DE10156384A1 - System zur Überwachung und Steuerung von Druck- und Konzentrationswerten in einem Fluidkanal - Google Patents

Abstract

Es wird ein System zu Überwachung und Regelung von Druck und Konzentration in einem sich bewegenden Fluidstrom innerhalb eines Kanals bereitgestellt. Der Fluidstrom enthält ein erstes Fluid. Das System weist eine Infusionsanordnung (100) auf, welches einen Katheter mit einer Reihe von um eine Außenumfangsfläche verteilten Löchern aufweist und ein Pumpsystem für die Einführung eines zweiten Fluids in den Katheter, um ein Lösungsgemisch zu erzeugen. Ein Datensammelsystem (200) ist für das Sammeln von Daten vorgesehen, welche Druck- und Leitfähigkeitswerte anzeigen. Daten aus dem Datensammelsystem werden an eine Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung (300) weitergegeben. Die Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung weist ein Umwandlungseinrichtung zum Umwandeln der gemessenen Leitfähigkeit in einen Konzentrationswert und eine Steuerungseinrichtung zum Steuern des Betriebs der Infusionsanordnung auf der Basis eines Vergleichs ausgewählter Werte mit Daten auf, welche von dem Datensammelsystem empfangen werden. Ein Benutzersteuerungs- und Analysesystem (500) ermöglicht einen Benutzereingriff. Das System erlaubt eine vollständige automatische Steuerung über die Fluidverteilung innerhalb eines Fluidkanals als Reaktion auf gemessene Werte.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Überwa­ chung und Steuerung der Fluidkonzentration und des Fluiddruc­ kes innerhalb eines Fluidkanals. Insbesondere überwacht und steuert das System einen Konzentrations- und einen Druckwert in einer arteriellen oder venösen Leitung während eines kon­ tinuierlichen Fluidstroms.

Herkömmlicherweise war es schwierig, genaue Daten über Fluidkonzentrationen innerhalb eines Fluidstroms ohne Anwen­ dung invasiver Technik zu erhalten. Das U.S.-Patent Nr. 5,477,468, welches hierdurch durch Bezugnahme beinhaltet ist, offenbart eine Konzentrationsanalyseeinrichtung, welche eine Momentanmessung der Fluidkonzentration in einem sich bewegen­ den Fluidstrom erzielt. Das in diesem Patent offenbarte Sy­ stem stellte jedoch keinerlei Mechanismus zur Messung oder Steuerung des Druckes innerhalb eine Fluidkanals bereit.

Es besteht auch ein Bedarf nach einem System zum Messen und Steuern der Zuführung und Verteilung eines Antikoagulati­ onsmittels, eines strahlenundurchlässigen Kontrastmittels und verschiedener anderer chemischer Mittel, welche in eine Arte­ rie oder in eine Vene eintreten.

Es besteht auch ein Bedarf nach einem System, zur effek­ tiven Überwachung und Regelung von Druckveränderungen inner­ halb eines Fluidkanals.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein System be­ reitzustellen, welches eine vollständige Steuerung der Ver­ teilung eines in eine Arterie oder Vene eintretenden Fluids gestattet.

Es ist eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung ein Druckmeßsystem bereitzustellen, welches effektiv Druckveränderungen innerhalb eines Fluidkanals überwacht und regelt.

Es ist eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung, ein System bereitzustellen, welches effektiv Druckveränderungen und Kon­ zentrationsveränderungen innerhalb eines Fluidkanals über­ wacht und welches automatisch die Fluidströmung als Reaktion auf eine Veränderung steuert.

Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden zum Teil in der folgenden Beschreibung ausgeführt und sind zum Teil aus der Beschreibung offensichtlich oder können durch eine Praxisumsetzung der Erfindung gelernt werden. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können mittels der in den beigefügten Ansprüchen ausgeführten Einrichtungen und Kombi­ nationen realisiert und erhalten werden.

Zur Lösung der Aufgaben und gemäß den Zielen der Erfin­ dung, wie sie hierin verkörpert und detailliert beschrieben werden, wird ein System zur Überwachung und Regelung des Druckes in einem sich bewegenden Fluidstrom innerhalb eines Kanals bereitgestellt. Das System weist eine Infusionsanord­ nung mit einem Katheter mit einer Reihe von Löchern, die um eine Außenoberfläche verteilt sind, auf. Die Infusionsanord­ nung enthält ferner eine Injektionsanordnung zum Einführen eines Fluids in den Katheter und eine Pumpe zur Zuführung von Fluid zu der Injektionseinrichtung. Die Erfindung enthält ferner ein Datensammelsystem, das einen ersten Druckmeßwand­ ler, der an einer Druckkammer der Pumpe befestigt ist, und einen zweiten Druckmeßwandler, der an dem Ende des Katheters für die Messung des Druckes in einer Druckkammerleitung des Katheters angeordnet ist, umfaßt. Ein Datenverarbeitungs- und Steuerungssystem ist für die Verarbeitung der von dem an dem Ende des Katheters angebrachten zweiten Druckmeßwandler ge­ sammelten Daten und zur Steuerung des Betriebs der Infusi­ onsanordnung auf der Basis eines Vergleiches mehrerer ausge­ wählter Werte und der von dem Datensammelsystem empfangenen Werte vorgesehen. Ein Benutzersteuerungs- und Analysesystem erlaubt einen Benutzereingriff.

In einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung ist ein System für die Überwachung und Regelung von Druck und Konzentration in einem sich bewegenden Fluidstrom innerhalb eines Kanals vorgesehen, wobei der Fluidstrom ein erstes Fluid enthält. Das System weist eine Infusionsanordnung mit einem Katheter mit einer Reihe von Löchern, die um eine Außenoberfläche ver­ teilt sind und eine Injektionseinrichtung zum Einführen eines zweiten Fluids in den Katheter zum Erzeugen eines Lösungsge­ misches, und eine Pumpe für die Zuführung des zweiten Fluids zu der Injektionseinrichtung auf. Ein Datensammelsystem ist vorgesehen, das einem an einem ersten Ende des Katheter zum Messen des Druckes in einer Druckkammerleitung des Katheters angebrachten ersten Druckmeßwandler, einen an einem zweiten Ende des Katheters angebrachten zweiten Druckmeßwandler und eine Sensoreinrichtung innerhalb des Kanals zum Messen einer Leitfähigkeit des ersten und zweiten Lösungsgemisches umfaßt. Eine Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung ist vorge­ sehen, welche eine Umwandlungseinrichtung zum Umwandeln der gemessenen Leitfähigkeit in einen Konzentrationswert und eine Steuerungseinrichtung zum Steuern des Betriebes der Infusi­ onsanordnung auf der Basis eines Vergleichs von mehreren aus­ gewählten Werten mit von dem Datensammelsystem empfangenen Daten umfaßt. Eine Benutzersteuerungs- und Analysesystem er­ laubt einen Benutzereingriff.

Die beigefügten Zeichnungen, welche dieser Beschreibung hinzugefügt sind und einen Teil davon bilden, stellen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar und dienen zu­ sammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.

