DE2037946A1

DE2037946A1 - Durchfluß-Regelvorrichtung

Info

Publication number: DE2037946A1
Application number: DE19702037946
Authority: DE
Inventors: Heinz Werner La Jolla Calif. Georgi (V.StA.)
Original assignee: Ivac Corporation, San Diego, Calif. (V.StA.)
Priority date: 1970-04-14
Filing date: 1970-07-30
Publication date: 1971-10-28
Also published as: AU2568571A; GB1326373A; CA942850A; CH587663A5; CA955138A; GB1326376A; CH563166A5; JPS5125672B1; JPS5124836B1; CA955137A; DE2037946C2; JPS5125673B1; JPS5125674B1; CA943422A; CH587591A5; GB1326372A; CH587059A5; CH587662A5; GB1326371A; US3736930A

Description

"Üurchfluss-Rege!vorrichtung"

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Durchfluß-Regelvorrichtungen und insbesondere auf eine neuartige automatische, selbstregulierende Überdruck-Infusionspumpe zur parenteralen Einführung medikamentöser Flüssigkeiten bei sehr verschiedenen Infusionsgeschwindigkeiten.

Bei der allmählichen parenteralen Einführung von Flüssigkeiten in den menschlichen Körper, z.B. bei der Infusion von Nährlösungen, bei Bluttransfusionen und dergleichen, wird eine_ in der Medizin als Infusionsapparat bekannte Vorrichtung verwendet. Diese Vorrichtung umfaßt gewöhnlich eine mit ihrer Öffnung nach unten aufgehängte, die-zu verabreichende Flüssigkeit enthaltende Flasche, eine gewöhnlich aus Plastikmaterial angefertigte Röhre zur intravenösen Einführung,und eine geeignete Ventilvorrichtung, z.B. eine Schraubklemme, mit der die Tropfgeschwindigkeit der Flüssigkeit aus der Flasche in eine unterhalb derselben angebrachte Tropfkammer eingestellt werden kann. Die Tropfkammer hat einerseits die Aufgabe der Pflegeperson die Beobachtung der Geschwindigkeit des Tropfenauslaufs aus der Flasche .zu ermöglichen und stellt andrerseits einen Vorratsbehälter für die Flüssigkeit dar, der den Eintritt von Luft in die zum Patienten führende Leitung verhindert.

Die Beobachtung der Tropfgeschwindigkeit in der Tropfkammer ist zwar ein einfaches Verfahren zur Einregelung der dem Patienten während einer gewissen Zeit zugeführten Flüssigkeitsmenge, macht jedoch eine verhältnismäßig beständige Überwachung

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einer Dauertropfinfusion notwendig um deren Aufhören durch Beendigung des Flüssigkeitsvorrats rechtzeitig zu bemerken oder zu einem ständigen Strom führende Durchflußänderungen mit einer eventuellen gefährlichen Erhöhung der dem Patienten zugeführten Flüssigkeitsnenge zu verhindern.

So überprüfen in Krankenhäusern Schwestern in regelmäßigen Abständen die Tropfgeschwindigkeit jeder intravenösen Dauertropf infusion oder parenteralen Flüssigkeitseinführung. Diese Überwachung ist zeitraubend, störanfällig mit entsprechenden schwerwiegenden Polgen, und verringert die Zeit, während der qualifiziertes Pflegepersonal sich wichtigeren Aufgaben widmen könnte. Eine die Tropfgeschwindigkeit überwachende Schwester benützt gewöhnlich eine Uhr um die Zahl der während einer oder zwei Minuten ausfließenden Tropfen zu zählen. Anschließend rechnet sie die Tropfenzahl in die entsprechende Durchflußgeschwindigkeit um, die z.B. in Kubikzentimeter pro Stunde ausgedrückt werden kann. Falls die so bestimmte Infusionsgeschwindigkeit von der vorgeschriebenen Geschwindigkeit abweicht, muß die Schwester von Hand die Schraubklemme verstellen um die richtige Infusionsgeschwindigkeit einzustellen, wieder Tropfen zählen und die neue Tropfgeschwindigkeit berechnen.

Alle diese Messungen, Berechnungen und Einjustierungen benötigen gewöhnlich einige Minuten. Bei einer großen Zahl von Dauertropfinfusionen, die mehrmals täglich überprüft werden müssen, geht ein großer Teil der gesamten Arbeitszeit mit solchen

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Zählungen und Justierungen verloren. 'Nenn starke Arbeitsüberlastung auftritt, besteht die Tendenz zu Fehlern bei der Beroclinunr der Infusionsgeschwinüigkeit und nachteilige oder sogar gefährliche Infusionsgeschwindigkeiten können auftreten.

Abgesehen von diesen Schwierigkeiten ist die parenterale Verabreichung von Flüssigkeiten durch Infusion aus einem über dem Patienten angebrachten Behälter starken Schwankungen der Flußgeöchwindigkeit unterworfen, die sich aus Veränderungen des Flüssigkeitspegel^ im Behälter, Temperaturänderungen, Änderungen des arteriellen oder venösen Drucks im Patienten, Bewegungen des Patienten, und lösen der Stellschraube oder anderer Ventilvorrichtungen ergeben. In gewissen Fällen, z.B. im Falle schwerer !erkrankungen, bei Patienten mit Herzerkrankungen, bei Kindern, oder bei der Verabreichung hochwirksanier Medikamente muß der Durchfluß genau einregelbar und außerdem innerhalb eines weiten Bereiches veränderlich sein. In diesen Fällen ist es von größter uichtigkeit, aaß das iflegepersonal unerwünschte Änderungen der Durchflußgeschwindigkeit, Versagen der Flüssigkeitsvers.orgung oder Entleerung des Flüssigkeitsvorrats bemerkt.

wäsche Überwachung und leichte, aber genaue Einregelung der Tropfgeschvviiidigkeit parenteraler Dauertropf inf us ionen sind äußerst wichtig für Krankeruaauspersonal, dem eine große Arbeitslast zufällt. In den vergangenen Jahren sind verschiedene elektrische Anzeigesysteme, Tropfenflußregler und Infusionspumpen entwickelt worden tun die Tropf geschwindigkeit zu überwachen"

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BADORJÖINAI.

