图8c描绘了其中可移动元件120包括具有长号形状的偏心切口112——该偏心切口112与非对称限流器110形成非线性关系以形成增大形状的流动通道104b——的示例，但是可以使用限流器110、可移动元件120和切口112的形状和设计的任何组合来形成面积增大的流动通道104b。例如，根据图1a的对称限流器110设计可以包括长号形状切口(比如图8c中所示的切口)，并且可以与对称可移动元件120一起使用，以提供增大的流动通道104b。类似地，限流器110和可移动元件120的形状的任何组合可以用于在室102内形成在大小上增大的流动通道104b。
80.此外，可移动元件120在流动室102内的特定轴向和位置可以由许多机构中的一者来确定，机构包括但不限于：室102内的流动模式、压力差、以及室102内的其他附加结构元件比如弹性元件、轨道、止挡件、磁性特性、推杆和螺钉。更具体地，这些机构可以用于建立
依赖作为输入变量的压力差的可移动元件120位置。结果，本公开的可变流阻滞器100允许压力差与可移动元件120位置之间的定制关系，该关系进而确定流动阻力，该流动阻力进而确定流速。
81.如前所述，存在重叠的最小值和最大值(lmin和lmax)以及阻力的最小值和最大值(rmin和rmax)，类似地，存在最大压力差和最小压力差。由于上述原因，可变流阻滞器100可以设计成具有相对于压力差的固有操作范围，阻力在该固有操作范围上与vfr 100的基本性能一致地变化。当压力差超出该范围时，该装置可以用作固定阻滞器。在此操作范围内的最大压力差(δpmax)与最大阻力(rmax)有关，而最大阻力(rmax)又与最大重叠(lmax)有关。在一些实施方式中，如果压力差在最大压力差(δpmax)以上，则可移动元件120位置保持固定，使得重叠等于最大重叠(lmax)，并且阻力保持在最大阻力(rmax)处固定，而与压力差无关。
82.与最大压力差一样，在该操作范围内的最小压力差(δpmin)与最小阻力(rmin)有关，而最小阻力(rmin)又与最小重叠(lmin)有关。如果压力差在最小压力差(δpmin)以下，则可移动元件120位置保持固定，使得重叠等于最小重叠(lmin)，并且阻力保持在最小阻力(rmin)处固定，而与压力差无关。简而言之，如果压力差或压力变化大于最大压力差，则流速(q)可能不再保持恒定。
83.参照图9，提供了曲线图900以示出(例如，通过通道104b的)体积流体流速(q)、(例如，由室102、csa1
‑
4a、通道104b等形成的)对流的阻力(r)以及可移动元件120与限流器110之间的重叠长度(l)在其与压力差有关时的关系。简而言之，i)当压力差接近vfr 100的最小压力差时，l和r将保持初始最小值，ii)当压力差在vfr 100的最小压力差值与最大压力差值之间时，l和r值中的每一者将以线性方式增加，而q保持不变，以及iii)如果压力差超过vfr 100的最大压力差，则l和r将保持最终的最大值(与小于最小压力差时的值不同)，而q值将增加。在一些实施方式中，vfr 100可以设计为在特定的压力输入参数内操作，以确保其可以在输入压力变化时正确地保持一致的流速(q)。
84.参照图10a和图10b，在一些实施方式中，可变流阻滞器可以包括定位在室102内的一个或更多个止挡件122。止挡件122可以定位成使得它们限制可移动元件120与限流器110之间的最小重叠和/或最大重叠。止挡件122可以包括构造成阻止可移动元件120横移超过室102内的某点的材料的大小和形状的任何组合。例如，止挡件122可以是从室的壁延伸的静态突出部(如图4a和图10a所示)、调节机构(例如，图10b所示的螺钉)或本领域中已知的任何其他机械结构。使用可调节止挡件122，如图10b所描绘的，lmin和lmax可以调节，因为可移动元件120相对于限流器110的最小运动和最大运动受到可调节止挡件122的位置的影响。
85.类似于限流器110，止挡件122可以包括非对称和偏心的形状的任何组合。例如，止挡件122可以是围绕室102延伸的连续对称形状，如图4a所描绘的，或者止挡件122可以是从室102延伸的一个或更多个单独的突出部，如图10a所描绘的。止挡件122还可以位于室102的近端端部和/或远端端部或其组合上，如图10a所描绘的。另外，在同一可变流阻滞器100内可以实现多个不同类型的止挡件122。例如，阻滞器100的近端端部可以包括可调节止挡件122(如图10b所示)，而阻滞器100的远端端部可以包括固定止挡件122(如图10a所示)。
86.参照图11，曲线图1100描绘的是示出了与图10a和图10b的结构相关的可移动元件
