<Desc/Clms Page number 1>
INRICHTING VOOR HET CONTROLEREN VAN EEN INTRAVENEUZE INJECTIE
EMI1.1
Achterqrond van de uitvindinq
Onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting bestemd voor het controleren van een computer gestuurde en farmacokinetisch gebaseerde intraveneuze injectie van een toe te dienen medicijnoplossing met behulp van een standaard injectiepomp.
Een injectiepomp is een toestel waarop een spuit gemonteerd wordt die met een vloeistof in het bijzonder met een medicijnoplossing gevuld is. Om een medicijnoplossing toe te dienen wordt de stamper van de spuit met behulp van een traag aandrijvingssysteem dat ten opzichte van de gemonteerde pomp in een axiale richting beweegt, verder geduwd. In het algemeen kan een injectiepomp omschreven worden als een doseertoestel dat met grote precisie en gedurende een zekere tijd een medicijnoplossing uit een spuit, zakje of andere verpakking toedient. De injectiesnelheid kan hierbij gekozen en gecontroleerd worden door een constante snelheid in te stellen op de injectiepomp of door middel van een computer interface.
Om intraveneuze medicijnoplosssingen in de praktijk toe te dienen wordt recentelijk meer en meer gebruikt gemaakt van pompen met een nagenoeg constante gestuurde snelheidscontrole. Ze vinden in het bijzonder meer en meer toepassing in de anesthesie.
De doelstelling van een anesthesie is een patiënt pijnloos en amnesiek te maken, vitale functies te behouden tijdens de operatie en voor ideale operatieomstandigheden te zorgen voor de chirurg. De moderne
<Desc/Clms Page number 2>
anesthesie verwezenlijkt dit doel door gebruik te maken van sterke inhalatiegassen en/of intraveneuze anesthetica.
Inhalatiegassen die snel vervliegen, worden meestal gebruikt voor het onderhoud van de anesthesie. Ze worden toegediend door middel van een verdamper in een open of gesloten kringloop. De concentratie kan gemakkelijk bijgeregeld worden omdat er bij weinig oplosbare agentia, tussen de ingeademde gasconcentratie en de bloedspiegel een snel evenwicht ontstaat. De meest populaire anesthesiemachine omvat een op kamertemperatuur gebrachte verdampingskamer waarin een volledig verzadigde damp geproduceerd wordt, die nadien door dragergas verdund wordt. In de toevoerleiding naar de patiënt zijn een oxymeter en een klep om overdruk te vermijden ingebouwd. De concentratie van inhalatiegassen is tot de noodzaak beperkt en wordt volgens het antwoord van de patiënt getitreerd. De titratie gebeurt met een geijkte draaiknop.
De nadelen die een patiënt van een anesthesie met inhalatiegassen ondervindt zijn het dragen van een masker of een intubatie en het risico van broncho-spasmen.
Aan de intraveneuze toediening van sterke anesthetica wordt meer en meer de voorkeur gegeven dan aan- de toediening van inhalatiegassen. In klinische toepassingen heeft de methode tal van voordelen. Ze wordt meestal goed aanvaard door de patiënt en ze is relatief gemakkelijk voor de praktizerende anesthesist.
Alhoewel, in tegenstelling tot de inhalatiegassen, waarvan de concentratie door wijziging van de titratie in de hersenen en hartweefsels snel aangepast kan worden, zijn er geen praktische methodes om intraveneuze anesthetica te neutraliseren of te elimineren. Het
<Desc/Clms Page number 3>
einde van het farmacologisch effect gebeurt enkel door herverdeling, metabolisme en uitscheiding. Het sturen van een intraveneuze anesthesie zal dus een strenge inachtneming van het gewicht, het geslacht, de ouderdom en de algemene toestand van de patiënt vergen. Het grote probleem van een manuele sturing van een inspuitpomp voor intraveneuze anesthetica blijft de adequate toedieningsschema's die heel wat rekenwerk eisen om met specifieke patientendata betreffende opname, distributie en eliminatie van het produkt rekening te houden.
Daarom staan veel geneesheren afkerig tegenover het gebruik van deze toestellen en technieken.
