DE2436140A1 - DETECTOR FOR STREAMING MEDIA IN A LINE - Google Patents
DETECTOR FOR STREAMING MEDIA IN A LINEInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Detektor für in einer Leitung strömende Medien, insbesondere für in den menschlichen Blutkreislauf von einer außerhalb des Körpers angeordneten Leitung eintretendes Gas.The invention relates to a detector for flowing in a line Media, in particular for those entering the human bloodstream from a line arranged outside the body Gas.
Die Erfindung wird hauptsächlich eingesetzt bei medizinischen Einrichtungen, wenn der Eintritt von Gas in den menschlichen Blutkreislauf von einer äußeren Quelle verhindert werden soll. Einige Beispiele für die Anwendbarkeit sind Infusionen, Trans-The invention is mainly used in medical facilities when the entry of gas into the human The aim is to prevent blood circulation from an outside source. Some examples of applicability are infusions, trans-
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fusionen, intravenöse Ernährung und Hämodialyse-Prozeduren. Hierbei soll ein Alarm ausgelöst und die Prozedur unterbrochen werden, selbst wenn geringe, durch das äußere System geleitete Gasmengen festgestellt werden, um zu verhindern, daß sie in den Körper des Patienten gelangen.fusions, intravenous feeding, and hemodialysis procedures. In this case, an alarm is to be triggered and the procedure interrupted, even if it is minor, directed by the external system Gas quantities are determined to prevent them from entering the patient's body.
Wegen der Gefährlichkeit von in den Blutkreislauf eines Patienten eintretendem Gas können Fehler des Systems zu schweren Schädigungen oder sogar zum Tod des Patienten führen. Die Gasfeststellung bei solchen Behandlungen war lange Zeit Aufgabe des Arztes..Es wurden verschiedene Detektoreinrichtungen verwendet, die zum Teil auch derzeit noch in Gebrauch sind. Ein Versuch zur Lösung des Problems bestand in der Verwendung von Leitfähigkeitssonden, die in die zum Körper führende Leitung eingetaucht werden. Hierbei wird durch eine Blase zwischen den Sonden der fließende elektrische Strom verringert, wodurch die Strömung unterbrochen und ein Alarm ausgelöst wird. Dies ist zwar günstig, wenn verhältnismäßig große Blasen erfaßt werden. Sind jedoch die Blasen merklich kleiner als der Innendurchmesser des Rohrs an der Meßstelle, so ist die Einwirkung einer solchen Blase auf die elektrische Gesamtleitfähigkeit vernachlässigbar. Das heißt, daß die Vorrichtung für jeden Anwendungsfall besonders eingestellt werden muß. Es besteht ferner der psychologische Nachteil, daß ein elektrischer Kontakt mit dem Blutkreislauf besteht.System failures can become serious because of the hazardous nature of gas entering a patient's bloodstream Cause harm or even death to the patient. For a long time, gas detection during such treatments was a task of the doctor .. Various detector devices were used, some of which are still in use at the moment. One attempt to solve the problem has been to use Conductivity probes that are immersed in the line leading to the body. A bubble between the Probes reduce the flow of electrical current, interrupting the flow and triggering an alarm. This is although favorable when relatively large bubbles are detected. However, the bubbles are noticeably smaller than the inside diameter of the pipe at the measuring point, the effect of such a bubble on the overall electrical conductivity is negligible. This means that the device must be specially adjusted for each application. There is also the psychological disadvantage that there is electrical contact with the bloodstream.
Auch wurden optische Bläschendetektoren verwendet. Diese Detektoren sind jedoch unwirksam, wenn die Bläschen merklich kleiner sind als der Innendurchmesser der Leitung, da Blut oder eine andere das Bläschen umgebende Flüssigkeit das Bläschen ge-» genüber dem optischen System abdeckt. Bei kommerziellen Ausführungsformen des optischen Systems können nur Gasblasen mit einem Volumen von mehr als 2 cm5 erfaßt werden.Optical bubble detectors have also been used. However, these detectors are ineffective if the bubbles are noticeably smaller than the inner diameter of the line, since blood or another liquid surrounding the bubble covers the bubble from the optical system. In commercial embodiments of the optical system, only gas bubbles with a volume greater than 2 cm 5 can be detected.
