DE102009009231A1

DE102009009231A1 - Einrichtung und Verfahren zur Förderung einer Flüssigkeit zu medizinischen Zwecken

Info

Publication number: DE102009009231A1
Application number: DE102009009231A
Authority: DE
Inventors: Konrad-Wenzel Winkler; Andreas Runow
Original assignee: Human Med AG
Current assignee: Human Med AG
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2009-02-17
Publication date: 2010-08-26
Anticipated expiration: 2029-02-18
Also published as: DE102009009231B4; US20110301627A1; EP2399032A2; WO2010094606A2; WO2010094606A3; DE102009009231B9

Abstract

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, das Sicherheitsmanagement einer gattungsgemäßen Einrichtung und ein dementsprechendes Verfahren zur Förderung einer Flüssigkeit zu verbessern. Dazu wird vorgeschlagen, dass die Messeinrichtung (17, 17') und die Regeleinrichtung (16) so ausgebildet sind, dass die Sicherheitsschaltung der Regeleinrichtung (16) die Pumpe (2) abschaltet, wenn ein unterer Grenzwert Ides Flüssigkeitsstromes unterschritten wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Förderung einer Flüssigkeit, bestehend aus einer angetriebenen Pumpe, einer Eingabeeinrichtung für einen Sollwert mindestens eines den Flüssigkeitsstrom kennzeichnenden Parameters, einer Messeinrichtung für den Istwert des Parameters und einer Regeleinrichtung zur Ermittlung der Regeldifferenz und zur Abgabe einer Stellgröße für die Pumpe, wobei die Regeleinrichtung mit einer Sicherheitsschaltung ausgestattet ist.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Förderung einer Flüssigkeit zu medizinischen Zwecken, bei dem die aktuelle Durchflussmenge des Flüssigkeitsstromes ermittelt und mit einem eingegebenen Sollwert verglichen und bei einer Abweichung vom Sollwert korrigiert wird.
Derartige Einrichtungen und Verfahren werden in der Medizintechnik eingesetzt.
Es gibt in der Medizintechnik eine Reihe von Anwendungen, wo ein Flüssigkeitsstrom in Kontakt mit dem menschlichen Körper gerät. Dabei muss dieser Flüssigkeitsstrom bestimmte Parameter besitzen und Bedingungen erfüllen, um einerseits seine Aufgabe zu erfüllen aber andererseits den menschlichen Körper nicht zu gefährden oder zu beschädigen. Zur Abwehr von Gefahren und Schäden muss die entsprechende Einrichtung mit einem zuverlässigen Sicherheitsmanagement ausgestattet sein.
Aus der DE 25 35 650 ist beispielsweise eine elektrisch angetriebene Rollen-Schlauchpumpe bekannt, die menschliches Blut in einem extrakorporalen Kreislauf über eine Blutreinigungsmaschine transportiert. Zur Gewährleistung einer weitestgehend konstanten und an bestimmte äußere Bedingungen geknüpften Förderleistung wird die Durchflussmenge des Blutstromes über die elektrische Leistungsaufnahme des Elektromotors ermittelt und angezeigt. Im Vergleich mit einer vorbestimmten Durchflussmenge können Korrekturen an der Förderleistung der Rollenpumpe vorgenommen werden.
In der DE 10 2004 028 361 B3 wird eine Spüleinrichtung für die Endoskopie beschrieben, mit der ein Operationsfeld in einem menschlichen Körper oder die im Bereich des Operationsfeldes befindliche Optik des Endoskops gereinigt werden soll. Zur Vermeidung von Gefährdungen des Patienten beispielsweise durch das Platzen eines Schlauches, der sich teilweise im menschlichen Körper befindet, wird über die Leistungsaufnahme des elektrischen Motors ständig die Durchflussmenge der Rollenpumpe ermittelt und bei Erreichen eines kritischen Wertes durch eine Spannungsregelung des die Rollenpumpe antreibenden Motors reduziert oder gar abgebrochen.