120位置(l)与流动阻力(r)的关系。换句话说，曲线图1100示出了当可移动元件120与限流器110之间存在固定重叠时发生的情况。在这种情况下，如曲线图1100所反映的，流动阻力(r)是恒定的，并且重叠(l)是恒定的，因为可移动元件120是静止的。因此，流速(q)随着压力上升而上升。图10a提供了可移动元件120，可移动元件120可以在减小的横截面104a内横移，直到可移动元件120撞击远端止挡件122为止，这导致了曲线图1100中所描绘的关系。更具体地，如在曲线图1100中所示，压力差的任何引入都会使可移动元件120在室102内移动(直到可移动元件120抵靠止挡件122触底为止)，使得提供流速(q)、流动阻力(r)和重叠长度(l)的瞬时阶跃增加。当压力继续增加时，随着压力差增加，流速(q)增加，而流动阻力(r)和重叠长度(l)保持不变。
87.参照图12a至图12b，在一些实施方式中，可变流阻滞器100可以包括联接至可移动元件120和室102的至少一个端部的一个或更多个弹簧或其他偏置机构130。偏置机构130可以使用本领域已知的机构的任何组合联接至可移动元件120和室102。偏置机构130可以构造成限制可移动元件120在室102内的运动的量以及移动可移动元件120所需的力的量。在一些实施方式中，偏置机构130可以与可移动元件120在流动室102内机械接合，并且可以用来施加沿着近端方向指向的力，该力平衡由输入部106与输出部108之间的任何压力差产生的远端指向力。如本领域技术人员将理解的，偏置机构130还可以是诸如可压缩气体或流体之类的非机械元件。在一些实施方式中，可以对可移动元件120施加附加机械力，以进一步定制对流的阻力和通过装置vfr 100的流速。
88.参照图12a，在一些实施方式中，偏置机构130可以是位于室102中并且联接至可移动元件120的至少一个端部的压缩弹簧。为了使弹簧力(fs)指向近端，如果偏置机构130是压缩型的，则偏置机构130可以位于室102的远端端部内，如图12a所描绘的。更具体地，偏置机构130可以在流动室102中位于可移动元件120的远端，并且在近端与可移动元件120的远端端部接合并在远端与流动室102的远端壁或其他远端结构部件接合。在该构型中，当足以抵消偏置机构130的弹簧力(fs)的力/压力(f
δp
)施加到可移动元件120的近端端部时，弹簧130将压缩(例如，根据胡克定律)以允许可移动元件120在室102内移动。
89.参照图12b，在一些实施方式中，偏置机构130可以是拉伸型的，并且可以位于室102的近端端部内。更具体地，偏置机构130可以在流动室102中位于可移动元件120的近端，并且在近端与可移动元件120的近端端部接合并在近端与流动室的近端壁或其他近端结构部件接合。在该构型中，当足以抵消偏置机构130的弹簧力(fs)的力/压力(f
δp
)施加到可移动元件120的近端端部时，弹簧130将拉伸(例如，根据胡克定律)以允许可移动元件120在室102内移动。如本领域技术人员将理解的，vfr 100可以被改变成使用弹性构件的任何组合，比如可以使用弹簧。例如，可以使用压缩弹簧、拉伸弹簧和恒力弹簧。
90.图12a和图12b中所描绘的弹簧力偏置机构130的使用提供弹簧力，该弹簧力将在由通过输入部106进入室102的流体流所产生的压力的相反方向上作用。根据施加到可移动元件120的压力和由偏置机构130施加的弹簧力，可移动元件的运动、并且因此通过室102的流体流能够受到控制。因此，不论偏置机构130在室102内的定位如何，偏置机构130的性能都可以确定可移动元件120可以横移的位置的范围，并且因此确定最大重叠和最小重叠(lmin和lmax)。例如，在压缩弹簧定位在可移动元件120的远端的情况下，最小重叠(lmin)由弹簧的中性长度确定，而最大重叠(lmax)由弹簧在其基本上或完全压缩状态下的长度确
定。在一些实施方式中，用以管理可移动元件120的运动的其他元件也可以与弹性元件结合使用。例如，如在图12a和图12b中所描绘的，vfr 100可以包括位于室102的至少一个端部的止挡件122。包括止挡件122可以限制lmin和lmax中的一者或两者，而与偏置机构130提供的弹簧力无关。止挡件122可以位于室102的任一端部上，并且不限于图12a和图12b中提供的远端放置。
91.在一些实施方式中，在流动通道104b的横截面面积保持恒定并且偏置机构130是服从胡克定律的经典弹簧的情况下，偏置机构130的位移与弹簧力之间的线性关系与可移动元件120位置与流动阻力之间的线性关系相匹配。这种关系导致一致的流量，而与室102的输入部106与输出部108之间的压力差无关。在一些实施方式中，压力差操作范围可以比仅基于几何的最小重叠和最大重叠以及最小阻力和最大阻力更窄。该操作范围可以取决于偏置机构130的线性范围。参照图12c，曲线图1200示出了当使用偏置机构130时，重叠长度(l)、对通过通道104b的流的阻力(r)和流出通道104b的流速(q)之间的关系。该关系与图11的曲线图110中所描绘的关系形成对比。在12c中，偏置机构130抵抗由于压力而施加在可移动元件120上的力。因此，当压力改变时，可移动元件120上的力改变，并且偏置机构130一致改变，从而允许重叠改变，并且因此允许对流的阻力改变，从而产生恒定的流速。
