DE102009039515A1

DE102009039515A1 - Vakuumtherapievorrichtung

Info

Publication number: DE102009039515A1
Application number: DE102009039515A
Authority: DE
Inventors: Dirk Baumann; Johannes Meyer
Original assignee: VCS MEDICAL TECHNOLOGY GmbH
Current assignee: Paul Hartmann AG
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2011-03-03
Also published as: WO2011023275A1

Abstract

Eine Vakuumtherapievorrichtung zur Förderung der Heilung einer Wunde, mit einer die Wunde luftdicht abdeckenden Wundabdeckung (2) und einer die Wundabdeckung (2) mit einer Saugpumpe (8) verbindenden Drainageleitung (3) zur Erzeugung von Unterdruck an der Wunde und zum Absaugen von Wundexsudat (6), wobei zwischen der Drainageleitung (3) und der Saugpumpe (8) ein Behälter (5) zur Aufnahme des Wundexsudats (6) angeordnet ist, mit mindestens einem im Bereich der Wundabdeckung (2) oder der Drainageleitung (3) angeordneten Drucksensor (4) und mit einer Regelungseinheit (10) zur Regelung des Unterdrucks, wobei die Regelungseinheit (10) vom Drucksensor (4) einen Messwert für den Ist-Druck erhält, aus der Abweichung des Ist-Drucks von einem vorgegebenen Soll-Druck eine Regeldifferenz (22) ermittelt und die Saugpumpe (8) im Sinne einer Verringerung der Regeldifferenz (22) ansteuert, wird zur Verbesserung des Komforts für den Patienten dadurch verbessert, dass die Regelungseinheit (10) zur Regelung des Ist-Drucks einen PID-Regler (16) umfasst, der auf die Pumpleistung der Saugpumpe (8) einwirkt und so voreingestellt ist, dass die Pumpleistung einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumtherapievorrichtung zur Förderung der Heilung einer Wunde, mit einer die Wunde luftdicht abdeckenden Wundabdeckung und einer die Wundabdeckung mit einer Saugpumpe verbindenden Drainageleitung zur Erzeugung von Unterdruck an der Wunde und zum Absaugen von Wundexsudat, wobei zwischen der Drainageleitung und der Saugpumpe ein Behälter zur Aufnahme des Wundexsudats angeordnet ist, mit mindestens einem im Bereich der Wundabdeckung oder der Drainageleitung angeordneten Drucksensor und mit einer Regelungseinheit zur Regelung des Unterdrucks, wobei die Regelungseinheit vom Drucksensor einen Messwert für den Ist-Druck erhält, aus der Abweichung des Ist-Drucks von einem vorgegebenen Soll-Druck eine Regeldifferenz ermittelt und die Saugpumpe im Sinne einer Verringerung der Regeldifferenz ansteuert.
Eine gattungsgemäße Vakuumtherapievorrichtung ist aus der WO 2009/004288 A2 bekannt. Bei der bekannten Vakuumtherapievorrichtung wird die Pumpengeschwindigkeit an den gewünschten Unterdruck angepasst, damit die Pumpe nicht immer mit höchster Geschwindigkeit läuft, was nachteilig für die Feineinstellung des Wunschdrucks und außerdem mit einer größeren Geräuschentwicklung verbunden wäre. Neben der Druckdifferenz zwischen Ist-Druck und Soll-Druck wird bei der bekannten Vorrichtung auch die Pumpengeschwindigkeit ermittelt, indem der Elektromotor der Pumpe kurzzeitig im Leerlauf betrieben und die durch den sich drehenden Motor erzeugte Spannung gemessen wird. Diese Methode hat allerdings den Nachteil, dass bei der Unterbrechung des Pumpenantriebs Druckschwankungen des Ist-Drucks auftreten können und dass die Vakuumpumpe danach kurzzeitig mit höherer Geschwindigkeit betrieben werden muss, um den veränderten Ist-Druck wieder an den Soll-Druck anzunähern. Dadurch entstehen nicht nur zusätzliche Druckschwankungen des Ist-Drucks, sondern auch eine zusätzliche Geräuschentwicklung der Vakuumpumpe.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vakuumtherapievorrichtung der eingangs genannten Art hinsichtlich des Komforts für den Patienten während der Vakuumtherapie zu verbessern. Insbesondere wird eine schnelle Druckänderung von den Patienten als unangenehm bis schmerzhaft empfunden. Auch Druckspitzen, die durch Überschwinger bei der Regelung des Ist-Drucks auf den Soll-Druck entstehen, können schmerzhaft sein. Darüber hinaus wird das Geräusch der Vakuumpumpe und ihres Motors als unangenehm empfunden, wenn es ein gewisses Geräuschniveau übersteigt, insbesondere wenn der Patient schlafen will.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Regelungseinheit zur Regelung des Ist-Drucks einen PID-Regler umfasst, der auf die Pumpleistung der Saugpumpe einwirkt und so voreingestellt ist, dass die Pumpleistung einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet. Insbesondere kann der nicht zu überschreitende Wert der Pumpleistung auch durch eine entsprechende Software für die Regelungseinheit vorgegeben sein.