In contrast met deze manueel gecontroleerde injectie systemen, maken computer gestuurde en gecontroleerde injectiesystemen gebruik van een vorm van het elektronisch instrument dat met een standaard injectiepomp verbonden wordt. Deze controle eenheid is in staat om aanpassing in de dosis-injectiesnelheid relatie te sturen zonder tussenkomst van de gebruiker.
Deze controle systemen worden met farmacokinetische modellen geprogrammeerd om de intraveneuze toediening van het medicijn te ondersteunen.
Farmacokinetiek is een onderdeel van de farmacologie dat de werking van geneesmiddelen in het levend organisme bestudeert. Ze houdt zieh bezig met het bestuderen van de dispositie, m. a. w. de distributie en de eliminatie van een medicijn in het lichaam.
Vermits het menselijk fysiologisch model veel te ingewikkeld is om in een computerprogramma opgenomen te worden, heeft men, om het gedrag van een medicijn te beschrijven theoretische gecompartimenteerde modellen nodig. Verschillende wetenschappelijke publikaties bewijzen de accuraatheid van de farmacokinetische
<Desc/Clms Page number 4>
gecompartimenteerde modellen, die op het gewicht en de leeftijd gebaseerd zijn en die, uit de populatie kinetische studies afgeleid worden.
Als men een computer of een ander soort processor gebruikt om een schematische dosering te berekenen, bekomt men een computergestuurd en een farmacokinetisch gebaseerd injectiesysteem voor het toedienen van geneesmiddelen. Deze systemen worden al gedurende enkele jaren gebruikt in de vorm van computerprogramma's in mini- of desktopcomputers. Dankzij deze computerprogramma's heeft de gebruiker de kans om een bepaalde gewenste bloedconcentratie of andere parameters in te stellen en te behouden om zo een bepaald effect te bekomen. De werking van zo een programma voor het sturen van een injectiepomp verloopt als volgt : na het instellen van de patiëntafhankelij ke parameters, namelijk gewicht en leeftijd, berekent de controller de vereiste injectiesnelheid om de door de gebruiker ingestelde concentratie te bereiken en aan te houden.
Hieruit volgt dat alle nodige parameters worden ingevoerd met behulp van een toetsenbord. De nadelen van dit systeem zijn de grote hoeveelheid apparatuur die noodzakelijk is voor de sturing van het systeem, de elektriciteitsafhankelijkheid met de immobiliteit van het systeem als gevolg. Enkele controllers werden ontwikkeld waarbij de gebruiker via multifunctionele draaiknoppen en menu's, de noodzakelijke parameters kan instellen. Vermits deze ingewikkelde systemen niet praktisch te gebruiken zijn en nog ver van de gekende klinische praktijk verwijderd zijn, bleven de tot nu toe bestaande systemen beperkt tot experimenteel wetenschappelijke modellen.
Het doel van de uitvinding is aan het probleem
<Desc/Clms Page number 5>
van de dosering van de aangepaste hoeveelheid intraveneuze anesthetica, in functie van het antwoord van de patient een aantrekkelijke en betrouwbare oplossing te verschaffen.
Gedurende vele jaren zijn anesthesisten het gewoon geweest om de nodige hoeveelheid anesthetica te doseren door simpelweg een handige geijkte draaiknop te verdraaien. Door het algemeen verspreid gebruik van de klassieke anesthesiemachine met verdamper is het systeem voor elke anesthesist een routine geworden.
De uitvinding bestaat erin het handige stuursysteem van een klassieke verdamper naar het elektronisch stuursysteem van een injectiepomp over te dragen, m. a. w. de inbouw van de populaire handige geijkte draaiknop om voor een injectiepomp de titratiecontrole van de anesthetica mogelijk te maken.
Om dit doel te bereiken, stelt de uitvinding een inrichting voor zoals deze in het kenmerkend gedeelte van de hierbij gevoegde hoofdconclusie beschreven wordt, i. h. b. zoals gedefinieerd in conclusie 2.
De aanwezigheid van tenminste een bijkomende draaiknop, die men in de klassieke verdamper niet terugvindt, lost het probleem van de combinatie van een farmacokinetisch gebaseerde standaard injectiepompcontroller en een grote doseringsdraaiknop op. De eenvoudigheid van de methode zal anesthesisten ertoe aanzetten-om meer intraveneuze anesthetica te gaan gebruiken.