92.参照图12d，在一些实施方式中，偏置机构130可以是弹性体材料，该弹性体材料可以根据施加到联接至其上的可移动元件120的力而扩张和收缩。与关于图12a至图12b所讨论的基于弹簧的偏置机构130类似，弹性体材料可以使用本领域已知的机构的任何组合联接至可移动元件120和室102壁。
93.参照图12e，在一些实施方式中，可移动元件120可以定位在室102的壁附近，而不是室102的中心。例如，可移动元件120可以在周向上基本上邻近室102的壁定位。如图12e所示，一个或更多个偏置机构130可以联接至可移动元件120，以调节由vfr 100提供的总体流速输出。在一些实施方式中，可移动元件120可以例如使用一个或更多个弹簧(偏置元件13)在相对于可调节限流器110的方向上移动。例如，如图12e所描绘的，偏置机构130可以联接至可移动元件120的远端端部和内部室102的远端端部的近端侧。在该布置中，当力施加到可移动元件120时，偏置机构130将压缩，并且可移动元件120可以沿方向移动。
94.继续参照图12e，在一些实施方式中，限流器110的位置可以是静止的，但是可以通过包括联接至其上的调节机构132调节。例如，如图12e所描绘的，可调节机构132、例如螺钉可以联接至限流器110的远端端部。当可调节机构132旋转时，限流器110将沿特定方向移动。例如，可调节机构132的顺时针旋转可以使限流器110沿近端方向移动，或者沿远端方向移动。可以使用旋转和移动的任何组合。类似地，可以使用机构的任何组合例如活塞、可调节弹簧等来调节限流器110的位置。虽然可调节机构132可以调节限流器110的位置，但是当可调节机构132不旋转时，限流器110可以在操作期间保持静止。可调节机构132可以用于在可移动元件120移动时定位并保持限流器110静止。
95.虽然由偏置机构130提供的弹簧力可以影响流速，但是流动通道104b也可以构造成与弹簧力结合操作以提供期望的结果，例如，保持恒定的流体流。参照图13a至图15e，在一些实施方式中，可移动元件120可以位于外部，并且限流器110可以是定位在可移动元件120内部的静止板。例如，可移动元件120可以是静止的限流器110(例如，轨道)上的筒形活塞，如图14a和图14b所描绘的。如本文中所讨论的，可移动元件120与限流器110之间的重叠
的量(l)可以影响通过位于可移动元件120与限流器110之间的流动通道104b的流速。可移动元件120可以沿着限流器110的长度移动，以影响通过流动通道104b的流体的流速。
96.参照图13a，在一些实施方式中，可移动元件120与限流器110结合地可以与室102形成密封的布置结构，使得流体只能流动通过由可移动元件120和限流器110形成的流动通道104b。图13a中的可移动元件120布置结构可以与关于图1a至图12c所讨论的特征的任何组合相结合。例如，可移动元件120沿喇叭状件110的定位可以由偏置机构130和一个或更多个止挡件122的组合来决定。如本文中所讨论的，可移动元件120沿喇叭状件110之间的重叠的量将影响通过流动通道104b的流速。
97.参照图13b和图13c，描绘了围绕限流器110的可移动元件120、比如图13a中的元件120的横截面图。可移动元件120可以包括基本上竖向的表面120a，该表面120a提供能够接受来自输入部106的流体流的力的大表面面积。在一些实施方式中，限流器110具有切口112，该切口112定大小和定位成使得当可移动元件120绕限流器110定位时形成流动通道104b。如图13b和图13d所示，限流器110在底部部分上包括切口112，以在被可移动元件120重叠时建立流动通道104b。可移动元件120在限流器110上的重叠的长度(l)将决定流动通道104b的长度并且影响通过cas 104a的流体的流速。虽然图13b至图13d描绘了单个切口112，但是在不脱离本公开的范围的情况下可以使用任何数目的切口。类似地，可以在限流器110、可移动元件120、室102等的任何组合内设置切口112，以形成流动通道104b。类似地，大小/比例的任何组合可以用于不同的部件。在一些实施方式中，限流器110可以以可测量的毫米级来定大小，而限流器中的切口112可以以可测量的微米级来定大小。如本领域技术人员将理解的，在不脱离本公开的范围的情况下，任何大小的部件都可以用于vfr 100。参照图13d，在一些实施方式中，限流器110可以与一个或更多个密封件124相邻，所述一个或更多个密封件124设计成减小由可移动元件120在限流器110上横移所引起的任何摩擦。
