DE2451383B2

DE2451383B2 - Regler für ein Insufflationsgerät

Info

Publication number: DE2451383B2
Application number: DE2451383A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dr.Med. 2000 Hamburg Lindemann; Peter P. Ing. Wiest (Grad.), 1000 Berlin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-10-26
Filing date: 1974-10-26
Publication date: 1978-09-14
Also published as: DE2451383C3; DE2451383A1; US4048992A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Regler für ein Insufflationsgerät zur Einführung begrenzter Mengen Kohlensäuregas in den menschlichen Körper zu Operationszwecken, insbesondere für die Laparoskopie und Hysteroskopie, mit mindestens zwei Druckminderern.

Zur schonenden Aufdehnung von Körperhöhlen, insbesondere bei der Laparoskopie und Hysteroskopie, ist es üblich, Kohlensäuregas zu Operationszwecken in den menschlichen Körper zu insufflieren, da das Kohlensäuregas chemisch im Gewebe und flüssigkeitslöslich ist. Die Menge des in den Körper in einem bestimmten Zeitraum einleitbaren Kohlensäuregases ist jedoch begrenzt, da die Kohlensäure vom Blut aufgenommen wird und die natürliche, aus der Muskelarbeit stammende Kohlensäure im venösen Blut vermehrt. Es ist daher für einen Insufflationsvorgang wesentlich, die insufflierte Kohlensäuregasmenge genau zu kontrollieren.

Ein aus der Zeitschrift »Geburtshilfe und Frauenheilkunde«, 27. Jahrgang, 1967, Seiten 1029—1042, insbesondere Seiten 1033 und 1034, bekannter Regler der eingangs genannten Art besteht aus einem mit vertikaler Achse außerhalb des Insufflationsgerätes angeordneten Glasröhrchen mit einer darin unter dem Einfluß der Gasströmung axial bewegbaren Schwebekugel. Dies wird in Verbindung mit einem Manometer und einem von Automatik- auf Handbetrieb umschaltbaren Druckminderer zur Kontrolle der vom Gerät

ίο abgegebenen Kohlensäuregasmenge benutzt. Dieser Regler ermöglicht aber nicht eine zuverlässige Begrenzung der dem Körper zuzuführenden Kohlensäuregasmenge, da die bei der Entspannung des Kohlensäuregases sich ergebenden Druck- und Temperaturänderun-

is gen nicht berücksichtigt werden, die bei gegebenen Druckverhältnissen und Durchströmungsgeschwindigkeiten die Menge des durchströmenden Kohlensäuregases verändern. Werden aber bei Normalbedingungen mehr als ca. 200 ml Kohlensäuregas je Minute künstlich einem Menschen insuffliert, kann das Lösungsvermögen des Blutes überschritten werden und es können sich Gasblasen in der zum Herzen führenden Hauptvene bilden, woraus lebensbedrohende Folgen resultieren können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Regler der eingangs genannten Art für ein Insufflationsgerät zu schaffen, der bei Gewährleistung einer absoluten Sicherheit für eine behandelte Person eine genaue druck- und temperaturunabhängige Messung der durchströmenden Kohlensäuregasmenge ermöglicht. «■·

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die Kombination folgender Merkmale vor:

a) daß ein in die Gasströmungsleitung eingesetzter Expansionsbehälter vorgesehen ist, dessen Durchmesser um ein Vielfaches größer als der Durchmesser der Gasströmungsleitung ist und um dessen Einströmöffnung herum ein die Gasströmung lenkendes Abschirmblech konzentrisch angeordnet ist,

b) daß zwei Meßwertaufnehmer vorgesehen sind, von denen der eine im unmittelbaren Bereich der Einströmöffnung des Expansionsbehälters im strömenden Gasmedium und der andere in einer größtmöglichen radialen Entfernung vom ersten Meßwertaufnehmer zwischen der Wandung des Expansionsbehälters und dem Abschirmblech außerhalb des Gasstromes angeordnet ist, wobei der Meßwertaufnehmer in einer Brückenschaltung mit angeschlossenem Meßverstärker und Anzeigegerät für die pro Zeiteinheit durchfließende Gasmenge und mit einer elektronischen Schaltung angeordnet sind, in welcher der Quotient aus zwei Meßströmen der Brückenschaltung gebildet wird und

c) daß beide Druckminderer auf feste Gasabgabedrücke unveränderlich eingestellt sind.

