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Dosierpumpe für die diskontinuierliche, exakt dosierte Fltissigkeitsapplikation
in der Medizin Einleitung: Heutzutage werden in der Medizin vor allem Infusionsgeräte
verwendet, bei denen der hydrostatische Druck, der durch die Anordnung des Infusionsbehälters
über der Infusionsstelle im System entsteht, zur ttberwindung des Intravasaldruckes
dient. Durch die Druckdifferenz fließt die Flüssigkeit in das Gefäßsystem ein. Die
pro Zeiteinheit infundierte Flüssigkeitsmenge ist jedoch vor allem von 5 Faktoren
abhängig: 1. dem Querschnitt des zuführenden Schlauches 2. der Höhendifferenz von
Flüssigkeitsspiegel in Infusionsbehälter und Einstichstelle der Hohlnadel 3. vom
Lumen der Infusionsnadel 4. von der räumlichen Lage der Kanüle im Blutgefäß 5. vom
intravasalen Druck.
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Bei diesen bis heutzutage vor allem verwendeten Infusionssystemen
beeinflussen alle oben genannten Faktoren wesentlich die pro Zeiteinheit infundierte
Flüssigkeitsmenge. Es soll hier zur Erläuterung erwähnt werden, daß schon kleinste
Körperbewegungen des Patienten zu Verschiebungen der Nadel in dem Gefäßlumen führen
können. Hiermit tritt aber eine Änderung der einfließenden Flüssigkeitsmenge ein.
Im Extremfall z. B. durch Anliegen der Nadelspitze an der Gefäßinnenwand kann sogar
ein kompletter Stop entstehen. Es wurde deshalb schon frühzeitig versucht, Infusionssysteme
(Pumpen) zu entwickeln, mit denen eine exakte Flüssigkeitszufthrung für längere
Zeit weitgehend unabhängig von den oben genannten Störmöglichkeiten ist. Bis jetzt
sind folgende Systeme gebräuchlich: 1. Kolbensysteme, hierbei werden meist Injektionsspritzen
von 50-maximial 100 ml Fassungsvermögen verwendet. Ein mechanischer Vorschub ermöglicht
es, den Inhalt in einer bestimmten Zeit
ins Gefäß des Patienten
zu pressen. Diese Systeme sin leider durch das auf 50-100ml beschränkte Fassungsvermögen
in ihrer medizinischen Anwendung beschränkt. Daneben messen weitere Nachteile, beispielsweise
häufiges Sterilisieren und hei häufigem Gebrauch auftretende Undichtigkeiten in
Kauf genommen werden. Als Vorteil ist aber erwähnenswert, daß die Gefahr der Luftinfusion
nicht besteht.
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2. Die anfänglich von den Physiologen, heute vor allem auch von den
Herzchirurgen verwendeten Schlauchpumpen, im Zusammenhang mit der Herzlungenmaschine,
gestatten es fast beliebig große Flüssigkeitsmengen in bestimmter Zeit mit großer
Genauigkeit zu infundieren. Die infundierte Flüssigkeitsmenge wird hier auch ausschließlich
von der Pumpengeschwindigkeit bestimmt und nicht durch die 5 anfänglich erwähnten
Faktoren. Dieses Infusionssystem hat aber in der Medizin noch keine breite Einführung
gefunden wegen 1. zu hohen Preisen (aufwendige Konstruktion), 2. zu schwierige Bedienung
für das Pflegepersonal, 3. bei der Infusion von Blut zu starker Haemolyse, 4. der
Möglichkeit einer Infusion von Luft bei leerem Vorratebehälter.
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In neuester Zeit wird wegen der Haemolyse auch in der Herzchirurgie
zunehmend versucht, die herkömmlichen Schlauchpumpen durch Systeme zu ersetzen,
die zu einer geringeren Zerstörung von Erythrozyten führen. Weiterhin hat sich in
allerneuester Zeit vor allem bei der Perfusion von zur Transplantation bestimmten
Organen gezeigt, daß eine pulsierende Durchströmung weit günstiger ist als eine
kontinuierliche.
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An eine moderne Infusionspumpe sind nnch dem Erläuterten folgende
Forderungen zu stellen: 1. Hohe Sicherheit für den Patienten, d.h.
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a) hohe Betriebssicherheit (Wartungsfreiheit, Sicherungen bei
Stromausfall,
etc.) b) einfachste Bedienung für das Pflegepersonal zur Vermeidung von Fehlern
c) Sicherung gegen Infusion von Luft bei leeren Vorratsbehälter 2. Möglichst langes
Offenbleiben der zur Infusion benützten Hohlnadel oder des Venenkatheters, durch
Vermeidung von Blutgerinselbildung wie sie vor allem bei kleinsten Infusionsgeschwindigkeiten
entstehen.
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3. Möglichst geringe Veränderung der infundierten Flüssigkeit bzw.
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Blut (Haemolyse). Alle diese Überlegungen führten zur Neukonstruktion
einer Infusionspumpe, die kurz beschrieben wird.