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und einzuregeln. Einige dieser Vorrichtungen können beim Auftreten von den Patienten gefährdenden Bedingungen einen Alarm auslösen, sodaß die Uberwachungsaufgaben des Pflegepersonals zu einem gewissen Grad reduziert werden. Zwar haben.diese_:Über-" wachungs- und Tropfgeschwindigkeit-Regelvorrichtungen gewöhnlich ihren Zweck erfüllt, doch sind sie nicht zufriedenstellend, was die Betriebssicherheit, Genauigkeit, und Veränderlichkeit der Durchflußgeschwindigkeit angeht, die zuweilen im Verhältnis 1:100 verändert werden muß. Auch treten in diesen Vorrichtungen gelegentlich starke Änderungen der Durchflußgeschwindigkeit infolge Temperaturschwankungen auf, durch Änderungen der Schlauchdurchmesser oder durch Abbiegen der Schläuche, durch Veränderungen des venösen oder arteriellen Drucks, oder durch Veränderungen in der Aufhängung der Flasche oder des Flüssigkeitspegels in derselben.'

Der Bedarf an einer relativ einfachen, -zuverlässigen und genauen Durchfluß-Regelvorrichtung, in der die oben angeführten Nachteile nicht auftreten, ist seit langem von Benutzern von Vorrichtungen zur Verabreichung parenteraler Infusionen bestätigt worden, und die vorliegende Erfindung hat zum Ziel diese Anforderungen durch Schaffung einer neuartigen Durchfluß-Rege!vorrichtung zu erfüllen.

Die vorliegende Erfindung schafft eine neuartige Durch— . · fluß-Rege!vorrichtung für die parenterale Verabreichung von Medikamenten, wobei ein Portschaltmotor zum Betrieb einer peri-

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staltischen Pumpe durch ein geschlossenes digitales Regelsystem gesteuert wird, das die Infusionsgeschwindigkeit überwacht und über einen weiten Bereich von Tröpfgeschwindigkeiten regelt.

In einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung wird eine peristaltische Pumpe von einem Fortschaltmotor angetrieben, der seinerseits wieder von den Impulsen eines veränderlichen Impulsgenerators gespeist wird. Der Impulsgenerator liefert Impulse mit einer Frequenz, die von der Größe einer Eingangsspannung abhängt. Diese regelnde Eingangsspannung wird von einem neuartigen Speicher für die Tropfgeschwindigkeiten erzeugt, der zwei elektrische Signale vergleicht, die proportional der gemessenen bzw. der gewünschten Tropfgeschwindigkeit sind, und der die Differenzspannung vorzeichenrichtig integriert, sodaß die Amplitude der Regelspannung erhöht oder verkleinert wird. Dies ergibt eine genaue Steuerung der Speiseimpulse für den Fortschaltmotor, der damit mit der die gewünschte Tropfgeschwindigkeit ergebenden Frequenz arbeitet, wobei die aus dem Speicher und dem Motor bestehende Einheit einen elektronischen Servoregler darstellt.

Die Ülngangsregelspannung zu dem den Fort schal tmo tor betreibenden Impulsgenerator, d.h. zu den betreffenden Kreisen, wird durch ein geeignetes nichtlineares Netzwerk verändert, sodafi die gewünschte Infusionsgeschwindigkeit in weiten Grenzen eingeregelt werden kann. Die Regelung ist derart, daß die Regelempfindlichkeit bei geringen Tropfgeschwindigkeiten vermindert -

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wird, während sie bei hohen Tropfgeschwindigfceiten erhöht wird, d.h. die Durchflußänderung, die die Pumpe bei einer gewissen Zunahme der Regelspannung bewirkt, wird entsprechend verändert. Bei dieser Abstimmung der Pumpgeschwindigkeit auf die RegeIspahnung wird die Ansprechempfindliehkeit bei niedrigen Durchflußgeschwind igkei ten reduziert, sodaß eine gleichmäßige Regelung mit einer Digitalgeräten entsprechenden Genauigkeit möglich ist. Doch werden dabei gleichzeitig starke Sprünge,'die bei der.Einstellung durch die digitalen Eingangssignale in der-Regelspannung erzeugt werden können, verhindert. Ferner bleibt die hohe Regelempfindlichkeit bei hohen Tropfgeschwindigkeiten erhalten. ■ Die Regelempfindlichkeit der erfindungsgemäßen Durchfluß-Regel-, vorrichtung ergibt stabile, genau einregelbare Durchflußgeschwindigkeiten in einem weiten Bereich, der etwa einer 100:1 Regelung entspricht.