Het systeem biedt het voordeel het gebruik van een standaard injectiepomp te zullen herwaarderen waarbij een optimale doseringsstrategie wordt toegepast
<Desc/Clms Page number 6>
en dit op een zeer eenvoudige wijze door gebruik te maken van een techniek die de anesthesisten reeds vele jaren kennen.
Ook enkele oudere standaard injectiepompen gebruiken een of meerdere kleine draaiknoppen om de injectiesnelheid in te stellen, maar dan wel zonder verdere berekeningen.
Overige bijzonderheden en details van de uitvinding zullen in de gedetailleerde beschrijving naar voren komen, onder verwijzing naar de bijgaande tekeningen, die bij wijze van voorbeeld en niet in beperkende zin een uitvoering van de uitvinding aantonen.
In deze tekeningen zijn : - figuur 1 een perspectivisch zijaanzicht van de machine volgens de uitvinding ; - figuur 2 een spiegelbeeld van de machine afgebeeld in figuur 1 ; - figuur 3 een functioneel schema van de machine die in figuur 1 afgebeeld is ;
EMI6.1
- figuur 4 een blokschema van de machine die in figuren 1 en 2 getoond is ;
In deze tekeningen duiden dezelfde verwijzingstekens gelijke of gelijkaardige elementen aan.
Zoals afgebeeld in figuur 1, bestaat de
<Desc/Clms Page number 7>
inrichting voor het controleren van een computer gestuurde en farmacokinetisch gebaseerde intraveneuze injectie van een toe te dienen medicijnoplossing, met behulp van een standaard injectiepomp volgens de uitvinding uit een behuizing met een aantal draaiknoppen 1, 2,3, een display 4,5, 6 en een interface 7 om het systeem op de te controleren injectiepomp aan te sluiten. Ook een aan/uit schakelaar 8 en een ingang voor de voedingsspanning werden voorzien. Een interne microcontroller regelt het systeem en voert de vereiste berekeningen uit. De draaiknoppen worden gebruikt om de verschillende gegevens, zijnde patiëntafhankelijke parameters en de wenswaarde voor de te sturen concentratie, in te geven.
De inrichting is ontwikkeld om op basis van een farmacokinetisch model van het toe te dienen medicijn, een standaard injectiepomp aan te sturen. Teneinde een optimaal gebruiksgemak te garanderen, zijn een aantal tot het absolute minimum beperkte displays en knoppen vereist, om het systeem adequaat te kunnen bedienen. Hierbij werd op een elektronische manier getracht om zoveel mogelijk de gelijkenis met de verdampers waaraan de meeste anesthesisten gewoon zijn, te behouden.
Het systeem wordt uitgevoerd als een onafhankelijk draagbaar systeem, dat in staat is om verschillende typen standaard injectiepompen te sturen die van een computer interface voorzien zijn.
De verschillende onderdelen van het systeem worden hierna meer in detail beschreven.
De gebruiker kan de gewenste concentratie van het toegediende medicijn in de patiënt door middel van
<Desc/Clms Page number 8>
een grote geijkte draaiknop 1 instellen, die boven op de behuizing aangebracht is, net als bij een verdamper.
De omwentelingspositie van de draaiknop wordt met behulp van een single-turn analoge potentiometer omgezet en permanent ingelezen door de interne microcontroller. Deze methode werd verkozen aangezien een single-turn analoge potentiometer een unieke waarde in elke stand heeft. Dit laat toe om een schaalverdeling op de draaiknop aan te brengen naar analogie met de verdamper, wat het kiezen van een wenswaarde voor de gebruiker sterk vereenvoudigt.
Bij een systeem met een analoge draaiknop verschilt de inlezing van de wenswaarden toch op enkele punten grondig van een systeem met druktoetsen. Bij gebruik van druktoetsen is het eenvoudig om te detecteren wanneer een nieuwe wenswaarde wordt ingegeven. Een systeem met draaiknop moet echter zelf afleiden wanneer een ingelezen waarde een nieuwe wenswaarde van de gebruiker vertegenwoordigt. Om dit probleem op te lossen, werden twee analoge potentiometers welke onafhankelijk worden uitgelezen aan de draaiknop 1 verbonden. De bekomen waarden worden vergeleken, het gemiddelde ervan berekend en door een digitaal laagdoorlaatfilter met hysteresis gestuurd.