Ein weiter Einsatzfall ergibt sich aus der DE 203 09 616 U1 , in der eine Wasserstrahleinrichtung zum Trennen einer biologischen Struktur beschrieben ist. Diese Trenneinrichtung entspricht in ihrem gerätetechnischen Aufbau dem Aufbau der voran beschriebenen Spüleinrichtung, wobei an Stelle einer Rollenpumpe eine Kolbenpumpe zum Einsatz kommt. Auf Grund der unterschiedlichen Aufgabe arbeitet die Trenneinrichtung lediglich im höheren Druckbereich. Das verlangt eine besondere Sicherung. In der praktischen Ausführung ist die Trenneinrichtung dann auch mit einer Regeleinrichtung ausgerüstet, die ebenfalls die Durchflussmenge des Flüssigkeitsstromes über die Leistungsaufnahme des die Kolbenpumpe antreibenden elektrischen Motors ermittelt und die Förderleistung der Pumpe über eine Veränderung der elektrischen Spannung am Motor verringert oder sogar abschaltet.
Alle diese Einrichtungen haben gemeinsam den Nachteil, dass die Unterschreitung eines unteren Grenzwertes des Flüssigkeitsstromes unbeachtet bleibt. So kann eine Unter schreitung des unteren Flüssigkeitsgrenzwertes damit zusammen hängen, dass die Pumpe wegen einer inneren Undichtheit einen Leistungsabfall hat oder dass Luft in den Flüssigkeitsstrom gelangt ist oder dass die Wasserzufuhr unterbrochen ist. So kann beispielsweise Luft in den Flüssigkeitsstrom eintreten, wenn im Saugbereich der Einrichtung äußere Undichtheiten auftreten oder wenn der Vorratsbehälter leer ist oder unsachgemäß gewechselt wird. Die Unterschreitung eines zulässigen Flüssigkeitsstromes oder der Einschluss von Luft bleibt dem Operateur in der Regel verborgen und so kann es passieren, dass in der Folge Luft mit allen seinen schädigenden Einflüssen in den menschlichen Körper gelangt, Gewebeteile trocken abgesaugt werden, weil wegen der fehlenden Flüssigkeit keine Trennung erfolgen kann, und der Patient obendrein nicht ausreichend mit Medikamenten versorgt wird, die in der Flüssigkeit enthalten sind. Alles das belastet oder schädigt den menschlichen Körper des Patienten im erheblichen Maße.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, das Sicherheitsmanagement einer gattungsgemäßen Einrichtung und ein dementsprechendes Verfahrens zur Förderung einer Flüssigkeit zu verbessern.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Messeinrichtung und die Regeleinrichtung so ausgebildet sind, dass die Sicherheitsschaltung der Regeleinrichtung die Pumpe abschaltet, wenn ein unterer Grenzwert I_min des Flüssigkeitsstromes unterschritten wird. Die neue Einrichtung und das neue Verfahren beseitigen die genannten Nachteile des Standes der Technik.
Dabei liegt der besondere Vorteil darin, dass jetzt auch eine Unterschreitung eines unteren Grenzwertes einer zulässigen Durchflussmenge abgesichert ist. Anders als bei der unzulässigen Überschreitung einer Obergrenze des Leistungsbereiches, wo die Pumpe in der Regel wieder in den zulässigen Leistungsbereich runtergeregelt werden kann, wird die Pumpe bei einer Unterschreitung einer Untergrenze generell abgeschaltet. Eine einfache Erhöhung der Pumpenleistung würde nur zu einem erhöhten Lufteintrag führen. So ergibt sich die Möglichkeit, die Ursachen der Leistungsminderung zu ergründen und zu beseitigen, ohne dass sich Gefährdungen und Schädigungen für den Patienten ergeben. Das erhöht die Qualität der medizinischen Handlungen und schont den Patienten. Dabei ist die neue Einrichtung einfach im technischen Aufbau und damit leicht herzustellen. Damit bleiben die Herstellungskosten gering. Die neuen Merkmale lassen sich auch in eine bereits bestehende Einrichtung nachrüsten, was eine wesentliche Kostenersparnis bedeutet. Obendrein sind die neue Einrichtung leicht zu bedienen und das neue Verfahren einfach anzuwenden.
Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2, 3, 4, 6 und 7.