In den Zeichnungen sind, bzw. stellen dar:

Fig. 1 ein Blockschaltbild, welches die Hauptkomponenten des Systems der Erfindung darstellt;

Fig. 2A ein Blockschaltbild, welches die Komponenten der Infusionsanordnung darstellt;

Fig. 2B eine Seitenansicht, welche eine Ausführungsform des Katheters der Infusionsanordnung darstellt;

Fig. 2C eine Darstellung, welche die Pumpkomponenten und die Injektionseinrichtung der Infusionsanordnung darstellt;

Fig. 2D ein Schaltbild, welches Verbindungen innerhalb der Infusionsanordnung darstellt;

Fig. 3A ein Blockschaltbild, welches die Komponenten des Datenverarbeitungs- und Steuerungssystems darstellt;

Fig. 3B die Details des Drucküberwachungssystems;

Fig. 3C zusätzliche Komponenten des Leitfähigkeitsüberwa­ chungssystems;

Fig. 4 die Druckdatensammelvorrichtung für das Datensam­ melsystem;

Fig. 5A die Leitfähigkeitsdatensammelvorrichtung für das Datensammelsystem;

Fig. 5B bis 5C zusätzliche Details einer bevorzugten Aus­ führungsform des Leitfähigkeitsdatensammelsystems;

Fig. 6 ein Blockschaltbild, das eine bevorzugte Ausfüh­ rungsform der Komponenten des Fluidüberwachungs- und Steue­ rungssystems darstellt;

Fig. 7A bis 7D Abtastwerttabellen, die von dem Steuer- und Analysesystem erzeugt wurden; und

Fig. 8A und B die Einführung des Katheters.

Es wird nun im Detail auf die vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, wovon Bei­ spiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, in welchen sich gleiche Bezugszeichen auf entsprechende Elemente beziehen.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, welches die Hauptkompo­ nenten einer Ausführungsform eines Systems zur Überwachung und Regelung des Druckes in einem sich bewegenden Fluidstrom innerhalb eines Kanals gemäß dem erfindungsgemäßen Fluid­ überwachungs- und Steuerungssystem 1 darstellt. Eine Infusi­ onsanordnung 100 liefert einen Fluidstrom durch einen Kanal 10, wie z. B. eine menschliche Vene oder eine Arterie. Das System 1 der Erfindung ist insbesondere zur Verwendung in ei­ nem Kanal 10 wie z. B. einer menschlichen Vene oder Arterie geeignet. Ein Datensammelsystem 200 sammelt Daten bezüglich des Fluidstroms durch den Kanal 10. Aus dem Datensammelsystem 200 werden eines oder mehrere Datensignale an ein Datenverar­ beitungs- und Steuerungssystem 300 übertragen, welches Daten für die Darstellung auf einer Anzeigevorrichtung 400 verar­ beitet und ferner die Infusionsanordnung 100 mit den verar­ beiteten Daten steuert. Ein Benutzersteuerungs- und Analyse­ system 500 ermöglicht eine Benutzereingabe und kommuniziert mit dem Datenverarbeitungs- und Steuerungssystem 300, um ver­ arbeitete Daten zu empfangen und ausgewählte Daten zu über­ tragen. Jedes der vorstehend erwähnten Subsysteme wird nach­ stehend im Detail erläutert.

A. Infusionsanordnung 100

Fig. 2A veranschaulicht die Komponenten der Infusionsan­ ordnung 100. Die Infusionsanordnung 100 umfaßt eine Pumpenan­ ordnung 120, eine Injektionseinrichtung 160 und einen Kathe­ ter 180. Diese Abschnitte der Infusionsanordnung 100 werden nachstehend detaillierter beschrieben.

1. Katheter 180

Fig. 2B stellt den Katheter 180 dar, welcher bevorzugt in den Kanal 10, welcher eine Vene oder Arterie eines menschli­ chen Patienten sein kann, in einer herkömmlichen Weise unter Verwendung eines Führungsdrahtes 185 gemäß Darstellung in Fig. 8A und 8B eingeführt wird. Der Führungsdraht 185 wird anschließend an die Einführung des Katheters 180 entfernt. Der Katheter 180 ist für eine Befestigung eines oder mehrerer nachstehend detaillierter zu beschreibenden Datensammelpunk­ ten, angepaßt.

Fig. 8A und 8B veranschaulichen ferner die Komponenten des Katheters 180 und eine Technik für dessen Einführung. Ein im Handel erhältlicher Führungsdraht 185, bestehend aus einer dünnen hochflexiblen Legierung wird zur Einbringungsführung des Katheters 180 in den Kanal 10 verwendet. Den Führungs­ draht 185 gibt es in einer Vielzahl von Durchmessern zur An­ passung an Katheter verschiedener Größe.

Derzeitige Praxis ist die Einführung einer angiographi­ schen Injektionsnadel an einem Einführungspunkt 187 in eine Arterie gemäß Darstellung in Fig. 8B. Die angiographische Na­ del weist einen (nicht dargestellten) als Stilett bezeichne­ ten Stahlstab durch ihren Mittelpunkt auf. Die angiographi­ sche Nadel wird durch die Haut hindurch an dem Einführungs­ punkt 187 in die Arterie mit plaziertem Stilett eingeführt. Das Stilett wird dann herausgezogen und der Führungsdraht 185 durch die angiographische Nadel hindurch eingeführt. Die an­ giographische Nadel wird dann durch Verschieben über den Füh­ rungsdraht 185 entfernt. Der Katheter 180 wird dann über den Führungsdraht 185 über einen Druckraum 182 des Katheter 180 geschoben und der Führungsdraht 185 heraus gezogen. Ein (nachstehend im Detail beschriebener) piezo-resistiver Meß­ wandler 214 wird dann mit dem Druckraum 182 verbunden und ein Pumpen kann über einen Pumpraum 184 des Katheters 180 begin­ nen.

Der Führungsdraht 185 ist für die Einführung erforder­ lich, da ohne diesen der Katheter 180 dezentriert werden kann und eine Beschädigung der Arterienwand bewirken kann. Der Führungsdraht 185 ist sehr flexibel und bewirkt keine Beschä­ digung der Arterienwand.

Meßvorrichtungen wie z. B. Meßwandler können nicht an der Seite des Katheters 180 plaziert werden, da sie ebenfalls ei­ ne Beschädigung der Arterienwand bewirken können.

Fig. 8B veranschaulicht eine Notwendigkeit für zwei un­ terschiedliche Arten von Führungsdrähten 185. Die Arterie 187 ist eine gekrümmte brachiale Arterie, welche einen Führungs­ draht 185 mit einer angewinkelten Spitze erfordert. Die Arte­ rie 189 ist eine gerade femurale Arterie, welche einen Füh­ rungsdraht 185 mit einer geraden Spitze erfordert. In jedem Falle weist der Führungsdraht 185 ein proximales Ende auf, welches flexibler als sein distales Ende ist.

Der Katheter 180 sollte eine Vielzahl von Löchern 186 enthalten. Bevorzugt ist eine Gesamtoberfläche von allen Lö­ chern 186 in etwa gleich einer Gesamtquerschnittfläche des Kanals 10, um eine effektive Strömung zu erhalten. Die Löcher 186 sollten in alle Richtungen zeigen, um eine gleichmäßige Verteilung des Fluids über den gesamten Kanal 10 sicherzu­ stellen. Optimal wird der Katheter 180 im Betrieb mittig in­ nerhalb des Kanals 10 angeordnet. In einer bevorzugten Aus­ führungsform sollte der Katheter 180 etwa siebzig Löcher 186 enthalten. Da die Größen des Kanals 10 variieren, sollten Ka­ theter 180, welche unterschiedliche Öffnungsgrößen bieten vorgesehen sein. Eine (nicht dargestellte) punktierbares La­ tex oder Gummi enthaltene Membrane, welche in eine Messing­ halterung eingesetzt ist, ist in einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, um das Einführen des Katheters 180 in den Kanal 10 zu erleichtern.

2. Injektionseinrichtung 160

Fig. 2C veranschaulicht mehrere Komponenten der Injekti­ onseinrichtung 160. Eine Spritze 163 ist für die Injektion von Fluid in den Katheter 180 vorgesehen. Ein mit dem zu pum­ penden Fluid gefüllter Vorratsbehälter 162 ist betrieblich mit der Pumpe 163 verbunden. Der Vorratsbehälter 162 ermög­ licht die neue Befüllung der Spritze 163, wenn er von dem Da­ tenverarbeitungs- und Steuerungssystem 300 dazu aufgefordert wird.