98.参照图14a和图14b，描绘了绕限流器110定位的可移动元件120的正交视图。如图14a和图14b所示，限流器110在顶部部分上包括切口112，以在限流器110被可移动元件120重叠时建立流动通道104b。在一些实施方式中，如图14a所示，可移动元件120可以包括基本上竖向的表面120a以及水平表面，所述水平表面在不同的平面中从基本上竖向的表面120a垂直延伸作为基本上竖向的表面120a的顶部/底部。在一些实施方式中，可移动元件120可以包括基本上竖向的表面120a以及从基本上竖向的表面120a延伸的均匀形状，如图14b所示。可移动元件120、限流器110、室102、切口112的大小和形状都可以基于期望的结果而变化。类似地，部件中的每个部件的材料、纹理、重量等可以基于期望的结果而变化。例如，图14a中的可移动元件120由于其较小的总体质量可以比图14b中的可移动元件120轻，以对施加到基本上竖向的表面120a的力提供较小的阻力。如本文中所讨论的，当使用该构型时，可移动元件120、喇叭状件110、切口112等可以使用任何形状的组合。
99.参照图15a，在一些实施方式中，定位在限流器110上的可移动元件120可以联接至一个或更多个偏置机构130。例如，一个或更多个偏置机构130可以联接至可移动元件120的基本上竖向的表面120a。一个或更多个偏置机构130可以在与由来自输入部106的流体流施加到可移动元件120的基本上竖向的表面120a的力相反的方向上提供弹簧力。如本文中所讨论的，偏置机构130可以联接至可移动元件120的任一侧。在一些实施方式中，如图15a所描绘的，基本上竖向的表面120a可以延伸至室102的内部以在输入部106与输出部108之间
形成密封分隔部，使得通过vfr 100的流体的流动路径限制于由可移动元件120和限流器110的重叠形成的流动通道104b。
100.参照图15b和图15c，在一些实施方式中，vfr 100可以包括偏置机构130，该偏置机构130可以是弹性体内衬，以在可移动元件120与室102的内部之间形成密封。弹性体内衬可以包括具有允许压缩、拉伸和返回至在中性状态下的形式的弹性性质的材料的任何组合。在一些实施方式中，如图15b和图15c所描绘的，弹性体内衬可以给室102的内周向部分做内衬并且联接至可移动元件120的基本上竖向的表面120a，以在输入部106与输出部108之间形成密封分隔部。例如，可以使用制造方法的任何组合将基本上竖向的表面120a结合至弹性体内衬或嵌入弹性体内衬内。由弹性体内衬和可移动元件120形成的密封分隔部将通过vfr 100的流体的流动路径限制到由可移动元件120和限流器110的重叠形成的流动通道104b。弹性体内衬可以与弹性构件130结合使用或代替弹性构件130使用。
101.参照图15c，当例如由通过输入部106进入的流体向可移动元件120的基本上竖向的表面120a施加压力时，可移动元件120可以在朝向vfr 100的远端端部的方向上移动。当施加到基本上竖向的表面120a的力大于弹性体内衬的阻力时，可移动元件120将移动。例如，施加到基本上竖向的表面120a的力必须足以使弹性体内衬的近端部分拉伸并且压缩弹性体内衬的远端部分，如图15c所描绘的。
102.参照图15d和图15e，在一些实施方式中，偏置机构130可以包括可压缩的手风琴状管，以在可移动元件120与内部室102之间形成密封。手风琴状管可以包括具有允许压缩、拉伸和返回至在中性状态下的形式的弹性性质的材料的任何组合。手风琴状管应该由材料构造和/或设计成在流体流力施加到可移动元件120的基本上竖向的表面120a时在相反方向上提供一些阻力。例如，手风琴状管、例如由弹性体材料制成的手风琴状管可以设计成根据胡克定律提供弹簧类型力。在一些实施方式中，如图15d和图15e所描绘的，手风琴状管可以给室102的内周向部分做内衬，并且联接至可移动元件120的基本上竖向的表面120a，其可以使手风琴状管拉伸以在输入部106与输出部108之间形成密封分隔部。由手风琴状管和可移动元件120形成的密封分隔部将通过vfr 100的流体的流动路径限制到由可移动元件120和限流器110的重叠形成的流动通道104b。手风琴状管可以与弹性构件130结合使用或代替弹性构件130使用。