Die Erfindung soll anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Dazu zeigen:
1: eine Einrichtung zur Förderung eines Flüssigkeitsstromes als Trenneinrichtung in einer ersten Ausführungsform,
2: eine Einrichtung zur Förderung des Flüssigkeitsstromes als Trenneinrichtung in einer zweiten Ausführungsform,
3: ein Laststrom-Zeit-Diagramm der Einrichtung zum Fördern eines Flüssigkeitsstromes.
Nach den 1 und 2 besteht die Wasserstrahleinrichtung zum Trennen einer biologischen Struktur aus einem Vorratsbehälter 1 für die zu verwendende Trennflüssigkeit, einer hydraulischen Pumpe 2 in der Form einer Kolben-Zylinder-Einheit und einem Operationshandstück 3. Dabei ist die Kolben-Zylinder-Einheit 2 einerseits über eine Saugleitung 4 mit dem Vorratsbehälter 1 und andererseits über eine Druckleitung 5 mit dem Operationshandstück 3 verbunden.
Das Operationshandstück 3 besteht in bekannter Weise aus einem Handstück 6 und einem Druck- und Saugrohr 7. Das Druck- und Saugrohr 7 besitzt eine innen liegende Druckkanüle mit einer am Ende befindlichen Austrittsdüse 8, die mit der zur Pumpe 2 führenden Druckleitung 5 in Verbindung steht. Das Druck- und Saugrohr 7 besitzt wei terhin ein Saugrohr, das die Druckkanüle unter Bildung eines Ringkanals ummantelt und das über eine Absaugleitung 9 und eine angetriebene Absaugpumpe 10 mit einem Aufnahmetank 11 verbunden ist. Dazu besitzt das Saugrohr weiterhin an seinem Umfang verteilt angeordnete radiale Absaugöffnungen 12 zur Aufnahme der abgetrennten Gewebeteilchen und der angesammelten Trennflüssigkeit.
Die Pumpe 2 ist mit einem vorzugsweise elektrischen Antrieb 13 und einem Getriebe 14 verbunden.
Der Antrieb 13 ist mit einer Eingabeeinrichtung 15 und mit einer Regeleinrichtung 16 ausgestattet, wobei die Eingabeeinrichtung 15 so ausgestaltet ist, dass ein Sollwert von ein oder mehreren Parameter eingegeben werden kann, der die Durchflussmenge des gewünschten Flüssigkeitsstromes kennzeichnet. Die Regeleinrichtung 16 befindet sich zwischen der Eingabeeinrichtung 15 und dem Antrieb 13 und ist so ausgestaltet, dass der eingegebene Sollwert als Stellgröße zur Aktivierung des Antriebs 13 und ein ankommendes Messsignal bewertet und in eine Stellgröße zur Verstellung des Antriebs 13 umgewandelt werden kann. Das erforderliche Messsignal zur Verstellung des Antriebs 13 wird von einer analog oder digital arbeitenden Messeinrichtung 17 erzeugt.
Gemäß der 1 für die erste Ausführungsform der Einrichtung zum Fördern einer Flüssigkeit ist diese Messeinrichtung 17 zur Messung der elektrischen Stromstärke des Antriebs 13 der Pumpe 2 ausgeführt und ist demnach eingangsseitig mit dem Antrieb 13 und ausgangsseitig mit der Regeleinrichtung 16 verbunden.
Im laufenden Betrieb der Pumpe 13 ermittelt die Messeinrichtung 17 die aktuelle elektrische Stromstärke des Antriebs 13 und überträgt sie auf die Regeleinrichtung 16, die eine Umrechnung auf die Strömungsmenge der Flüssigkeit vornimmt und diesen Istwert mit dem eingegebenen Sollwert der Strömungsmenge vergleicht. Bei einer Überschreitung eines oberen Grenzwertes der zulässigen Strömungsmenge wird die elektrische Spannung des Antriebs 13 nach unten verändert, um die aktuelle Strömungsmenge wieder an die zulässige Strömungsmenge anzupassen. Dabei kann an Stelle der Anpassung des Istwertes an den Sollwert auch eine Abschaltung des Antriebs 13 vorgesehen sein. Bei einer Unterschreitung eines unteren Grenzwertes der Strömungsmenge wird die Pumpe 2 sofort oder mit einer Zeitverzögerung abgeschaltet.
