DE2400733A1 - Verfahren und vorrichtung zur automatischen regelung herzsynchroner kreislaufpumpen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur automatischen regelung herzsynchroner kreislaufpumpenInfo
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Description
Dipl.Ing. Dr.techn. Herwig Thoma
Y»rfahren und Vorrichtung zur automatischen Regelung
herzaynohroner Kreislaufpumpen
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Regelung herzsynchroner
Kreislaufpumpen, welche aus einem Druckanalysator und einem Regler besteht, der auf Grund der vom Druckanalysator
gelieferten Meßgrößen die zeitliche Einstellung des Pumpzyklus fortlaufend auf Optimum regelt; die Regelung
enthält einen Pumpimpulsrechner zur Primäreinstellung und untersteht einem Kontrollsystem, welches
die Punktion der Abnehmer des Patienten genauso überwacht wie die der Pumpe.
Erst die länger dauernde klinische Anwendung herzsynchroner Kreislaufpumpen führte auf die Notwendigkeit·
zur Entwicklung einer automatischen Regelung (E. Wolner: Die mechanische Kreislaufunterstützung in Experiment
und Klinik. Wiener klinische Wochenschrift, 84, Heft 26, 1972). Daher ist der Stand dieser Technik als kaum
existent zu bezeichnen. Nur ganz wenige Arbeitsgruppen beschäftigen sich echt mit diesem Problem (Kane G. R.,
et al: Automatic Control of Intraaortic Balloon Pumping. Trans. Amer. Soc. Artif. Int. Organs, JT7, 1971). Der
Vorteil einer solchen Regelung besteht darin, daß dieses Gerät betriebsmäßig nicht bedient werden muß. Bedenkt
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«an, daß dl· ••chanisch· Kreislaufunterstützung bis zu
einigen Wochen durchgeführt wird, so erkennt man, daß schon aus organisatorischen und personellen Gründen
keine ununterbrochene überwachung, Bedienung und Xontrollejder
Einrichtung möglich ist. Dies führt gleich zu Beginn zu einem Problem, welches bei dem beschriebenen
Verfahren erfindungsgemäß gelöst wurde: die Regelung untersteht einem Kontrollsystem, welches eine Fehlfunktion
der Pumpe, insbesondere des Reglers sicher verhindert. Eine"über Computer durchgeführte Regelung
(siehe die zitierte Literatursteile) ist klinisch betrachtet
schon deshalb sinnlos, da dieser Computer ungleich komplizierter zu bedienen ist als eine konventionelle
Steuerung ohne Regler- Zur Regelung benötigt man Parameter, die den Effekt der Aktion charakterisieren.
Hier ist ein wesentlicher Nachteil vorhandener Systeme der, daß zur Regelung mehrere im klinischen
Betrieb derzeit unmöglich erfaßbare Meßgrößen notwendig sind. So werden beispielsweise die Parameter
Herzarbeit, Durchblutung der Herzkranzgefäße und die Vorhof drücke als Meßgrößen zur Regelung benötigt. Erfindungsgemäß
benötigt das zu beschreibende Verfahren zur Regelung nur eine einzige Größe: den arteriellen
Blutdruckverlauf, wobei zur Regelung nicht einmal dessen Absolutwert festgestellt werden muß.
Fig. 1 zeigt das Blockschema einer beispielsweisen Ausführungsform
der Vorrichtung. Das Schema ist für alle
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Serienpumpen und für alle Methoden der Gegenpulsation
geeignet (Lit.,: H. Thoma: Automatische Steuerung herzsynchroner
Kreislaufpumpen. Zeitschrift Biomedizinische Technik 1973, im Brück). Aus dem Druckverlauf - Eingang A wird
über den Klappensehlußanalysator B und dem systolischen Spitzenwertmesser C, Phase D, E und Amplitude P, G der zur
Regelung notwendigen Parameter "Klappenschluß11 und "systolischer
Blutdruck" bestimmt. Diese Ereignisse stehen in einem Bezug zum Beginn des Herzzyklus. Daher werden, vom
Beginn des Herzzyklus (Eingang H) und von der Pulsfrequenz gesteuert, über zwei monostabile Multivibratoren die
Fenster I,J definiert. Nur innerhalb des vom Fenster definierten.Phasenbereiches kann das gewünschte Ereignis
auftreten. Der -Triggerimpuls der Herzaktion betreibt auch die Zähllogik K, welche den Pumpvorgang am Beginn der
Regelung nach jeweils einigen Zyklen über die Blockiereinheit L für einen oder mehrere Meßzyklen unterbricht.