3. Pumpkomponenten

Ferner ist gemäß Darstellung in Fig. 2C eine Pumpe 125 vorgesehen, um Fluid aus dem vorstehend beschriebenen Vor­ ratsbehälter 162 in die Spritze 163 für die Injektion in den Katheter 180 zu pumpen. Die Pumpe 125 ist bevorzugt eine pul­ sierende Pumpe, mit einer Fähigkeit 25000 Impulse pro Sekunde zu pumpen und ist mit veränderlichen Impulsraten und einem festen Impulsvolumen ausgestattet. Der Katheter 180 emuliert in ein Kreislaufsystem eingesetzt ein menschliches Kreis­ laufsystem, indem er mehrere Fluidpfade, einstellbare Elasti­ zität und einstellbaren Widerstand für Experimentierzwecke aufweist.

Die Pumpe 125 wird von einem Schrittmotor 128 angetrie­ ben. Mehrere Antriebskomponenten 122 für die Pumpe 125 umfas­ sen bevorzugt eine gerade Antriebswelle und einen Riemen, um die Ausgangsgröße des Schrittmotors 128 an eine Spritzenpump­ kammer 135 zu liefern. Die Spritzenpumpkammer 135 beherrscht Drücke bis zu etwa 34,5 bar (500 PSI). Die Pumpkammer 135 ist bevorzugt aus einem dicken transparenten Kraftkunststoff auf­ gebaut. Ein Druckschalter 132 ist für die Einstellung des ge­ wünschten Pumpdruckes vorgesehen, um ein Pumpen bei einem konstanten Druck zu ermöglichen.

Eine Leitung 145 liefert mehrere elektronische Signale an einen Schrittmotorimpulszähler 129. Die gelieferten elektro­ nischen Signale sind diejenigen, welche durch Anzapfen der Leitung von dem (nachstehend weiter beschriebenen) Druckmoni­ tor 320 zu der Schrittmotorsteuerung 148, erhalten werden. Der Schrittmotorimpulszähler 129 zählt und zeigt eine kumu­ lierte Anzahl von Impulsen des Schrittmotors 128 an.

Der Schrittmotor 128 hält einen konstanten Druck in der Spritze 163 gemäß Einstellung durch den Druckschalter 132 aufrecht. Ein elektronischer Pumpschalter 143 liefert ein elektronisches Signal, um anzuzeigen, wenn die Spritze 163 voll ist. Ein elektronischer Nachfüllschalter 146 liefert ein elektronisches Signal, welches anzeigt, daß die Spritze 163 leer ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bleiben sowohl der elektronische Pumpschalter 143 als auch der elektronische Nachfüllschalter 146 offen, sofern die Spritze 163 entweder leer oder voll ist, wobei der entspre­ chende Schalter dann schließt. Ein geeigneter Schalter zur Verwendung als elektronischer Pumpschalter 143 und elektroni­ scher Nachfüllschalter 146 beinhaltet einen Cherry E 61 Sub­ miniaturschalter mit den Nenndaten von 5 Ampere, 125/250 Volt AC.

Ein Rückschlagventil 136 ist vorgesehen, welches einen Fluidstrom nur in einer Richtung aus dem Vorratsbehälter 162 zu der Spritze 163 erlaubt, wenn die Spritze 163 nachgefüllt wird. Ein Entlüftungsventil 138 erleichtert die Entfernung der gesamten Luft und von Blasen aus der Spritze 163 bevor mit dem Pumpen begonnen wird.

Ein Magnetventil 133, welches bevorzugt weniger als 4 ms Verzögerung aufweist, steuert das Pumpen aus der Spritze 163 in den Katheter 180. Das Magnetventil 133 ist mit einer Ma­ gnetventilleiterplatte 134 über eine Leitung 140 verbunden. In Betrieb bewegt sich das Fluid direkt aus der Pumpe 125 zu dem Magnetventil 133, und in den Katheter 180.

Ein Verbindungsrohr 144 mit niedriger Elastizität ist für die Zuführung des Stroms durch die Pumpe 125, das Magnetven­ til 133 hindurch und anschließend in den Katheter 180 vorge­ sehen.

Wenn das Magnetventil 133 dauernd offen ist, arbeitet die Pumpe 125 dauernd. Die Pumpe 125 wird direkt von einem Druck­ überwachungssystem 320, das nachstehend beschrieben wird, ge­ steuert.

Fig. 2D ist ein Schaltbild, welches die bevorzugten Ver­ bindungen zwischen dem Magnetventil 133 und dem Schrittmotor 128 darstellt. Mehrere Impulse 301 werden von dem Daterwerar­ beitungs- und Steuerungssystem 300 zur Steuerung des Magnet­ ventils 133 gesendet. Das Magnetventil 133 wird selektiv von einer Energieversorgungseinrichtung 147 betrieben, welche Si­ gnale an eine Schrittmotorsteuerung 148 liefert, welche be­ vorzugt eine Fünf-Phasen-Ansteuerung ist, um den Schrittmotor 128 zu betreiben.

B. Datensammlungssystem 200 1. Druckdatensammlungs-Subsystem 210

Gemäß Darstellung in Fig. 4 weist das Datensammelsystem 200 bevorzugt ein Druckdatensammel-Subsystem 210 auf, welches zwei Meßwandler in einem experimentellen Modus für die Mes­ sung von Druck enthält. Jeder von den zwei Druckmeßwandlern ist an einem Ende des Katheters 180 angeordnet. Ein erstes Signal wird von einem Harvard-Druckmeßwandler 212 an einem ersten distalen Ende des Katheters 180 erhalten und ein zwei­ tes Signal wird von einem piezo-resistiven Meßwandler 214 an einem gegenüberliegenden proximalen Ende des Katheters 180 erhalten. Der piezo-resistive Meßwandler 214 enthält bevor­ zugt eine Stahlmembrane und weist eine Resonanzfrequenz von angenähert 50 kHz auf. Der Harvard-Druckwandler 212 ist ein nicht-piezo-resistiver Meßwandler, der in der Wand des Kunst­ stoffrohres in der Nähe der Spitze des Katheters 180 angeord­ net ist. Der Harvard-Druckmeßwandler 212 wird während des Ex­ perimentes zum Erfassen von Daten verwendet. Sobald die er­ forderlichen experimentellen Daten erfaßt sind, wird der Har­ vard-Druckmeßwandler 212 für die tatsächliche Verwendung des Katheters 180 während der Behandlung entfernt.

Der piezo-resistive Meßwandler 214 mißt den Druck in ei­ ner Druckkammerleitung 181 des Katheters 180. Die Druckkam­ merleitung 181 des Katheters 180 liefert die Druckwelle von der Spitze des Katheters 180 an den piezo-resistiven Meßwand­ ler 214. Demzufolge werden Druckmessungen an beiden Enden des Katheters 180 erfaßt, und die Verzögerung zwischen den er­ zeugten Signalen wird berücksichtigt. Eine Leitung 182 lie­ fert das elektronische Signal aus dem piezo-resistiven Meß­ wandler 214 an ein Drucküberwachungs-Subsystem 320 des Daten­ verarbeitungs- und Steuerungssystems 300.