Dit heeft volgende voordelen : door de uitmiddeling, de hysteresis en het laag- doorlaatfilter wordt de invloed van elektrische en discretisatieruis beperkt, eigen aan de discretisatie van een analoge potentiometer. Deze ruis zou snelle, kleine schommelingen in de wenswaarde kunnen veroorzaken ;
<Desc/Clms Page number 9>
een alarm kan genereerd worden wanneer de codering van de potentiometers en dus van de wenswaarde faalt.
Bovendien vereist een gemakkelijk bereikbare bediening een adequate beveiliging tegen onbedoelde wijzigingen, bv. gedurende het transport van de patiënt.
Daarom wordt een vergrendeling in nulpositie ingebouwd, wat verhindert dat de gebruiker toevallig de anesthesie zou starten. Daarnaast kan de gebruiker de draaiknop 1 mechanisch vergrendelen bij elke gekozen wenswaarde met behulp van een rem. Tenslotte is het elektronisch onmogelijk gemaakt om het systeem op te starten zolang de ingestelde wenswaarde verschillend is van nul, vermits dit de injectie onmiddellijk zou starten wanneer het systeem wordt aangezet. De gebruiker wordt door het systeem attent gemaakt op de fout wanneer deze situatie zou optreden.
Naast de grote draaiknop 1 worden twee of drie kleinere draaiknoppen 2,3 voorzien om karakteristieken als gewicht, leeftijd,... of een andere patiënt- eigenschap voor het farmacokinetisch model in te geven.
De draaiknoppen zijn verbonden met een digitale encoder en worden eveneens ingelezen met de interne microcontroller. Aangezien deze waarden moeten ingesteld worden voor de anesthesie begint, is een elektronische beveiliging toegevoegd die veranderingen tijdens de anesthesie verhindert.
De interne microcontroller is met het enkelof meervoudig farmacologisch model van het toegediende medicijn geprogrammeerd. Hij leest permanent de wenswaarde voor de bloedconcentratie van het medicijn in de patiënt, ingesteld door middel van de vermelde
<Desc/Clms Page number 10>
draaiknop. Met vaste tussenpozen of wanneer de wenswaarde werd veranderd schat de microcontroller de vereiste injectiesnelheid om de wenswaarde te bereiken, en legt deze snelheid op aan de pomp. Deze schatting is gebaseerd op het farmacologisch model van het medicijn en op de toegediende hoeveelheid zoals geantwoord door de pomp. Aangezien het systeem aan de pomp het toegediende volume opvraagt, kan het elke verandering van de spuit, het losmaken van de pomp of hoe dan ook stoppen van de injectie detecteren en de concentratie blijven berekenen, er rekening mee houdend dat de pomp stilstaat.
Van zodra de pomp terug klaar is voor injectie, zal het systeem opnieuw de gewenste waarde realiseren.
Het toestel kan enkel uitgeschakeld worden door de aan/uit drukknop lang gezeg in te drukken, om toevallige uitschakelingen te vermijden. Een hoorbaar alarm wordt gegenereerd wanneer de drukknop wordt ingedrukt. Ook verschillende andere toestanden (bijna lege batterij, pomp niet aangesloten, genereren een zichtbaar en hoorbaar alarm.
De displays in verschillende kleuren 4,5, 6 worden enkel gebruikt om de ingestelde variabelen en de gerealiseerde concentratie weer te geven, net als de nodige alarmen. Ze werden groot genoeg gekozen om duidelijke zichtbaarheid te garanderen.
Indien de pomp op het systeem wordt aangesloten terwijl het door de pomp aangegeven toegediende volume verschilt van nul (bv. omdat de pomp nog aan bleef staan na de vorige injectie), zal het systeem de referentiewaarde van het toegediende volume automatisch aanpassen, alsof de pomp nog niets heeft toegediend.
<Desc/Clms Page number 11>
Omdat sommige pompen hun precisie verliezen wanneer de injectiesnelheid te vaak wordt aangepast, zal het systeem de-njectiesnelheid aanpassen met vaste tussenpozen of wanneer de wenswaarde wordt veranderd.
