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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Infusionspumpe.
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Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Überwachung einer Infusionspumpe, sowie eine Infusionspumpe.
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Infusionspumpen als Dosierpumpe zur kontinuierlichen parenteralen Verabreichung von Infusionslösungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die parenterale Verabreichung der Infusionslösung kann über eine intravenöse, intraarterielle, intramuskuläre oder intrathekale Injektion an einen Patienten erfolgen. Zum Transport der Infusionslösung verwendet eine Infusionspumpe in der Regel ein System auf Basis einer Schieberperistaltik, welche einen gleichmäßigen Fluss der Infusionsflüssigkeit mit geringer Pulsation und variabler Stärke generiert. Dementsprechend werden derartige Infusionspumpen auch als volumetrische Pumpen bezeichnet. Der Antrieb ist bei volumetrischen Pumpen ein Peristaltikantrieb, wobei dieser eine Antriebswelle aufweist und bei einer Wellenumdrehung der Antriebswelle die Kompression eines definierten Schlauchvolumens eines an der Infusionspumpe befestigten Schlauches bewirkt wird. Durch die Kompression des Schlauches kann eine gewünschte Menge der Infusionsflüssigkeit transportiert beziehungsweise gepumpt werden. Dabei sind die bekannten Infusionspumpen hinsichtlich der abzugebenden Menge beispielsweise an Medikamenten, Kochsalzlösung und/oder Nährstoffen konstant über ein Zeitintervall einstellbar.
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Zur Überwachung beziehungsweise Überprüfung eines fehlerfreien Pumpprozesses wird bei den aus dem Stand der Technik bekannten Infusionspumpen ein Winkelsensor an der Peristaltikwelle des Antriebs eingesetzt. Der Winkelsensor liefert von diesem erfasste Informationen an eine Elektronik, welche die Informationen auswertet. Je schneller sich die Antriebswelle bewegt bzw. dreht, desto schneller ändern sich die Messwerte des Winkelsensors. Aus diesen Messwerten kann ein einfacher Rückschluss gezogen werden, ob die Peristaltik, also der Antrieb der Infusionspumpe, fehlerfrei arbeitet.
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Nachteilig hierbei ist jedoch, dass die Überwachung beziehungsweise Überprüfung eines Pumpprozesses einer Infusionspumpe durch das Nachvollziehen der Bewegung der Antriebswelle der Peristaltik keine ausreichende Sicherheit und damit keine umfassende Fehlfunktionserkennung ermöglicht. Beispielsweise wird ein möglicher Bruch eines Teilabschnitts, eines Ventils oder eines Kolbens der Infusionspumpe bei einer intakt gebliebenen Antriebswelle bei der Erfassung von Informationen durch vorgenannten Winkelsensor an der Peristaltikwelle nicht erkannt. Gemäß der von dem Winkelsensor gelieferten Messwerte würde in den oben genannten Fällen weiterhin der Elektronik suggeriert werden, dass der Transport der Infusionsflüssigkeit fehlerfrei funktioniert, da durch die Drehung der Antriebswelle weiterhin Messwerte von dem Winkelsensor erfasst werden bzw. werden können. Ob einem Patienten tatsächlich Infusionsflüssigkeit verabreicht wird ist hingegen nicht detektierbar.
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Dies wurde unlängst durch die amerikanische Arzneimittel-Zulassungsbehörde (Food and Drug Administration, FDA) beanstandet, welche bemängelte, dass durch das Nachvollziehen einer Peristaltikbewegung eines Pumpprozesses mittels eines Winkelsensors keine ausreichende Sicherheit hinsichtlich der Überwachung beziehungsweise Überprüfung eines Pumpprozesses einer Infusionspumpe gewährleistet ist.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Erkennung von Fehlfunktionen einer Infusionspumpe zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1 der vorliegenden Erfindung, wonach ein Verfahren zur Überwachung einer Infusionspumpe beansprucht ist, welches die Folgenden Verfahrensschritte umfasst:
- a) Erfassen von Informationen zur Detektierung eines Pumpprozesses der Infusionspumpe, wobei die Informationen wenigstens eines Sensors der Infusionspumpe erfasst werden, vorzugsweise über einen vorgegeben Zeitraum, wobei der wenigstens eine Sensor den vorherrschenden Druck innerhalb eines mit der Infusionspumpe verbundenen Schlauches erfasst, wobei über den Schlauch Infusionsflüssigkeit mittels der Infusionspumpe transportiert wird;
- b) Analyse der erfassten Informationen, indem ein Vergleich der Verlaufsform bzw. Kennlinie der erfassten Informationen mit einer vordefinierten Verlaufsform bzw. Kennlinie erfolgt, wobei die vordefinierte Verlaufsform bzw. Kennlinie einen fehlerfreien Pumpprozess der Infusionspumpe umfasst; und
- c) Detektierung eines Fehlers der Infusionspumpe, falls im Rahmen der Analyse eine Abweichung der Verlaufsform bzw. Kennlinie der erfassten Informationen von der vordefinierten Verlaufsform bzw. Kennlinie festgestellt wird.