2. Leitfähigkeitsdatensammlungs-Subsystem 230

Ferner ist in dem Kanal 10 ein Leitfähigkeitsdaten- Sammelungs-Subsystem 230 gemäß Darstellung in Fig. 5A bis 5C einschließlich einer Leitfähigkeitssonde 230a vorgesehen. Die Leitfähigkeitssonde 230a weist mehrere Bereiche mit Elektro­ den 233 auf, um eine Darstellung des in jedem Bereich des Ka­ nals 10 infundierten Fluids zu erzeugen.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Leitfä­ higkeitssonde 230a einen Sensor 231 mit neunzehn realen Elek­ troden 233a, die zweiundvierzig Regionen 232 zugeordnet sind. Gemäß Darstellung in Fig. 5B enthält die Leitfähigkeitssonde 230a ferner zweiundvierzig primäre virtuelle Elektroden 233b, wovon jede an einem Mittelpunkt zwischen beliebigen zwei rea­ len Elektroden 233a angeordnet ist. Die Regionen 232 sind so verbunden, daß sie zweiundsechzig Punkte ergeben. Die zwei- undsechzig Punkte sind so verbunden, daß sie sechsundneunzig gleichseitige Dreiecke gemäß Darstellung in Fig. 5C ergeben. Die Hinzufügung der virtuellen Elektroden 233b erhöht die An­ zahl der Bereiche 232 und ermöglicht dadurch feinere Messun­ gen von Konzentrationswerten. Die Daten aus den Elektroden 232 werden in einen (nachstehend weiter beschriebenen) Code­ prozessor übertragen, der in einer bevorzugten Ausführungs­ form 800 000 Dreiecke pro Sekunde und 50 bis 60 Rahmen pro Se­ kunde verarbeitet.

In der bevorzugten Ausführungsform enthält die Leitfähig­ keitssonde 230a neunzehn Teflon-isolierte Drähte aus rost­ freiem chirurgischen Stahl, mit nicht isolierten Spitzen als realen Elektroden 233a. Weitere geeignete Metalle können ebenfalls für die Drähte, welche die Gruppe der realen Elek­ troden 233a des Sensors 231 bilden, verwendet werden. Die Drähte besitzen bevorzugt ein Durchmesser von 0,19 mm, ver­ jüngen sich leicht an den Enden, und eine Länge von 25 mm. Die Teflonbeschichtung ist bevorzugt 0,005 mm dick. Verbin­ dungsteile aus rostfreiem Stahl werden für die Seite der Gruppe der realen Elektroden 233a des Sensors 231 verwendet.

Die Verbindungsteile aus rostfreiem Stahl sind in ihrer Lage eingepreßt und der Körper der Leitfähigkeitssonde 230a ist gegengebohrt, so daß sich keine Veränderung in dem Innen­ durchmesser ergibt. Ein geschirmtes Kabel verbindet den Kopf der Leitfähigkeitssonde 230a mit zusätzlichen Datensammelele­ menten.

C. Datenverarbeitungs- und Steuerungssystem 300

Das Datensammelsystem 300 sendet alle gesammelten Daten an das Datenverarbeitungs- und Steuerungssystem 300 gemäß Darstellung in Fig. 3A. Das Datenverarbeitungs- und Steue­ rungssystem 300 weist zwei Hauptsubsysteme auf. Ein ersten von diesen Subsystemen ist ein Drucküberwachungs-Subsystem 320 und ein zweites Subsystem ist ein Leitfähigkeitsüber­ wachungs-Subsystem 360.

1. Drucküberwachungs-Subsystem 320

Der Betrieb der Infusionsanordnung 100 wird durch das Da­ tenverarbeitungs- und Steuerungssystem gemäß Darstellung in Fig. 3 gesteuert. Das Datenverarbeitungs- und Steuerungssy­ stem 300 enthält das Drucküberwachungs-Subsystem 320. Das Drucküberwachungs-Subsystem 320 enthält eine Druckmeßeinrich­ tung 321, versorgt von einer Energieversorgungseinrichtung 322. Ein erster Ausgang 324 der Druckmeßeinrichtung 321 sen­ det mehrere Drucksignale an das Benutzersteuerungs- und Ana­ lysesystem 500. Ein zweiter Ausgang 326 der Druckmeßeinrich­ tung 321 sendet mehrere Drucksignale an die Infusionsanord­ nung 100, und ein dritter Ausgang 328 der Druckmeßeinrichtung 321 sendet mehrere Drucksignale an die Anzeigevorrichtung 400.

Insbesondere liefert der zweite Ausgang 326 mehrere elek­ tronische Drucksignale an die Infusionsanordnung 100 über ein Kabel 329 zu der Schrittmotorsteuerung 148. Ein Kabel 318, welches bevorzugt ein Regenbogen-Bandkabel ist, liefert meh­ rere elektronische Drucksignale aus dem Drucküberwachungs- Subsystem 320 an einen Comm-Anschluß 502 des Benutzersteue­ rungs- und Analysesystem 500.

Gemäß Darstellung in Fig. 3B enthält die Druckmeßeinrich­ tung 321 einen Verstärker 330, einen A/D-Wandler 340 und eine CPU 350. Die Drucksignale aus dem Druckdatensammlungs- Subsystem 210 werden an den Verstärker 330 weitergeleitet, welcher mehrere Signale an den A/D-Wandler 340 und anschlie­ ßend an die CPU 530 für eine Ausgabe an weitere Komponenten des Systems 1 ausgibt. Fig. 3B stellt eine bevorzugte Ausfüh­ rungsform der verwendeten Schaltung für die Verbindung der Komponenten der Druckmeßeinrichtung 321 dar, obwohl spezifi­ sche Widerstands- und Kapazitätswerte in geeigneter Weise verändert werden können.

Es beruht auf der vorstehend beschriebenen Signalübertra­ gung, daß von dem Druckdatensammlungs-Subsystem 210 geliefer­ te Daten die Pumpe 125 aktivieren. Wenn der Druck des Meß­ wandlers 214 unter einem voreingestellten Wert sinkt, startet die Pumpe 125. Dadurch kann ein konstanter Druck erzeugt wer­ den. Das vorstehende beschriebenen Magnetventil 133 ist so programmiert, daß es gemäß den von dem Datenverarbeitungs- und Steuerungssystem 300 empfangenen Impulsen öffnet und schließt.

Das Drucküberwachungs-Subsystem 320 verwendet mehrere Pa­ rameter zur Steuerung des Pumpbetriebs, einschließlich der Impulsbreite und der Totzeit. In der bevorzugten Ausführungs­ form besteht das Drucküberwachungs-Subsystem 320 aus einem Mikroprozessor und einem EPROM-Chip, der zur Steuerung des Druckes unter Verwendung einer Asemblercode-Programmier­ sprache programmiert ist. Das Drucküberwachungs-Subsystem 320 ist dadurch so programmiert, daß es vollständig die Impulser­ zeugung steuert, die Pumpe 125 bei einem konstanten Druck be­ treibt, und das Öffnen und Schließen des Magnetventils 133 steuert. Das Drucküberwachungs-Subsystem 320 ist auch so pro­ grammiert, daß es die Impulsbreite der für das Magnetventil 133 erzeugten Pulse auf der Basis der Impulse begrenzt, die für den Schrittmotor 128 erzeugt werden. Das Drucküberwa­ chungs-Subsystem 320 ist ferner so programmiert, daß es die Totzeit überwacht, welche den Zeitbetrag bestimmt, über wel­ chen das Magnetventil 133 vor einem weiteren Impuls ausge­ schaltete sein muß. Wenn der Druck einen vorgewählten Schwel­ lenwertpegel überschreitet, stoppt der Pumpbetrieb. Ferner kann auch das Drucküberwachungs-Subsystem 320 so programmiert sein, daß es die Gesamtanzahl der Impulse begrenzt, welche in einer Pumpsitzung erzeugt werden können.