Durch die erfindungsgemäße Begrenzung der Pumpleistung ergeben sich zahlreiche Vorteile. Zum einen wird der Komfort für den Patienten verbessert, indem die Saugpumpe mit geringerer Saugleistung und so mit geringerer Geräuschentwicklung läuft. Zum anderen sorgt der PID-Regler durch die Kombination aus Proportionalglied (P), integrierendem Glied (I) und differenzierendem Glied (D) für eine gezielte Einstellung des Ist-Drucks auf den Soll-Druck bei verschwindendem oder vernachlässigbar geringem Überschwingen, denn der PID-Regler verringert die Pumpleistung selbsttätig bei Annäherung an den Solldruck. Dadurch werden Druckspitzen vermieden und der Komfort für den Patienten verbessert. Durch die Verwendung eines PID-Reglers kann die beim genannten Stand der Technik erforderliche Messung der Pumpengeschwindigkeit und die damit verbundenen Nachteile vermieden werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Regelungseinheit einen Mikroprozessor mit Programmspeicher umfasst und der PID-Regler als PID-Algorithmus ausgestaltet und in Form eines Computerprogramms im Programmspeicher abgelegt ist. Diese Ausführungsform lässt sich mit modernen Mikroprozessoren kostengünstig verwirklichen und hat außerdem den Vorteil, dass die Computerprogramme auf einfachste und kostengünstigste Weise an andere Einsatzbedingungen angepasst und aktualisiert werden können.
Durch die Maßnahme, dass die Pumpleistung durch Ansteuerung der Saugpumpe mittels Pulsweitenmodulation und durch Vorgabe eines der gewünschten Pumpleistung entsprechenden Tastverhältnisses erfolgt, kann die Saugpumpe auch für geringste Pumpleistungen exakt angesteuert werden. Dabei ist eine Geschwindigkeitsmessung der Pumpengeschwindigkeit nicht erforderlich.
In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein zur Ansteuerung der Pumpleistung der Saugpumpe vorgesehenes Stellsignal auf einen vorgegebenen Maximalwert begrenzt ist. Mit einer derart begrenzten Pumpleistung kommt der PID-Regler genauso gut zurecht wie mit der vollen Leistung der Saugpumpe, die ebenfalls nach oben begrenzt ist. Durch die Begrenzung der Pumpleistung wird einerseits die Geräuschentwicklung der Saugpumpe verringert. Andererseits wird verhindert, dass bei großen Regeldifferenzen zwischen Soll-Druck und Ist-Druck eine zu schnelle Anpassung des Ist-Drucks an den Soll-Druck erfolgt, welche vom Patienten als unangenehm bis schmerzhaft empfunden werden könnte.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein für die Umwandlung der Regeldifferenz in ein proportionales Stellsignal für die Pumpleistung der Saugpumpe vorgesehener Proportionalbeiwert eines Proportionalgliedes des PID-Reglers so eingestellt ist, dass die Pumpleistung einen vorgegebenen Wert auch bei maximal in Betracht kommender Regeldifferenz nicht überschreitet. Bei dieser Ausführungsform wird der Maximalwert für das Stellsignal nicht durch eine Begrenzung außerhalb des PID-Reglers, sondern durch Vorgabe eines geeigneten Proportionalbeiwertes innerhalb des PID-Reglers begrenzt. Dies hat den Vorteil, dass die Zeitkonstanten (Nachstellzeit, Vorhaltzeit) des PID-Reglers im Verhältnis zum vorgegebenen Proportionalbeiwert optimiert werden können, so dass der Soll-Wert bei gegebener Begrenzung der Pumpleistung doch so schnell wie möglich erreicht wird.
Die Erfindung wird noch verbessert durch die Maßnahme, dass im Regelbereich des Unterdrucks mehrere Unterdruckstufen vorgegeben sind und dass die Regeleinheit beim Aufbau oder Abbau des Unterdrucks zum Einstellen eines neuen Ziel-Drucks den Ist-Druck bei Erreichen einer Unterdruckstufe für eine vorgegebene Zeitspanne im Wesentlichen konstant hält, bevor sie den Aufbau oder Abbau des Unterdrucks fortsetzt. Durch den stufenweisen Auf- oder Abbau des Unterdrucks kann der PID-Regler mit Reglerbeiwerten betrieben werden, die eine schnelle Einregelung des Soll-Drucks gewährleisten. Durch die Begrenzung der Druckänderung von einer Unterdruckstufe zur nächsten wird auch die schnelle Einregelung auf den Soll-Druck vom Patienten nicht als unkomfortabel oder schmerzhaft empfunden. Die Begrenzung des Stellsignals auf einen Maximalwert oder eine besondere Einstellung des Proportionalbeiwertes des PID-Reglers wie bei den vorgenannten Ausführungsformen ist daher entbehrlich. Durch das Konstanthalten des Unterdrucks für eine vorgegebene Zeitspanne wird gewährleistet, dass keine für den Patienten unkomfortable Druckänderung auftreten kann. Im Vergleich mit der Einregelung desselben Ziel-Drucks in einem einzigen Sprung über denselben Gesamtzeitraum hat die erfindungsgemäße Maßnahme den Vorteil, dass die Druckdifferenz zum Ausgangsdruck in jedem Zeitpunkt geringer ist als bei der Ein-Sprung-Methode.
In Ausgestaltung der genannten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Druckdifferenz zwischen zwei Unterdruckstufen zwischen 2 mm Hg und 40 mm Hg, vorzugsweise zwischen 10 mm Hg und 20 mm Hg beträgt. Bei den genannten Druckdifferenzen treten für den Patienten noch keine Unannehmlichkeiten auf.