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Die "Pulsatile Flow Pump", eine Dosierpumpe für die diskontinuierliche.
exakt dosierte Flüssigkeitsapplikation vor allem in der Medizin
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Zur neue Infusionspumpe gehört ein Infusionsbesteck, bei dem in den
Plastikableitschlauch an einer bestimmten Stelle ein ca.
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20 cm langes Spezialstück aus verschiedensten Materialien z.B.
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Paragummi, Siliconkautschuk etc. zwischengeschaltet ist und in die
neue Pumpe zu liegen kommt. Durch die Verwendung eines Zwischenstückes mit kapillarem
Spaltraum in ungefülltem Zustand (Patentanmeldung P 1491770.5) an Stelle eines Schlauches
mit kreisförmigem Querschnitt kann die Infusion von Luft sicher verhiniert werden.
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Beschreibung des Arbeitsprinzips der Dosierpumpe ("Pulsatile-Flow-Pump"):
Der oben beschriebene Schlauch kommt unter die Hebel A, B und C zu liegen, die mit
ihren zugehörigen Elektromagneten und Verschlußfedern da3 eigentliche Pumpaggregat
darstellen. Der Flüssigkeitsstrom in er Schlauch bewegt sich wie in der SkizLe 1
durch pfeil angedeutet von rechts nach links durch folgenden Funktionsablauf: Die
Nebel A und C komprimieren im Suhezustand, d.h. wenn ihre.
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zugehörigen Elektromagneten stromlos sind durch ihre Verschlußfedern
den
darunter liegenden Schlauch und unterbrechen dadurch den Flüssigkeitsstrom. Dadurch
ergibt sich auch bei Stromausfall eine doppelte Sicherheit gegen eine unkontrollierte
Infusion von Flüssigkeit. Durch die Steuerelektronik, die aus einem in seinem Tastverhältnis
regelbaren transistorisierten Multivibrator (Einstellung der Tropfenzahl) und von
diesem gesteuerten Impuls - Schaltverstärkern für die Elektromagnete MA, MB und
MC besteht wird folgender Funktionsablauf der Pumphebel h, B und C erreicht: Funktionsstadium
Nr.1: Elektromagneten MA, MB und MC stromlos.
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Kompression des eingelegten Schlauches durch die Hebel A und C durch
ihre zugehörigen Verschlußfedern.
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Stadium Nr.2; Die Elektromagneten MA und zeitlich etwas verzögert
(< 1 Sekunde) MB erhalten Strom. Hierdurch kommt es zum Öffnen des Verschlußhebels
A und nachfolgend zur Kompression des darunterliegenden Schlauches durch Hebel B.
Da aber Hebel C den Schlauch noch verschließt muß die Flüssigkeit im Schlauch (s.
Skizze) von rechts nach links abflieen.
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Stadium Nr. 3: Elektromagnet MA wird stromlos und zeitlich verzögert
Magnet MB. Der Hebel A komprimiert jetzt mit Hilfe seiner Verschlußfeder den darunter
liegenden Schlauch und drückt dadurch weitere Flüssigkeit nach links (Skizze), da
diese durch die noch andauernde Kompression des Schlauches durch Hebel B nicht narh
rechts ausweichen kann.
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Stadium Nr.4: Die Magneten MA, MB und MC sind stromlos. Die vorher
von rechts nach links bewgte Flüssigkeit kann durch Abquetschen des Schlauches durch
Hebel A, obwohl Hebel 3 den Schlauch jetzt nicht mehr komprimiert, nicht zurückströmen.
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Stadium Nr.5: Magnet MC erhält Strom. Die Magneten MA und MB sind
strtmlos. Hebel C komprimiert nun den darunter liegenden Schlauch nicht mehr. Der
zwischen Hebel A und Nebel C liegende
Schlauchanteil kann nun wieder
durch Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter aufgefüllt werden.
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Stadium Nr,6: Magneten MA, MB und MC stromlos. Kompression des Schlauches
durch Hebel A und Hebel C. Dadurch Absperrung des Zu- und Rückstroms von Flüssigkeit
(vom Patient bzw. Vorratsbehälter).
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Nach dieser kurzen Funktionabeschreibung ist es leicht ersichtlich,
daß die Pumpgeschwindigkeit durch folgende Maßnahmen leicht verändert werden kann.
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1. Die Impulshäufigkeit des Multivibrators s.B. mit einem Regelwiderstand,
2. Änderungen des Schlauchdurchmessers, 3. Verbreiterungen der Verschmälerungen
des Hebels B.
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Durch die richtige Wahl von Schlauchdurchmesser und Breite des Hebels
B kann erreicht werden, daß eine für die Anwendung in der Medizin besondere praktische
Eichung von einem Normtropfen pro Funktionszyklus erreicht wird. Hierdurch läßt
sich die umständliche Umrechnung von ml in Tropfen pro Minute für das Pflegepersonal
umgehen.
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Praktischen Ausführung der Infusionspumpe: Die "Pulsatile Flow Pump"
besteht aus 2 Funktionseinheiten 1. der elektro-mechanischen Pumpeinheit und 2.
der elektronischen Steuereinheit.