2. Leitfähigkeitsüberwachungs-Subsystem 360

Ferner ist in dem Datenverarbeitungs- und Steuerungssy­ stem 300 ein Leitfähigkeitsüberwachungs-Subsystem 360 enthal­ ten, welches eine Leitfähigkeitsmeßeinrichtung 361, versorgt von einer Energieversorgungseinrichtung 362 enthält. Ein Aus­ gang 378 der Leitfähigkeitsmeßeinrichtung 361 ist auf das Be­ nutzersteuerungs- und Datenanalysesystem 500 gerichtet. Ein Eingang 368 der Leitfähigkeitsmeßeinrichtung 361 ist von dem Datensammelsystem 200 aus mit dem Leitfähigkeitsmeßsystem 361 über eine Sondenleiterplatte 376 und eine Potentiometerlei­ terplatte 374 verbunden. Die Leitfähigkeitssonde 230a mit dem Datensammelsystem 200 ist mechanisch auf der Sondenleiter­ platte 376 befestigt. Die Anpassung einer Vielzahl von Poten­ tiometern auf der Potentiometerleiterplatte 374 stellt eine Möglichkeit zum Abgleichen des Gesamtschaltungswiderstandes in jeder Sondenschaltung bereit.

Die Leitfähigkeitsdatenverarbeitung und Steuerung beginnt mit einem Eingangssignal aus der Leitfähigkeitssonde 230a an die Sondenleiterplatte 376. durch den Eingang 368 werden meh­ rere Auswahlschalter bereitgestellt und dazu verwendet ein Paar von den Elektroden 233a in der Elektrodengruppe des Sen­ sors 231 zu jedem beliebigen Zeitpunkt zu aktivieren. Die Sondenleiterplatte 376 mißt wiederholt die Leitfähigkeitsdif­ ferenz zwischen den Elektroden 233a in der Elektrodengruppe des Sensors 231, indem ein Paar von Elektroden 233a zu einem Zeitpunkt isoliert wird. Die Leitfähigkeit zwischen jedem ak­ tivierten, ausgewählten Elektrodenpaar 233a wird gemessen, indem kleiner elektrisch isolierter Konstantspannungsimpuls aus einer Spannungsimpulsquelle durch die zwei aktivierten ausgewählten Elektroden 233a geleitet wird. Ein Spannungsab­ fall zwischen den zwei aktivierten, ausgewählten Elektroden 233a wird gemessen und dazu verwendet eine Leitfähigkeit des Fluids in dem Kanal 10 anzuzeigen.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Sonden­ leiterplatte 376 ein paar Eingangsmultiplexerauswahlschalter, an welche jeweils ein 6-Bit Sensorcode gesendet wird, welcher ein spezielles Paar von Elektroden 233a identifiziert, welche mit einer Spannungsimpulsquelle zu verbinden sind. Jeder Ein­ gangsmultiplexerkanal ist normalerweise ein "offener Schalt­ kreis", es können jedoch beliebige zwei Eingangsmultiplexer­ kanäle gleichzeitig aktiviert werden, indem der 6-Bit Sensor­ code an den mit der Spannungsimpulsquelle zu verbindenden Ka­ nal gesendet wird, und somit den Kanal geschlossen und eine Elektrode 233a von dem Paar 233a ausgewählter Elektroden mit der Spannungsimpulsquelle verbunden und bewirkt wird, daß die andere Elektrode 233a in dem Elektrodenpaar mit Masse verbun­ den wird. Die Sensorköpfe der zwei Elektroden 233a, auf die zugegriffen werden soll, werden ebenfalls mit einem Instru­ mentierungsverstärker verbunden, welcher die Potentialdiffe­ renz zwischen den zwei Zugriffselektroden 233a mißt. Unabhän­ gige Multiplexer werden ebenfalls mit dem Instrumentierungs­ verstärker so verbunden, daß kein Fehler durch einen Span­ nungsabfall in dem Strom-Quellen/Senken-Schaltkreis auftritt. Die Zeit zwischen dem Zugriff oder der Aktivierung auf ein beliebiges Paar von Elektroden 233a ist kleiner als eine Mi­ krosekunde.

In der bevorzugten Ausführungsform besteht der Eingangs­ multiplexer aus einem 16-Kanal, Dual-8-Kanal, C-MOS-Analog- Multiplexer, wie z. B. einem DG 406/DG 407-Multiplexer, her­ gestellt von Maxim Integrated Products. Eine Leitfähigkeits­ meßeinrichtung 361 besteht aus einer Niedrigspannung-, Nied­ rigstrom-Impulsschaltung - etwa 10 mV bei 10 Mikroampere -, welche den Impuls zur Durchführung der Leitfähigkeitsmessung liefert. Ein Spannungsimpuls wird über eine symmetrische Schaltung angelegt, welche aus zwei Widerständen mit gleichem Widerstandswert und einem Paar von Elektroden 233a besteht, für welche die Messung durchzuführen ist. Die Spannung zwi­ schen dem Paar der Elektroden 233a hängt von der Leitfähig­ keit des Fluids zwischen diesen ab. Der ursprüngliche Span­ nungsimpuls wird mit dem Spannungsimpuls zwischen dem Paar der Elektroden 233a verglichen und die sich ergebende Diffe­ renz wird differentiell verstärkt. Diese Differenz wird von einem Spitzendetektor erfaßt und dann von einem A/D-Wandler für die Verarbeitung durch das Benutzersteuerungs- und Analy­ sesystem 500 digitalisiert. Da die Dauer des angelegten Span­ nungsimpulses extrem kurz ist, erlaubt sie tatsächlich eine Messung der Leitfähigkeit ohne Sondenkapazität oder Doppel­ schichteffekt.

Signale aus der Sondenleiterplatte 376 werden entlang dem Eingang 368 der Potentiometerleiterplatte 374 zugeführt, wel­ che eine Vielzahl von Widerständen enthält, um die elektroni­ sche Differenz in den Schaltungen der durch die Anordnung der Elektroden 233 bewirkten unterschiedlichen Regionen, auszu­ gleichen.

Von der Potentiometerleiterplatte 374 werden die Signale entlang dem Eingang 368 zu der Leitfähigkeitsmeßeinrichtung 361 weitergeführt. Die Komponenten der Leitfähigkeitmeßein­ richtung 361 sind in Fig. 3C dargestellt. Die Signale werden durch einen Verstärker 364 und einen A/D-Wandler 365 gelei­ tet.

Der Verstärker 364 hat drei Funktionen. Erstens mißt er die Spannungsdifferenz zwischen einem Paar von Elektroden 233. Zweitens verstärkt er die Eingangsspannung des Meßwertes aus dem Paar der Elektroden 233, da die Eingangsspannung niedriger als der dynamische Bereich des A/D-Wandler 365 ist, mit welchem der Verstärker 364 verbunden ist. Schließlich puffert er ein Ausgangssignal des Paars der Elektroden 233, da der A/D-Wandler 365 einige Milliampere Eingangsstrom zieht. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Verstärker 364 eine Konstruktion mit drei Operationsverstärkern, wie z. B. der von der Burr-Brown Corporation hergestellte Verstärker INA 114.

Der A/D-Wandler 365 empfängt das Ausgangssignal aus dem Verstärker 364 und wandelt das analoge Eingangssignal in ein digitales Ausgangssignal um, um es an eine Steuer-CPU 366 zu senden. In der bevorzugten Ausführungsform ist der A/D- Wandler 365 ein A/D-Wandlerchip, wie er beispielsweise von Maxim Integrated Products hergestellt wird. Der A/D-Wandler 365 liest bevorzugt die Eingangsspannung alle 4 Mikrosekunden ein, was einen Durchsatz von 250 000 Abtastenwerten pro Sekunde ergibt.