Die Erfindung kann dadurch noch verbessert werden, dass die Regelungseinheit für jede vorgesehene Unterdruckstufe über ein Tripel von im Hinblick auf eine schnelle Einregelung des vorgegebenen Unterdrucks bei geringem Überschwingen optimierten Parametern, insbesondere Proportionalbeiwert, Nachstellzeit und Vorhaltzeit für den PID-Regler verfügt. Da das gesamte Vakuumsystem einschließlich Pumpe, Vakuumleitung, Auffangbehälter für das Wundexsudat, Drainageleitung, Adapter und abgedeckter Hohlraum an der Wunde bei jedem einzuregelnden Soll-Druck anders reagiert, kann die Geschwindigkeit und Genauigkeit der Einregelung durch die genannte Maßnahme verbessert werden.
In Ausgestaltung der genannten Ausführungsform ist weiterhin vorgesehen, dass die Zeitspanne, die der Ist-Druck im Bereich einer Unterdruckstufe im Wesentlichen konstant gehalten wird, zwischen 5 sec und 300 sec, vorzugsweise zwischen 20 sec und 60 sec beträgt. Diese Zeitspannen sind im Hinblick auf eine schnelle Einregelung des Ziel-Drucks bei akzeptablem Komfort für den Patienten am besten geeignet.
Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Betrieb einer Vakuumtherapievorrichtung wie sie oben beschrieben ist, wobei die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch folgende Verfahrensschritte gelöst wird:

a) die Regelungseinheit prüft, ob zwischen Ist-Druck und einem vorgegebenen Ziel-Druck eine vorgegebene Unterdruckstufe liegt; wenn nein geht es mit b) weiter, sonst mit c);
b) die Regelungseinheit setzt den am Subtrahierer zur Ermittlung der Regeldifferenz für den PID-Regler anliegenden Soll-Druck auf den Wert des vorgegebenen Ziel-Drucks, so dass der PID-Regler den Ist-Druck auf den Ziel-Druck einregelt und macht mit a) weiter;
c) die Regelungseinheit ersetzt den am Subtrahierer zur Ermittlung der Regeldifferenz für den PID-Regler anliegenden Soll-Druck durch die dem Ist-Druck in Richtung einer Verringerung der Druckdifferenz nächstliegende Unterdruckstufe, so dass der PID-Regler den Ist-Druck auf die genannte Unterdruckstufe einregelt; nach Ablauf einer zwischen 5 sec und 300 sec, vorzugsweise zwischen 20 sec und 60 sec vorgegebenen Zeitspanne macht die Regelungseinheit mit a) weiter.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass die Einstellzeiten des PID-Reglers zur Einstellung des Ist-Drucks schnell sein können, solange die Pausen auf den jeweiligen Unterdruckstufen lang genug sind, um einen Komfortverlust beim Patienten zu vermeiden. Dabei eignet sich diese Ausführungsform des Verfahrens besonders gut für Vorrichtungen, bei denen die Unterdruckstufen absolut fixiert sein sollen, insbesondere um beispielsweise die Einstellparameter oder Reglerbeiwerte des PID-Reglers für jede Unterdruckstufe zu optimieren.
Kommt es auf fixierte Unterdruckstufen nicht an, wird ein alternatives Verfahren zum Betrieb einer Vakuumtherapievorrichtung empfohlen, welches durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

a) die Regelungseinheit prüft, ob die Druckdifferenz zwischen Ist-Druck und einem vorgegebenen Ziel-Druck eine zwischen 2 mm Hg und 40 mm Hg, vorzugsweise zwischen 10 mm Hg und 20 mm Hg, vorgegebene Differenzstufe überschreitet; wenn nein, macht sie mit b) weiter, sonst mit c);
b) die Regelungseinheit setzt den an einem Subtrahierer zur Ermittlung der Regeldifferenz für den PID-Regler anliegenden Soll-Druck auf den Wert des vorgegebenen Ziel-Drucks, so dass der PID-Regler den Ist-Druck auf den Ziel-Druck einregelt, und macht mit a) weiter;
c) die Regelungseinheit verändert den am Subtrahierer zur Ermittlung der Regeldifferenz für den PID-Regler anliegenden Soll-Druck um eine Differenzstufe in Richtung einer Verringerung der Druckdifferenz, so dass der PID-Regler den Ist-Druck auf die genannte Unterdruckstufe einregelt; nach Ablauf einer zwischen 5 sec und 300 sec, vorzugsweise zwischen 20 sec und 60 sec vorgegebenen Zeitspanne macht die Regelungseinheit mit a) weiter.

Bei einem weiteren alternativen Verfahren zum Betrieb einer Vakuumtherapievorrichtung werden die Unterdruckstufen durch Unterteilen des Druckbereichs zwischen Ist-Druck und Ziel-Druck festgelegt und dann in vorgegebenen Zeitabständen nacheinander angefahren, Dieses Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

a) die Regelungseinheit berechnet im Druckbereich zwischen Ist-Druck und einem vorgegebenen Ziel-Druck eine vorgegebene Anzahl von Unterdruckstufen, die über den gesamten Druckbereich i. W. äquidistant verteilt sind;
b) die Regelungseinheit setzt den am Subtrahierer zur Ermittlung der Regeldifferenz für den PID-Regler anliegenden Soll-Druck auf den Wert der dem Ist-Druck nächstliegenden Unterdruckstufe, so dass der PID-Regler den Ist-Druck auf die genannte Unterdruckstufe einregelt;
c) nach Ablauf einer zwischen 5 sec und 300 sec, vorzugsweise zwischen 20 sec und 60 sec vorgegebenen Zeitspanne ersetzt die Regelungseinheit den am Subtrahierer anliegenden Soll-Druck durch die in Richtung Ziel-Druck benachbarte Unterdruckstufe und wiederholt diesen Verfahrensschritt, bis sie die letzte Unterdruckstufe schließlich durch den Ziel-Druck ersetzt und der PID-Regler den Ist-Druck auf den Ziel-Druck einregelt.