Somit können Phase und Amplitude des Klappenschlußdruckes - gesteuert von der Zähllogik (K) - einmal mit, einmal
ohne Pulsation gespeichert werden. Erfindungsgemäß werden diese 2x2 Meßgrößen der Speicher M,N im Amplitudendiskriminator
O verglichen. Der Pumpeinsatz wird durch den Regler P verkürzt, wenn die Druckamplitude zum Zeitpunkt
des Klappenschlusses ohne Pulsation größer oder gleich der Druckamplitude mit Pulsation ist. Steigt der Druck
bei Pulsation in der angegebenen Phase jedoch an, so verlängert der Regler (P) den Pumpeinsatz. Der Rhythmus
des Blutdruckverlaufes wird über den Periodendauermesser Q
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und atm. Arrhytheierechner R kontrolliert, die Funktion
des Reglers wird über di· Blockierung S gegebenenfalls unterbrochen. Der Pumpimpulsrechner T enthält normalerweise
seine Information durch positive oder negative Impulse der Regler. Im Falle der Blockierung bestimmt der
Rechner den Pumpimpuls aus der Pulsfrequenz. Zu Beginn
der Regelung wird über die "Primäreinsteilung" U ein
unkritischer Pumpimpuls definiert ( Ausgangsstellung der Regelung).
Das Pumpende wird bei kontinuierlicher Pulsation geregelt.
Der Regler V beginnt aus der "Primäreinstellung" (U) gesteuert
von der Zählerlogik (K) mit einer Verlängerung des Pumpimpulses. Diese Verlängerung hängt von der Tendenz
der Werte des syetolischen Spitzendruckmessers (C) ab. Diese Tendenz wird erfindungsgemäß durch Vergleich aktueller,
gemittelter Amplitudenwerte aus dem Mittelwertspeicher W mit vergangenen Werten, die durch die Verzögerung X verzögert
werden, ermittelt. Ist die über den Amplitudendiskriminatori
festgestellte Tendenz gleichbleibend oder fallend, so wird das Pumpende fortlaufend verzögert. Nach
optimaler Entlastung der systolischen Spitze ist die Tendenz bei weiterer Verlängerung des Pumpendes steigend, das Pumpende
wird nun verkürzt. Die Phase (E) des systolischen Spitzenwertes (C) wird so wie oben über einen Periodendauermesser
Q und einen Arrhythmierechner R kontrolliert, auch diese Regelung wird gegebenenfalls geblockt (S). Auf
diese Art wird erfindungsgemäß der Pumpbeginn durch Analyse
Λ 0 9 8 3 1 /0312
? 4 Π O 7 3 3
des Blutdruckes so geregelt, daß der Pumpimpuls gerade
nach dea Klappenschluß wirksam wird, das Pumpende wird auf ein Minimum des systolischen Spitzendruckes eingeregelt,
Nicht immer ist es möglich, den Klappenschluß direkt, beispielsweise durch Frequenzselektion oder Differentation
der Druckkurve, zu erfassen. Im klinischen Bereich stehen häufig nur gedämpfte Druckkurven zur Verfügung. In diesem
Fall wird erfindungsgemäß das sogenannte "2/T Selektions-
verfahren" angewendet. Serien-und Gegenpulsationspumpen
bewirken einen doppelgipfeligen Druckverlauf. Die Grundwelle
dieser Funktion hat nicht mehr die Frequenz der Periodendauer, sondern gerade die doppelte Frequenz (2/T).
