DE102005056310B4

DE102005056310B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung von Infusionen

Info

Publication number: DE102005056310B4
Application number: DE102005056310.4A
Authority: DE
Inventors: Prof. Dr. Meyer Jörg-Uwe; Dr. Polzius Rainer; Dr. Tschuncky Peter; Dr. Hengstenberg Andreas; Götz Kullik
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2025-11-26
Also published as: DE102005056310A1; FR2893850A1; US20070123775A1

Abstract

Verfahren zur Überwachung von Infusionen an einem Patienten (1) mittels einer der zugeführten Infusionslösung aufgeprägten Veränderung einer physikalischen Eigenschaft, welche im oder am Patienten (1) gemessen wird, wobei die veränderliche Eigenschaft der Druck, die Temperatur, eine elektrische, eine elektromagnetische, eine akustische oder eine optische Eigenschaft der Infusionslösung ist, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgeprägte Veränderung zeitlich veränderlich in Form eines zyklischen Pulses oder Pulsmusters mit Modulation erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von Infusionen an einem Patienten mittels einer mit der Infusionslösung zugeführten Markierungssubstanz oder einem Medikament oder mittels einer der zugeführten Infusionslösung aufgeprägten Veränderung einer physikalischen Eigenschaft.
Die grundsätzliche Methode der Infusion eines Wirkstoffes in einen Patienten und die anschließende intrakorporale Analytik ist aus der allgemeinen Definition des Fachbegriffs „Pharmakokinetik” bekannt.
In der medizinischen Infusionsanwendung gibt es derzeit nur eine Überwachung der Dosierung in der Infusionsleitung außerhalb des Organismus des Patienten. Dazu wird beispielsweise der Infusionsdruck und manchmal der Volumenfluss in der Infusionsleitung überwacht, zum Beispiel mittels eines Tropfenzählers oder eines thermischen Volumenstromsensors gemäß deutschem Gebrauchsmuster G 92 15 265.1 U1 . Des Weiteren ist eine Überwachung bei Stenosen in der Infusionsleitung zum Beispiel durch eine Überdruckkontrolle bei Spritzenpumpen realisiert.
In der WO 94/00602 A1 ist es offenbart, die einem Patienten zugeführte pharmazeutische Darreichungsform eines Medikamentes und dessen physikalische Parameter zu messen.
Die Überwachung von Infusionen in einem Patienten basierend auf der Veränderlichkeit physikalischer Eigenschaften wie zum Beispiel Druck oder anderer physikalischer Eigenschaften vorzunehmen, ist beispielsweise aus der Internationalen Anmeldung WO 2005/007223 A2 bekannt.
Eine nicht-invasive Überwachung eines Wirkstoffes einer Infusion ist beispielsweise aus der WO 98/07364 A1 bekannt.
Zur Zeit wird bei der Infusion von Medikamenten nicht überwacht, ob das Medikament trotz erfolgter Dosierung tatsächlich und in der berechneten Menge in den Körper des Menschen oder Tieres gelangt. Wenn beispielsweise die Kanüle des intravenösen Zugangs nicht sicher platziert ist, gelangt das mit der Infusionslösung transportierte Medikament nicht in den Organismus und weder Druck- noch Volumenstromüberwachung der Dosiereinheit erkennen den Fehler.
Somit besteht die Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung eines sicheren Verfahrens mit Vorrichtung zur Überwachung des Mengenstroms des tatsächlich infundierten Medikaments oder der Infusionslösung in den Organismus des Patienten.
Die Lösung der Aufgabe erhält man mit dem Verfahren nach Anspruch 1.
Gemäß Anspruch 1 wird ein Verfahren zur Überwachung von Infusionen an einem Patienten mittels einer der zugeführten Infusionslösung aufgeprägten Veränderung einer physikalischen Eigenschaft vorgeschlagen, wobei die physikalische Eigenschaft im oder am Patienten gemessen wird, wobei die veränderliche Eigenschaft der Druck, die Temperatur, eine elektrische, eine elektromagnetische, eine akustische oder eine optische Eigenschaft der Infusionslösung ist, wobei die aufgeprägte Veränderung zeitlich veränderlich in Form eines zyklischen Pulses oder Pulsmusters mit Modulation erfolgt.
Die Unteransprüche geben vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des genannten Verfahrens an.
Der Infusionslösung kann eine physiologisch unbedenkliche Markierungsstubstanz oder ein Medikament zugesetzt werden, deren Anwesenheit und/oder Menge im Organismus mittels eines spezifisch ansprechenden Sensors bestimmt wird.
Spezifisch ansprechende Sensoren für die Infusionskontrolle werden insbesondere drahtlos betrieben, beispielsweise durch Funk.
Die Markierungssubstanzen können beispielsweise Nanopartikel oder Farbstoffe sein.
Eine mögliche Veränderung einer physikalischen Eigenschaft der Infusionslösung ist beispielsweise eine Temperaturerhöhung unmittelbar vor der Kanüle und eine Temperaturmessung an der Vene unmittelbar flussabwärts der Kanüle. Die aufgeprägte Temperaturerhöhung kann auch dynamisch moduliert werden, beispielsweise in Form eines zyklischen Pulses oder Pulsmusters.