In vielen Anwendungsfällen wird auch die Änderungsgeschwindigkeit erfaßt. Dies ist bei automatischen Einrichtungen zur Überwachung eines Flüssigkeitspegels vorteilhaft, beispielsweiseIn many applications, the rate of change is also recorded. This is the case with automatic monitoring equipment a liquid level advantageous, for example
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bei Tropfkammern. In der US-PS 3 500 366 ist ein Überwachungssystem für einen Fluidstrom in Tropfenform beschrieben, das einen radiofrequenten Oszillator mit einem Resonanzkreis mit zwei Elektroden enthält, die axial längs der Außenseite der Tropfkammer in einem Abstand angeordnet und mit dem Resonanzkreis gekoppelt sind. Tritt ein Tropfen nach unten hindurch, so wird die Frequenz des Oszillator-Ausgangssignals moduliert. Ein Detektor demoduliert das Signal, so daß elektrische Impulse erzeugt werden, die ein Maß für die Tropfgeschwindigkeit sind. Tritt der Alarmzustand ein, so wird die Strömung durch einen Absperrmechanismus unterbrochen. Derartige Systeme sind für Tropf-Überwachungseinrichtungen vorteilhaft. Sie eignen sich jedoch nicht zur Erfassung von durch Leitungen strömendem Gas, was der Hauptzweck der vorliegenden Erfindung ist.with drip chambers. In U.S. Patent 3,500,366 there is a monitoring system for a fluid flow in the form of drops described, which has a radio frequency oscillator with a resonance circuit includes two electrodes axially spaced along the outside of the drip chamber and connected to the resonant circuit are coupled. If a drop passes downwards, the frequency of the oscillator output signal is modulated. A Detector demodulates the signal so that electrical pulses are generated which are a measure of the dripping speed. If the alarm condition occurs, the flow is interrupted by a shut-off mechanism. Such systems are for Drip monitoring devices advantageous. However, they are suitable not for the detection of gas flowing through pipes, which is the main purpose of the present invention.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen zuverlässigen Gasdetektor, insbesondere für medizinische Systeme zru schaffen, mit dem der Durchtritt von Gas durch zum Körper führende Leitungen festgestellt werden kann, wobei der Strömungsweg so ausgebildet werden kann, daß durch diesen hindurchtretende Gasbläschen erfaßt werden können, die kleiner sind als die bisher erfaßbaren. Der Detektor soll sich für transparente und / oder lichtundurchlässige Flüssigkeiten eignen. Ferner sollen Veränderungen in der Strömung eines durch eine Leitung hindurchtretenden Fluids und somit im Fluid befindliche Verunreinigungen erfaßt werden können.The invention is based on the object of providing a reliable Gas detector, especially for medical systems zru create, with which the passage of gas through lines leading to the body can be determined, wherein the flow path can be formed so that gas bubbles passing through it can be detected that are smaller than the previously detectable. The detector should be transparent and / or opaque liquids are suitable. Furthermore, changes in the flow of a pipe passing through it are said to be Fluids and thus impurities in the fluid can be detected.