Gemäß der 2 für die zweite Ausführungsform der Einrichtung zum Fördern einer Flüssigkeit ist die Messeinrichtung 17 zur Messung einer hydraulischen Messgröße des Flüssigkeitsstromes ausgelegt. So kann die Messeinrichtung 17' beispielsweise ein hydraulisches Durchflussmengenmessgerät sein. Die Messeinrichtung kann aber auch ein optischer Detektor oder Ultraschall-Detektor zum Nachweis von Luftblasen in der Flüssigkeit sein, die Rückschlüsse auf die Durchflussmenge zulassen. Diese Messeinrichtung 17' befindet sich in der vorliegenden Ausführungsform im Bereich der hydraulischen Kammern der Pumpe 2. Bei einer entsprechenden konstruktiven Auslegung kann die Messeinrichtung 17' auch im Bereich der Saugleitung 4 oder der Druckleitung 5 angeordnet sein.
Im laufenden Betrieb der Pumpe 13 ermittelt die Messeinrichtung 17' die aktuelle Durchflussmenge und überträgt sie auf die Regeleinrichtung 16, die diesen Istwert mit dem eingegebenen Sollwert der Durchflussmenge vergleicht. Bei einer Überschreitung eines oberen Grenzwertes der Durchflussmenge wird die elektrische Spannung des Antriebs 13 wie bereits beschrieben nach unten verändert oder auch abgeschaltet. Bei einer Unterschreitung eines unteren Grenzwertes der Strömungsmenge wird die Pumpe 2 sofort oder mit einer Zeitverzögerung abgeschaltet.
Die Funktion der Einrichtung und des entsprechenden Verfahrens zur Förderung einer Flüssigkeit werden nun an Hand der 3 beschrieben, die ein Laststrom-Zeit-Diagramm für eine elektrisch angetriebene Pumpe 2 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. Das Diagramm lässt weiterhin das gesamte Sicherheitsmanagement erkennen. Mit der Inbetriebnahme der Einrichtung und damit der Pumpe 2 werden druckseitig zunächst die in der Anlage befindlichen Luftmengen herausgedrückt. Dabei baut sich nur ein unwesentlicher Druck in der Druckleitung auf, sodass die Pumpe 2 nur schwach be lastet wird. Dafür benötigt die Pumpe 2 nur eine relativ geringe elektrische Stromstärke unterhalb von 1000 mA. Nach etwa 2 Sekunden ist die Entlüftung abgeschlossen und die Anlage mit der Flüssigkeit gefüllt. Dadurch baut sich auf der Druckseite ein Druck auf, der sich als erhöhte Last auf den Betrieb der Pumpe 2 auswirkt. Der Leistungsbedarf des elektrischen Antriebs 13 steigt und überschreitet die untere Grenze I_min des normalen Leistungsbereiches der Pumpe 2. In diesem Betriebszustand fließt ein Flüssigkeitsstrom mit einer zulässigen und vorbestimmten Durchflussmenge.
Die Leistungsaufnahmekurve erreicht mit einem weiteren Anstieg der elektrischen Stromstärke nach etwa 2, 5 Sekunden eine im Vorfeld empirisch festgelegte Aktivierungsgrenze I_akt, die hier bei etwa 3000 mA vorgegeben ist. Mit der erstmaligen Überschreitung dieser Aktivierungsgrenze I_akt wird das Sicherheitsmanagement der Einrichtung aktiviert, das dafür sorgt, dass die Pumpe 2 stets im normalen Leistungsbereich zwischen der unteren Grenze I_min und einer oberen Grenze I_max arbeitet.
Bei einer Überschreitung einer oberen Grenze I_max von etwa 7500 mA, die hier nach etwa 6 Sekunden stattfindet und die durch einen Bedienfehler oder einer ungewollten Querschnittsverengung bzw. Verstopfung der Druckleitung 5 eintreten kann, ergibt sich eine Gefährdung oder Schädigung des Patienten. Die Regeleinrichtung 16 erkennt die Überschreitung und schaltet die Pumpe 2 ab. Danach muss die Ursache für die Lastqüberschreitung ermittelt werden, die nur im hydraulischen System zu finden ist.