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In der Regel kann bei einem Pumpprozess, welcher von einer Infusionspumpe durchgeführt und wodurch Infusionsflüssigkeit von der Infusionspumpe transportiert wird, zwischen vier signifikanten Positionen im Pumpprozess unterschieden werden. Diese können in einer Kennlinie bzw. Verlaufsform des Pumpprozesses einer Infusionspumpe, welche den Druck innerhalb eines an der Infusionspumpe angeschlossenen Schlauches als Funktion über die Zeit abbildet, identifiziert werden.
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Dabei umfasst der Antrieb einer Infusionspumpe einen Motor, welcher über ein Zahnradgetriebe eine Welle ansteuert. Auf dieser Welle befindet sich ein patientenseitiges Ventil, ein beutelseitiges Ventil und mindestens ein zentralliegender Kolben. Über die drehende Welle werden vorgenannte drei Peristaltikeinheiten in einer bestimmten Reihenfolge in Bewegung versetzt, um die Flüssigkeit zu transportieren bzw. zu pumpen. Die zu transportierende Flüssigkeit übt einen Druck auf einen mit der Infusionspumpe verbundenen Schlauch aus.
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In der ersten Position ist das patientenseitige Ventil geschlossen und der Kolben eingefahren. Das beutelseitige Ventil ist geöffnet. Die Versorgungsflüssigkeit kann in einen beutelseitig eingeklemmten Schlauch fließen, welcher in eine entsprechende Aufnahme der Infusionspumpe aufgenommen ist. In der zweiten Position wird das beutelseitige Ventil geschlossen, so dass patientenseitiges und beutelseitiges Ventil geschlossen sind, während der Kolben eingefahren ist. Die weiterzuleitende Flüssigkeitsmenge befindet sich nun zwischen den beiden Ventilen. Das patientenseitige Ventil wird für die dritte Position geöffnet, während das beutelseitige Ventil geschlossen ist. Der Kolben ist ebenfalls eingefahren. Für den Transport der Infusionsflüssigkeit wird zunächst der Kolben ausgefahren, wodurch dieser Druck auf die zu transportierende Infusionsflüssigkeit ausübt. Danach wird zeitlich leicht versetzt das patientenseitige Ventil geschlossen. Durch den Kolben des Peristaltikantriebs der Infusionspumpe erfolgt die Kompression einer Vorrichtung bzw. eines Schlauches, wodurch die Infusionsflüssigkeit in das patientenseitige Schlauchende entweichen kann. In der vierten Position sind das beutelseitige und das patientenseitige Ventil geöffnet und der Kolben ist ausgefahren. Es ist anzumerken, dass die oben beschriebenen vier signifikanten Positionen eines Pumpprozesses fließend ineinander übergehen und sich sequenziell während des Betriebes der Infusionspumpe wiederholen.
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Der wenigstens eine Sensor ist vorteilhafterweise ein Kraftwiderstandssensor. Dieser weist ein Druckstück auf, welches in einem direkten Kontakt mit einem Kraft abhängigen Widerstand (Force Sensing Resistor, FSR) steht. Der Sensor ist derart platziert, dass bei der Kraftausübung des Peristaltikantriebs auf einen Schlauch ebenfalls eine Kraft auf den Polymerkopf des Kraftwiderstandssensors ausgeübt wird. Durch die von dem Kraftwiderstandssensor ausgegebenen Informationen in Form von Widerstandswerten kann beispielsweise durch eine Recheneinrichtung auf einen absoluten Druck beziehungsweise eine Druckänderung im Schlauch der Infusionspumpe während des Pumpprozesses der Infusionspumpe geschlossen werden.
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Das vorliegende Verfahren ist ferner ebenfalls mit einem sogenannten Lichtintensitätssensor durchführbar, wobei dieser auf Basis einer Lichtintensitätsmessung Informationen erfasst. Im Detail wird bei einem Lichtintensitätssensor durch eine Kompression des Schlauches von der Infusionspumpe ein Polymerdruckkopf des Lichtintensitätssensors ausgelenkt, wobei sich ein Diffusor einer Lumineszenzdiode des Polymerdruckkopfes nähert, wodurch eine erhöhte Lichtintensität gegenüber dem Ausgangwert erfassbar ist.
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Gegenüber dem Lichtintensitätssensor weist der Kraftwiderstandssensor einen erhöhten Auflösungsbereich auf, wodurch eine genauere Differenzierung zwischen auftretenden Kräften während des Pumpprozesses der Infusionspumpe möglich ist. In der Folge kann ein besserer Rückschluss auf die oben genannten signifikanten vier Positionen eines Pumpprozesses der Infusionspumpe erfolgen. Die erstellte Kennlinie aus den erfassten Informationen, wobei die Kennlinie einen Pumpprozess der Infusionspumpe umfasst stellt demnach den Verlauf der erfassten Widerstandswerte des wenigstens einen Sensors dar. Die Extremwerte der Kennlinie, also dem Verlaufsdiagramm der Widerstandswerte des wenigstens einen Sensors, lassen einen Rückschluss über die vorgenannten vier signifikanten Positionen der drei Peristaltikeinheiten des Antriebs der Infusionspumpe zu.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch den Folgenden Verfahrensschritt:
- d) Signalisieren eines Fehlers der Infusionspumpe im Falle der Detektierung eines Fehlers, wobei ein Fehler insbesondere optisch, akustisch und/oder haptisch signalisiert wird.