Die RegelspannungSamplitude wird von geeigneten uiskriminatorstufen überwacht, sodaß unzulässige Betriebsanforderungen, die z.B. eine die Kapazität der Vorrichtung überschreitende Pumpgeschwindigkeit bedingen würden, oder die'ein von der Pumpe_: nicht kompensierbares Lecken anzeigen, geeignete optische öder" akustische Alarmsignale auslösen und die Pumpe"ababhalten. Um außerdem Pflegepersonal auf das Ausgehen der' InfusionsfTüssigkeit oder andere den Flüssigkeitsfluß unterbrechende Bedingungen aufmerksam zu machen, sind-Vorrichtungen vorgesehen zur Überwachung der Rotation des Fortschaltmotors, zur Abgabe von Warnsignalen,

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und zur Unterbrechung des Pumpenbetriebes beim Fehlen von Tropfen während einer bestimmten Anzahl von Motorumdrehungen. Als eine weitere Schutzmaßnahme gegen das Einpumpen von Luft nach Beendigung des Flüssigkeitsvorrats werden die vom Impulsgenerator gelieferten Impulse integriert, doch wird der Integrator jedes Mal zurückgestellt, wenn ein Tropfen nachgewiesen wird. Wenn daher kein Tropfen während einer bestimmten Anzahl von den Fortschaltmotor betätigenden Impulsen nachgewiesen wird, wird die Integratorspannung auf einen Wert erhöht, bei dem eine Auslösung der Warnmittel und eine Unterbrechung des .' Pumpenbetriebs stattfinden.

Die neuartige Durchfluß-Rege!vorrichtung der vorliegenden Erfinaung ist sehr genau, zuverlässig, und einfach zu bedienen. Me mit Eigitalvorricntungen erzielbare Genauigkeit tritt bei der ."Zahl und der Auf recht erhaltung der Durchflußgeschwindigkeit in einem weiten dynamischen Bereich auf. Die Vorrichtung spricht rasch an und übermittelt 7/arnsignale an das Pflegepersonal, wenn den Patienten gefährdende Bedingungen auftreten. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verringert dadurch den Zeitaufwand und die Fehlermöglichkeiten im Vergleich zu bisher üblichen Überwachungs- und Regelmaßnahmen von Dauertropfinfusionen.

Diese und andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der nachstenenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die eine Ausführungsform darstellenden Figuren

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ORIGINAL INSPECTED

erläutert.

Figur 1 ist ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Durchfluß-Regelvorrichtung.

Figur 2 ist die Schaltung des Speichers für die Durchflußgeschwindigkeiten und stellt die darin auftretenden Spannung simpulse dar.

Figur 3 ist eine graphische Darstellung der Pumpgeschwindigkeit als Funktion der Regelspannung in einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung.

Figur 4 ist die Schaltung einer Ausführungsform eines Generators für veränderliche Impulse und eines nichtlinearen Netzwerks zum Betrieb des Fortschaltmotors in der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung.

Figur 1 zeigt eine Durchfluß-Regelvorrichtung mit den neuartigen, durch die vorliegende Erfindung geschaffenen Eigenschaften. Zur Regelung der Durchflußgeschwindigkeit muß offenbar ständig die tatsächliche, in der Vorrichtung für intravenöse Infusion auftretende Tropfgeschwindigkeit überwacht werden.

In der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung-wird dies - -durch einen Tropfenflußanzeiger 10 erzielt, der reinen Tropfenfühler 11 und einen Impulsgenerator 12 umfaßt. .Die: Kombinat ion dieser Elemente registriert jeden fallenden Tropfen und ■,-.·" erzeugt eine Impulsfolge mit einer Frequenz, die der Tropf ge--'■■ schwindigkeit direkt proportional ist. " ■ \j..; ,_ Der Tropfenfühler 11 überwacht den Durchfluß .von^Tropfen

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in einer nicht dargestellten Tropfsnkammer der Vorrichtung und besteht aus einem (nicht -dargestellten) Gehäuse mit einer Bezugslichtquelle, die in einem festen Abstand von ,einer Photozelle angebracht ist im eine lücke, zu ergeben^ die abgetastet wird. Der lichtstrahl der Bezugsllclit quelle fällt normalerweise auf die Photozelle, Das Gehäuse ist an der Tropfenkammer befestigt, die ihrerseits in die abgetastete lücke ragt und damit vom lichtstrahl Her lichtquelle getroffen wird. Ein ' in der Tropfenkammer herunterfallender IPlüssigkeitstropfen unterbricht den lichtstrahl und die sich daraus ergebende Änderung der an der Photozelle anliegenden Spannung wird an geeignete Kreise weitergeleitet. Ein Beispiel eines geeigneten Tropfenfühlers ist in der derzeit anhängigen US-Patentanmeldung No. 685 928 vom 27. November 1967, Erfinder Richard A. Cramer, beschrieben. Eine Photozelle kann als ideal für den Betrieb des Tropfenfühlers 11 angesehen werden, doch kann im Rahmen der Erfindung eine andere Tropfenfühlvorrichtung verwendet werden, vorausgesetzt, die Vorrichtung liefert ein elektrisches Signal bei Anwesenheit eines Tropfens»

Eine an sich bekannte, monostabile flip-llop-Schaltung stellt den Impulsgenerator 12 dar, der jedes Mal einen Ausgangsimpuls liefert, wenn der Tropfenfühler 11 einen Tropfen nachweist. Die vom Impulsgenerator 12 gelieferten AusgangsimT-pulse haben eine Impulslänge von beispielsweise 125 Mikrose-^ künden und dienen zum Betrieb der nachfolgenden Kreise, Der

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Impulsgenerator 12 liefert negative Impulsfolgen., die der gemessenen Tropfgeschwindigkeit proportional sind und über Leitung 13 dem Speicher 14 zugeführt werden...