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Messung bzw. Erfassung von Gasbläschen, die durch ein flüssiges Medium in einem außerhalb des Körpers befindlichen und in den menschlichen Blutkreislauf führenden Rohr strömen. Vorzugsweise enthält der Detektor ein Venturirohr, dessen mittlerer Durchmesser so gewählt ist, daß die Bläschen mit der geringsten vorkommenden Größe erfaßt werden können, sowie Fühlelemente, die elektrische Detektoren enthalten können. Diese sind sehr nahe am verengten Strömungsweg der Meßstelle angeordnet. Die Fühlelemente können mit einem radiofrequenten Annäherungsdetektor gekoppelt sein,The object of the invention is a device for measuring or detecting gas bubbles which are caused by a liquid medium in a tube located outside the body and leading into the human bloodstream. Preferably contains the Detector a Venturi tube, the mean diameter of which is chosen so that the bubbles with the smallest occurring Size can be detected, as well as sensing elements that can contain electrical detectors. These are very close to the narrowed Arranged flow path of the measuring point. The sensing elements can be coupled with a radio-frequency proximity detector,
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der mit einer so hohen Frequenz betrieben wird, daß die Sonden nicht direkt eingetaucht zu werden brauchen. Dem Annäherungsdetektor folgt eine Änderungsgeschwindigkeitsschaltung. Auf ein geringes Signal vom Detektor wird die Änderung festgestellt und ein Bläschen von beliebiger gewünschter Größe erfaßt .which is operated at such a high frequency that the probes do not need to be immersed directly. The proximity detector a rate of change circuit follows. The change is detected when there is a low signal from the detector and detect a bubble of any desired size .
Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below on the basis of the exemplary embodiment shown in the drawing. Show it:
Fig. 1 die perspektivische Darstellung eines Bläschendetektors mit dem äußeren Mantel des Venturirohrs und den daraus vorstehenden Fühlringen;Fig. 1 is a perspective view of a bubble detector with the outer jacket of the Venturi tube and the sensing rings protruding therefrom;
Fig. 2 den Längsschnitt 2-2 der Fig. 1 und das Blockschaltbild einer daran angeschlossenen Alarm- und Schließschaltung; undFIG. 2 shows the longitudinal section 2-2 of FIG. 1 and the block diagram of an alarm and locking circuit connected thereto; and
Fig. 3 den Querschnitt 3-3 der Fig. 1.FIG. 3 shows the cross section 3-3 of FIG. 1.
Der Bläschendetektor enthält die eigentliche Meßeinrichtung und eine Schaltung zur Messung der Geschwindigkeit einer Änderung der Flüssigkeitsströmung, die durch eines der oben beschriebenen verschiedenen medizinischen Systeme hindurchströmt, beispielsweise bei einem Hämodialysesystem.The bubble detector contains the actual measuring device and a circuit for measuring the speed of a change the flow of fluid passing through any of the various medical systems described above, for example in a hemodialysis system.
Gemäß Fig. 1 enthält der Detektor ein Gehäuse 10 mit einem Einlaß 11 und einem Auslaß 12, die mit außerhalb des Körpers angeordneten Leitungen (nicht gezeigt) verbunden werden, die einen Teil einer zum Patienten führenden Strömungsleitung bilden und beispielsweise einen Innendurchmesser von etwa 2,3 nun aufweisen können. Die Rohre bzw. Schläuche können über den Einlaß und Auslaß 11 bzw. 12 geschoben sein. Die Fühlelemente bestehen aus einem mittleren Element 16 und zwei äußeren Elementen 18 und 20, die in das Gehäuse 10 eingesetzt oder -gegossen sind. In der Mitte des Gehäuses befindet sich ein Mittelabschnitt 13 mit erhöhtem Durchmesser, der die verengte Meßstelle, beispielsweise ein Venturirohr 14 (Fig. 2) enthält.According to Fig. 1, the detector includes a housing 10 with a Inlet 11 and an outlet 12 connected to the outside of the body arranged lines (not shown) are connected, which form part of a flow line leading to the patient and, for example, can now have an inner diameter of about 2.3. The pipes or hoses can be via the inlet and outlet 11 and 12 respectively. The sensing elements exist of a central element 16 and two outer elements 18 and 20 which are inserted or cast into the housing 10 are. In the middle of the housing there is a central section 13 with an increased diameter, which the narrowed measuring point, for example a venturi tube 14 (Fig. 2) contains.