103.参照图15e，当例如由通过输入部106进入的流体流将足够抵消手风琴状管的反向力的压力施加到可移动元件120的基本上竖向的表面120a时，可移动元件120可以在朝向vfr 100的远端端部的方向上移动。当施加到基本上竖向的表面120a的力大于手风琴状管的阻力时，可移动元件120将移动。例如，施加到基本上竖向的表面120a的力必须足以使手风琴状管的近端部分拉伸并且压缩手风琴状管的远端部分，如图15e所描绘的。
104.参照图16a，在一些实施方式中，vfr 100可以设计成通过调节流动通道104b的长度而不是重叠的长度来改变通过拉长元件140内的流动通道104b的流动路径的长度，如关于图1a至图15e所讨论的。如图16a所描绘的，拉长元件140可以联接至室102的近端端部和可移动元件120的近端端部。拉长元件140可以构造和/或定形状成当力施加到可移动元件120时允许拉长元件140拉长或伸展。例如，进入输入部106的流体可以流动通过拉长元件140的流动通道104b，并且还可以朝向可移动元件120流动并且向可移动元件120施加力(由轮廓箭头表示)。当流体向可移动元件120施加力时，将足以抵消拉长元件140的反向力的力
施加至可移动元件120的基本上竖向的表面120a，其可以使拉长元件140拉伸以使可移动元件120朝向室120的远端端部移动。在一些实施方式中，拉长元件140可以在不改变通过拉长元件140的流动通道104b的直径的情况下拉伸。当拉长元件140拉长时，流动通道104b的长度将增加，从而影响通过所述通道104a的流速(由实心箭头表示)。参照图16b，在一些实施方式中，可以包括拉长元件140，该拉长元件140具有在其中(或绕拉长元件140)定位的支承线圈，以防止拉长元件140在伸展时塌缩。在其他方面，图16b的装置100可以以与图16a的装置100类似的方式操作。
105.参照图16c，在一些实施方式中，vfr 100可以包括两个或更多个不同类型的偏置机构130a、130b，其中，csa 104a延伸通过偏置机构130a、130b。例如，vfr 100可以包括作为第一偏置机构130a的手风琴状管和第二偏置机构130a，该第一偏置机构130a联接至室102的近端侧和可移动元件120的近端侧，该第二偏置机构130a联接至室102的远端侧和可移动元件120的远端侧，如图16c所描绘的。第一偏置机构130a可以构造和/或定形状成当力施加到可移动元件120时允许手风琴状管拉长或伸展。例如，进入输入部106的流体可以流动通过手风琴状管的csa 104a，并且还可以朝向可移动元件120流动并且向可移动元件120施加力(由轮廓箭头表示)。同时，第二偏置机构103b(例如，弹簧)可以提供朝向室102的近端端部回推的反作用力。当室102内的流体向可移动元件120施加力时，力可以使可移动元件120朝向室120的远端端部移动，同时使第一偏置机构130a拉长并压缩第二偏置机构130b。施加到可移动元件120的力必须足以克服由第一偏置机构130a和第二偏置机构130b两者施加的反向力。当第一偏置机构130a拉长时，流动通道104b的长度将增加，从而影响通过所述通道104a的流速。
106.在一些实施方式中，vfr 100可以包括诸如弹簧、手风琴状管和可拉伸流动通道之类的偏置机构130的任何组合，以改变通过可拉伸流动通道的流动通道104b的长度。参照图16d，vfr 100的示例实施方式被描绘为具有联接至室102和可移动元件120的近端侧的手风琴状管、定位在手风琴状管106内的(也联接至室102和可移动元件120的近端侧的)拉长元件140、以及联接至室102和可移动元件120的远端侧的弹簧。
107.参照图17，在操作中，本公开的vfr 100可以在用于调节从流体源1702到流体接纳部1704的流体流的系统1700内实现。例如，vfr 100可以插置在(经由输入部106)以给定入口压力提供流体流的流体贮存器与(经由输出部108)以给定出口压力提供流体流的流体接纳部之间。vfr 100的定位提供了在输入部106处与源1702的流体连通以及在输出部108处与接纳部1704的流体连通，以形成从源1702到接纳部1704的流体连通管路。可以使用输送机构例如泵送、重力辅助等输送机构的任何组合将流体流输送至输入部106。vfr 100还可以与流体贮存器和压力源一体结合，以形成流体传送系统(例如，输注装置)。当被放置在流体源1702与流体接纳部1704之间时，被动式vfr 100可以相对压力差(δp)自动调节其阻力(r)，使得通过vfr 100的流量是恒定的(q0)，如图12c中的曲线图1200所表示的。换句话说，vfr 100可以放置在流体流的管路上，以例如通过以改变流体通道104b的长度(l)的方式调节流速(q)来将流体流速自动地调节至恒定的期望值，从而提供被动式可变阻滞器。可以使用关于图1a至图16d所讨论的特征的任何组合来进行这些调节。可变流阻滞器100和使用方法可以应用于任何规模的应用的任何组合，并且不旨在局限于本文中提供的示例用途。