Fig. 2 zeigt als beispielsweise Ausftihrungsform das Blockschema nach diesem Prinzip: der Druckverlauf - Eingang A wird
über das 2/T Filter B, dessen Mittenfrequenz vom
Periodendauermesser C gesteuert wird, gesiebt. Dieses Signal hat, bezogen auf die Herzschlagfolge, zwei Maxima,
deren Phasen D,E und Amplituden F,G durch die beiden
Spitzenmesser H,I gemessen wird. Die Funktion des systolischen Spitzenmessers H und des diastolischen Spitzenmessers
I wird durch die vom EKG (Eingang J) gesteuerten Fensterimpulse K kontrolliert (vgl. Fig.1). Die Regelung
erfolgt wieder durch Ermittlung der steigenden oder fallenden Tendenz der Mittelwerte von systolischer und diastolischer
Spitze. Es bedeuten in Fig.2 L,M,...die Mittelwertspeicher,
welche über die Logik N gesteuert werden, 0,P ...die Verzögerungseinheiten und Q,R die Amplituden-
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diskriminatoren zur Ermittlung der Tendenz von systolischer
beziehungsweise diastoliecher Druckspitze. Analog zur
Punktion nach Pig.1 wird über den Regler S bei gleichbleibender
oder fallender Tendencies systolischen Spitzenverlaufes, ausgehend von der Primäreinstellung T, das
Pumpende verlängert. Die steigende Tendenz bewirkt wieder eine Verkürzung des Pumpendes. In derselben Art wird der
Pumpbeginn über den Regler U solange verkürzt, bis die diastolische Druckspitze, ausgehend von der Primäreinstellung,
maximal ist. Der Pumpimpulsrechner V erhält nach erfolgter Primäreinsteilung (T) seine Informationen aus
den beiden Reglern (S,U). Die Rhythmik der Phasen (D,E)
von systolischer und diastolischer Spitze wird über die Periodendauermesser W und die Arrhythmierechner X wieder
kontrolliert, sodaß die Punktion der Regler bei arrhythmischen
Impulsfolgen von der Blockeinheit Y automatisch unterbrochen wird. Die zuletzt beschriebene Methode ermöglicht
bei hohen Frequenzen der Herzschlagfolge eine #
optimale Regelung, bei niedrigen Frequenzen ist diese Regelung ungenau, da der Zeitpunkt des Klappenschlusses
nicht genau erfaßt wird. Der besondere Vorteil der Methode ist die extreme Unempfindlichkeit bei Störungen des Blutdruckverlaufes,
insbesondere gegenüber einer Dämpfung.
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Claims (12)
- Patentansprüche/ 1./Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Regelung eines Gerätes zur mechanischen Kreislauf unterstützung, gekennzeichnet durch einen Druckanalysator, welcher die zur Regelung notwendigen Kenngrößen Schlag für Schlag analysiert und einem Regler, der die Steuerungtder Pumpe auf Grund der aktuellen Druckparameter fortlaufend optimiert.
- 2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Kontrollsystem, welches über Abnehmer und Wandler die Funktionen von Patient und Pumpe überprüft und einem Abschaltmechanismus zur Unterbrechung der Pumpfunktion bei einer eventuellen Störung.
- 3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, gekennzeichnet durch einen zeit- oder impulsgesteuerten Meßzyklusgeber, welcher zum Zwecke von Vergleichsmessungen automatisch für ein oder mehrere Herzzyklen den Pumpvorgang unterbricht.
- 4. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Pumpimpulsrechner, welcher unter Bezug auf die momentane Herzschlagfolge für den Beginn der Kreislaufunterstützung einen unkritischen Pumpimpuls festlegt.
- 5. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Mittelwertrechner, welcher die zur Regelung notwendigen Parameter über jeweils einige Zyklen mittelt.4098 3 1 /0.31 2
- 6. Torrichtung zur Erhöhung der Betriebssicherheit des Bruekanalysators naoh Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch zwei vom Triggerimpuls ausgelöste monostabile Multivibratoren, die für das Auftreten eines bestimmten Ereignisses einen "Fensterimpuls" definieren.
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Hochpaß oder Differentiator, welcher aus dem Blutdruckverlauf den Zeitpunkt des Klappenschlusses zu bestimmen erlaubt.
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein Bandpaßfilter, dessen Selektivfrequenz vom Herzzyklus gesteuert wird.
- 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein Bandpaßfilter, dessen Selektivfrequenz gerade dem Doppelten der Pulsfrequenz entspricht.
- 10.Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein Kontrollsystem, welches bei Auftreten von Niedervoltage oder Fremdspannungen im EKG oder bei Arrhythmien des Herzschlages den Regelvorgang oder die Pulsation unterbricht.
- 11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, gekennzeichnet durch einen Regler, welcher den Beginn des Pumpzyklus so regelt, daß entweder die Kreislaufunterstützung erst nach dem Klappenschluß wirksam oder die diastolische Anhebung maximal wird.
- 12. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, gekennzeichnet durch0 9 8 3 1 /031 2-S-einen Regler, welcher das Ende des Pumpzyklus so regelt, daß entweder der systolisehe Spitzendruck maximal entlastet oder die Herzarbeit minimal wird.(Dipl.Xng. Lr.techn. Herwig Thomaj^A09831/0312JOLeerseite
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