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Demgemäß kann zeitnah eine Fehlfunktion der Infusionspumpe erfasst werden, so dass mögliche Nachteile für einen Patienten durch eine Fehlfunktion der Infusionspumpe minimiert werden können.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht den Folgenden Verfahrensschritt vor:
- e) Identifikation eines Spitzenwertes bzw. eines Peaks innerhalb der Verlaufsform bzw. Kennlinie und Erfassung der zugehörigen Frequenz der von dem wenigstens einen Sensor erfassten Informationen.
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Die Frequenz gibt dabei die Drehgeschwindigkeit der Peristaltik beziehungsweise die Pumpgeschwindigkeit der Infusionspumpe wieder. Die Frequenz ist anhand der sequenziell auftretenden vier Spitzenwerte beziehungsweise Peaks in der Kennlinie identifizierbar. Da die Kennlinie die von dem wenigstens einen Sensor aufgenommene Informationen über eine Zeitspanne abbildet, kann über die Transformation der erfassten Kennlinie aus dem Zeitbereich in den Frequenzbereich die zugehörige Frequenz erfasst werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zudem der folgende Verfahrensschritt vorgesehen:
- f) Erfassen der Frequenz des Antriebs der Infusionspumpe mittels eines mit der Antriebswelle in Wirkverbindung stehenden Winkelsensors, wobei eine Wellenumdrehung von der Antriebswelle des Antriebs der Infusionspumpe erfasst wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der folgende Verfahrensschritt vorgesehen:
- g) Vergleich der erfassten Frequenz des wenigstens einen Sensors mit der erfassten Frequenz des Antriebs.
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Durch den Vergleich der erfassten Frequenz des wenigstens einen Sensors mit der erfassten Frequenz des Winkelsensors kann eine Fehlfunktion des wenigstens einen Sensors oder des Winkelsensors erkannt werden. Diese liegt vor, wenn die zu vergleichenden Frequenzen nicht übereinstimmen. Eine mögliche Ursache hierfür ist, dass der wenigstens einen Sensor sich aus seiner Position gelöst haben könnte oder ein sonstiger Schaden an den jeweiligen Sensoren vorliegt.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch den Folgenden Verfahrensschritt:
- h) Signalisieren eines Defekts des wenigstens einen Sensors bzw. des Winkelsensors im Falle von unterschiedlichen Ergebnissen im Rahmen des Vergleiches gemäß Verfahrensschritt g).
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass im Rahmen der Analyse der erfassten Informationen gemäß Verfahrensschritt b) zwischen einzelnen Phasen und/oder der Geschwindigkeit des Pumpprozesses der Infusionspumpe unterschieden wird.
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Durch eine Erhöhung der Pumpgeschwindigkeit nimmt die auf den wenigstens einen Sensor wirkende Kraft zu. Dies hat zur Folge, dass der Verlauf der Kennlinie zwischen den signifikanten Positionen drei und vier eines Pumpprozesses abfällt, jedoch der Spitzenwert beziehungsweise Peak der Position vier mit zunehmender Kraftdifferenz zwischen dem belasteten und unbelasteten Zustand steigt. Das Verhältnis der Spitzenwerte beziehungsweise Peaks an der signifikanten Position drei und vier des Pumpprozesses der Infusionspumpe verändert sich mit zunehmender Pumpgeschwindigkeit. Demnach können die signifikanten Positionen im Rahmen eines Pumpprozesses mit zunehmender Pumpgeschwindigkeit eindeutiger beziehungsweise einfacher analysiert werden.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswahl der vordefinierten Verlaufsform bzw. Kennlinie in Abhängigkeit der Frequenz der seitens des wenigstens einen Sensors erfassten Informationen aus mehreren vordefinierten Verlaufsformen bzw. Kennlinien für verschiedene Frequenzen der Infusionspumpe erfolgt
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Die Auswahl der vordefinierten Kennlinie erfolgt in Abhängigkeit der Transportgeschwindigkeit der Infusionsflüssigkeit, welche durch das Pumpen der Infusionsflüssigkeit von der Peristaltik festgelegt wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird im Rahmen der Erfassung von Informationen gemäß Verfahrensschritt a) ein Filter verwendet, mittels welchem das SNR (Signal-to-noise-ratio, Signal-Rausch-Verhältnis) verbessert wird, so dass die Auflösung der erfassten Informationen verbessert.
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Im optimalen Fall soll durch den Einsatz eines Optimalfilters lediglich das Nutzsignal vorliegen, also jegliche Störsignale sollen aus den erfassten Informationen des wenigstens einen Sensors der Infusionspumpe ausgefiltert werden.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Detektierung eines Fehlers im Rahmen des Verfahrensschrittes c) in Abhängigkeit des Überschreitens eines vordefinierten Schwellwertes erfolgt.