Bei einer ungewollten Verringerung der Durchflussmenge, die sich auch durch Lufteinschlüsse in der Flüssigkeit einstellen kann, kommt es zu einem Leistungsabfall des elektrischen Antriebs 13, der die Laststromkurve im gewählten Beispiel nach etwa 9 Sekunden unter die untere Grenze I_min fallen lässt. Mit dieser Unterschreitung der unteren Grenze I_mi _n des normalen Leistungsbereiches entsteht wiederum eine Gefährdung oder eine Schädigung des Patienten, sodass der elektrische Antrieb 13 sofort spannungslos geschaltet und die Förderung der Flüssigkeit unterbrochen wird. Diese Abschaltung kann in Abhängigkeit von der Anwendung fix oder träge eingestellt werden. So schaltet die Einrichtung beispielsweise fix, wenn die untere Grenze I_min bereits beim ersten Mal unterschritten wird. Träge schaltet sie, wenn über mehrere Förderperioden der Pumpe 2 der Laststrom unterhalb der unteren Grenze I_min bleibt.

1: Vorratsbehälter
2: Pumpe
3: Operationshandstück
4: Saugleitung
5: Druckleitung
6: Handstück
7: Druck- und Saugrohr
8: Austrittsdüse
9: Absaugleitung
10: Absaugpumpe
11: Aufnahmetank
12: Absaugöffnung
13: Antrieb
14: Getriebe
15: Eingabeeinrichtung
16: Regeleinrichtung
17 17': Messeinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 2535650 [0005]
- DE 102004028361 B3 [0006]
- DE 20309616 U1 [0007]

Claims

Einrichtung zur Förderung einer Flüssigkeit zu medizinischen Zwecken, bestehend aus – einer angetriebenen Pumpe (2), – einer Eingabeeinrichtung (15) für einen Sollwert mindestens eines den Flüssigkeitsstrom kennzeichnenden Parameters, – einer Messeinrichtung (17, 17') für den Istwert des Parameters und – einer Regeleinrichtung (16) zur Ermittlung der Regeldifferenz und zur Abgabe einer Stellgröße für die Pumpe (2), wobei die Regeleinrichtung (16) mit einer Sicherheitsschaltung ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (17, 17') und die Regeleinrichtung (16) so ausgebildet sind, dass die Sicherheitsschaltung der Regeleinrichtung (16) die Pumpe (2) abschaltet, wenn ein unterer Grenzwert I_min des Flüssigkeitsstromes unterschritten wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (16) so eingestellt ist, dass die Sicherheitsschaltung erst bei einem oberhalb des unteren Grenzwertes I_min liegenden Leistungswertes I_akt aktiviert wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (16) mit einer träge arbeitenden Sicherheitsschaltung ausgestattet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (2) einen elektrischen Antrieb (13) besitzt und die Messeinrichtung (17) und die Regeleinrichtung (16) zur Bewertung der elektrischen Spannung und Stromstärke des Antriebs (13) ausgelegt ist.
Verfahren zur Förderung einer Flüssigkeit zu medizinischen Zwecken, bei dem die aktuelle Durchflussmenge des Flüssigkeitsstromes ermittelt und mit einem eingegebenen Sollwert verglichen und bei einer Abweichung vom Sollwert korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsstrom bei einer Unterschreitung einer unteren Grenze I_min eines zulässigen Durchflussmengenbereiches abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsstrom erst dann abgeschaltet wird, wenn der den Flüssigkeitsstrom kennzeichnende Laststrom über eine vorbestimmte Zeit unterhalb der unteren Grenze I_min des zulässigen Durchflussmengenbereiches liegt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsstrom erst dann abgeschaltet wird, wenn der Laststrom vorher einen oberhalb der unteren Grenze des zulässigen Durchflussmengenbereiches liegenden Leistungswert I_akt überschritten hatte.