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Gemäß Fig. 2 und 3 sind die Fühlelemente 16, 18 und 20 als Fühlringe mit einem runden Teil 22, 24 bzw. 26 ausgebildet, die das Venturirohr 14 an der jeweiligen Stelle umfassen. Gemäß Fig. 2 sind die Fühlelemente 16, 18 und 20 in unmittelbarer Nähe des Strömungsweges im Venturibereich angeordnet.According to FIGS. 2 and 3, the sensing elements 16, 18 and 20 are as Sense rings formed with a round part 22, 24 and 26, which encompass the Venturi tube 14 at the respective point. According to Fig. 2 shows the sensing elements 16, 18 and 20 in close proximity Arranged near the flow path in the venturi area.
Durch das Venturirohr 14 tritt ein Bläschen 28 hindurch, das durch die verengte Venturistelle in unmittelbarer Nähe der Fühlelemente 16, 18 und 20 gebracht wird. Die Fühlelemente tauchen nicht in den Leitungsweg ein und sind elektrisch vom zu überwachenden Fluid isoliert. Die Stärke der Venturiwandung kann in οξγ Größenordnung von etwa 0,38 mm (0,015 inch) liegen, wobei die Fühlelemente an der Wand anliegen.A bubble 28 passes through the Venturi tube 14, which is brought into the immediate vicinity of the sensing elements 16, 18 and 20 through the narrowed Venturi point. The sensing elements are not immersed in the conduction path and are electrically isolated from the fluid to be monitored. The strength of the venturi wall can be on the order of about 0.38 mm (0.015 inch), the sensing elements resting against the wall.
Fig. 2 zeigt, zum Teil.im Blockschaltbild, ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Annäherungsdetektors. An die Fühlelemente 16, 18 und 20 ist ein mit Radiofrequenz arbeitender Oszillator angeschlossen, dessen Frequenz durch die Kapazität der Fühlelemente bestimmt wird. Dem Oszillator folgt ein Frequenzdiskriminator, dessen Ausgangsspannung proportional der Oszillatorfrequenz ist. Dem Frequenzdiskriminator folgt ein Änderungsgeschwindigkeitsdetektor. Dies ist notwendig, weil sehr geringe Spannungen verwendet werden und die Ausgangsspannung des Frequenzdiskriminators bei Vorhandensein eines Bläschens etwa 1 mV beträgt. Über lange Zeiträume driftet infolge von Temperatur- oder Speisespannungsänderungen der Oszillator, so daß sich die Ausgangsspannung ändert und dieser Wert überschritten wird. Diese Langzeitänderungen der Spannung dürfen nicht berücksichtigt werden. Der an den Frequenzdiskriminator angeschlossene Änderungsgeschwindigkeitsdetektor spricht auf eine Spannungsänderung an, die innerhalb kurzer Zeit, beispielsweise innerhalb 1/10 see, ein mV erreicht. Er spricht jedoch nicht auf langsame Änderungen der Spannung an.Fig. 2 shows, partly in a block diagram, a preferred one Embodiment of the proximity detector. A radio frequency oscillator is attached to the sensing elements 16, 18 and 20 connected, the frequency of which is determined by the capacitance of the sensing elements. The oscillator is followed by a frequency discriminator, whose output voltage is proportional to the oscillator frequency. The frequency discriminator is followed by a Rate of change detector. This is necessary because very low voltages are used and the output voltage of the frequency discriminator is about 1 mV in the presence of a bubble. Drifts as a result over long periods of time temperature or supply voltage changes of the oscillator, so that the output voltage changes and this value is exceeded will. These long-term changes in voltage must not be taken into account. The one to the frequency discriminator connected rate of change detector responds to a voltage change that occurs within a short time, for example within 1/10 of a second, one mV is reached. However, it does not respond to slow changes in voltage.