Het schommelen van de wenswaarde door ruis wordt bovendien verhinderd.
Het systeem schakelt bij stroomonderbreking automatisch over op een interne batterij. Dit geeft het toestel een autonomie van minstens twee uur. Dankzij de kleine afmetingen kan het toestel bij transport van de patiënt samen met de pomp worden meegenomen, zonder de injectie te onderbreken.
De montage van de draaiknop voor het instellen van de wenswaarde en van andere draaiknop is niet beperkt tot de plaats die in het voorgaande werd vermeld. De knop moet zelfs niet mechanisch vast verbonden worden en kan extern gemonteerd of in de hand gehouden worden en op een of andere manier met het systeem verbonden. Niettegenstaande een analoge potentiometer resp. digitale encoder verkozen wordt, kan de stand van de verschillende draaiknoppen voor het systeem op eender welke manier gecodeerd worden, hetzij elektrisch, elektronisch, magnetisch, optisch, met behulp van een analoge of digitale encoder of potentiometer.
De interne microcontroller van het systeem kan de berekeningen uitvoeren verbonden met elk enkel- of meervoudig gecompartimenteerd farmacologisch model voor een willekeurig toe te dienen medicijn. Zodoende kan de uitvinding zonder essentiële aanpassingen gebruikt worden cm een injectiepomp te sturen die een willekeurig type anestheticum, hypnoticum, opioide, spierrelaxerend
<Desc/Clms Page number 12>
of cardiovasculair geneesmiddel, vasopressor of vasodilatator toedient, op voorwaarde dat het systeem van het juiste model voor dit geneesmiddel wordt voorzien. Wanneer nieuwe parameters voor een nieuw medicijn afgeleid worden, kan het systeem volgens de uitvinding eenvoudig aangepast worden om een standaard pomp te sturen om dit medicijn toe te dienen.
De wijze waarop de gegevens van een bepaald medicijn worden ingegeven, hetzij door de gebruiker, door middel van een willekeurige handmatig of elektronisch ingegeven code of een willekeurige combinatie van dergelijke methoden, is hierbij niet van essentieel belang. Dergelijke verandering houdt niet meer in dan de aanpassing van berekeningen en/of numerieke variabelen en valt binnen de draagwijdte van de bijgevoegde conclusies.
Tot hiertoe werd steeds de bloedconcentratie vermeld als te sturen variabele. Toch is het systeem hiertoe niet beperkt. Elke variabele die kan gestuurd worden door het gebruik van een bepaald injectieregime, kan met de inrichting volgens de uitvinding gestuurd worden, aangezien ook dit slechts een kwestie is van het aanpassen van de berekeningen.
Elk willekeurig type injectiepomp voorzien van een computer interface kan gestuurd worden, zodra de inrichting aangepast is aan het gebruikte communicatieprotocol. Dit is enkel een kwestie van tijd. Hierbij wordt een injectiepomp beschreven als een willekeurig toestel bruikbaar om een medicijn toe te dienen, verpakt in een spuit, zak, aan een nauwkeurig controleerbare snelheid gedurende een langere periode, waarbij deze snelheid ingesteld kan worden met behulp van een computer interface.
<Desc/Clms Page number 13>
In uitbreiding op het vorige punt is elk systeem dat automatisch een aangesloten pomp kan detecteren en er zich aan aanpassen, wederom niet essentieel verschillend van het systeem, aangezien het technisch mogelijk is om het geschikte protocol af te leiden uit de protocollen voor verschillende injectietoestellen.
Elk willekeurig systeem dat verschillende van onze systemen of de vermelde uitbreidingen op om het even welke manier combineert, bijvoorbeeld door een of meerdere microcontrollers te combineren in een of meerdere behuizingen, die meerdere pompen sturen met verschillende medicijnen, is essentieel niet meer dan een alternative uitvoeringsvorm van het systeem.
<Desc / Clms Page number 1>
DEVICE FOR CONTROLLING AN INTRAVENOUS INJECTION
EMI1.1
Background of the Invention
The present invention relates to a device for monitoring a computer controlled and pharmacokinetic based intravenous injection of a drug solution to be administered using a standard injection pump.