Die Signaldaten werden von dem A/D-Wandler 365 an die CPU 366 weitergeleitet. Die CPU 366 speichert eine Regionendatei der Paarelektroden 233, welche eine Liste von 6-Bit Sensor­ codes für die Aktivierung spezifischer Paare von Elektroden 233 enthält. Die CPU 366 gibt ein 6-Bit Multiplexer- Steuersignal an den Eingangsmultiplexer für die Auswahl eines spezifischen Paares von Elektroden 233 aus. Zusätzlich emp­ fängt die CPU 366 mehrere Befehle aus dem Benutzersteuerungs- und Analysesystem 500.

Ein bekanntes Problem in der Erzielung genauer Leitfähig­ keitsmessungen betrifft die Durchleitung von elektrischem Strom durch eine Salzlösung. Ein als "Doppelschichtbildung" bezeichnetes Phänomen tritt auf, wenn die Konzentration an­ steigt und der Widerstandswert nach unten geht, und dadurch ein Aufbrechen der Lösung in Ionen bewirkt wird.

Durch Testen wurde herausgefunden, daß 14 Mikrosekunden, bevor eine Doppelschichtbildung auftritt, ein reiner Strom durch das Fluid ohne jede Kapazität fließt. Demzufolge können genaue Messungen während der Anfangszeitperiode des Fluidstroms erfaßt werden, welche in dem System der bevorzug­ ten Ausführungsform etwa die ersten 14 Mikrosekunden ist.

Ein zusätzliches, in dem ursprünglichen Leitfähigkeits­ meßverfahren gefundenes Problem betrifft die Programmierung der A/D-Umwandlung. Wenn der Computer eine "Null" sieht, be­ ginnt er mit dem Lesen von Meßwerten von jeder der zweiund­ vierzig Elektrodenregionen 232. Wenn der Computer eine weite­ re "Null" sieht, beginnt er mit dem Lesen noch einmal. Manch­ mal tritt jedoch eine natürliche Null auf, die der Computer als "Null" interpretieren würde. Dieses Problem wird gelöst, indem die Reservebits in einem 16-Bit Speicherwort verwendet werden. Die von dem A/D-Wandler 365 zurückgegebene A/D-Wert nutzt nur 14 Bits des 16-Bit-Wortes. Eines der Reservebits wird immer auf einen gültigen A/D-Wert gesetzt, während eine "Null" für alle "0"-Bits gesendet wird. Der A/D-Wandler 365 ist bevorzugt ein von Maxim Integrated Products hergestell­ ter, welcher ein "2-er"-Komplement-Zahlensystem verwendet. Die Leitfähigkeitsmeßeinrichtung 361 wandelt die "2-er"- Komplementzahl in einen vorzeichenlosen positiven binären Wert vor dem Senden der Information an das Benutzersteue­ rungs- und Analysesystem 500 um.

D. Anzeigevorrichtung 400

Die Anzeigevorrichtung 400 kann ein Oszilloskop 402 ent­ halten, welches zur Darstellung gemessener Drücke verwendet wird. Das Oszilloskop 402 ist bevorzugt ein 4-Kanal Hitachi- Oszilloskop. Ein zusätzliches Oszilloskop 402 kann vorgesehen werden und ist bevorzugt ein 2-Kanal Hitachi-Oszilloskop. Ei­ ne Motorimpulsanzeige 48 zapft die Leitung von der Druckmeß­ schaltung zu der Schrittmotorsteuerung 148 für des Anschlie­ ßen des Oszilloskop 402 ab. Ein Masseanschluß ist für die Im­ pulsanzeige des Schrittmotors 148 auf dem Oszilloskop 402 vorgesehen.

E. Benutzersteuerungs- und Analysesystem 500

Gemäß Darstellung in Fig. 6 weist das Benutzersteuerungs- und Analysesystem 500 einen Computer auf, der bevorzugt ein Gateway 2000 Computer unter Verwendung eines Windows®- basierenden Betriebssystems ist. Ein auf einer CPU 510 des Benutzersteuerungs- und Analysesystems 500 laufendes Haupt­ programm weist mehrere Unterprogramme auf. Das Hauptprogramm ist interaktiv, so daß ein Benutzer des Systems 1 selektiv zuvor aufgezeichnete Analysen oder Abschnitte davon betrach­ ten kann. Der Benutzer kann spezielle Diagramme und Graphen selektieren und das Format dieser anzeigen, und falls ge­ wünscht, verändern. Im Betrieb wird ein Benutzerschnittstel­ lenprogramm ausgeführt, um einem Benutzer zu ermöglichen, zu betrachtende Elemente auszuwählen. Wenn der Benutzer ein neu­ es Paar von Elektroden 233 auswählt, weist das Programm das Benutzersteuerungs- und Analysesystem 500 an, die Regionen­ datei des Elektrodenpaares 233 einzulesen. Die 6-Bit Sensor­ codes steuern die Eingangsmultiplexerauswahlschalter, um ein spezielles Paar von Elektroden 233 auszuwählen.

Wie vorstehend festgestellt besteht das auf dem Benutzer­ steuerungs- und Analysesystem 500 ablaufende Hauptprogramm aus mehreren Unterprogrammen. Nach der Initialisierung zeigt das Hauptprogramm mehrere Unterprogrammoptionen zur Auswahl durch den Benutzer an. Die verschiedenen Unterprogrammoptio­ nen werden nachstehend kurz beschrieben.

Ein "about"-Unterprogramm ist für die Erzeugung eines "about-Rahmens" für die Darstellung von Grundinformation über das Hauptprogramm vorgesehen.

Ein "calibrate"-Unterprogramm ist für die Kalibrierung der Sonde 231 vorgesehen. Wenn das "calibrate"-Unterprogramm gewählt wird, wird der Benutzer aufgefordert, den Konzentra­ tionswert der bekannten zweiten Lösung einzugeben, welche in deW Kanal 10 an der Infusionsstelle zu injizieren ist. Die Sonde 231 führt dann mehrere Leitfähigkeitsmessungen für je­ des Paar von Elektroden 233 durch und diese Leitfähigkeits­ meßwerte werden in einer Kalibrierungstabelle als Kalibrie­ rungsdatenpunkte aufgezeichnet. Wenn die Sonde 231 versetzt wird, muß eine neue Kalibrierungstabelle erzeugt werden. Ein Benutzer kann in das Kalibrierungsunterprogramm eingreifen, um Kalibrierungsdatenpunkte in der Kalibrierungstabelle zu löschen oder hinzuzufügen.

Ein "calpressure"-Unterprogramm erlaubt eine Berechnung einer Vielzahl druckbezogener Werte, einschließlich eines durchschnittlichen Druckwertes, eines maximalen Druckwertes, eines minimalen Druckwertes, eines diastolischen Druckwertes, eines systolischen Druckwertes und einer Pulsrate. Der Benut­ zer kann einen oder mehrere gewünschte Werte auswählen und das "calpressure"-Unterprogramm berechnet die anderen Werte.

Ein "config"-Unterprogramm konfiguriert die Darstellung der Elektrodentabellen auf der Bildschirmanzeige des Benut­ zercomputers einschließlich einer Tabelle realer Elektroden 233a, einer Tabelle virtueller Elektroden 233b, einer Dreiec­ ketabelle und einer Sechsecketabelle. Das "config"- Unterprogramm stellt sicher, daß korrekte Abstände zwischen den Elektroden 233 dargestellt werden. Das "config"- Unterprogramm ermöglicht es dem Benutzer verschiedene Aspekte der Konfiguration einschließlich der Elektrodenverzögerungs­ zeit einzustellen.