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Übersteigt die Amplitude eines Spitzenwertes beziehungsweise Peaks der signifikanten Positionen eines Pumpprozesses der Infusionspumpe den Schwellwert, kann von einem funktionsfähigen Pumpprozess ausgegangen werden. Bei einer Amplitude, die unterhalb des vordefinierten Schwellwertes liegt, liegt mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Defekt an der Peristaltik vor. Es besteht die Möglichkeit, die Detektierung eines Fehlers im Rahmen des Verfahrensschrittes c) kontinuierlich oder aber jeweils nach dem Durchlauf eines Pumpprozesses – also einer Wellenumdrehung der Peristaltik – durchzuführen.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass seitens der Detektierung eines Fehlers im Rahmen des Verfahrensschrittes c) wenigstens einer der im Folgenden angeführten Defekte erkannt wird:
- i. Bruch eines Abschnitts beziehungsweise eines Teilabschnitts des Antriebs der Infusionspumpe;
- ii. Defekt eines beutelseitigen beziehungsweise patientenseitigen Ventils der Infusionspumpe;
- iii. Defekt eines Kolbens der Infusionspumpe;
- iv. Abklemmung eines mit der Infusionspumpe verbundenen Schlauches;
- v. Verkeilung eines mit der Infusionspumpe verbundenen Schlauches;
oder
- vi. Defekt eines Sensors, insbesondere eines Drucksensors, bevorzugt eines Kraftwiderstandssensors der Infusionspumpe.
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Die oben genannten Defekte sind unmittelbar über eine veränderte Kennlinie erfassbar. Dabei weicht die veränderte Kennlinie beziehungsweise weichen die signifikanten Positionen, welche innerhalb der Kennlinie eines Pumpprozesses analysiert werden können, von der Position beziehungsweise den signifikanten Positionen der vordefinierten und fehlerfreien Kennlinie ab.
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Vorteilhafterweise können zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zwei Sensoren vorgesehen sein, so dass bei Ausfall eines Sensors der jeweils andere Sensor die Erfassung des innerhalb eines mit der Infusionspumpe verbundenen Schlauches übernehmen kann. Der zweite Sensor ist dann als Redundanz für den ersten Sensor vorgesehen. Beispielsweise kann dies realisiert werden, indem ein Sensor am beutelseitigen Schlauch angeordnet ist und der andere Sensor am patientenseitigen Schlauch angeordnet ist. Die jeweils im beutelseitigen bzw. patientenseitigen Schlauch vorherrschenden Drücke sind (nahezu) identisch.
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Die der zur Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung zur Überwachung einer Infusionspumpe gelöst, welche durch ein Mittel zur Erfassung von Informationen zur Detektierung eines Pumpprozesses, wobei Informationen wenigstens eines Sensors einer Infusionspumpe erfassbar sind, ein Mittel zur Analyse eines Pumpprozesses, wobei von dem Mittel zur Erfassung eines Pumpprozesses erfasste Informationen analysierbar sind, insbesondere hinsichtlich der Unterscheidung verschiedener Phasen und/oder der Geschwindigkeit eines Pumpprozesses und ein Mittel zur Detektierung eines Fehlers der Infusionspumpe, mittels welchem eine Abweichung der erstellten Kennlinie von der vordefinierten Kennlinie festgestellt werden kann gekennzeichnet ist.
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Der wenigstens eine Sensor kann als ein Drucksensor, bevorzugt als ein Kraftwiderstandssensor oder als Lichtintensitätssensor ausgebildet sein.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung gekennzeichnet durch ein Mittel zur Signalisierung eines Defektes der Infusionspumpe, wobei insbesondere ein von dem Mittel zur Detektierung eines Fehlers der Infusionspumpe festgestellter Defekt der Infusionspumpe optisch, akustisch und/oder haptisch signalisierbar ist.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eingerichtet und/oder ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren, insbesondere ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.
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Ferner wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch eine Infusionspumpe, umfassend eine erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14.
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Entsprechend ist folglich eine Infusionspumpe dazu eingerichtet und/oder ausgebildet, eine Erkennung von Fehlfunktionen der Infusionspumpe zu erfassen über geeignete und vorgenannte Mittel und zudem gemäß dem beanspruchten Verfahren, insbesondere einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, die Infusionspumpe zu überwachen, um Fehlfunktionen der Infusionspumpe zu detektieren, insbesondere Defekte am Antrieb oder weitere Defekte, welche über einen Winkelsensor an der Peristaltikwelle des Antriebs einer Infusionspumpe nicht erkennbar sind, zu erkennen.