Durch das Merkmal a wird ein Meßraum geschaffen, in dem die Meßwertaufnehmer gemäß Merkmal b derart angeordnet sind, daß der eine im strömenden Gasmedium und der andere außerhalb des Gasstromes im absolut ruhenden Gasmedium liegt. Aufgrund der derart angeordneten und in eine Brückenschaltung mit angeschlossenem Meßverstärker eingeschalteten Meß-

M wertaufnehmer kann die pro Zeiteinheit durchfließende Gasmenge an einem Anzeigegerät nahezu temperatur- und druckunabhängig exakt abgelesen werden. Um die sich bei der Entspannung des aus einer Vorratsflasche

entnommenen Kohlensäuregases normalerweise einstellenden zusätzlichen Druck- und Temperaturschwankungen auszuschalten, wird erfindungsgemäß zusätzlich mit einer elektronischen Schaltung gearbeitet, in welcher der Quotient aus zwei Meßströmen der Brückenschaltung gebildet wird. Durch diese Quotientenbildung wird eine absolut temperatur- und druckunabhängige Messung der Gasmenge ermöglicht. Durch die gemäß Merkmal c auf feste Gasabgabedrucke unveränderlich eingestellten Druckminderer wird dar- to über hinaus nicht nur erreicht, daß der Abgabedruck eines mit dem erfindungsgemäßen Regler ausgerüsteten Insufflationsgerätes den zulässigen intraabdominellen Druck nicht überschreitet, so daß das Insufflationsgerät absolut sicher arbeitet, sondern es wird dadurch weiterhin auch die exakte, druckunabhängige Messung der pro Zeiteinheit durchfließenden Menge des Kohlensäuregases sichergestellt.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Reglers ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Es sind zwar auf technischem Gebiet eingesetzte Regler zur Bestimmung einer Gasdurchflußmenge aus den USA-Patentschriften 28 31351 und 36 45 133 bekannt. Diese Regler arbeiten jedoch nicht in der hier geforderten Weise absolut temperatur- und druckunabhängig, so daß diese nicht für ein Insufflationsgerät zur Einführung begrenzter Mengen Kohlensäuregas in den menschlichen Körper zu Operationszwecken eingesetzt werden können.

Der erfindungsgemäße Regler ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Insufflationsgerätes zur Laparoskopie näher erläutert. Dieses Gerät ist jedoch nicht Gegenstand der Erfindung. Es zeigt

F i g. 1 eine prinzipielle Darstellung des Gasflusses durch das Gerät,

F i g. 2 den Expansionsbehälter des Reglers mit Anordnung der Meßwertaufnehmer in einer teilweise geschnittenen und in etwa natürlicher Größe dargestellten Ansicht und

Fig.3 einen Schaltplan des elektrischen Meßteiles des Gerätes.