Stoffliche Markierungssubstanzen können beispielsweise optische oder magnetische „Kontrastmittel” wie zum Beispiel „ICG-Pulsion” der Firma Pulsion Medical Systems AG mit dem Wirkstoff Indocyaningrün sein oder nanokristalline magnetische Partikel mit einem magnetischen Eisenoxidkern. Derartige Markierungssubstanzen werden während der Zirkulation durch den Körper entweder weitgehend verstoffwechselt oder aber überhaupt nicht verstoffwechselt und unverändert schnell ausgeschieden. Stoffliche Markierungssubstanzen können durch physikalische oder chemische Analyseverfahren detektiert werden.
Werden magnetische Markierungssubstanzen oder ein Medikament mit inerten magnetischen Nanopartikeln mit der Infusion verabreicht, lassen sich diese nach deren Austritt in die Blutgefäße kurz hinter dem Infusionseintrittsort mit Hilfe eines insbesondere induktiven Magnetdetektors nachweisen. Bedingt durch die Elimination von Markierungssubstanzen zum Beispiel in Form von Nanopartikeln im Blutstrom durch zelluläre Prozesse ist der eindeutige Bezug zum Infusionsprozess gewährleistet, da ein Rückfluss der magnetischen Markierungssubstanzen oder magnetischen Nanopartikel zum Infusionsort ausgeschlossen ist. Besonders bevorzugt sind größere Nanopartikel mit einer mittleren Partikelgröße von mindestens etwa 300 Nanometer, die schneller im Organismus eliminiert werden als kleinere Partikel. Zur Erhöhung der Eliminationsrate lassen sich bei Bedarf auch molekulare Anker auf der Oberfläche der Nanopartikel fixieren.
Der Magnetdetektor wird in der Nähe des Infusionseintrittsortes auf der Hautoberfläche des Patienten angebracht und ermöglicht auf diese Weise eine nicht-invasive Überwachung des Infusionsvorgangs.
Als stoffliche optische Markierungssubstanzen eignen sich speziell niedermolekulare Substanzen, die über ihre optischen Eigenschaften mittels Absorptions- oder Fluoreszenzdetektion erfasst werden können. Bevorzugt werden Fluorophore eingesetzt, die sich durch die Bindung an Blutbestandteile quenchen lassen.
Dabei kann der Infusionslösung mittels einer zusätzlichen Dosiereinrichtung ein Indikatorfarbstoff zugesetzt werden, der das Signal der an sich bekannten Oxymetrie für die infrarot-optische Messung des Sauerstoffpartialdrucks beeinflusst. Zum Beispiel löschen Indocyaningrün, Methylenblau und Indigocarmin das Signal des Oxymeters. Wenn die Nadel disloziert, erscheint das physiologische Signal des venösen Blutstroms. Als stoffliche Markierungssubstanz ist weiterhin das dosierte Medikament ohne besondere, separat zugesetzte Markierungssubstanz geeignet, wenn es über ein charakteristisches optisches Infrarot-Absorptionsspektrum verfügt. Dabei kann mit Hilfe eines reflektorischen Infrarot-Messsensors in der Nähe des Infusionseintrittsortes auf die Präsenz des Medikaments gemessen werden.
Eine andere weitere mögliche stoffliche Markierungssubstanz ist gelöster Sauerstoff in bekannter Konzentration. Aus dem Konzentrationsunterschied in der venösen Blutbahn kurz vor dem Infusionszugang in den Organismus und kurz dahinter wird dann die Menge der infundierten Lösung und die Menge des infundierten Wirkstoffs berechnet. Das Verfahren sieht eine Anreicherung der Infusionslösung mit zugesetztem Sauerstoff vor, wobei die Zunahme der Sauerstoffsättigung des Hämoglobins mit Hilfe eines reflektorisch arbeitenden Oxymeters gemessen wird. Dabei kann die Infusionslösung zyklisch mit Sauerstoff angereichert werden, um absolute Messwerte oder eine quantitative Auswertung zu vermeiden und nur relative Änderungen zu erfassen.
Durch die spezifische Ausgestaltung der Infusionsnadelspitze zum Beispiel mit einer Ultraschallquelle wird infolge des Flüssigkeitstransports in der Nadelspitze eine oszillierende physikalische Veränderung induziert. Das oszillierende Signal, zum Beispiel eine Druckänderung, wird von einem Detektor aufgenommen, der im Bereich der Position der Infusionsnadelspitze auf der Hautoberfläche fixiert ist. Da das oszillierende Signal mit dem Volumenstrom der infundierten Infusions-/Medikamentenlösung korreliert, ist auch eine quantitative Auswertung möglich.
Alternativ wird im Bereich der Dosiereinheit für die Infusionslösung ein Schallsignal in das Infusionssystem eingekoppelt. Da Flüssigkeiten Schall gut weiterleiten, kann über Einkopplung des Schallsignals in den venösen Blutstrom dieses mit Hilfe eines Schallsensors proximal an der Vene detektiert werden. Dabei kann eine Aussage über die Verbindung zwischen Dosiereinheit und venösem Blutstrom getroffen werden. Die Schalleinkopplung kann über einen Piezoschallgeber erfolgen.
Alternativ koppelt für eine Impedanzanalyse eine Elektrode einen elektrischen Wechselimpuls ein, der vorzugsweise gekoppelt an die Menge des mit der Infusionslösung dosierten Wirkstoffs moduliert wird. Dieser eingekoppelte Wechselimpuls wird über die elektrisch leitende Infusionslösung von einer Detektorelektrode am Körper des Patienten aufgenommen. Das gemessene Signal dient als Indikator, ob tatsächlich in den Körper des Patienten infundiert wird.