An injection pump is a device on which a syringe is mounted which is filled with a liquid, in particular with a medicine solution. To deliver a drug solution, the tamper of the syringe is pushed further using a slow drive system moving in an axial direction relative to the mounted pump. In general, a syringe pump can be described as a dosing device that delivers a drug solution from a syringe, pouch or other package with great precision and over a period of time. The injection speed can be selected and controlled by setting a constant speed on the injection pump or by means of a computer interface.
To administer intravenous drug solutions in practice, pumps with an almost constant controlled speed control have recently been used. In particular, they are increasingly used in anesthesia.
The goal of anesthesia is to make a patient painless and amnesic, maintain vital functions during surgery, and provide ideal operating conditions for the surgeon. The modern one
<Desc / Clms Page number 2>
anesthesia accomplishes this goal by using strong inhalation gases and / or intravenous anesthetics.
Inhalation gases that evaporate quickly are usually used for the maintenance of anesthesia. They are administered by an open or closed loop evaporator. The concentration can be easily adjusted because, with sparingly soluble agents, a quick balance is established between the inhaled gas concentration and the blood level. The most popular anesthesia machine includes a room temperature evaporation chamber in which a fully saturated vapor is produced, which is subsequently diluted by carrier gas. An oximeter and an overpressure valve are built into the patient supply line. The concentration of inhalation gases is limited to the need and is titrated according to the patient's response. The titration is done with a calibrated rotary knob.
The disadvantages a patient suffers from anesthesia with inhalation gases are the wearing of a mask or an intubation and the risk of bronchospasm.
The intravenous administration of strong anesthetics is more and more preferred than the administration of inhalation gases. The method has many advantages in clinical applications. It is usually well accepted by the patient and is relatively easy for the practicing anesthesiologist.
Although, unlike inhalation gases, the concentration of which can be quickly adjusted by altering the titration in the brain and heart tissues, there are no practical methods to neutralize or eliminate intravenous anesthetics. It
<Desc / Clms Page number 3>
end of the pharmacological effect occurs only by redistribution, metabolism and excretion. Sending intravenous anesthesia will therefore require strict consideration of the patient's weight, sex, age and general condition. The major problem of manual control of an injection pump for intravenous anesthetics remains the adequate administration schedules which require a great deal of calculations to take into account specific patient data regarding uptake, distribution and elimination of the product.
That is why many doctors are averse to the use of these devices and techniques.
In contrast to these manually controlled injection systems, computer controlled and controlled injection systems use a form of the electronic instrument that is connected to a standard injection pump. This control unit is able to control adjustment in the dose-injection rate relationship without user intervention.
These control systems are programmed with pharmacokinetic models to support intravenous administration of the drug.
Pharmacokinetics is part of pharmacology that studies the action of drugs in the living organism. She is busy studying the disposition, m. A. W. the distribution and elimination of a drug in the body.
Since the human physiological model is far too complicated to be included in a computer program, theoretical compartmentalized models are required to describe the behavior of a drug. Several scientific publications prove the accuracy of the pharmacokinetic
<Desc / Clms Page number 4>
compartmentalized models based on weight and age derived from the population of kinetic studies.
Using a computer or another type of processor to calculate a schematic dose yields a computer controlled and a pharmacokinetic based injection system for the administration of drugs. These systems have been used for several years in the form of computer programs in mini or desktop computers. Thanks to these computer programs, the user has the opportunity to set and maintain a certain desired blood concentration or other parameters in order to obtain a certain effect. The operation of such a program for controlling an injection pump is as follows: after setting the patient-dependent parameters, namely weight and age, the controller calculates the required injection rate to achieve and maintain the user-set concentration.
It follows that all necessary parameters are entered using a keyboard. The disadvantages of this system are the large amount of equipment necessary for the control of the system, the electricity dependence resulting in the immobility of the system. A few controllers have been developed in which the user can set the necessary parameters via multifunctional rotary knobs and menus. Since these complex systems are not practical to use and are still far from known clinical practice, the hitherto existing systems have been limited to experimental scientific models.
The object of the invention is to solve the problem
<Desc / Clms Page number 5>
of the dose of the adjusted amount of intravenous anesthetics, in function of the patient's response, to provide an attractive and reliable solution.