Gemäß F i g. 1 fließt von einem Anschluß 1 für eine handelsübliche Kohlensäuregasflasche das Kohlensäuregas durch einen Filter 2, eine erste Druckmindererstufe 3, die den primären Druck des Kohlensäuregases von ca. 60 bar auf einen sekundären Druck von 1,5 bar mindert, eine zweite Druckmindererstufe 4, die den primären Druck von 1,5 bar auf den sekundären Druck von 15 mmHg mindert, ein Überdrucksicherheitsventil 5, einen, einen Teil des Reglers bildenden Expansionsbehälter 6, eine auf den maximalen Durchfluß fest eingestellte Präzisionsblende 8, ein Ventil 9 zur Einbzw. Ausschaltung der Insufflation und ein einstellbares Präzisionsnadelventil 10. Alle bisher genannten Bauteile liegen in einem Gerätegehäuse, dessen Stirnplatte 22 in der F i g. 1 in prinzipieller Darstellung enthalten ist und sind über eine Gasströmungsleitung 23 miteinander verbunden. Zwischen dem Filter 2 und dem ersten Druckminderer 3 führt eine Abzweigungsleitung zu einem in der Stirnplatte 22 angeordneten Manometer 11, das den Druck in der Kohlensäuregasflasche anzeigt. Eine weitere Abzweigungsleitung führt zu einem Manometer 18, das den aktuellen Druck in der Körperhöhle des Patienten anzeigt. Die Gasströmungs- b> leitung 23 führt zu einem ebenfalls in der Stirnplatte 22 angeordneten Ausgangsnippel 19 zum Anschluß an ein Laparoskop. Die Ventile 9,10 sind über Drehknöpfe 16 bzw. 17 an der Stirnplatte 22 bedienbar. Ein Netzschalter 20 dient zum Ein- bzw. Ausschalten der Betriebsspannung des Gerätes.

Im Expansionsbehälter 6 sind im Bereich einer Meßsteile 7 Meßwertaufnehmer 24,25 enthalten. Diese sind, wie es in der F i g. 1 symbolartig dargestellt ist, mit einem Meßverstärker 15 verbunden, der gleichzeitig einen Netzteil und einen Meßteil zur Quotientenbildung enthält Vom Meßverstärker 15 wird ein Signal zur Anzeige der Gasdurchflußmenge pro Zeiteinheit abgeleitet, das an einem elektrischen Anzeigeteil 14 mit kalibrierter Skala von 0 bis 21 Gas/min ablesbar ist. Über einen in der Fig. 1 nur schaubildlich gezeigten Integrator 13 wird die Gesamtdurchflußmenge des Kohlensäuregases ermittelt und an einem elektrischen Anzeigeteil 12 mit kalibrierter Skala von 0 bis 81 Kohlensäuregas angezeigt. Ein Taster 21 dient der Nullstellung der Anzeige der Gesamtdurchflußmenge. Die Bauteile 12, 14 und 21 sind ebenfalls in der Stirnplatte 22 angeordnet

Der in Fig.2 in etwa natürlicher Größe dargestellte Expansionsbehälter 6 besteht aus einem Zylinderstück 26 und zwei Endscheiben 27, 28 mit Ringnuten 29, in welche das Zylinderstück 26 mit Dichtungen 30 gasdicht eingesetzt ist. In beide Endscheiben 27, 28 sind Anschlußstutzen 31, 32 zentrisch eingesetzt Diese sind mit äußeren Verrippungen versehen, um eine Verbindung mit der Gasströmungsleitung 23 herstellen zu können. Die Endscheiben 27, 28 sind in nicht näher dargestellter Weise über parallel zur Achse des Zylinderstückes und außerhalb des Zylinderstückes verlaufende Zuganker verbunden. Der Expansionsbehälter 6 weist einen großen Durchmesser auf, der sehr viel größer ist als der Durchmesser der Gasströmungsleitung 23, so daß in den Randbereichen des Expansionsbehälters 6 im Innern die Gasströmungsgeschwindigkeit nahezu den Wert Null erreicht. Von den beiden innerhalb des Expansionsbehälters 6 angeordneten Meßwertaufnehmern 24,25 ist der Meßwertaufnehmer 24 im unmittelbaren Bereich der vom Anschlußstutzen 31 gebildeten Einströmöffnung in den Expansionsbehälter 6 angeordnet, wie es das die konstruktive Anordnung darstellende Detail X zeigt, so daß er von der Strömung des Kohlensäuregases umspült wird. Der andere Meßwertaufnehmer 25 ist in der Nähe der Wandung des Expansionsbehälters 6 in einer größtmöglichen radialen Entfernung vom Meßwertaufnehmer 24 angeordnet, so daß die Gasströmungsgeschwindigkeit im Bereich des Meßwertaufnahmers 25 nahezu den Wert Null aufweist. Um den Gasstrom zu lenken, ^:st ein zylindrisches Abschirmblech 34 zentrisch um die Einströmöffnung herum angeordnet. Die zum Meßverstärker 15 nur schaubildlich gezogenen elektrischen Zuführungskabel der Meßwertaufnehmer 24,25 werden aus dem Expansionsbehälter 6 isoliert und gasdicht herausgeführt.