Die beschriebenen Verfahren können noch verbessert werden, wenn die Regelungseinheit über mindestens ein Programm für die zeitlich abhängige, insbesondere periodisch variierende Vorgabe von Ziel-Druck-Werten verfügt. Durch diese Maßnahme kann die Vakuumtherapievorrichtung für eine Vielzahl unterschiedlicher Therapien programmiert werden, bei denen die angewandten Unterdrücke während des Ablaufs bestimmter Zeiträume variabel gestaltet sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vakuumtherapievorrichtung;
2: eine schematische Darstellung eines Regelkreises mit PID-Regler;
3: ein P-T-Diagramm einer Sprungantwort des Regelkreises von 2;
4: ein P-T-Diagramm eines stufenförmigen Druckauf- und -abbaus.
In der schematischen Darstellung von 1 erkennt man eine Vakuumtherapievorrichtung, bei der eine auf der Hautoberfläche 1 eines Patienten befindliche Wunde durch eine Wundabdeckung 2 luftdicht mit einer Drainageleitung 3 verbunden ist. Die Wundabdeckung 2 ist auf die Hautoberfläche 1 luftdicht aufgeklebt und mittels eines nicht gezeigten Adapters mit der Drainageleitung 3 luftdicht verbunden. Im wundseitigen Endbereich ist die Drainageleitung 3 mit einem Drucksensor 4 verbunden. In ihrem anderen Endbereich ist die Drainageleitung 3 mit einem Behälter 5 zur Aufnahme von Wundexsudat 6 verbunden. Der Behälter 5 ist seinerseits über eine Verbindungsleitung 7 mit einer Vakuumpumpe 8 verbunden, die mittels eines Elektromotors 9 angetrieben wird. Die Pumpe 8 erzeugt einen Unterdruck, der über die Verbindungsleitung 7, den Behälter 5 und die Drainageleitung 3 auf den Hohlraum unter der Wundabdeckung 2 einwirkt und an der Wunde einerseits einen Unterdruck erzeugt und andererseits Wundexsudat 6 absaugt, welches über die Drainageleitung 3 in den Behälter 5 gelangt. Der Drucksensor 4 ist beim Ausführungsbeispiel von 1 kurz vor dem wundseitigen Ende der Drainageleitung 3 angeordnet, kann aber auch unter der Wundabdeckung 2 oder an beliebiger Stelle der Drainageleitung 3 angeordnet sein.
Eine Regelungseinheit 10 umfasst einen Mikroprozessor 11, einen Programm- und Datenspeicher 12, eine Eingabetastatur 13 und eine Anzeige 14. Die Regelungseinheit 10 ist für die Regelung des Unterdrucks vorgesehen. Hierfür erhält der Mikroprozessor 11 über eine Sensorleitung 15 Messwerte für den am Ort des Drucksensors 4 herrschenden Ist-Druck. Außerdem ist dem Mikroprozessor 11 ein Soll-Druck vorgegeben, entweder über die Tastatur 13 oder aus dem Datenspeicher 12. Alternativ kann der Mikroprozessor 11 mittels eines im Programmspeicher 12 abgespeicherten Programms ggf. einen Soll-Druck selbst berechnen.
Der Mikroprozessor 11 wird über ein im Programmspeicher abgelegtes Computerprogramm so programmiert, dass er einen PID-Regler bildet. Der PID-Regler besteht aus einem Proportionalglied (P), einem integrierenden Glied (I) und einem differenzierenden Glied (D). In 2 ist der Regelkreis der erfindungsgemäßen Vakuumtherapievorrichtung mit PID-Regler 16 dargestellt. Die rechts der Strichelung 17 befindlichen Bestandteile des Regelkreises sind softwaremäßig im Mikroprozessor 11 realisiert. Links von der Strichelung 17 erkennt man die Vakuumpumpe 8 mit ihrem Elektromotor 9, eine Regelstrecke 18 für den Unterdruck, die im Wesentlichen aus den Elementen Drainageleitung 3, Behälter 5 und Verbindungsleitung 7 besteht und den Drucksensor 4 im Bereich der Wundabdeckung 2.