For many years, anesthetists have used to dose the necessary amount of anesthetics simply by turning a convenient calibrated dial. Due to the widespread use of the classic anesthesia machine with vaporizer, the system has become a routine for every anesthetist.
The invention consists in transferring the handy control system from a classic evaporator to the electronic control system of a injection pump, m. A. W. the installation of the popular handy calibrated rotary knob to enable the titration control of anesthetics for a syringe pump.
In order to achieve this object, the invention proposes a device as described in the characterizing part of the appended main claim, i. h. b. as defined in claim 2.
The presence of at least one additional rotary knob, which is not found in the classic evaporator, solves the problem of the combination of a pharmacokinetic based standard injection pump controller and a large dosing rotary knob. The simplicity of the method will prompt anesthetists to use more intravenous anesthetics.
The system offers the advantage of re-evaluating the use of a standard injection pump using an optimal dosing strategy
<Desc / Clms Page number 6>
and this in a very simple way by using a technique that anesthetists have known for many years.
Some older standard injection pumps also use one or more small rotary knobs to set the injection speed, but without further calculations.
Other details and details of the invention will appear in the detailed description, with reference to the accompanying drawings, which illustrate an embodiment of the invention by way of example and not in a limiting sense.
In these drawings: - figure 1 is a perspective side view of the machine according to the invention; figure 2 a mirror image of the machine depicted in figure 1; figure 3 shows a functional diagram of the machine shown in figure 1;
EMI6.1
figure 4 shows a block diagram of the machine shown in figures 1 and 2;
In these drawings, like reference characters indicate like or like elements.
As shown in Figure 1, the
<Desc / Clms Page number 7>
device for controlling a computer-controlled and pharmacokinetic-based intravenous injection of a drug solution to be administered, using a standard injection pump according to the invention from a housing with a number of rotary knobs 1, 2,3, a display 4,5, 6 and an interface 7 for connecting the system to the injection pump to be checked. An on / off switch 8 and an input for the supply voltage were also provided. An internal microcontroller controls the system and performs the required calculations. The rotary knobs are used to enter the different data, being patient-dependent parameters and the desired value for the concentration to be controlled.
The device has been developed to control a standard injection pump based on a pharmacokinetic model of the drug to be administered. In order to ensure optimum ease of use, a number of displays and buttons that are kept to an absolute minimum are required to operate the system adequately. It was attempted electronically to maintain as much as possible the resemblance to the vaporizers to which most anesthetists are accustomed.
The system is designed as an independent portable system, capable of controlling different types of standard injection pumps with a computer interface.
The various parts of the system are described in more detail below.
The user can select the desired concentration of the administered drug in the patient
<Desc / Clms Page number 8>
set a large calibrated rotary knob 1, which is mounted on top of the housing, just like with an evaporator.
The rotary position of the rotary knob is converted using a single-turn analog potentiometer and read in permanently by the internal microcontroller. This method was chosen because a single-turn analog potentiometer has a unique value in each mode. This makes it possible to apply a scale to the rotary knob analogous to the evaporator, which greatly simplifies the selection of a desired value for the user.
With a system with an analogue rotary knob, the reading of the desired values differs in some respects from a system with push buttons. When using push buttons it is easy to detect when a new setpoint is entered. However, a rotary knob system must derive itself when a read-in value represents a new user's desired value. To solve this problem, two analog potentiometers, which are read independently, were connected to the rotary knob 1. The values obtained are compared, averaged and passed through a digital low-pass filter with hysteresis.
This has the following advantages: through the averaging, the hysteresis and the low-pass filter, the influence of electrical and discretisation noise is limited, inherent in the discretization of an analog potentiometer. This noise could cause rapid, small fluctuations in the target value;
<Desc / Clms Page number 9>
an alarm can be generated when the coding of the potentiometers and thus of the setpoint fails.
In addition, easy-to-reach controls require adequate protection against accidental changes, e.g. during patient transport.
Therefore, a lock is built in zero position, which prevents the user from accidentally starting anesthesia. In addition, the user can mechanically lock the rotary knob 1 at any chosen set value using a brake. Finally, it has been made electronically impossible to start the system as long as the set target value is different from zero since this would start the injection immediately when the system is turned on. The system alerts the user to the error when this situation occurs.