Die beiden aus NTCs bestehenden Meßwertaufnehmer 24, 25 sind Teile einer Meßbrücke II, in der sich noch weitere fest eingestellte und ein einstellbarer Widerstand 33 befinden. Die beiden in ihren Charakteristiken gleichartigen Meßwertaufnehmer 24,25 sind vom Strom durchflossen, der von einem nicht näher beschriebenen Netzteil I zugeführt wird. Sie befinden sich somit auf dem gleichen Temperaturniveau. Wenn sich die Umgebung sämtlicher Widerstände und der Meßwertaufnehmer 24, 25 in Ruhe befindet, so ist die Meßbrücke im Gleichgewicht, d.h. die an den Meßverstärker im Anzeigeteil III abgegebene Span-

nung ist gleich Null. Wenn aber am Meßwertaufnehmer 24 der zu messende Gasstrom vorb^istreicht, während sich der Meßwertaufnehmer 25 im gleichen, jedoch ruhenden Gasmedium befindet, kommt die Meßbrücke aus dem Gleichgewicht. Obwohl beide Meßwertaufnehmer 24, 25 mit annähernd konstanter Leistung geheizt werden, verkleinert der am Meßwertaufnehmer 24 vorbeistreichende Gasstrom dessen Wärmeleitwert zur Umgebung. Seine Temperatur fällt trotz konstanter Energiezufuhr ab. Sein Widerstand erhöht sich, und die Meßbrücke kommt aus dem Gleichgewicht, d. h. am Meßverstärker 15 liegt eine Spannung an. Der im ruhenden Medium befindliche Meßwertaufnehmer 25 dient dazu, die Messung temperaturunabhängig zu machen. Der Nullpunkt der Meßbrücke verändert sich mit der Umgebungstemperatur nicht, da für beide Meßwertaufnehmer 24, 25 die gleiche Ausgangstemperatmr angenommen werden kann.

V/enn man davon ausgeht, daß das Kohlensäuregas an beiden Meßwertaufnehmern 24, 25 die gleiche Temperatur besitzt, so ist nur noch die Geschwindigkeit des am Meßwertaufnehmer 24 vorbeiströmenden Mediums für die Widerstandsänderung maßgebend. Dabei muß die Voraussetzung erfüllt sein, daß sich ein Meßwertaufnehmer im ruhenden Gasmedium befindet, was durch die Konstruktion des Expansionsbehälters 6 mit dem darin im ruhenden Gasstrom angeordneten Meßwertaufnehmer 25 erfüllt ist. Der am anderen Meßwertaufnehmer 24 vorbeistreichende Gasvolumenstrom ändert dessen elektrischen Widerstand der Durchflußgeschwindigkeit des Gasstromes entsprechend, da es sich bei einem NTC um einen temperaturabhängigen Widerstand handelt.