Der vom Drucksensor 4 ermittelte Messwert für den Unterdruck am Ort der Wunde gelangt über die Sensorleitung 15 in den Mikroprozessor 11, wo er zu einem softwaremäßig verwirklichten Subtrahierer 19 gelangt. Ein Soll-Wert Speicher 20 gibt einen durch die Eingabetastatur 13 oder vom Mikroprozessor 11 aus dem Datenspeicher 12 entnommenen oder selbst berechneten Soll-Wert 21 vor, der ebenfalls am Subtrahierer 19 anliegt. Der Subtrahierer 19 errechnet jetzt die Regeldifferenz 22 zwischen Soll-Wert und Ist-Wert. Die Regeldifferenz 22 gelangt in den PID-Regler 16. Aus einem Vorgabespeicher 23 erhält der PID-Regler 16 drei Parameter 24 für sein Proportionalglied, integrierendes Glied und differenzierendes Glied, nämlich den Proportionalbeiwert, die Nachstellzeit und die Vorhaltzeit. Unter Anwendung der Parameter 24 kann der PID-Regler 16 aus der Regeldifferenz 22 ein Stellsignal 25 erzeugen, welches in einen Burstsignalerzeuger 26 gelangt. Der Burstsignalerzeuger 26 erzeugt ein Burstsignal 27, mit dem der Elektromotor 9 der Vakuumpumpe 8 mittels Pulsweitenmodulation angesteuert wird. Durch die Pulsweitenmodulation kann die Pumpleistung auch für sehr kleine Pumpleistungen vorgegeben werden, so dass eine Messung der Pumpengeschwindigkeit nicht erforderlich ist. Aufgrund des über den PID-Regler 16 vorgegebenen Stellsignals 25 pumpt die Vakuumpumpe 8 und wirkt damit auf die Regelstrecke 18 ein, so dass sich über die Verbindungsleitung 7, den Behälter 5 und die Drainageleitung 3 ein neuer Druckwert am Drucksensor 4 einstellt, der über die Sensorleitung 15 wiederum zum Subtrahierer 19 gelangt. Damit ist der Regelkreis geschlossen.
Aufgrund der Eigenschaften des PID-Reglers 16 verringert sich ein am Subtrahierer 19 anliegender Ist-Wert 28, der den Ist-Druck repräsentiert, im Sinne einer Annäherung an den vorgegebenen Soll-Wert 21, so dass die Regeldifferenz 22 kleiner wird. Wie sich der Ist-Druck in der Praxis an den Soll-Druck annähert, ist in 3 dargestellt. Der Soll-Druck wird durch die gestrichelte Linie 29 repräsentiert. Zum Zeitpunkt T0 gibt es einen Sprung 30 auf einen neuen Soll-Druck 29. Dabei entsteht im Subtrahierer 19 eine neue hohe Regeldifferenz 22. Der PID-Regler 16 reagiert auf die neue Regeldifferenz 22 mit einem entsprechenden Stellsignal 25, durch welches die Pumpe 8 ihre Pumpleistung erhöht und den am Drucksensor 4 anliegenden Unterdruck vergrößert. Man beachte, dass im Diagramm von 3 der Unterdruck nach oben negativ aufgetragen ist. Je nachdem, welche Parameter 24 dem PID-Regler 16 vorgegeben sind, wird der Ist-Druck verschieden reagieren. Die Ist-Druck Kurve 31 zeigt ein Einschwingverhalten um den Soll-Druck 29 herum, wobei der Ist-Druck zunächst über den Soll-Druck hinausschwingt, dann wieder kleiner wird, um wieder nach oben zu schwingen usw. Die Über- und Unterschwinger sollen dabei im Lauf der Zeit t kleiner werden, so dass sich die Ist-Druck Kurve 31 an den Soll-Druck 29 annähert.
Eine schnellere Annäherung an den Soll-Druck 29 zeigt die Ist-Druck Kurve 32. Diese ergibt sich, wenn die dem PID-Regler 16 vorgegebenen Parameter 24 an die gegebenen Umstände, insbesondere die Eigenschaften der Vakuumpumpe 8, der Regelstrecke 18 und die Höhe des Soll-Drucks 29 optimal angepasst sind.
Wenn der Sprung 30 auf einen neuen Soll-Druck 29 sehr groß ist, ergibt sich eine sehr große Regeldifferenz 22. In diesem Fall versucht der PID-Regler 16 den Ist-Druck möglichst schnell an den neuen Soll-Druck 29 anzunähern, indem er die Pumpleistung der Vakuumpumpe 8 stark erhöht. Eine zu schnelle Änderung des Ist-Drucks kann jedoch beim Patienten Schmerzen verursachen und ist daher nicht erwünscht. Außerdem führt eine sehr hohe Pumpleistung auch zu größeren Pumpgeräuschen, die ebenfalls als unangenehm empfunden werden. Zur Vermeidung dieser Nachteile sieht die Erfindung vor, die Pumpleistung zu begrenzen.
Die Begrenzung der Pumpleistung kann beispielsweise dadurch geschehen, dass ein zur Ansteuerung der Pumpleistung der Saugpumpe 8 vorgesehenes Stellsignal 25 auf einen vorgegebenen Maximalwert begrenzt ist. Der Maximalwert ist im Datenspeicher 12 abgespeichert und wird durch den Mikroprozessor bereitgestellt. Die Begrenzung des Stellsignals 25 erfolgt dann auf einfache Weise durch Programmierung des Mikroprozessors 11. Die Begrenzung der Pumpleistung auf einen Maximalwert kann aber selbstverständlich auch an jeder Stelle der Ansteuerung des Elektromotors 9 erfolgen, insbesondere auf dem Weg zwischen dem PID-Regler 16, Burstsignalerzeuger 26 bis zum Elektromotor 9.
In einer zweiten Ausführungsform ist ein für die Umwandlung der Regeldifferenz 22 in ein proportionales Stellsignal 25 vorgesehener Proportionalbeiwert 24, mit welchem das Proportionalglied des PID-Reglers 16 betrieben wird, so vorgegeben, dass die Pumpleistung einen vorgegebenen Wert auch bei maximal in Betracht kommender Regeldifferenz 22 nicht überschreiten kann.