Über Leitung 15, werden positive Impulsfolgen von. einem veränderlichen Impulsgenerator 16 als"zweites Eingangssignal dem Speicher 14 zugeführt. Bei dem'Impulsgenerator 16 handelt es sich um einen Rechteckimpulsgenerator mit veränderlicher Impulsfrequenz, die von einer an sich bekannten Frequenzwahlstufe 17 bestimmt wird, die ihrerseits die die Frequenz des Impulsgenerators 16 bestimmende Spannung festlegt und gewöhnlich eine (nicht dargestellte) Wählerscheibe zum Einstellen der gewünschten Durchflußgeschwindigkeit an einer Ziffernskala umfaßt.

Die negative, vom Impulsgenerator 12 gelieferte, die gemessene Tropfgeschwindigkeit anzeigende Impulsfolge und die positive, vom Impulsgenerator 16 gelieferte _t die gewünschte Tropfgeschwindigkeit kennzeichnende Iiapulsfolge werden miteinander im Speicher 14 verglichen. Die Differeggspannung zwischen den die gemessene und die gewünschte Tropfgeschwindigkeit anzeigenden Signalen wird im Speicher vorzeiehenriehtig integriert um die Größe der Atisgangsgleiehspanniing zu erhöhen oder zu verringern, die vom Speicher über ieitung 18.einem spannungsgesteuerten Oszillator 19 als Eingangsspannung zugeführt wird. , ' ■...-■■

Figur 2 geigt eine geeignete Msftihrungsform der Schal-

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tung für Speicher 14, wobei die Impulsfolge A die negativen, vom Impulsgenerator Ί2 über Leitung 13 der Figur 1 an den Eingang 101 (Figur 2) angelegten Impulse darstellt und die Impulsfolge B die positiven, vom Impulsgenerator 16 über Leitung 15 der Figur 1 an den zweiten Eingang 102 (Figur 2) angelegten Impulse. Impulsfolge A wird in bekannter Weise mittels eines Kondensators-CI und eines Widerstands R2 differenziert

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und ergibt damit die Impulsfolge C an der Verbindungsstelle ^

103. Impulsfolge C wird über den Widerstand R3 an die Diode D1 angelegt,, äie die positiven Impulsspitzen abschneidet und die negativen. Spitzen als Eingangssignale an den negativen Zweig eines bekannten Funktionsverstärkers 104 weiterleitet. Funktionsverstärker 104 ist mit einem Kondensator C2 in einen bekannten Integrierkreis zusammengeschaltet um über Leitung 18 eine Gleichspannung zu Regelungszwecken abzugeben. Analog wird die Impulsfolge B mit Kondensator C3 und mit Widerstand R4 differenziert und ergibt damit eine differenzierte Impulsfolge· B £ an der Yerbindungsstelle 105. Die Impulsfolge D gelangt über den Widerstand R5 und die Diode D2 zum Abschneiden der negativen Spannujagsspitzen als zusätzliche Eingangsspannung zum negativen Zweig des Funktionsverstärkers 104, ähnlich der über die Diode D1 zugefiihrten Impulsfolge. "

Wenn die gemessene Tropfgeschwindigkeit gleich ist der gewünschten· Tropfgeschwindigkeit, ist die Ausgangsspannung des* Funktionsverstärkers 104 null, da sich positive und negative'

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Impulsspitzen gegenseitig aufheben. Damit bleibt die über die Leitung 18 abgebene Gleichspannung konstant. Wenn die gewünschte Tropfgeschwindigkeit größer ist als die gemessene, wird die regelnde Ausgangsgleichspannung negativer. Andrerseits wird diese Gleichspannung positiver, wenn die gemessene -Tropfgeschwindigkeit größer ist als die gewünschte Tropfgeschwindigkeit. Falls die Eingangssignale zum Punktionsverstärker 104 unterbrochen werden, verbleibt die Ausgangsgleichspannung des Funktionsverstärkers auf dem vor der Unterbrechung auftretenden Wert und vermeidet damit eine Unterbrechung des Pumpbetriebs.

Der spannungsgesteuerte Oszillator 19 umfaßt einen veränderlichen Impulsgenerator 20, der eine regelnde Gleichspannung über Leitung 18 als eine, die über Leitung 21 abgegebene Ausgangsimpulsfreqiienz bestimmende Größe zugeführt bekommt» Gemäß Figur 1 umfaßt der Oszillator 19 ein nichtlineares Netzwerk 20a in einem Gegenkopplungskreis am Impulsgenerator 20 um die vom Impulsgeneratorausgang abgebene Regelspannung so zu verändern, daß die Empfindlichkeit der Durchfluß-Regelung der gesamten Regelvorrichtung zu stabilem Regelbetriöb über einen weiten Bereich von Pumpgeschwindigkeiten führt. In diesem Zusammenhang wird auf Figur 3 Bezug genommen, in der die ausgezogene Kurve die gewünschte Pumpgeschwindigkeit als"Funktion der Regelspannung darstellt. Die Kurve stellt im wesentlichen eine Exponentialfunktion dar und die Regelempfindlichkeit ist bei niedrigen Tropfgeschwindigkeiten verringert um eine glatte