Eine weitere Alternative des Verfahrens besteht darin, im Bereich der Dosiereinheit für die Infusionslösung kleinste Gasblasen (microbubbles) zu generieren und der Infusionslösung proportional zur Menge des dosierten Wirkstoffs/Medikaments zuzufügen. Diese Mikroblasen werden von einem Ultraschallmesssensor detektiert, der proximal zum Infusionseintrittsort angebracht ist. Dabei wird die deutliche Reflexion des eingekoppelten Ultraschallsignals an der Phasengrenze der Mikroblasen aufgrund des großen Dichteunterschieds ausgenutzt. Alternativ werden ultraschallspezifische Markierungssubstanzen wie „Levovist” auf Basis von 99,9% Galactose und 91% Palmitinsäure als Kontrastmittel eingesetzt.
Im Falle einer invasiven Messung am Körper des Patienten wird speziell eine Nadelelektrode verwendet und die Markierungssubstanz besteht aus einem physiologisch unbedenklichen Stoff, insbesondere aus einem oder mehreren der folgenden: Sauerstoff, einem pH-aktiven Stoff, einem Salz oder Zucker, Aspirin. Die Markierungssubstanz wird parallel zum eigentlichen Medikament in der Infusionslösung dosiert. Mittels einer Nadelelektrode können die genannten Stoffe oder die durch sie hervorgerufenen Effekte im Blut des Patienten gemessen werden, beispielsweise eine pH-Wert-Änderung. Die Nadelelektrode kann dabei mit der Infusionskanüle kombiniert sein, um mit einem invasiven Zugang auszukommen.
Eine weitere Verfahrensvariante ohne zusätzliche Markierungssubstanz sieht vor, mittels einer Elektrode in das Infusionssystem einen elektrischen Wechselimpuls einzukoppeln, der insbesondere entsprechend der Menge der dosierten Infusionslösung moduliert wird. Der Wechselimpuls wird über die elektrische leitende Infusionslösung mittels Standard-EKG-Elektroden aufgenommen und über die EKG-Auswerteeinheit ausgewertet. Das erfasste Signal dient als Indikator, ob und mit welcher Dosierrate infundiert wird.
Bei einer anderen Verfahrensvariante ohne zusätzliche Markierungssubstanz moduliert die Dosiereinheit für die Infusionslösung in Abhängigkeit von der dosierten Infusionsmenge Druckimpulse in die Infusionsleitung. Diese Druckimpulse werden über eine an sich bekannte Blutdruckmessung aufgenommen und durch das hämodynamische Monitoring ausgewertet. Das gemessene Signal dient als Indikator, ob und in welchen Raten infundiert wird.
Eine weitere aufgeprägte Veränderung einer physikalischen Eigenschaft ist der sich im Infusionssystem einstellende Druck, der je nach platzierter oder dislozierter Kanüle variiert. Die Druckdifferenz zwischen venösem Blutdruck an der Kanüle und atmosphärischem Luftdruck wird ausgewertet und dient als Indikator, ob infundiert wird, allerdings ohne quantitative Mengenauswerlung des infundierten Medikaments/Wirkstoffs.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren ist es vielfach besonders vorteilhaft, das am Patienten bereits vorhandene Monitoring zu nutzen und keine spezielle Sensorik und/oder keine spezielle Auswerteeinheit zu benötigen. Ein Beispiel ist die Nutzung des vorhandenen hämodynamischen Blutdruckmonitoring zur Überwachung der Infusion.
Im Folgenden werden mit Hilfe der beiden Figuren Ausführungsbeispiele für zwei in schematisch dargestellte Vorrichtungen zur Durchführung eines Verfahrens zur Überwachung von Infusionen an einem Patienten erläutert:
Gemäß 1 wird ein Patient 1 mittels einer Dosiereinheit 2 mit einer Infusionslösung intravenös versorgt. Mittels einer zusätzlichen Dosiereinrichtung wird in die Leitung zum Patienten 1 eine Markierungssubstanz 3, beispielsweise ein optischer Indikatorfarbstoff, dosiert. Ein drahtlos betriebener, insbesondere alarmfähiger Sensor 5 am Patienten 1 in unmittelbarer Nähe stromabwärts der Infusionsstelle wertet die Signale aus. Mittels der symbolisch dargestellten Antennen 7 erfolgt die Signalübertragung vom Sensor 5 an die Auswerteeinheit 6.
In Abhängigkeit vom Signal des Sensors 5 wird von der Auswerteeinheit 6 ein Alarm abgegeben, wenn das Signal des Sensors 5 die Anwesenheit und/oder Menge der zudosierten Markierungssubstanz 3 nicht ermittelt. Der entsprechende Sollwert der zudosierten Markierungssubstanz 3 ist in der Auswerteeinheit 6 hinterlegt.
In 2 ist zur alternativen Durchführung eines Verfahrens zur überwachung von Infusionen bei ansonsten gleichen Bauelementen statt einer zusätzlichen Dosiereinrichtung für eine Markierungssubstanz 3 ein Signalgeber 4 in der Infusionsleitung zum Patienten 1 angeordnet. Mittels des Signalgebers 4 wird eine gezielte Veränderung einer physikalischen Eigenschaft der Infusionslösung dieser aufgeprägt, beispielsweise mittels eines Piezoschallgebers ein Pulsmuster mit Modulation. Alternativ wird mittels Elektroden ein elektrischer Wechselimpuls der Infusionslösung aufgeprägt. Die entsprechende Messung am Patienten 1 erfolgt wieder mittels eines drahtlos Signale an eine Auswerteeinheit 6 übertragenden Sensors 5, nämlich entweder mittels eines empfindlichen Schall- bzw. Drucksensors oder einer Elektrodenanordnung an der Infusionsstelle des Patienten.
In Abhängigkeit vom Signal des Sensors 5 wird ein Alarm von der Auswerteeinheit 6 abgegeben, wenn das Signal des Sensors 5 die Anwesenheit der aufgeprägten physikalisch veränderlichen Eigenschaft nicht (mehr) ermittelt oder unterhalb eines vorgegebenen Soll- oder Referenzwertes verbleibt.