Wie man dem Zeit-Unterdruck Diagramm von 4 entnehmen kann, ist der Mikroprozessor 11 so programmiert, dass er bei einem sehr großen Sprung des Soll-Drucks 29 nicht das Verhalten der Ist-Druck Kurve 32 aufweist, sondern dass der Ist-Druck stufenweise erhöht wird. Dasselbe gilt entsprechend bei einem großen Sprung des Soll-Drucks von einem hohen auf einen niedrigen Wert. In 4 sind zwischen dem niedrigsten Soll-Druck 36 und dem hohen Soll-Druck 29 drei Unterdruckstufen 33, 34, 35 eingefügt, die jeweils eine Druckdifferenz von 30 mm Hg zueinander aufweisen. Dem PID-Regler 16 werden nacheinander die Unterdruckstufen 33, 34, 35 als Soll-Druck vorgegeben. Nach Einregelung der neuen Unterdruckstufe 33 durch den PID-Regler 16 bleibt die Soll-Druck Vorgabe für eine bestimmte Zeit konstant, um dann auf die nächste Unterdruckstufe 34, 35 zu springen. Die Zeit für die jeweiligen Pausen, währenddessen der Druck konstant bleibt, betragen jeweils 10 sec. Auf diese Weise erhält man einen stufenförmigen Druckanstieg, der trotz gleichen Ziel-Drucks 37 über den gesamten Zeitraum der Druckveränderung kleinere Differenzen vom Ausgangsdruck 36 aufweist als bei der Ist-Druck Kurve 32, die ein PID-Regler erzeugt hätte, der mit dem für die Einstellzeit entsprechenden Parametern 24 versehen gewesen wäre. Die stufenweise Veränderung des Drucks ist somit komfortabler für den Patienten.
Zur Optimierung der Regelung ist vorgesehen, dass die Regelungseinheit 10, insbesondere im Datenspeicher 12, für jede vorgesehene Unterdruckstufe 33, 34, 35 ein Tripel 24 von Parametern für den PID-Regler 16 vorhält, um insbesondere Überschwinger beim Einregeln der jeweiligen Unterdruckstufe 33, 34, 35 zu minimieren. Das Parametertripel 24 umfasst vorzugsweise den Proportionalbeiwert, die Nachstellzeit und die Vorhaltzeit für den PID-Regler 16.
Der Mikroprozessor 11 in der Regelungseinheit 10 wird für die Ablaufsteuerung der stufenweisen Druckänderung so programmiert, dass zunächst der gerade aktuelle Soll-Druck dem Ziel-Druck 37 entspricht. Gleichzeitig wird aber die Druckdifferenz zwischen Ist-Druck und Ziel-Druck ermittelt. Die Regelungseinheit prüft jetzt, ob die Druckdifferenz zwischen Ist-Druck und Ziel-Druck die Druckdifferenz zwischen zwei Unterdruckstufen, im vorliegenden Fall 30 mm Hg, überschreitet. Ist dies nicht der Fall, beispielsweise wenn der Ist-Druck auf der Unterdruckstufe 35 liegt, so bleibt der Ziel-Druck 37 auch Soll-Druck. Wenn der Druckunterschied allerdings größer ist, wie beispielsweise zwischen der Unterdruckstufe 33 und dem Ziel-Druck 37, so ersetzt die Regelungseinheit den am PID-Regler 16 anliegenden Soll-Druck durch, hier beispielsweise Unterdruckstufe 33, durch die in Richtung einer Verringerung der Druckdifferenz nächstliegende Unterdruckstufe 34 und lässt danach die vorgegebene Zeitspanne, hier 10 sec ablaufen, bevor eine neue Prüfung der Druckdifferenz zwischen Ist-Druck und Ziel-Druck 37 und eine neue Entscheidung über die als Soll-Druck vorgegebene neue Unterdruckstufe ansteht. Auf diese Weise erhält man den stufenförmigen Druckverlauf von 4. Selbstverständlich funktioniert das beschriebene Verfahren auch bei einer stufenförmigen Verringerung des Unterdrucks gemäß dem rechten Teil des in 4 dargestellten Druckverlaufs.
In einem modifizierten Verfahren zum stufenweisen Auf- oder Abbau des Unterdrucks sind keine festen Unterdruckstufen 33, 34, 35 vorgegeben. Wenn die Regelungseinheit 10 festgestellt hat, dass die Druckdifferenz zwischen Ist-Druck und Ziel-Druck eine vorgegebene Differenzstufe 38, im vorliegenden Fall in Höhe von 30 mm Hg, überschreitet, verändert sie den an dem Subtrahierer 19 zur Ermittlung der Regeldifferenz 22 für den PID-Regler 16 anliegenden Soll-Druck um eine Differenzstufe 38 in Richtung einer Verringerung der Druckdifferenz und macht dann entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren weiter.