In addition to the large rotary knob 1, two or three smaller rotary knobs 2, 3 are provided to enter characteristics such as weight, age, ... or another patient characteristic for the pharmacokinetic model.
The rotary knobs are connected to a digital encoder and are also read in with the internal microcontroller. Since these values must be set before anesthesia starts, an electronic protection has been added to prevent changes during anesthesia.
The internal microcontroller is programmed with the single or multiple pharmacological model of the administered drug. He permanently reads the desired blood concentration of the drug in the patient, set by means of the listed
<Desc / Clms Page number 10>
rotary knob. At fixed intervals or when the target value has been changed, the microcontroller estimates the required injection rate to achieve the target value and imposes it on the pump. This estimate is based on the pharmacological model of the drug and on the amount administered as responded by the pump. As the system requests the volume delivered from the pump, it can detect any change of the syringe, disconnection of the pump or in any case stop the injection and continue to calculate the concentration taking into account that the pump is stopped.
As soon as the pump is ready for injection again, the system will again realize the desired value.
The device can only be switched off by long pressing the on / off push button to avoid accidental shutdowns. An audible alarm is generated when the push button is pressed. Various other conditions (low battery, pump not connected) also generate a visible and audible alarm.
The displays in different colors 4,5, 6 are only used to show the set variables and the realized concentration, as well as the necessary alarms. They were chosen large enough to ensure clear visibility.
If the pump is connected to the system while the volume indicated by the pump is different from zero (e.g. because the pump was left on after the previous injection), the system will automatically adjust the reference value of the volume delivered, as if the pump has not given anything yet.
<Desc / Clms Page number 11>
Because some pumps lose their precision when the injection rate is adjusted too often, the system will adjust the injection rate at fixed intervals or when the setpoint is changed.
Moreover, fluctuation of the desired value by noise is prevented.
The system automatically switches to an internal battery in the event of a power failure. This gives the device an autonomy of at least two hours. Due to its small size, the device can be carried with the pump when transporting the patient, without interrupting the injection.
The mounting of the rotary knob for setting the desired value and of other rotary knob is not limited to the place mentioned above. The button does not even have to be mechanically attached and can be mounted or handheld externally and somehow connected to the system. Notwithstanding an analog potentiometer resp. digital encoder, the position of the various rotary knobs for the system can be coded in any way, be it electrical, electronic, magnetic, optical, using an analog or digital encoder or potentiometer.
The system's internal microcontroller can perform the calculations associated with any single or multiple compartmentalized pharmacological model for any drug to be administered. Thus, the invention can be used without essential modifications to control a syringe pump that can deliver any type of anesthetic, hypnotic, opioid, muscle relaxant
<Desc / Clms Page number 12>
or administer cardiovascular drug, vasopressor, or vasodilator, provided the system is modeled appropriately for this drug. When new parameters for a new drug are derived, the system of the invention can easily be adapted to control a standard pump to deliver this drug.
The manner in which the data of a particular drug is entered, either by the user, by any code entered manually or electronically or by any combination of such methods, is not essential here. Such a change does not involve more than the adjustment of calculations and / or numerical variables and is within the scope of the appended claims.
Until now, the blood concentration has always been stated as a variable to be controlled. However, the system is not limited to this. Any variable that can be controlled using a particular injection regime can be controlled with the device according to the invention, since this too is only a matter of adjusting the calculations.
Any type of injection pump equipped with a computer interface can be controlled as soon as the device is adapted to the communication protocol used. This is only a matter of time. Herein, a syringe pump is described as any device usable to deliver a drug, packed in a syringe, bag, at an accurately controllable rate over a longer period of time, this rate being adjustable using a computer interface.
<Desc / Clms Page number 13>
In addition to the previous point, any system that can automatically detect and adapt to a connected pump is again not essentially different from the system, as it is technically possible to derive the appropriate protocol from the protocols for different injection devices.
Any system that combines several of our systems or the listed extensions in any way, for example by combining one or more microcontrollers in one or more enclosures that control multiple pumps with different drugs, is essentially no more than an alternative embodiment of the system.