Claims

Verfahren zur Überwachung von Infusionen an einem Patienten (1) mittels einer der zugeführten Infusionslösung aufgeprägten Veränderung einer physikalischen Eigenschaft, welche im oder am Patienten (1) gemessen wird, wobei die veränderliche Eigenschaft der Druck, die Temperatur, eine elektrische, eine elektromagnetische, eine akustische oder eine optische Eigenschaft der Infusionslösung ist, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgeprägte Veränderung zeitlich veränderlich in Form eines zyklischen Pulses oder Pulsmusters mit Modulation erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die aufgeprägte Veränderung der physikalischen Eigenschaft der Infusionslösung mittels eines nicht-invasiven Sensors (5) am Körper des Patienten (1) am Blutgefäß stromabwärts des Infusionseintrittsortes in den Patienten (1) gemessen wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2 mit – einer Dosiereinheit (2) für die Infusionslösung, – einer der zugeführten Infusionslösung mittels eines Signalgebers (4) aufgeprägten Veränderung einer physikalischen Eigenschaft, – einem auf die physikalische Eigenschaft ansprechenden Sensor (5) am Körper des Patienten (1), so dass – in Abhängigkeit vom Signal des Sensors (5) ein Alarm abgegeben wird, wenn das Signal des Sensors (5) die Anwesenheit der physikalischen Eigenschaft nach Vergleich mit eingestellten Werten nicht ermittelt, – wobei die veränderliche Eigenschaft der Druck, die Temperatur, eine elektrische, eine elektromagnetische, eine akustische oder eine optische Eigenschaft der Infusionslösung ist. – dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (4) die aufgeprägte Veränderung zeitlich veränderlich bestimmt – wobei die aufgeprägte Veränderung zeitlich veränderlich in Form eines zyklischen Pulses oder Pulsmusters mit Modulation erfolgt.