In einem dritten Verfahren werden die Unterdruckstufen durch Unterteilen des Druckbereichs zwischen Ist-Druck und Ziel-Druck festgelegt und dann in vorgegebenen Zeitabständen nacheinander angefahren, Dieses Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
In einem dritten Verfahren stellt die Regelungseinheit 10 zunächst den Druckbereich zwischen Ist-Druck und einem vorgegebenen Ziel-Druck 37 fest und teilt diesen in eine vorgegebene Anzahl, beispielsweise vier i. W. gleich große Druckabschnitte auf, so dass sich zwischen Ist-Druck und Ziel-Druck eine vorgegebene Anzahl von Unterdruckstufen ergeben, beispielsweise drei Unterdruckstufen 33, 34, 35, die über den gesamten Druckbereich i. W. äquidistant verteilt sind. Die Regelungseinheit 10 setzt dann den am Subtrahierer 19 anliegenden Soll-Druck zunächst auf den Wert der dem Ist-Druck nächstliegenden Unterdruckstufe 33, so dass der PID-Regler 16 den Ist-Druck auf diese Unterdruckstufe 33 einregelt. Danach lässt die Regelungseinheit 10 eine vorgegebene Zeitspanne von beispielsweise 10 sec ablaufen, ersetzt dann den am Subtrahierer 19 anliegenden Soll-Druck durch die in Richtung Ziel-Druck nächste Unterdruckstufe 34 und wiederholt diesen Verfahrensschritt, bis sie die letzte Unterdruckstufe 35 schließlich durch den Ziel-Druck 37 ersetzt und der PID-Regler 16 den Ist-Druck auf den Ziel-Druck 37 einregelt.
Die Regelungseinheit 10 kann auch mit einem Computerprogramm für eine zeitlich abhängige Vorgabe von Ziel-Druck-Werten versehen werden, um im Rahmen einer Vakuumtherapie den an der Wunde anliegenden Unterdruck insbesondere periodisch zu verändern, falls dies gewünscht ist.
Bezugszeichenliste

1: Hautoberfläche
2: Wundabdeckung
3: Drainageleitung
4: Drucksensor
5: Behälter
6: Wundexsudat
7: Verbindungsleitung
8: Vakuumpumpe
9: Elektromotor
10: Regelungseinheit
11: Mikroprozessor
12: Programm und Datenspeicher
13: Eingabetastatur
14: Anzeige
15: Sensorleitung
16: PID-Regler
17: Strichelung
18: Regelstrecke
19: Subtrahierer
20: Soll Wert Speicher
21: Soll-Wert
22: Regeldifferenz
23: Vorgabespeicher
24: Parameter
25: Stellsignal
26: Burstsignalerzeuger
27: Burstsignal
28: Ist-Wert
29: Soll-Druck
30: Sprung
31: Ist-Druck Kurve
32: Ist-Druck Kurve
33: Unterdruckstufe
34: Unterdruckstufe
35: Unterdruckstufe
36: Soll-Druck
37: Ziel-Druck
38: Differenzstufe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2009/004288 A2 [0002]

Claims

Vakuumtherapievorrichtung zur Förderung der Heilung einer Wunde, mit einer die Wunde luftdicht abdeckenden Wundabdeckung (2) und einer die Wundabdeckung (2) mit einer Saugpumpe (8) verbindenden Drainageleitung (3) zur Erzeugung von Unterdruck an der Wunde und zum Absaugen von Wundexsudat (6), wobei zwischen der Drainageleitung (3) und der Saugpumpe (8) ein Behälter (5) zur Aufnahme des Wundexsudats (6) angeordnet ist, mit mindestens einem im Bereich der Wundabdeckung (2) oder der Drainageleitung (3) angeordneten Drucksensor (4) und mit einer Regelungseinheit (10) zur Regelung des Unterdrucks, wobei die Regelungseinheit (10) vom Drucksensor (4) einen Messwert für den Ist-Druck (28) erhält, aus der Abweichung des Ist-Drucks (28) von einem vorgegebenen Soll-Druck (21) eine Regeldifferenz (22) ermittelt und die Saugpumpe (8) im Sinne eine Verringerung der Regeldifferenz (22) ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (10) zur Regelung des Ist-Drucks einen PID-Regler (16) umfasst, der auf die Pumpleistung der Saugpumpe (8) einwirkt und so voreingestellt ist, dass die Pumpleistung einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.
Vakuumtherapievorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (10) einen Mikroprozessor (11) mit einem Programmspeicher (12) umfasst und der PID-Regler (16) als PID-Algorithmus ausgestaltet und in Form eines Computerprogramms im Programmspeicher (12) abgelegt ist.
Vakuumtherapievorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpleistung durch Ansteuerung der Saugpumpe (8) mittels Pulsweitenmodulation und durch Vorgabe eines der gewünschten Pumpleistung entsprechenden Tastverhältnisses erfolgt.
Vakuumtherapievorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Ansteuerung der Pumpleistung der Saugpumpe (8) vorgesehenes Stellsignal (25) auf einen vorgegebenen Maximalwert begrenzt ist.
Vakuumtherapievorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein für die Umwandlung der Regeldifferenz (22) in ein proportionales Stellsignal (25) für die Pumpleistung der Saugpumpe (8) vorgesehener Proportionalbeiwert eines Proportionalgliedes des PID-Reglers (16) so eingestellt ist, dass die Pumpleistung einen vorgegebenen Wert auch bei maximal in Betracht kommender Regeldifferenz (22) nicht überschreitet.
Vakuumtherapievorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Regelbereich des Unterdrucks mehrere Unterdruckstufen (33, 34, 35) vorgegeben sind und dass die Regelungseinheit (10) beim Aufbau oder Abbau des Unterdrucks zum Einstellen eines neuen Ziel-Drucks (37) den Ist-Druck bei Erreichen einer Unterdruckstufe (33, 34, 35) für eine vorgegebene Zeitspanne im Wesentlichen konstant hält, bevor sie den Aufbau oder Abbau des Unterdrucks fortsetzt.
Vakuumtherapievorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz zwischen zwei Unterdruckstufen (33, 34, 35) zwischen 2 mm Hg und 40 mm Hg, vorzugsweise zwischen 10 mm Hg und 20 mm Hg, beträgt.
Vakuumtherapievorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (10) für jede vorgesehene Unterdruckstufe (33, 34, 35) über ein Tripel von im Hinblick auf eine schnelle Einregelung des vorgegebenen Unterdrucks bei geringem Überschwingen optimierten Parametern (24), insbesondere Proportionalbeiwert, Nachstellzeit und Vorhaltzeit für den PID-Regler (16) verfügt.
Vakuumtherapievorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspanne, die der Ist-Druck im Bereich einer Unterdruckstufe (33, 34, 35) im Wesentlichen konstant gehalten wird, zwischen 5 sec und 300 sec, vorzugsweise zwischen 20 sec und 60 sec, beträgt.
Verfahren zum Betrieb einer Vakuumtherapievorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) die Regelungseinheit (10) prüft, ob zwischen Ist-Druck und einem vorgegebenen Ziel-Druck (37) eine vorgegebene Unterdruckstufe (33, 34, 35) liegt; wenn nein geht es mit b) weiter, sonst mit c); b) die Regelungseinheit (10) setzt den am Subtrahierer (19) zur Ermittlung der Regeldifferenz (22) für den PID-Regler (16) anliegenden Soll-Druck auf den Wert des vorgegebenen Ziel-Drucks (37), so dass der PID-Regler (16) den Ist-Druck auf den Ziel-Druck (37) einregelt und macht mit a) weiter; c) die Regelungseinheit (10) ersetzt den am Subtrahierer (19) zur Ermittlung der Regeldifferenz (22) für den PID-Regler (16) anliegenden Soll-Druck (21) durch die dem Ist-Druck in Richtung einer Verringerung der Druckdifferenz nächstliegende Unterdruckstufe (33, 34, 35), so dass der PID-Regler (16) den Ist-Druck auf die genannte Unterdruckstufe (33, 34, 35) einregelt; nach Ablauf einer zwischen 5 sec und 300 sec, vorzugsweise zwischen 20 sec und 60 sec vorgegebenen Zeitspanne macht die Regelungseinheit (10) mit a) weiter.
Verfahren zum Betrieb einer Vakuumtherapievorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9 gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a) die Regelungseinheit (10) prüft, ob die Druckdifferenz zwischen Ist-Druck und einem vorgegebenen Ziel-Druck (37) eine zwischen 2 mm Hg und 40 mm Hg, vorzugsweise zwischen 10 mm Hg und 20 mm Hg, vorgegebene Differenzstufe (38) überschreitet; wenn nein, macht sie mit b) weiter, sonst mit c); b) die Regelungseinheit (10) setzt den an einem Subtrahierer (19) zur Ermittlung der Regeldifferenz (22) für den PID-Regler (16) anliegenden Soll-Druck auf den Wert des vorgegebenen Ziel-Drucks (37), so dass der PID-Regler (16) den Ist-Druck auf den Ziel-Druck (37) einregelt, und macht mit a) weiter; c) die Regelungseinheit (10) verändert den am Subtrahierer (19) zur Ermittlung der Regeldifferenz (22) für den PID-Regler (16) anliegenden Soll-Druck (21) um eine Differenzstufe (38) in Richtung einer Verringerung der Druckdifferenz, so dass der PID-Regler (16) den Ist-Druck auf die genannte Unterdruckstufe (33, 34, 35) einregelt; nach Ablauf einer zwischen 5 sec und 300 sec, vorzugsweise zwischen 20 sec und 60 sec vorgegebenen Zeitspanne macht die Regelungseinheit (10) mit a) weiter.
Verfahren zum Betrieb einer Vakuumtherapievorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9 gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a) die Regelungseinheit (10) berechnet im Druckbereich zwischen Ist-Druck und einem vorgegebenen Ziel-Druck (37) eine vorgegebene Anzahl von Unterdruckstufen (33, 34, 35), die über den gesamten Druckbereich i. W. äquidistant verteilt sind; b) die Regelungseinheit (10) setzt den am Subtrahierer (19) zur Ermittlung der Regeldifferenz (22) für den PID-Regler (16) anliegenden Soll-Druck auf den Wert der dem Ist-Druck nächstliegenden Unterdruckstufe (33), so dass der PID-Regler (16) den Ist-Druck auf die genannte Unterdruckstufe (33) einregelt; c) nach Ablauf einer zwischen 5 sec und 300 sec, vorzugsweise zwischen 20 sec und 60 sec vorgegebenen Zeitspanne ersetzt die Regelungseinheit (10) den am Subtrahierer (19) anliegenden Soll-Druck durch die in Richtung Ziel-Druck (37) benachbarte Unterdruckstufe (34) und wiederholt diesen Verfahrensschritt, bis sie die letzte Unterdruckstufe (35) schließlich durch den Ziel-Druck (37) ersetzt und der PID-Regler (16) den Ist-Druck auf den Ziel-Druck (37) einregelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (10) mindestens ein Programm für die zeitliche abhängig, insbesondere periodisch variierende Vorgabe von Ziel-Druck-Werten aufweist.