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Regelung mit einer Digitalgrößen entsprechenden'Genauigkeit zu ergeben, während die Regelempfindlichkeit bei höheren Tropfgeschwindigkeiten angehoben wird» Bei einer gegebenen Veränderung der Regelspannung ist die von der Pumpe bewirkte Änderung der Durchflußgeschwindigkeit bei niedrigen Durchflußgeschwindigkeiten kleiner als bei hohen Durchflußgeschwindigkeiten. Dadurch werden starke Schwankungen Dei der Einstellung der Durchflußgeschwindigkeit vermieden, die sonst bei niedrigen Durchflußgeschwindigkeiten von den digitalen Eingangssignalen zum Speicher 14 erzeugt werden könnten. Ebenso werden die von derartigen Signalen hervorgerufenen Einschaltstöße in der Regelspannung eliminiert. Diese Anpassung der Eumpgeschwindigkeit an die Regelspannung ergibt eine stabile Regelempfindlichkeit und damit genaue und stabile Durchflußgeschwindigkeiten in einem Variationsbereich von etwa 100:1.

Das nichtlineare Efetzwerk 20a ist in einem um den veränderlichen Impulsgenerator 20 herumführenden Gegenkopplungszweig dargestellt, doch können auch andere elektrische Kreise verwendet werden um elektrische Ausgangssignale vom Impulsgenerator über Leitung 21 zu liefern und dabei die in Figur 3 dargestellte Punktion zu erhalten. Beispielsweise kann statt des nichtlinearen Gegenkopplungskreises der Figur 1 ein nicht dargestellter Funktionsgenerator zwischen den Speicher 14 und dem Eingang des Impulsgenerators 20 vorgesehen werden um die Eingangsspannung des Impulsgenerators entsprechend zu ändern.

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Sine Ausführungsform der Schaltung des spannungsgesteuerten Oszillators 19 mit einer nichtlinearen Gegenkopplung im Impulsgeneratorkreis ist in Figur 4 dargestellt. Die Schaltelemente haben typischerweise die folgenden Wertes Eb 33 Kiloohm; R7 21 Kiloohm; R8 470 Ohm; R9 und R1ö je 1 Kiloohm; R11-. 1,5 Kiloohm; R12 2,2 Kiloohm; R13 10 Kiloohm; R14 220 Kiloohm; R15 22 Kiloohm; R16 und R17 je 470 Kiloohm; R18' 47 Kiloohm; R19 220 Kiloohm; C4 0,001 Mikrofarad; C5 0,47 Mikrofarad, 200 YoIt; C6 100 Pikofarad; C7 1 Mikrofarad, 200 Volt; D3 - D7 Dioden 1ΪΓ914 der Texas Instruments; TI und T2 je ein SF8357 Feldeffekttransistor der National Semiconductor Corp.; und A1 Funktionsverstärker LM7O9C der national Semiconductor Corp.

Die vom Impulsgenerator 20 gelieferten Ausgangsimpulse werden über Leitung 21 an einen Motorregler 22 geliefert, der aus einem elektronischen Schalter und einen hochtransformierenden Kreis besteht um den Fortschaltmotor 23 der Pumpe, mit einer Frequenz ein- und auszuschalten, die von dem spannungsgesteuerten Oszillator 19 bestimmt wird. Der Motorregler 22 kann z.B. aus einem im Impulsgenerator 20 enthaltenen." Relaiskreis bestehen, oder aus einer von einem Silizium-Regelgleichrichter gesteuerten Gleichspannungsquelle, oder ähnlichen Schaltkreisen.

Die zum Betrieb des Fortschaltmotors dienenden Impulse werden über den Motorregler 22 und die leitung 24 an den an sich bekannten Fortschaltmotor 23 geleitet, der in Schritten mechanische Leistung an eine Reihe nicht dargestellter Ventil-

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stößel, die ihrerseits die Einlaufröhre des Infusionsapparats abwechselnd drücken und damit einen peristaltischen Pumpeffekt mit einem Überdruck von bis zu 760 mm Quecksilbersäule ergeben.

Die vom Speicher 14 über Leitung 18 abgegebene Regelspannung wird von einem auf Spitzenspannungen ansprechenden Diskriminator 25 sowie von einem auf Spannungsminima ansprechenden Diskriminator 26 überwacht und die Grenzwerte überschreitende Bedingungen werden auf diese Weise nachgewiesen. Der auf Spitzenspannungen ansprechende Diskriminator 25 spricht auf zu hohe Geschwindigkeiten oder andere unzulässig hohe Werte an, die durch eine zu hohe, vorn Speicher 14 gelieferte Regelspannung angezeigt werden, d.h. durch Spannungen, die eine die maximale Fumpkapazität übersteigende Pumpleistung einzustellen suchen. 7/enn derartige Bedingungen am Diskriminator 25 auftreten, wird eine Vorrichtung 27 zur Alarmgabe und Unterbrechung ausgelöst, die einerseits akustische oder optische ",varnsignale entweder bei der Pumpe oder an einer anderen geeigneten Stelle erzeugt und andrerseits den Impulsgenerator 20 abschaltet, was die Stromversorgung des Sortschaltmotors 23 unterbricht.

7/enn analog die Regelspannung in Leitung 18 unter den Minimalwert sinkt, löst die Diskriminatorstufe 26 die Vorrichtung 27 zur Alarmgabe und.Unterbrechung aus. Derartige Verhältnisse können auftreten, wenn die Infusionsleitungen undicht sind, aber noch ein Tropfenfluß nachgewiesen wird, selbst wenn der Portschaltmotor 23 nicht arbeitet.