108.在操作期间，vfr 100的物理特性允许对通过流动通道104的流体流的阻力与可移
动元件120在(例如，由限流器110形成的)减小的横截面区域104a中的位置直接相关，这进而由作用在可移动元件120上的力(例如，弹簧力)的平衡确定。当实施vfr 100时，当入口压力大于出口压力时，压力差(δp)在朝向出口108的方向上驱动可移动元件120。通过使可移动元件120朝向室102的远端端部移动，(由可移动元件120和限流器110的重叠形成的)流动通道104b被加长，这进而增加了跨越流动通道104b的阻力。类似地，当输入压力减小时，施加到可移动元件120的减小的压力使可移动元件120(例如，通过偏置机构130的反冲)远离出口108移动。通过远离室102的远端端部移动，流动通道104b的长度(l)减小，从而降低了跨越流动通道104b的阻力。因此，假设压力不超过最大压力或降至最小压力以下(例如，如图9所反映的)，在任何给定的压力差(δp)下，由vfr 100提供的阻力(r)将被调整，并且通过vfr 100的流体流速率(q)将保持恒定值(如由vfr 100的特性定义的)。
109.vfr 100提供的恒定流速在期望独立于压力差的变化而保持一致流量的大范围和多种应用中是有用的。例如，在流体、药物和其他物质的流动速率的精确控制可能具有重要临床意义的医疗保健应用中，这些特征是特别期望的。参照图18，描绘了包括这种vfr 100作为固定流速静脉输注系统1800的医疗装置的实施方式。静脉输注系统1800具有近端端部，该近端端部包括流体贮存器1802，该流体贮存器1802定位在管1806的联接至vfr 100的输入部106的一段上方并且联接成与该段流体连通。
110.静脉输注系统1800具有远端端部，该远端端部包括导管1804，该导管1804定位在管1806的联接至vfr 100的输出部108的短段附近并且联接成与该短段流体连通。例如，vfr 100的远端端部连接至导管1804，比如外周静脉导管，该导管以特定静脉压力定位在患者静脉内。静脉输注系统1800内的vrf 100被设计成调节从流体贮存器1802接收的(例如，部分由高度h
fr
形成的)流速，以对应于导管1804处的特定静脉压力。
111.在图18中提供的该系统1800中，vfr 100的输入压力由流体的密度和流体贮存器中的流体柱相对于vfr的位置的高度确定(pi＝h
fr
*rho)，其中，pi是输入压力，h是流体柱(例如，在流阻滞器之上)的高度，并且rho是流体的密度。vfr 100的出口压力是基于患者静脉内的压力选择的(po＝pv)。因此，压力差是与流体贮存器的高度和患者的静脉压力成线性函数的入口压力与出口压力之间的差值。δp＝pi
‑
po＝(h
fr
*rho)
‑
pv。在静脉输注的典型临床设定中，vfr 100的并入提供了期望的功能，由此在特定的操作范围(例如，lmin
‑
lmax)内，(经由导管1804)进入患者的流体流与流体贮存器的高度无关。由于并入恒流输注系统1800中的vfr 100的具体实施方式具有压力差操作范围，因此流体贮存器的最大和最小高度由静脉来确定。虽然流体贮存器高度操作范围取决于患者的静脉压力，但只要流体贮存器的高度保持在其操作范围内，流速的恒定就不依赖于患者的静脉压力。
112.在一些实施方式中，可以以多个不同的固定流速来设置vfr 100系统，以提供不同的期望流速。然后，用户可以从固定速率中选择适合其应用的vfr 100，并使用该装置在固定速率下调节流量。例如，每个vfr 100可以包括具有离散流速的标识符(例如，sku数字、颜色、流速编号等)。为了增强可用性，还可以通过打印数字、色码或其他方式在视觉上区分指定的流速。在用于不同流速的不同装置的情况下，可以向操作者提供覆盖跨越预定范围的期望流速的固定流速装置的指定数目的选项。
113.在一些实施方式中，vfr 100系统可以调节。vfr 100可以使用以下方法的任何组合来调节，例如，调节室102的一个或更多个尺寸、(例如，经由旋转机构)调节止挡件122的
长度、(例如，经由旋转机构)调节可移动元件120的行进的量、调节限流器110的大小和/或位置等。当vfr 100被设计为能够调节时，可以提供适当的指示器，使得用户可以清楚地识别由vfr 100调节的当前流速。例如，旋转机构可以在其上具有表明不同阻力值的线/数字。可调整的形式将允许用户通过调节或旋转机构来选择他们想要的流速。