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Weitere Aspekte der Erfindung sind im Folgenden aufgeführt. Dabei ist gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung eine Infusionspumpe zur dosierten Abgabe einer Flüssigkeit an einen Patienten vorgesehen, umfassend:
eine erste und eine zweite Einrichtung zur Aufnahme eines Schlauches,
wobei die erste Einrichtung zur Aufnahme eines beutelseitigen Schlauches und die zweite Einrichtung zur Aufnahme eines patientenseitigen Schlauches ausgebildet ist,
wenigstens einen Sensor, wobei der wenigstens eine Sensor vorteilhafterweise zwischen der ersten und der zweiten Einrichtung zur Aufnahme eines Schlauches angeordnet ist,
einen Antrieb zum Transport der Flüssigkeit, wobei mittels des Antriebs eine Flüssigkeit von der ersten Einrichtung zu der zweiten Einrichtung zur Aufnahme eines Schlauches bewegbar ist, und
ein komprimierbares Mittelteil zwischen den beiden Einrichtungen zur Aufnahme eines Schlauches,
welche dadurch gekennzeichnet ist, dass
der wenigstens eine Sensor als Drucksensor, insbesondere als Kraftwiderstandssensor ausgebildet ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Infusionspumpe nach Aspekt 1 vorgesehen, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass der Antrieb zum Transport der Flüssigkeit ein Peristaltikantrieb ist, wobei der Antrieb eine Antriebswelle aufweist und eine Wellenumdrehung die Kompression des Mittelteils bewirkt, wodurch die Flüssigkeit bewegbar ist.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung sieht eine Infusionspumpe nach dem zweiten Aspekt vor, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass der Antrieb einen Motor aufweist, mittels welchem über ein Getriebe, insbesondere ein Zahnradgetriebe die Antriebswelle drehbar ist.
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Gemäß einem vierten Aspekt ist eine Infusionspumpe nach dem zweiten Aspekt oder dem dritten Aspekt vorgesehen, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass der Antrieb einen Kolben, ein beutelseitiges Ventil, sowie ein patientenseitiges Ventil aufweist, wobei das beutelseitige Ventil und das patientenseitige Ventil auf der Antriebswelle angeordnet sind, wobei durch den Kolben die Kompression des Mittelteils und damit die Kompression eines Schlauches bewirkbar ist.
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Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung ist eine Infusionspumpe nach dem vierten Aspekt vorgesehen, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Antriebswelle den Kolben, das beutelseitige Ventil, sowie das patientenseitige Ventil in einer sich wiederholenden Reihenfolge ansteuert beziehungsweise bewegt, so dass ein Pumpprozess durchführbar ist.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen
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1 Ein Flussdiagramm einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2a bis 2d jeweils eine signifikante Position von drei Peristaltikeinheiten einer Infusionspumpe;
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3 eine Kennlinie eines Motors eines Peristaltikantriebs einer Infusionspumpe mit zugeordneten signifikanten Positionen;
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4a, b eine Kennlinie erstellt aus erfassten Informationen eines Kraftwiderstandssensors einer Infusionspumpe und eine vordefinierte Kennlinie eines fehlerfreien Pumpprozesses;
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5a bis c eine Kennlinie von erfassten Informationen eines Kraftwiderstandssensors im Fehlerfall fehlender Ventilgegenstücke beziehungsweise einem totalen Ausfall der Peristaltik, eine Überlagerung von vorgenannter Kennlinie mit einer Kennlinie eines fehlerfreien Pumpprozesses, sowie eine vordefinierte Kennlinie, welche vorgenannten Pumpprozess fehlerfrei darstellt;
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6a bis c eine Kennlinie von erfassten Informationen eines Kraftwiderstandssensors im Fehlerfall ohne beutelseitiges Ventilgegenstück beziehungsweise einem Teilausfall der Peristaltik, eine Überlagerung von vorgenannter Kennlinie mit einer Kennlinie eines fehlerfreien Pumpprozesses, sowie eine vordefinierte Kennlinie, welche vorgenannten Pumpprozess fehlerfrei darstellt;
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7a bis c eine Kennlinie von erfassten Informationen eines Kraftwiderstandssensors im Fehlerfall ohne patientenseitiges Ventilgegenstück beziehungsweise einem Teilausfall der Peristaltik, eine Überlagerung von vorgenannter Kennlinie mit einer Kennlinie eines fehlerfreien Pumpprozesse, sowie eine vordefinierte Kennlinie, welche vorgenannten Pumpprozess fehlerfrei darstellt;
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8 eine Kennlinie von erfassten Informationen eines Kraftwiderstandssensors im Fehlerfall einer Schlauchabklemmung beziehungsweise auftretendem Gegendruck und;
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9 eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Infusionspumpe;
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In 1 ist ein Flussdiagramm einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In Verfahrensschritt A erfolgt zunächst die Erfassung von Informationen zur Detektierung eines Pumpprozesses der Infusionspumpe, wobei die Informationen wenigstens eines Sensors der Infusionspumpe erfasst werden, wobei der wenigstens eine Sensor ein Drucksensor, insbesondere ein Kraftwiderstandssensor ist.
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Aus den erfassten Informationen, welche aufgenommene Messwerte des Kraftwiderstandssensors der Infusionspumpe wiedergeben, werden mittels einer schnellen Fouriertransformation die aufgenommenen Messerwerte, vorliegend als Funktion über die Zeit, in den Frequenzbereich transformiert. Derart können die bearbeiteten erfassten Informationen im Rahmen des Verfahrensschrittes C einer Identifikation unterzogen werden, welche einen ersten Peak und die dazugehörige Frequenz ermittelt. Die ermittelte Frequenz gibt Auskunft über die vorliegende Pumpgeschwindigkeit der Infusionspumpe.