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TJm die Beendigung des Flüssigkeitsvorrats oder andere, den Tropfenausfluß verhindernde Bedingungen nachzuweisen und den Patienten gegen das Einpumpen von Luft in den Blutkreislauf zu schützen, werden die vom Impulsgenerator-20 erzeugten Impulse über Leitung 28 einem Integrator 29, z.B. einem Kondensator, zugeführt. Jeder vom Impulsgenerator 20 gelieferte, den Portschaltmotor 25 betreibende Impuls, der-als Eingangssignal an den Integrator 29 gelangt, erhöht die an der Integratorkapazität auftretende Spannung, was einer Zählung der den Fortschaltmotor treibenden Impulse äquivalent ist. Eine die Integratorkapazität entladendes Rückstellsignal wird über Leitung 30 vom Impulsgenerator 12"des Tropfenflußanzeigers 10 dem Integrator 29 jedes Mal zugeführt, wenn ein Tropfen nachgewiesen wird. Wenn, eine größere Zahl von den Fortschaltmotor betreibenden Impulsen (z.B; 25 Impulse) durch Leitung 28 fließt, ohne daß ein Rückstellimpuls in Leitung 30 in der gleichen Zeit erscheint, erreicht die Integratorausgangsspannung in Leitung 31 Vierte, die vom Diskriminator 32 nachgewiesen werden, der dann seinerseits die Vorrichtung 27 zur Alarmgabe und Unterbrechung auslöst. Wenn andrerseits ein Tropfendurchgang während einer bestimmten Zahl von Impulsen zum Motorantrieb stattfindet, wird der Integrator 29 zurückgestellt, und die-über Leitung dem Diskriminator zugeführte Spannung ist dann zu klein um den-, selben zum Ansprechen zu bringen.

Als weitere Vorsichtsmaßnahme gegen ein unbemerktes

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Ausgehen des Flüssigkeitsvorrats und das Einpumpen von Luft ist ein Umdrehungsfühler 33 an den Portschaltmotor 23 angekoppelt. Dieser Umdrehungsfühler betätigt den Umdrehungszähler 34, der die Zahl der Motorumdrehungen registriert. Ein Rückstellimpuls wird über Leitung 35 dem Umdrehungszähler 34 jedes Mal zugeführt, wenn der Tropfenflußanzeiger 10 auf einen Tropfen anspricht. Dieser Vorgang entspricht der Zuführung von Rückstellimpulsen an den Integrator 29 über Leitung 30. Wenn kein Tropfen während einer bestimmten Anzahl (z.B. drei) von Umdrehungen des Portschaltmotors nachgewiesen wird, löst der Umdrehungszähler 34 die Vorrichtung 27 zur Alarmgabe und Unterbrechung aus.

Der Integrator 29 ergibt damit eine Unterbrechung, wenn kein Tröpfendurchgang stattfindet und steuert die elektrischen Ausgangssignale zum Portschaltmotor 23, während der Umdrehungszähler 34 die vom Portschaltmotor geleistete mechanische Arbeit in ähnlicher Weise überwacht.

Die Durchfluß-Rege!vorrichtung der vorliegenden Erfindung stellt eine Überdruck-Infusionspumpe zur Verwendung in Vorrichtungen zur parenteralen Verabreichung von Plüssigkeiten dar» Die Regelvorrichtung ist verhältnismäßig einfach und arbeitet aufgrund der Verwendung diskreter Impulsfrequenzen mit der Genauigkeit von Digitalgeräten,, wenn sie Durehflußgeschwindigkeiten über einen weiten Regelbereich aufrechterhält.

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Die zusätzlichen Warnvorrichtungen machen das Pflegepersonal auf Bedingungen aufmerksam, die den Patienten gefährden können. Die erfindungsgemäße Durchfluß-Regelvorrichtung erhält eine einstellbare Durchflußgeschwindigkeit aufrecht und ist dabei weitgehend unabhängig von Temperaturechwankungen, Änderungen des Schlauchdurchmessers der Infusionsleitungen, Schwankungen des venösen oder arteriellen Blutdrucks des Patienten, und Änderungen der Höhe der Vorratsflasche und des Flussigkeitspegels in derselben.

In der obigen Beschreibung wurden bestimmte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert, doch sind Abänderungen im Rahmen der Erfindung möglich, deren Umfang ausschließlich durch die folgenden Patentansprüche definiert ist.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Ί J Durchfluß-Regelvorrichtung in einer Vorrichtung zur parenteralen Verabreichung von Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch eine Infusionspumpe mit einem Fortschaltmotor (23) zum schrittweisen Betrieb der Pumpe*

2. Durchfluß-Regelvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Umdrehungsfühler (33) zur Überwachung der Rotation des Portschaltmotors (23), Mittel zur Überwachung des von der Pumpe erzeugten Flüssigkeitsflusses j und weitere auf ^; den Umdrehungsfühler (33) und die zur Überwachung der Rotation dienenden Mittel ansprechende Mittel, die ungenügenden Durchfluß bei der Rotation nachweisen.

3. Durchfluß-Regelvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen an den Fortschaltmotor (23) angekoppelten, einen Umdrehungszähler betreibenden Umdrehungsfühler (33) und durch einen Tropfenflußanzeiger (10) zur Überwachung des von der Pumpe- erzeugten Flüssigkeixsflusses.