114.本发明的实施方式提供了一种不需要电子输注泵的恒流重力驱动输注，其与静脉袋的高度无关。这意味着，即使存在袋子的高度的任何不经意的变化或患者从仰卧位到坐姿再到行走的运动，都能保持一致的流量。由于vfr 100的阻力取决于压力差，而不仅仅是输入压力，因此尽管患者的静脉压力因失液、脱水、流体过载以及可能影响导管的竖向位置的任何患者运动而发生变化，该装置仍能保持一致的流量。因此，vfr 100可以提供完全一次性静脉(iv)输注装置，该完全一次性静脉(iv)输注装置设计成提供高精度的重力驱动输注，而不受当前基于重力的系统所面临的变量(例如，iv袋的高度、患者体内水合水平的变化等)的影响。vfr 100可以通过并入被动式可变流阻滞器来保持一致的流量。
115.参照图19a，vfr 100可以与不同的流体贮存器1802分开提供或与不同的流体贮存器1802组合提供，从而允许vfr 100可以与全范围的流体源、比如不同大小和内容物的iv袋一起定制。在一些实施方式中，vfr 100可以作为套件的一部分来提供，以沿着长度在任何位置处与各种其他临床有用的特征，比如旋塞阀、y型连接器、滴注器、抗扭结管1806以及过滤器结合。
116.在一些实施方式中，vfr 100的所有部件及其相关系统/套件部件可以利用廉价、易于制造的一次性机械部件，基于输入压力调节其对流的阻力。vfr 100还可以在不同药物、流体和其他物质的通常规定流速范围内设置。vfr 100提供了尽管存在人为差错但在物理上不能超越的附加安全特征以及防止危险空气栓塞和静脉渗透的保护。例如，vfr 100的操作防止在临床相关情况下无意中引入系统的危险气泡进入患者体内。类似地，当遇到有意义的阻力时，来自vfr 100的流也会停止，这对于在静脉导管从静脉移开时防止某些药物的危险渗透非常重要。在一些实施方式中，vfr 100可以结合传感器/报警器，使得如果管1806扭结并且流停止，则报警器将响起以警告用户。最后，vfr 100可以在物理上不能无意中输送高于其规定速率的流量——无意中输送高于其规定速率的流量是与电子输液泵相关的严重用药差错。在一些实施方式中，vfr 100可以设计有代码(例如，qr、sku等)，用户可以扫描该代码并且该代码允许管理系统通知用户关于流体传送(例如，输液)的进度。
117.参照图20a和图20b，在一些实施方式中，vfr 100可以包括指示是否存在通过vfr 100的主动流的流指示器1820。在一些实施方式中，vfr 100可以具有暴露压力指示器1820的窗口。例如，在窗口前面移动的可移动元件120可以指示由流阻滞器施加的一定量的阻力，例如，如图20a所示。换句话说，可移动元件120本身可以用作流量指示器。类似地，如果没有可移动元件120是可见的，则可以指示当前没有通过vfr 100的流体流，例如，如图20b所示。在一些实施方式中，可移动元件120可以使下方部件露出以指示存在流。例如，当可移动元件120不再阻挡下方流指示器1820时，可移动元件120的运动可以使在流指示器1820窗口中显示的下方元件暴露。
118.本发明的另一有用的实施方式是用高精度一次性输液泵(dip)实现。dip它们自身是不准确的，因为产生输液压力的常用方法(弹性体球囊、弹簧、加压气体)在输液过程中都显示下降的输入压力。使用这些常用方法中的任一方法的、将这些常用方法中的任一方法
与本文中所讨论的一致流量可变阻滞器100相结合的dip可以通过在输液过程中降低阻力以实现一致的流量来直接解决不准确性问题。
119.示例
120.测试本公开的vfr 100已经提供了这样的证据：即使在流体传送(例如，输液)过程中重复改变压力时，也可以保持一致的流量。从临床角度(图)来看的最具确定性的测试是在生理台式模型中进行的，该模型模拟抵抗典型静脉背压向患者的前臂静脉输注生理盐水。两个相同的vfr 100各自连接至容纳指定体积的生理盐水的iv袋，并附接至模型中的一个模型。对于一种输液(a)，袋挂在臂上方约50cm(不到2英尺)处，这在临床环境中是异常低的。对于另一种输液(b)，袋挂在臂上方约150cm(5英尺)处，靠近天花板，这将是异常高的。两次输液是同时开始的。尽管事实是一种输液(b)被大约是另一种输液(a)的压力的三倍的压力驱动，但两组都同时完成了它们的输液，从而显示了相同的平均流速。
121.示例
122.本发明的被动式可变流阻滞器100可以用于(例如，在输出部108处)提供一致的流速输出，而与在vfr 100的输入部106处接收的压力和流速无关。对于下面的计算，假设使用压缩型偏置机构130、例如压缩弹簧来提供对可移动元件120处的输入流的阻力。另外，下面提供了流动通道104的两种几何形状的计算——一种近似于横截面面积a的圆形管，并且一种为宽度w＞高度h的矩形管。