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Im Verfahrensschritt D wird die Frequenz, welche aus den erfassten Informationen des Kraftwiderstandssensors errechnet ist mit erfassten Informationen eines Drehwinkelsensors, welcher in Wirkverbindung mit der Antriebsperistaltik der Infusionspumpe steht, verglichen. Stimmen die Messwerte hinsichtlich ihrer Frequenz nicht überein, liegt eine Fehlfunktion des Kraftwiderstandssensors oder des Winkelsensors vor. Mögliche Ursachen für den Fehler kann ein sich aus seiner festen Position bewegter Kraftwiderstandssensor sein oder dass der Polymerdruckkopf sich von dem Kraftwiderstandssensor gelöst hat. Liegt eine Übereinstimmung bei den erfassten und zu vergleichenden Frequenzen vor, wird in einem nächsten Schritt eine Auswahl hinsichtlich einer vordefinierten Kennlinien in Abhängigkeit der erfassten Frequenz getroffen. Die erfassten Informationen als Messwerte des Kraftwiderstandssensors der Infusionspumpe werden im Verfahrensschritt G mit einem Optimalfilter gefiltert. Ein Optimalfilter dient der Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses beziehungsweise der Reduzierung eines Störsignals, welches das Nutzsignal überlagern kann. Im Fall der von dem Kraftwiderstandssensor erfassten Informationen wird der Optimalfilter verwendet, um eine Peristaltikfehlfunktion anhand der spezifischen Kennlinien der erfassten Informationen des Kraftwiderstandssensors zu erkennen.
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Der Hintergrund hierfür ist, dass wenn eine Fehlfunktion der Peristaltik vorliegt, beispielsweise durch ein defektes patientenseitiges Ventil, die Peristaltik ungeachtet des Defekts mit der gleichen Pumpgeschwindigkeit weiter arbeitet. Daher bleibt die Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle der Peristaltik konstant und verändert sich nicht. Jedoch wird effektiv keine Infusionsflüssigkeit transportiert. Die von dem Winkelsensor erfassten Informationen werden sich trotz des Defekts daher nicht von denen eines fehlerfreien Pumpprozesses unterscheiden.
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Der Optimalfilter soll mit einer frequenzidentischen Vorgabefunktion eines fehlerfreien Pumpprozesses die aktuellen erfassten Informationen als Messwerte filtern. Die nach ihrer Frequenz gestaffelten Vorgabefunktionen fehlerfreier Pumpprozesse können sich beispielsweise in einem Speicher befinden und können nach der Identifikation der vorliegenden Frequenz des Pumpprozesses der Infusionspumpe für den Optimalfilter bereitgestellt werden. Im Optimalfilter wird die Vorgabefunktion über die erfassten Informationen, welche sich aus einem Nutzsignal und einem Störsignal zusammensetzen gelegt, um das Vorhandensein, die Anzahl und die Lage der signifikanten Positionen in den aktuell erfassten Informationen mit denen der Vorgabefunktion zu vergleichen. Je nach Höhe der Amplitude der erfassten Informationen kann anhand eines Vergleiches mit einem Schwellwert bestimmt werden, wie stark die erfassten Informationen und damit die Kennlinie der Form des Vorgabesignals ähnelt. Liegt die Höhe der Amplitude auf oder über dem Schwellwert, liegt ein fehlerfreier Pumpprozesses vor. Bei einem Wert unterhalb des Schwellwertes, liegt mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Defekt der Peristaltik vor. Dies ist im Flussdiagramm der 1 gemäß der Verfahrensschritte H und I dargestellt. Zur regelmäßigen Überwachung der Infusionspumpe kann nach dem Durchlauf ohne die Detektierung eines Defektes der Infusionspumpe ein neuer Durchlauf zur Überwachung der Infusionspumpe gestartet werden. Je nach Bedarf kann eine kontinuierliche Überwachung oder nach einer definierten Wartezeit eine erneute Überwachung und Detektierung erfolgen.
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In 2a bis d sind vier signifikante Positionen von Peristaltikeinheiten dargestellt. Dabei sind die drei Peristaltikeinheiten – das patientenseitige Ventil 9, das beutelseitige Ventil 10 und der Kolben 11 – auf einer Antriebswelle 12 der Peristaltik angeordnet. In der ersten signifikanten Position gemäß 2a ist das patientenseitige Ventil 9 geschlossen und das beutelseitige Ventil 10 ist geöffnet. Der Kolben 11 ist eingefahren. Infusionsflüssigkeit fließt in den beutelseitigen Schlauch. In der zweiten signifikanten Position des Pumpprozesses gemäß 2b sind sowohl das patientenseitige Ventil 9, als auch das beutelseitige Ventil 10 geschlossen, wobei der Kolben 11 eingefahren bleibt. Zu transportierende Infusionsflüssigkeit befindet sich zwischen den beiden Ventilen 9 und 10. In der dritten signifikanten Position des Pumpprozesses gemäß 2c ist das patientenseitige Ventil 9 geöffnet und der Kolben 11 eingefahren, während das beutelseitige Ventil 10 sich im ausgefahrenen Zustand befindet und somit geschlossen ist. Für den Transport von Infusionsflüssigkeit wird zunächst der Kolben 11 ausgefahren und anschließend zeitlich leicht versetzt das patientenseitige Ventil 9 geschlossen. Durch den Kolben 11 wird ein Schlauch zusammen gedrückt beziehungsweise komprimiert und die Infusionsflüssigkeit entweicht in das patientenseitige Schlauchende. In der vierten signifikanten Position gemäß 2d sind das beutelseitige Ventil 10 und das patientenseitige Ventil 9 geöffnet und der Kolben 11 ist ausgefahren. Es ist anzumerken, dass diese vier abgebildeten signifikanten Positionen des Pumpprozesses während des Betriebes einer Infusionspumpe fließend ineinander übergehen und sich sequenziell zum Transport der Infusionsflüssigkeit wiederholen.