Ein "comm"-Unterprogramm erleichtert die Übertragung von Daten aus dem Datenverarbeitungs- und Steuerungssystem 300 über einen Anschluß Comm 1 und einen Anschluß Comm 2 an das Benutzer-Steuer- und Analysesystem 500. Insbesondere enthält das "comm"-Unterprogramm eine Leseroutine für das Lesen von Datenbytes von den Anschlüssen Comm 1 und Comm 2 und sortiert die ausgelesenen Daten an entsprechende Stellen.

Ein "extensions"-Unterprogramm liefert eine Definition für jedes von einer Vielzahl von Makros, welche dem Benutzer eine einfache Bedienung ermöglichen, wie z. B. ein Werkzeu­ gleistendarstellungsmakro, ein Fortschrittsbalken-Makro, ein Verfolgungsbalken-Makro und ein Auf/Ab-Makro.

Ein "genmap"-Unterprogramm erzeugt mehrere Diagramme, welche ein Auftragen der realen Elektroden 233a und der vir­ tuellen Elektroden 233b auf der Bildschirmanzeige des Benut­ zercomputers ermöglichen. Ein graphisches Anzeigeunterpro­ gramm enthält auch eine Regionendiagramm-Bilddarstellungs­ funktion, welche die Teile des Bildschirms identifiziert, welche für jede Region 232 des Querschnittes des Kanal 10 re­ serviert sind. Wenn sie auf dem Bildschirm angezeigt wird, entspricht jede Region 232 einem speziellen Paar von Elektro­ den 233 des Sensors 231 und wird in einer Farbe dargestellt, welche eine Lösungskonzentration des speziellen Elektroden­ paars 233 anzeigt, welches gerade beobachtet wird.

Ein "initialization"-Unterprogramm führt eine Initiali­ sierungsroutine für jedes der anderen Unterprogramme in dem Hauptprogramm durch. Mehrere Fenster und Icons werden durch dieses Unterprogramm erzeugt.

Ein "log"-Unterprogramm ist für die Speicherung von Daten auf einer Festplatte vorgesehen. Die gespeicherten Daten kön­ nen auf eine CD-ROM unter Verwendung eines im Handel erhält­ lichen CD-ROM-Übertragungsprogramm übertragen werden. Das "log"-Unterprogramm enthält ferner eine Subroutine mit der Bezeichnung "load observation". In dieser "load observation"- Subroutine werden mehrere von tatsächlichen Beobachtungen von Lösungskonzentrationen auf einer Festplatte für eine spätere Darstellung auf der Bildschirmanzeige des Benutzercomputers gespeichert. Das "log"-Unterprogramm ist interaktiv und er­ möglicht es dem Benutzer, Kommentare zu einer "log"-Datei hinzuzufügen.

Ein "mainframe"-Unterprogramm verarbeitet mehrere Meldun­ gen für ein Hauptfenster und ermöglicht es dem Benutzer, meh­ rere geeignete Kontextmenüs auszuwählen.

Ein "palette"-Unterprogramm erzeugt eine für die Darstel­ lung zu verwendende Farbpalette.

Ein "play back"-Unterprogramm ermöglicht es dem Benutzer, eine gespeicherte Patientendatei zurückzuholen und die aufge­ zeichnete Historie der gemessenen Konzentration und Druckwer­ te abzuspielen. Dieses "play back"-Unterprogramm ist in der Lage, die Darstellung eines Einzelbildes für eine längere Un­ tersuchung oder von mehreren Bildern um eine gesamte Prozedur oder einen spezifizierten Abschnitt der Prozedur darzustel­ len, zu erzeugen. Das "play back"-Unterprogramm kann durch die Verwendung von standardmäßigen VCR-Komponenten implemen­ tiert werden.

Ein "run"-Unterprogramm enthält eine Routine für die Er­ zeugung einer Laufzeit für das Hauptprogramm und für das kon­ tinuierliche Darstellen der abgelaufenen Zeit. Die abgelaufe­ ne Zeit wird in einem Ablauffenster dargestellt, das nach An­ forderung des Benutzers rekonfiguriert werden kann.

Ein "screen"-Unterprogramm füllt jede dreieckige Region 232 mit spezifizierten Farben aus, welche dem Konzentrations­ wert dieser Region 232 entsprechen. Das Darstellungsbild wird ständig mit dem Fluidstrom durch den Kanal 10 aktualisiert, und bietet eine Echtzeitdarstellung der Lösungskonzentration in dem Kanal 10.

Ein "setup"-Unterprogramm enthält eine Vielzahl von Rou­ tinen, welche mehrere Meldungen für das Hauptfenster verar­ beiten, mehrere Fenster innerhalb des Blickfeldes des Benut­ zers setzen, die Fenster löschen und einen geeigneten Zusam­ menhang zu der Anzeige bestimmen.

Ein "triangle"-Unterprogramm definiert eine Dreiecksklas­ se einer Elektrodenkonfiguration und eine anzuzeigende voll­ ständige Tabellenstruktur. Das "triangle"-Unterprogramm ent­ hält eine Vielzahl von Routinen, um eine Sechsecktabelle und eine Dreiecktabelle aufzubauen und zu löschen und auf ein neues Dreieck hin zu testen. Das "triangle"-Unterprogramm enthält ferner eine Routine, um ein Konturendiagramm zu er­ zeugen, welches mehrere Farben einer Palette implementiert.

Das Benutzersteuerungs- und Analysesystem 500 funktio­ niert als ein Analysesystem sowohl für Konzentrations- als auch Druckdaten. Das Benutzersteuerungs- und Analysesystem 500 ist in der Lage, eine genaue Repräsentation des chemi­ schen Mittels wiederzugeben, welches in jede Region 232 infundiert wird.

Das Benutzersteuerungs- und Analysesystem erlaubt es dem Benutzer auf einer Impuls-nach-Impuls-Basis die Verteilung des Fluids, die Anzahl der Impulse und aller Druckparameter zu steuern. Eine Abtastwerteausgabe des Benutzer-Steuer- und Analysesystems 500 ist in Fig. 7A bis 7D dargestellt. Fig. 7A stellt eine Tabelle der realen Elektroden 233a und eine Ta­ belle der virtuellen Elektroden 233b dar. Fig. 7B bis 7C stellen Abtastwertedreieckstabellen dar.

Für den Fachmann auf diesem Gebiet wird es offensichtlich sein, daß verschiedene Modifikationen und Varianten in dem System und dem Verfahren der vorliegenden Erfindung durchge­ führt werden können, ohne von dem Schutzumfang oder dem Er­ findungsgedanken der Erfindung abzuweichen. Somit soll die vorliegende Erfindung die Modifikationen und Varianten dieser Erfindung abdecken, sofern sie innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente liegen.

Claims (31)

1. System zur Überwachung und Regelung von Druck in einem sich bewegenden Fluidstrom innerhalb eines Kanals, wobei das System aufweist:
eine Infusionsanordnung, mit:
einem Katheter mit einer Reihe um eine Außenum­ fangsoberfläche verteilten Löchern,
einer Injektionseinrichtung zum Einführen eines Fluids in den Katheter, und
einer Pumpe zum Zuführen von Fluid zu der Injek­ tionseinrichtung;
ein Datensammelsystem, mit:
einem ersten Druckmeßwandler, der an einer Druck­ kammer der Pumpe angebracht ist, und
einem zweiten Druckmeßwandler, der an dem Ende des Katheters zum Messen des Druckes an einer Druck­ kammerleitung des Katheters angeordnet ist;
ein Datenverarbeitungs- und Steuerungssystem zum Verar­ beiten der aus dem an dem Ende des Katheters angeordneten zweiten Druckmeßwandlers gesammelten Daten und zum Steu­ ern der Operationen der Infusionsanordnung auf der Basis eines Vergleichs von mehreren von dem Datensammelsystem empfangenen ausgewählten Werten und Daten; und
ein Benutzersteuerungs- und Analysesystem, um einen Be­ nutzereingriff zu ermöglichen.