Der Ausgang des Geschwindigkeitsänderungsdetektors (Differenzierglied) ist an einen Hochpaßverstärker angeschlossen, derThe output of the speed change detector (differentiator) is connected to a high-pass amplifier, the
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langsame Abweichungen der Schaltungen unterdrückt, aber geringe Frequenzänderungen verstärkt und seinerseits einen nachgeschalteten Grenzwertdetektor auslöst. Diesem folgt eine Verriegelungsschaltung bzw. ein Sperr-Relais, das seinerseits ein Alarm- und AusschaItrelais steuert. Das Alarmsignal wird abgegeben, bis es von Hand gelöscht wird.slow deviations of the circuits suppressed, but amplified small frequency changes and in turn one downstream limit value detector triggers. This is followed by a locking circuit or a locking relay, which in turn an alarm and switch-off relay controls. The alarm signal is issued until it is manually deleted.
Die Schaltung des oben beschriebenen Systems kann gemäß der US-PS 3 500 366 ausgebildet werden. Der erfindungsgemäße Detektor wird hauptsächlich in Verbindung mit Nieren-Hämodialysemaschinen und dergleichen verwendet. Er dient daher zur Überwachung und nicht zur Zeitsteuerung v/ie das Gerät gemäß der US-PS 3 500 366.The circuitry of the system described above can be constructed in accordance with US Pat. No. 3,500,366. The detector according to the invention used primarily in connection with kidney hemodialysis machines and the like. It is therefore used for monitoring and not for timing v / ie the device of US Pat. No. 3,500,366.
Wenn im Betrieb ein Bläschen oder eine Verunreinigung an den Fühlelementen vorbeitritt, verändert sich die Oszillatorfrequenz und es wird ein höheres Signal abgegeben, das verstärkt wird und den Grenzwertdetektor auslöst, so daß das Sperrelais seinerseits den Alarm meldet.If a bubble or contamination passes the sensing elements during operation, the oscillator frequency changes and a higher signal is emitted which is amplified and triggers the limit value detector, so that the blocking relay in turn reports the alarm.
Die Messung erfolgt durch Impedanzüberwachung, wobei die elektrische Konstante des Fluids sowie seine Leitfähigkeit erfaßt wird. Der Detektor kann daher für sämtliche Fluide verwendet werden. Obwohl ein kleines Bläschen nur ein sehr kleines Signal vom Annäherungsdetektor erzeugt, das beispielsweise 0,1 % des vollen Ausgangssignals beträgt, reicht eine Signaländerung aus, um den Geschwindigkeitsänderungsdetektor zu betätigen und einen Alarm zu setzen, so daß die Strömung unterbrochen wird.The measurement is carried out by means of impedance monitoring, the electrical constant of the fluid and its conductivity being recorded. The detector can therefore be used for all fluids. Although a small bubble produces a very small signal from the proximity detector, for example 0.1 % of the full output signal, one change in signal is sufficient to operate the rate change detector and set an alarm so that the flow is interrupted.
Durch das Venturirohr 14 können Bläschen sehr genau erfaßt werden, da durch dieses das Bläschen in unmittelbare Nähe zu den Fühlelementen 16, 18 und 20 gebracht wird. Hierdurch können Bläschen erfaßt werden, die kleiner als der Innendurchmesser der Rohr- oder Schlauchleitungen sind. Durch das Venturirohr 14 wird ferner die Strömungsgeschwindigkeit an der MeßstelleThe Venturi tube 14 allows bubbles to be detected very precisely, because this brings the bubble into close proximity to the sensing elements 16, 18 and 20. This allows Bubbles are detected that are smaller than the inner diameter of the pipe or hose lines. Through the venturi 14 is also the flow rate at the measuring point
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erhöht, wodurch das Ansprechverhalten des Änderungsgeschwindigkeitsdetektors verbessert wird.increases, thereby increasing the responsiveness of the rate of change detector is improved.