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In 3 ist die Kennlinie der Stromstärke eines Motors der Peristaltik der Infusionspumpe mit zugeordneten signifikanten Positionen im Rahmen eines Pumpprozesses dargestellt. Am Tiefpunkt vor dem ersten Peak befindet sich die erste signifikante Position. Der Kolben 11 und das beutelseitige Ventil 10 sind eingefahren und das patientenseitige Ventil 9 ist ausgefahren. Am Extrempunkt des ersten Peaks befindet sich die Peristaltikbewegung in der zweiten signifikanten Position. Durch die Bewegung des beutelseitigen Ventils 10 gegen den bereits mit Infusionsflüssigkeit gefüllten Schlauch, welcher zum Transport der Infusionsflüssigkeit komprimiert werden muss, benötigt der Motor der Peristaltik ein erhöhtes Drehmoment. Der nächste Tiefpunkt kennzeichnet die dritte signifikante Position. Hierzu wurden das patientenseitige Ventil 9 und der Kolben 11 eingefahren. Beide Bewegungen erfolgen ohne einen Gegendruck mit einem niedrigen Drehmoment. Demensprechend nimmt die gemessene Stromstärke ab. Zum zweiten und höchsten Peak wird der Kolben 11 und das patientenseitige Ventil 9 gegen den mit Infusionsflüssigkeit gefüllten Schlauch nach oben bewegt. Der Motor der Peristaltik benötigt zur Überwindung des höheren Gegendrucks ein höheres Drehmoment. Dies spiegelt die vierte signifikante Position wider.
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In 4a ist der Verlauf der Stromstärke des Motors der Peristaltik und sind die erfassten Informationen eines Kraftwiderstandssensors dargestellt. Es ist zu erkennen, dass der Transport von Infusionsflüssigkeit deutlich zu identifizieren ist. Dieser findet zwischen der dritten und vierten signifikanten Position statt. In 4a ist dies durch die Markierung „aktiver Pumpprozess” gekennzeichnet.
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Zur Durchführung des Vergleiches zwischen den erfassten Informationen zur Detektierung eines Pumpprozesses der Infusionspumpe mit vordefinierten Informationen wird das in 4b dargestellte Template verwendet. Das Template gibt die charakteristische Verlaufsform eines fehlerfreien Pumpprozesses wieder. Das Template beginnt mit der ersten signifikanten Position und stellt im Folgenden die Kennlinie einer kompletten Periode eines Pumpprozesses dar. Nach dem Durchlaufen eines Optimalfilter-Algorithmus wird die Ähnlichkeit der erfassten Informationen beziehungsweise der Kennlinie der erfassten Informationen des Pumpprozesses zum vordefinierten Template über die Zeit dargestellt. Die derartigen normierten erfassten Informationen stimmen mit der Form des Templates genau dann überein, wenn der Start- beziehungsweise Endpunkt des Templates genau auf den Start- beziehungsweise Endpunkt einer Periode der erfassten Informationen liegt und die signifikanten Tief- und Hochpunkte des Templates und der erfassten Informationen übereinander liegen. Hierfür wird die Pumpgeschwindigkeit anhand der Frequenz bestimmt, insbesondere um fehlerfreie von fehlerhaften Pumpprozessen unterscheiden zu können. Es wird zudem zur Analyse ein Schwellwert 13 benötigt, welche durch die horizontale Linie dargestellt ist. Zur Bestimmung des Schwellwerts 13 wurde der Optimalfilter-Algorithmus zudem auf einen Pumpprozess mit dem Defekt eines fehlenden Ventilgegenstücks, eines fehlenden beutelseitigen Ventilgegenstücks und eines fehlenden patientenseitiges Ventilgegenstücks angewendet. Anhand des daraus resultierenden Mittelwertes der Peaks kann die Standardabweichung bestimmt werden, so dass der Schwellwert für einen fehlerfreien Pumpprozess bestimmt werden kann. Dieser Schwellwert 13 trennt einen fehlerfreien Pumpprozess eindeutig von einem fehlerhaften Pumpprozess ab, so dass diese voneinander zu unterscheiden sind.