2. System nach Anspruch 1, wobei die Infusionsanordnung ei­ nen Schrittmotor und eine Schrittmotorsteuerung für den Betrieb der Pumpe aufweist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Injektionsein­ richtung eine Spritze aufweist, und wobei ein Magnetven­ til das Pumpen aus der Spritze zu dem Katheter steuert.

4. System nach Anspruch 3, mit einem elektronischen Pumpschalter zum Erzeugen eines Signals, wenn die Spritze voll ist, und einem elektronischen Nachfüllschalter, zum Erzeugen eines Signals, wenn die Spritze leer ist.

5. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit einem Druckschalter zum Einstellen eines gewünschten Pumpdruckes.

6. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Druckmeßwandler ein Harvard-Druckwandler in einer Wand des Kanals ist, und der zweite Druckmeßwandler ein piezo-resistiver Druckmeßwandler an einem proximalen Ende des Katheters ist.

7. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Datenverarbeitungs- und Steuerungssystem ferner eine Druckmeßeinrichtung zum Ausgeben von Signalen an die In­ fusionsanordnung aufweist.

8. System nach Anspruch 7, welches ferner ein Drucküberwa­ chungssystem mit einem Verstärker, einem A/D-Wandler und einer CPU aufweist.

9. System nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Druckmeßeinrich­ tung eine Einrichtung zum Steuern der Infusion auf der Basis mehrerer Druckparameter, einschließlich einer Im­ pulsbreite und einer Totzeit aufweist.

10. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Benutzersteuerungs- und Analysesystem es dem Benutzer er­ möglicht, einen oder mehrere gewünschte Werte und Parame­ ter auszuwählen.

11. System für die Überwachung und die Regelung von Druck- und Konzentration in einem sich bewegenden Fluidstrom in­ nerhalb eines Kanals, wobei der Fluidstrom ein erstes Fluid enthält und das System aufweist:
eine Infusionsanordnung, mit:
einem Katheter mit einer Reihe von um eine Außen­ oberfläche verteilten Löchern,
einer Injektionseinrichtung zum Einführen eines zweiten Fluids in den Katheter, um ein Lösungsgemisch zu erzeugen, und
einer Pumpe zum Zuführen des zweiten Fluids zu der Injektionseinrichtung;
ein Datensammelsystem, mit:
einem an einer Druckkammer der Pumpe befestigten ersten Druckmeßwandler,
einem an dem Ende des Katheters befestigten zwei­ ten Druckmeßwandler, und
einer Sensoreinrichtung innerhalb des Kanals zum Messen einer Leitfähigkeit des Lösungsgemisches;
eine Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung mit einer Umwandlungseinrichtung zum Umwandeln der gemessenen Leitfähigkeit in einen Konzentrationswert, und eine Steuerungseinrichtung zum Steuern des Betriebs der Infu­ sionsanordnung auf der Basis eines Vergleichs von mehre­ ren ausgewählten Werten mit Daten, welche von dem Daten­ sammelsystem erhalten werden; und
ein Benutzersteuerungs- und Analysesystem, um einen Be­ nutzereingriff zu ermöglichen.

12. System nach Anspruch 11, wobei die Sensoreinrichtung in­ nerhalb des Kanals eine Sonde mit mehreren realen Elek­ troden aufweist.

13. System nach Anspruch 12, wobei die Sonde neunzehn reale Elektroden aufweist.

14. System nach Anspruch 12 oder 13, wobei eine primäre vir­ tuelle Elektrode an einem Mittelpunkt zwischen beliebigen zwei von den realen Elektroden angeordnet ist.

15. System nach Anspruch 14, wobei die realen Elektroden und die primären virtuellen Elektroden verbunden werden kön­ nen, um sechsundneunzig gleichseitige Dreiecke für die Analyse der Leitfähigkeit in mehreren spezifizierten Re­ gionen innerhalb des Kanals auszubilden.

16. System nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei das Da­ tenverarbeitungs- und Steuerungssystem die Leitfähigkeit in einer spezifizierten Region des Kanals berechnet, in­ dem sie die Leitfähigkeit in einer Region zwischen zwei Elektroden berechnet.

17. System nach einem der Ansprüche 11 bis 16, ferner mit ei­ ner Einrichtung zum Darstellen von Leitfähigkeitsmessun­ gen während einer Anfangsperiode des Stroms des zweiten Fluids durch den Katheter, wobei die Anfangsperiode zwi­ schen 10 und 18 µs liegt.

18. System nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei die Da­ tenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung eine Leitfä­ higkeitsmeßeinrichtung mit einem Verstärker, einem A/D- Wandler und einer CPU für die Verarbeitung von dem Daten­ sammelsystem aufgenommenen Leitfähigkeitsmessungen auf­ weist.

19. System nach Anspruch 18, wobei der A/D-Wandler einen Mi­ kroprozessorchip aufweist, welcher unter Verwendung einer hexadezimalen Assemblerprogrammiersprache programmiert wird.

20. System nach einem der Ansprüche 11 bis 19, wobei das Be­ nutzersteuerungs- und Analysesystem eine oder mehrere Aufziehmenüs aufweist, damit der Benutzer eine oder meh­ rere Betrachtungsoptionen auswählt.

21. System nach einem der Ansprüche 11 bis 20, wobei es das Benutzersteuerungs- und Analysesystem dem Benutzer er­ laubt, eine oder mehrere von spezifischen Meßregionen durch Auswählen von einem oder mehreren Elektrodenpaaren auszuwählen.

22. System nach einem der Ansprüche 11 bis 21, wobei die Steuerungseinrichtung es einem Benutzer ermöglicht, einen Druckschwellenwert zu wählen.

23. System nach einem der Ansprüche 11 bis 22, wobei die Steuerungseinrichtung es dem Benutzer ermöglicht, vorauf­ gezeichnete Testdaten abzuspielen.

24. System nach einem der Ansprüche 11 bis 23, wobei die In­ fusionsanordnung einen Schrittmotor und eine Schrittmo­ torsteuerung für den Betrieb der Pumpe aufweist.

25. System nach einem der Ansprüche 11 bis 24, wobei die In­ jektionseinrichtung eine Spritze aufweist, und wobei ein Magnetventil das Pumpen aus der Spritze zu dem Katheter steuert.

26. System nach Anspruch 25, ferner mit einem elektronischen Pumpschalter zum Erzeugen eines Signals, wenn die Spritze voll ist, und einem elektronischen Nachfüllschalter, zum Erzeugen eines Signals, wenn die Spritze leer ist.

27. System nach einem der Ansprüche 11 bis 26, ferner mit ei­ nem Druckschalter zum Einstellen eines gewünschten Pump­ druckes.

28. System nach einem der Ansprüche 11 bis 27, wobei der er­ ste Druckmeßwandler ein Harvard-Druckwandler in einer Wand des Kanals ist, und der zweite Druckmeßwandler ein piezo-resistiver Druckmeßwandler an einem proximalen Ende des Katheters ist.

29. System nach einem der Ansprüche 11 bis 28, wobei das Da­ tenverarbeitungs- und Steuerungssystem ferner eine Druck­ meßeinrichtung zum Ausgeben von Signalen an die Infusi­ onsanordnung aufweist.

30. System nach Anspruch 29, welches ferner ein Drucküberwa­ chungssystem mit einem Verstärker, einem A/D-Wandler und einer CPU aufweist.

31. System nach Anspruch 29 oder 30, wobei die Druckmeßein­ richtung eine Einrichtung zum Steuern der Infusion auf der Basis mehrerer Druckparameter, einschließlich einer Impulsbreite und einer Totzeit aufweist.