4. Durchfluß-Regelvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Mittel, die an den Tropfenflußanzeiger (10) und den Umdrehungsfühler (33) angekoppelt sind und den Fortschaltmotor (23) abschalten, wenn ungenügender Durchfluß bei der Rotation über einen bestimmten Drehwinkel festgestellt wird.

5. Durchfluß-Regelvorrichtung nach Anspruch 2, gekenn- ■ zeichnet durch eine Vorrichtung (27) zur Alarmgabe, die auf

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ungenügenden Durchfluß bei der Rotation über einen bestimmten Drehwinkel ansprechen.

6. Durchfluß-Regelvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen veränderlichen Impulsgenerator (16), der elektrische Signale mit einer der gewünschten Durchflußgeschwindigkeit proportionalen Frequenz erzeugt, und einen Speicher (14), der auf die Signale des veränderlichen Impulsgenerators (16) und auf die vom Tropfenflußanzeiger (10) erzeugten Überwachungssignale anspricht und die Geschwindigkeit des die Pumpe betreibenden Motors reguliert. "-".".

7. Durchfluß-Eegelvorrichtung in einer Vorrichtung zur parenteralen Verabreichung von Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch einen Motor, elektrische Impulse erzeugende Mittel zum schrittweisen Antrieb des Motors, Impulsabtastmittel zur Überwachung der den Motor betreibenden Impulse, Mittel zur Überwachung des Durchflusses in der Infusionsleitung, und Mittel, die auf die Impulsabtastmittel und die den Durchfluß überwachenden Mittel ansprechen und ungenügenden Durchfluß in einer bestimmten, durch die Zahl der den Motor antreibenden Impulse gegebenen Zeit nachweisen. -

8. Durchfluß-Regelvorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Motorregler (22)., der den Fortschaltmotor (23) abschaltet, wenn ungenügender Durchfluß in einer bestimmten, durch die Zahl der den Motor betreibenden Impulse gegebenen 'Zeit nachgewiesen wird.

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9. Durchfluß-Regelvorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (27) zur Alarmgabe, wenn ein ungenügender Durchfluß in einer bestimmten, durch die Zahl der den Motor antreibenden Impulse gegebenen Zeit nachgewiesen wird.

10. Durchfluß-Regelvorrichtung nach Anspruch ?, gekennzeichnet durch einen Tropfenfühler (11) als Mittel zur Überwa-. chung des Durchflusses, der mit einem Impulsgenerator (12) Impulsfolgen mit einer zur Tropfgeschwindigkeit proportionalen' Impulsfrequenz erzeugt.

11. Durchfluß-Regelvorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Portschaltmotor (23) und einer Vorrichtung (27) zur Alarmgabe und Unterbrechung des Motorbetriebs bei ungenügendem Durchfluß.

12. Durchfluß-Rege!vorrichtung zur parenteralen Infusion von Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch eine Infusionspumpe, einen Motor zum Betrieb der Pumpe, und ein selbstregelndes Digitalsystem zur Regulierung der dem Fortschaltmotor und damit der Pumpe zugeführten Antriebsleistung.

13· Durchfluß-Regelvorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Fortschaltmotor (23) zum schrittweisen Antrieb der Pumpe. ■

■14. Durchfluß-Regelvorrichtung zur parenteralen Verabreichung von Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch einen Fortschaltmotor (23), einen Impulsgenerator (20) zum schrittweisen Fortschalten des Motors, einen regelbaren Impulsgenerator (16)

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zur Erzeugung elektrischer Signale mit einer der gewünschten Durchflußgeschwindigkeit proportionalen Frequenz, einen Tropfenfühler (11) zum Nachweis des Flüssigkeitsflusses in der Infusionsleitung und zum Betrieb eines Impulsgenerators (12) mit einer der gemessenen Durchflußgeschwindigkeit proportionalen Impulsfrequenz, und einen Speicherkreis (14), der auf den regelbaren Impulsgenerator (16) und den vom Tropfenfühler (11) gesteuerten Impulsgenerator (12) anspricht.

15. Durchfluß-Regelvorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Speicher (14), in dem das der gewünschten Durchf lußgeschvvindigkeit proportionale Signal mit dem der gemessenen Durchflußgeschwindigkeit proportionalen Signal verglichen wird, und in dem ein Steuersignal zur Einregulierung der Frequenz des den Motor betreibenden, regelbaren Impulsgenerators (16) erzeugt wird.

16. Durchfluß-Rege!vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch einen Speicher (14), in dem die Differenz der der gewünschten Durchflußgeschwindigkeit und der gemessenen Durchflußgeschwindigkeit proportionalen Signale integriert wird und das Steuersignal entsprechend der integrierten Differenz eingestellt wird.

17. Durchfluß-Regelvorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Diskriminatoren (25, 26) um unzulässige Betriebsbedingungen anzuzeigen.

18. Durchfluß-Rege!vorrichtung nach Anspruch 15, gekenn-

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zeichnet durch ein niehtlineares Netzwerk (20a) zur Erzeugung
einer nichtlineareη Beziehung zwischen dem Regelsignal und der Frequenz des Impulsgenerators (20).

19. Durchfluß-Regelvorrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch ein niehtlineares Netzwerk (20a), das ei,ne verminderte Regelempfindlichkeit bei niedrigen Durchflußgeschwindi£keiten und eine erhöhte Hegelempfindlichkeit bei hohen
DurchFluggeschwindigkeiten ergibt.

20. Durchf luß-Regelvorriclitung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch ein niehtlineares Netzwerk (20a), das eine
exponentielle Beziehung zwischen dem Regelsignal und der
Frequenz des Impulsgenerators (20) herstellt.