Die Fühle!pfrmite 16, 18 und 20 "bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material wie Beryllium, Kupfer oder auch nichtrostendem Stahl oder Aluminium. Gemäß Fig. 2 und 3 umfassen sie das Venturirohr 14. Sie können in das Gehäuse eingegossen werden. Die außerhalb des Körpers verlaufenden Leitungen bestehen im allgemeinen aus PVC, können aber auch aus Gummi, Silikon oder Polyureiban bestehen.The feelers! Pfrmite 16, 18 and 20 "consist of an electric conductive material such as beryllium, copper or stainless steel or aluminum. 2 and 3 include they the Venturi tube 14. They can be poured into the housing. The lines running outside the body exist generally made of PVC, but can also consist of rubber, silicone or polyurethane.
Die Fühlelemente 16, 18 und 20 werden vorteilhaft in geringen Abständen voneinander angeordnet, da die Geschwindigkeitsänderung beginnt, wenn die Bläschenfront das erste Element 18 in Pfeilrichtung (Fig. 2) passiert. Die Fühlelemente 18 und 20 liegen an Masse. Da sie an beiden Seiten des mittleren Elements 16 angeordnet sind, kann das Fluid in beiden Richtungen strömen. Unbedingt notwendig wäre zwar nur ein an Masse geführtes Element, hierdurch würde jedoch der'Detektor auf nur eine Strömungsrichtung beschränkt. Der Abstand der Fühlelemente kann in der Größenordnung von etwa 0,25 mm liegen. Das Gerät ist umso empfindlicher, je näher aneinander die Fühlelemente angeordnet sind. Eine Masse Verbindung ist nicht unbedingt notwendig, da ein symmetrischer oder ausgeglichener Oszillator verwendet werden kann. Die Fühlelemente 16, 18 und 20 brauchen nicht notwendigerweise in Längsrichtung des Strömungsweges angeordnet zu sein. Auch brauchen sie den Meßbereich nicht unbedingt radial zu umfassen.The sensing elements 16, 18 and 20 are advantageous in small Spaced apart, since the change in speed begins when the bubble front hits the first element 18 happened in the direction of the arrow (Fig. 2). The sensing elements 18 and 20 are connected to ground. Because they are on both sides of the middle element 16 are arranged, the fluid can be in both directions stream. Although only one element connected to ground would be absolutely necessary, this would mean that the detector would only open limited a flow direction. The distance between the sensing elements can be of the order of about 0.25 mm. That The closer the sensing elements are, the more sensitive it is. A ground connection is not necessary necessary because a balanced or balanced oscillator can be used. The sensing elements 16, 18 and 20 need not necessarily be arranged in the longitudinal direction of the flow path. They also need the measuring range not necessarily to include radially.
Zur Messung eines Bläschens mit einem Durchmesser von etwa 0,25 mm sollte der Öffnungsdurchmesser des Venturirohrs 14 etwa 0,75 mm betragen. Allgemein sollte der Durchmesser so gering wie möglich ausgeführt werden.For measuring a bubble with a diameter of about The opening diameter of the Venturi tube 14 should be approximately 0.25 mm 0.75 mm. In general, the diameter should be made as small as possible.
An Stelle des mit Radiofrequenz arbeitenden Detektors kann auch ein optischer Detektor oder ein Ultraschalldetektor verwendet werden, deren Wirksamkeit oder Empfindlichkeit durdi das Venturirohr verbessert wird.An optical detector or an ultrasonic detector can also be used instead of the detector operating with radio frequency whose effectiveness or sensitivity is improved by the venturi.
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Der erfindungsgemäße Detektor kann zur Erfassung von Änderungen in einem flüssigen oder gasförmigen Medium verwendet werden. Als Beispiel für letzteres kann er in einer Luftleitung zur Feststellung der Gegenwart von Verunreinigungen wie Flüssigkeitsteilchen verwendet werden.The detector according to the invention can be used to detect changes in a liquid or gaseous medium will. As an example of the latter, it can be used in an air line to detect the presence of contaminants such as Liquid particles are used.
Innerhalb des Rahmens der Erfindung sind vielerlei Abwandlungen und Änderungen des beschriebenen Detektors möglich.Many modifications and changes to the detector described are possible within the scope of the invention.
PatentansprücheClaims
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