123.对通过vfr 100的流的阻力可以与该长度(l)直接相关，该长度(l)由可移动元件120在csa 104a中的位置确定，该位置又由作用在可移动元件120上的力的平衡(例如，来自输入流的压力p和由偏置机构130提供的平衡力)确定。由于入口压力可以大于出口压力，所以压力差朝向出口108驱动可移动元件120，从而拉长了流动通道104b并且增加了跨越流动通道104b的阻力。偏置机构的反冲f
s
驱动可移动元件120远离出口108，从而缩短了流动通道104b并且降低了跨越流动通道104b的阻力。因此，在任何给定的压力差p下
124.f
s
＝ap
125.假设服从胡克定律的理想弹簧，偏置机构130的反冲力与偏置机构130的压缩成比例。
126.f
s
＝k(s0‑
s)
[0127][0128]
圆形管
[0129]
如果假设流动通道104是具有横截面面积104aa的圆形管，则通过流动通道104b的流量q可以由hagen
‑
poiseuille等式确定
[0130][0131][0132]
vfr 100的结构，特别是偏置机构130与可移动元件120之间的几何关系和相互作用决定了
[0133]
δs＝
‑
δl
[0134]
s l＝常量
[0135][0136]
s l＝s0[0137][0138]
可以指定最小参数集，可以从该最小参数集中导出其他参数。一个这样的集合包括
[0139]
q0＝目标流速
[0140]
p
max
，p
min
＝最大和最小压力梯度
[0141]
a＝活塞通道面积
[0142]
a＝流动通道面积
[0143]
s
cmax
＝最大弹簧压缩
[0144]
根据这些参数，可以计算出剩余的参数
[0145][0146][0147][0148][0149]
矩形管
[0150]
具有密度ρ的流体通过宽度w＞高度h的矩形管的层流特性可以估算如下
[0151][0152][0153][0154]
只要雷诺数较低，流就是层流，并且液压阻力和流量可以估算为
[0155][0156][0157][0158]
就像圆形管一样，
[0159]
δs＝
‑
δl
[0160]
s l＝常量
[0161][0162]
s l＝s0[0163][0164]
同样，可以指定最小参数集，可以从该最小参数集中导出其他参数。
[0165]
一个这样的集合包括
[0166]
q0＝目标流速
[0167]
p
max
，p
min
＝最大和最小压力梯度
[0168]
a＝活塞通道面积
[0169]
w＝流动通道宽度
[0170]
h＝流动通道高度
[0171]
s
cmax
＝最大弹簧压缩
[0172]
根据这些参数，可以计算出剩余的参数
[0173][0174][0175][0176][0177]
这些计算有效地表明，通过包括偏置元件130(例如弹簧)，它将压力与流动阻力之间的关系线性化。
[0178]
如本文所利用的，术语“包括”和“包括有”意在被解释为包括性的，而非排他性的。如本文所利用的，术语“示例”、“例子”和“说明性”意在表示“用作示例、实例或说明”，并且不应被解释为指示或不指示相对于其他构型的优选的或有利的构型。如本文所利用的，术语“大约”、“大致”和“近似”意在涵盖主观或客观值的范围的上限和下限中可能存在的变化，例如性质、参数、大小和尺寸的变化。在一个非限制性示例中，术语“大约”、“大致”和“近似”是指等于或超过10％或更少，或者减去10％或更少。在一个非限制性示例中，术语“大约”、“大致”和“近似”是指足够接近于被相关领域的本领域技术人员认为包括在内。如本文所利用的，术语“基本上”是指动作、特性、性能、状态、结构、项目或结果的完全或接近完全的扩展或程度，如本领域技术人员将理解的那样。例如，“基本上”圆形的物体意味着该物体完全是圆形的，达到数学上可确定的极限，或者接近本领域技术人员将认识或理解的圆形。在某些情况下，偏离绝对完全性的确切允许程度可以取决于特定的上下文。但是，总的来说，接近完全将具有与实现或获得绝对完全和总体完全相同的总体结果。当以消极含义使用时，“基本上”的使用同等适用，指的是完全或几乎完全缺少某项动作、特性、性能、状态、结构、项目或结果，如本领域技术人员将理解的那样。
[0179]
鉴于前面的描述，本公开的许多改型和替代性实施方式对于本领域技术人员将是明显的。因此，该描述仅应被解释为说明性的，并且出于教导本领域技术人员实施本公开的
最佳模式的目的。在不脱离本公开的精神的情况下，结构的细节可以大幅变化，并且落在所附权利要求的范围内的所有改型的排他性使用被保留。在本说明书中，已经以使得能够写出清晰简洁的说明书的方式描述了实施方式，但是旨在并且将理解的是，在不脱离本发明的情况下，可以对实施方式进行各种组合或分离。旨在将本公开仅限于所附权利要求和适用法律规则所要求的程度。
[0180]
还应理解，所附权利要求书将覆盖本文所述的本发明的所有一般和特定特征，以及在语言上可以说落入其间的本发明的范围的所有陈述。