21. Durchfluß-Regelvorrichtung nach Anspruch 15 > ..gekennzeichnet durch einen Tropfenfühler (11) zur Erzeugung einer
Impulsfolge mit einer zur Tropfgeschwindigkeit proportionalen
Frequenz.

22. DurclifluS-Regelvorrichtung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch eine Frequenzwahlstufe (17), die eine Impulsfolge mit einer zur gewünschten Tropfgeschwindigkeit proportionalen Frequenz erzeugt.

23. Durchfluß-Regelvorrichtung für die parenterale Infusion von Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch einen Vorratsbehälter für DauertropfInfusionen, dessen Einlauf von elektrischen Eingangs Signalen gesteuert wird um die vom Vorratsbehälter abgegebene Flüssigkeitsmenge zu regulieren; Mittel zur

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Erzeugung eines Regelsignals, das der erwünschten Ausflußgeschwindigkeit aus dem Vorratsbehälter proportional ist; und ein nichtlineares Netzwerk (20a) um eine nichtlineare Beziehung, zwischen dem Regelsignal und dem den Einlauf zum Vorratsbehälter steuernden Eingangssignal herzustellen.

24. Durchfluß-Rege!vorrichtung nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch ein nichtlineares Netzwerk (20a) zur Erzeugung von Eingangssignalen zur Steuerung der Flüssigkeitsversorgung mit geringer Regelempfindlichkeit, wenn das Regelsignal von einem geringen Flüssigkeitsdurchfluß erzeugt wird, und mit entsprechend höherer Regelempfindlichkeit, wenn das Regelsignal von einem starken Flüssigkeitsdurchfluß erzeugt wird.

25. Durchfluß-Regelvorrichtung nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch eine Pumpe; einen Fortschaltmotor (23) zum Betrieb der Pumpe; Schaltungen zur Erzeugung elektrischer Impulse als Eingangssignale zum Betrieb des Fortsehaltmotors; eine Frequenzwahlstufe (17) zur Einstellung der Impulsfrequenz eines Impulsgenerators (16) auf eine der gewünschten Tropfgeschwindigkeit proportionale Frequenz; einen Tropfenfühler (11) zur Erzeugung einer der gemessenen Tropfgeschwindigkeit proportionalen Impulsfrequenz in einem zugeordneten Impulsgenerator (12); einen Speicher (14) zum Vergleich der gemessenen und der eingestellten Impulsfrequenzen und zur Integration der Differenzspannung um die Erzeugung der zum Betrieb des Fortschaltmotors (23) dienenden Impulse zu steuern; und ein nichtlineares Netz-

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werk (20a) zur_: Erzeugung einer nichtlinearen Beziehung zwischen dem Kegelsignal und der Impulsfrequenz des Impulsgenerators (20) zum Betrieb des Fortschaltmotors (23), derart, daß die Regelerapfindlichkeit bei niedrigen Durchflußgeschwindigkeiten erniedrigt und bei hohen Durchflußgeschwindigkeiten angehoben wird.

26. Durchfluß-Regelvorrichtung nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch einen, die Zahl der dem Fortschaltmotor (23) zugeführten Antriebsimpulse zählenden Integrator (29) und einen· Diskriminator (32), der ungenügenden Flüssigkeitsfluß während einer bestimmten, durch die Zahl der den Motor antreibenden Impulse gegebenen Zeit nachweist.

27. Durchfluß-Regelvorrichtung nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch einen auf die Drehung des Fortschaltmotors (23) ansprechenden Umdrehungsfühler (33) und einer Vorrichtung (27) zur Alarmgabe und Unterbrechung, die auf den Umdrehungsfühler (33) und den Tropfenflußanzeiger (TO) anspricht und einen ungenügenden Durchfluß von Flüssigkeit bei einer bestimmten Zahl von Drehschritten des Fortschaltmotors (23) anzeigt.

28. Durchfluß-Regelvorrichtung nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch einen an den Fortschaltmotor (23) angeschlossenen Umdrehungsfühler (33) und einen zugehörigen Umdrehungszähler (34).

29. Durchfluß-Regelvorrichtung nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch einen Diskriminator (32) zur Überwachung des Regelbetriebs und zur Anzeige unzulässiger Betriebsbedingungen.

3°0. Durchfluß-Regelvorrichtung zur Verwendung in einem

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elektronischen Servosystem, gekennzeichnet durch Mittel zum Nachweis eines ersten elektrischen Signals; Mittel zum Nachweis eines zweiten elektrischen Signals; Mittel zum Vergleichen der beiden elektrischen Signale; und Mittel zur elektrischen Integration (29)' der Spannungsdifferenz zwischen den beiden'Signalen um ein elektrisches .Regelsignal als Ausgangssignal zu erzeugen.

31. Durchfluß-Regelvorrichtung nach Anspruch 30, gekennzeichnet durch zwei digitale Impulsfolgen entgegengesetzter Polarität als erstes Und zweites elektrisches Signal.

32. Durchfluß-Regelvorrichtung nach Anspruch 30, gekennzeichnet durch einen Funktionsverstärker (104) und einen zugehörigen Kondensator (C2), der mit dem Funktionsverstärker in einer Integrierschaltung verbunden ist.

33. Durchfluß-Regelvorrichtung nach Anspruch 32, gekennzeichnet durch Mittel zur Differentiation und Gleichrichtung der beiden zu vergleichenden Signale vor dem Vergleich derselben.

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