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Elektro-mechanische Pumpeinheit: Diese besteht in ihrer praktischen
Ausführung aus 3 schmalen Hebeln, die in geringem Abstand zueinander einen darunter
liegenden Schlauch gegen eine feste Unterlage komprimieren. Alle Hebel, A, 3 und
C sind mit zugehörigen Elektromagneten versehen.
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Die Hebel A und C komprimieren zusätzlich im Ruhezustand durch Federn
den darunter gelegenen Schlauch. Beim Öffnen des in rastenden Scharnieren gelagerten
Verschlußdeckels werden gleichzeitig die Funktionshebel A, B und C angehoben, wodurch
der Schlauch sehr leicht eingeführt werden kann. Beim nachfolgenden Zuklappen des
Deckels wird der Schlauch durch diesen etwas
ko:nprimiert und damit
gegen Zug und Verschieben gesichert.
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Gleichzeitig werden die Funktionshebel A, B und C wieder in ihre
Funktionsstellung abgesenkt.
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Peschreibung der elektronischen Steuereinheit: Diese ist volltransistorisiert,
besteht aus einem in seinem Tastverhältnis veränderlichen unsymetrischen Multivibrator
mit Auskoppelgliedern für die 3 nachgeschalteten Impuls-Schaltverstärker, die verschiedene
Ausschaltverzögerungen aufweisen.
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Jeder Impuls-Schaltverstärker ist je einem Elektromagneten für die
Bedienung der Pumphebel A, B und C zugeordnet.
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Vorzuge der neuen Infusionspumpe: 1. Die diskontinuierliche ("pulsatile
flow") Infusion von Flüssigkeiten führt a) vor allem bei der Anwendung zur Durchströmung
von Organen, die zur Transplantation vorgesehen sind zu besseren Ergebnissen.
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b) Bei kleinsten Infusionsgeschwindigkeiten (unter 5ml/Stunde), wie
sie z.B. bei der Aufzucht von Frühgeborenen, in der experimentellen Medizin und
auch beim Herzinfarktkranken angewendet werden, kann eine sonst verhältnismäßig
leicht durch Aggregation von Thrombozyten entstehende Verlegung des Kanülenlumens
durch die diskontinuierliche Infusion vermieden werden. Auch bei kleinen Infusionsgeschwindigkeiten
werden noch verhältnismäßig große Flüssigkeitsmengen pro Zeiteinheit mit hoher Strömungsgeschwindigkeit
durch das Kanülenlumen oder den Ratheter in das Gefäß gepreßt. Thrombozytenaggregatbildungen
können sich hierdurch weniger bilden oder werden aufgelöst und weggespült. Eine
längere Durchgängigkeit vor allem bei der Verwendung kleiner und kleinster Venen
für die Infusion, wie z.B. bei Frühgeborenen oder in der experimentellen Medizin
beim kleinen Versuchstier ist hierdurch gegeben.
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2. Durch die angegebene Konstruktion ergibt sich eine sehr einfache
Bedienung für das Personal (Einlegen des Schlauches, Kontrolle
der
Funktion über Kontrollampe, Eichung in Normtropfen/Minute).
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3. Durch. die mechanisch einfac'e und robuste Konstruktion in Verbindung
mit der vollelektronischen Steuerung (ohne Verwendung von Kontakten) läßt sich eine
hohe Betriebssicherheit und Wartungsfreiheit erreichen.
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4. Die elektronische Steuerung läßt eine stufenlose Änderung der
Infusionsgeschwindigkeit im Verhältnis 1:30 zu. Eventuell vorübergehend in Notfällen
erforderliche höhere Infusionsgeschwindigkeiten können leicht durch Anheben des
Verschlußdeckels und damit Außerbetriebsetzen der Pumpe erreicht werden.
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5. Für die Verwendung der Infuslonspumpe sind nur geringgradig abgewandelte
(mit einem zwischengeschalteten Spezialschlauch versehene) handelsübliche Infusionsbestecke
zum Einmalgebrauch verwendbar.
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6. Durch die sich aus der Konstruktion ergebende Kleinheit leichte
Bedienbarkeit, Zuverlässigkeit, sowie Preiswürdigkeit läßt sich eine breitere Anwendung
von Infusionspumpen in der Medizin erreichen. Daraus resultiert aber eine erhöhte
Sicherheit für den Patienten bei gleichzeitig erheblicher Arbeitsersparnis für das
Pflegepersonal.
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Patentansprüche: 1. Losierpumpe dadurch gekennzeichnet, daß die Infusion
von Flüsßig-@eiten aller Art stoßweise ("pulsatile flow") erfolgt.
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2. Dosierpumpe dadurch gekennzeichnet, daß für die Pumpfunktion 3
Hebel benützt werden, die in einem bestimmten Funktionsablaui einen Schlauch so
komprimieren, daß ein gerichteter stoßweiser Flüssigkeitsstrom resultiert.
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3. Infusionspumpe dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion der drei
den Schlauch wechselnd komprimierenden Hebel durch Federn und zugeordnete Elektromagneten
mit Hilfe einer Elektronik in ihrem Funktionsablauf gesteuert werden.