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Der Defekt eines fehlenden Ventilgegenstücks beziehungsweise eines totalen Ausfalls der Peristaltik ist in den 5a bis c dargestellt. Dabei zeigen die Figuren vorgenannte Kennlinien, wenn dieser Fehlerfall vorliegt. Entsprechend kann zu diesem Fehlerfall ein Template erstellt werden, welches in 5c dargestellt ist.
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In den 6a bis c sind die entsprechenden Diagramme im Falle eines Defektes eines fehlenden beutelseitigen Ventilgegenstücks beziehungsweise eines Teilausfalls der Peristaltik dargestellt. Abweichungen gegenüber einem fehlerfreien Pumpprozess sind insbesondere in 6b durch die überlappende Darstellung eines fehlerfreien Pumpprozesses beziehungsweise des Pumpprozesses, bei welchem der vorgenannte Defekt vorliegt, aufgezeigt.
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Die 7a bis c zeigen die entsprechenden Verlaufsdiagramme beziehungsweise Kennlinien analog zu den 5a bis c beziehungsweise 6a bis c im Fehlerfall eines fehlenden patientenseitigen Ventilgegenstücks beziehungsweise eines Teilausfalls der Peristaltik.
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In 8 sind die entsprechenden Kennlinien im Fehlerfall der Abklemmung eines mit einer Infusionspumpe verbundenen Schlauches dargestellt. Wird der Versorgungsschlauch beispielsweise auf der Patientenseite abgeklemmt, kommt es zu einem schlagartigen Abfall der erfassten Informationen des Kraftwiderstandssensors. Durch die Abklemmung des Schlauches kommt es zu einem Druckanstieg, wodurch die Widerstandswerte mit der ersten Kolbenbewegung nach der Schlauchabklemmung stark abfallen.
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9 zeigt eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Infusionspumpe 1 mit einer Flussrichtungsanzeige 2, einem Peristaltikantrieb 3, einer Freiflussklemme 4, einem Luftsensor 5, einem patientenseitigen Drucksensor, vorliegend ein Kraftwiderstandssensor 6, sowie einem beutelseitiger Drucksensor, vorliegend ein Kraftwiderstandssensor 7 und eine zu verschließende Tür 8. Ein Beutelschlauch (nicht dargestellt) wird zunächst mit Hilfe eines sogenannten Schlüssels und der Freiflussklemme 4 in eine vorgesehene Einlegevorrichtung platziert. Diese befindet an der Position der Freiflussklemme 4. Die Einlegevorrichtung besteht aus einer Vertiefung und einem U-förmigen Luftsensor. Nach der Platzierung befindet sich der Schlauch zwischen den beiden Backen des Luftsensors. Der Luftsensor arbeitet auf Ultraschallbasis, um Luft innerhalb des Infusionsschlauches zu detektieren und ein mögliches Infudieren von Luft in den Patienten zu verhindern. Die Einlegevorrichtung ist derart konstruiert, dass der Beutelschlauch mit dem Polymerkopf des Drucksensors 6 in direktem Kontakt steht. Der Polymerkopf des Drucksensors 6 ist über eine Feder mit dem Gehäuse der Infusionspumpe 1 verbunden. Das Polymerkopf-Federsystem fungiert als Kraftaufnahmesystem, welches sich nach einer Kraftauslenkung wieder zurückstellt. Die Infusionspumpe 1 umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung einer Infusionspumpe mit technischen Mitteln, welche eingerichtet und/oder ausgebildet sind, ein erfindungsgemäßes Verfahren, insbesondere ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 wenigstens teilweise auszuführen.
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Es können zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zwei Drucksensoren 6, 7 an der Infusionspumpe 1 angeordnet sein, so dass bei Ausfall eines Drucksensors 6, 7 der jeweils andere Drucksensor 6, 7 die Erfassung des innerhalb eines mit der Infusionspumpe 1 verbundenen Schlauches übernehmen kann. Der zweite Drucksensor 6, 7 ist dann als Redundanz für den ersten Drucksensor 6, 7 vorgesehen. Beispielsweise kann dies realisiert werden, indem ein Drucksensor 7 am beutelseitigen Schlauch oder nahe des beutelseitigen Ventils 10 angeordnet ist und der andere Drucksensor 6 am patientenseitigen Schlauch bzw. nahe des patientenseitigen Ventils 9 angeordnet ist. Die jeweils im beutelseitigen bzw. patientenseitigen Schlauch vorherrschenden Drücke sind (nahezu) identisch.
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Die in den Figuren der Zeichnung dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Infusionspumpe
- 2
- Flussrichtungsanzeige
- 3
- Peristaltikantrieb
- 4
- Freiflussklemme
- 5
- Luftsensor
- 6
- patientenseitiger Drucksensor
- 7
- beutelseitiger Drucksensor
- 8
- Tür
- 9
- patientenseitiges Ventil
- 10
- beutelseitiges Ventil
- 11
- Kolben
- 12
- Antriebswelle
- 13
- Schwellwert
- 14
- Optimalfilter
- A bis I
- Verfahrensschritte
- J
- neuer Durchlauf des Verfahrens