NTC-Widerstände (Negative Temperatur Coefficient) sind elektronische Widerstände, die auch als Heißleiter bezeichnet werden. Sie bestehen aus keramischen Werkstoffen, und ihr Widerstand verhält sich gerade umgekehrt wie der von Metallen. Er nimmt nämlich bei steigender Temperatur sehr stark ab. NTCs weisen bei kleinen Änderungen der Temperatur bereits hohe Widerstandsänderungen auf, so daß das Verhältnis der Widerstandsänderung zur Temperaturänderung sehr groß ist. Bei Widerstandsänderungen tritt bei NTCs keine Hysterese auf. Durch einen großen Temperatur-Koeffizienten kann die Betriebs- bzw. Eigentemperatur relativ niedrig gehalten werden. Zugleich kann die Verstärkung des von NTCs erhaltenen Meßsignals gering sein, wodurch die Störsicherheit erheblich erhöht wird und nur ein relativ geringer technischer Aufwand erforderlich ist. Durch ihre geringe Baugröße und ihre geringe Eigentemperatur sind NTCs problemlos unterzubringen.

Eine weitere Voraussetzung für eine exakte Messung ist ein konstanter Druck, der durch die fest eingestellter Druckminderer 3,4 vorhanden ist.

In ruhender Umgebung, d. h. wenn der Gasvolumen strom gleich Null ist, hat der Meßwertaufnehmer 25 eint definierte Eigentemperatur bei konstanter Energiezu fuhr. Dabei tritt ein Gleichgewicht zwischen elektri scher Energiezufuhr und Wärmeabgabe an die Umge bung ein. Unter einem eingestellten Volumenstron vergrößert sich die Wärmeabgabe an die Umgebung

ίο entsprechend. Dadurch stellt sich das Gleichgewicht be einer niedrigen Eigentemperatur des Meßwertaufneh mers ein, und der elektrische Widerstand ändert siel analog dazu. Wie oben beschrieben, dient der in ruhenden Medium befindliche Meßwertaufnehmer 2i dazu, die Messung temperatur- und druckunabhängig zi machen. Mit der üblichen Signalauswertung ergibt sich jedoch ein Fehler, der für die in der Medizin gestellter Forderungen zu hoch ist. Da sich das Kohlensäuregas das aus der Flasche entnommen wird, entspannt, sine keine stabilen Druck- und Temperaturverhältniss« anzutreffen. Um diesen Nachteil auszugleichen, wird da! von der Meßbrücke II abgeleitete Signal erst eine: nachgeschalteten elektronischen Schaltung abgenom men, die in dem Meßverstärker 15 vorgesehen ist. Mi dieser Schaltung wird aus den beiden Impulsen eil Quotient gebildet. Bei dieser Quotientenbildung kürzer sich die variablen »Temperatur und Gasdruck«, die da: Meßergebnis negativ beeinflussen, heraus, so daß eir Quotient aus den in beiden Meßwertaufnehmern 24, 2i fließenden Strömen erhalten wird.

Durch kontinuierliche elektronische Erfassung dei Widerstandsänderung des Meßwertaufnehmers 24, dei sich im strömenden Gasmedium befindet, wird meß technisch, nach entsprechender Linearisierung, die pn Zeiteinheit durch die Gasstromleitung 23 fließendi Gasmenge am kalibrierten elektrischen Anzeigeteil 1' angezeigt.

Zur Bestimmung der Gesamtdurchflußmenge de: Gases durch den Regler wird vom Meßverstärker Ii eine Teilspannung des Ausgangssignales entnommei und an den Eingang einer Integratorschaltung IV mi dem Integrator 13 gelegt. Das vom Integrator erhalten! und am elektrischen Anzeigeteil 12 angezeigte Signal is proportional der gesamten, durch den Expansionsbehäl ter 6 geflossenen Gasmenge. Durch Betätigung de Tasters 21 kann vor jeder neuen Messung de Anzeigeteil 12 für die Gesamtflußmenge auf NuI zurückgestellt werden.

Die Durchflußmenge kann mit dem Präzisionsnadel ventil 10 von der Stirnseite des Gerätegehäuses 22 he eingestellt werden. Die eingestellte Durchflußmengi kann am Anzeigeteil 14 abgelesen werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Regler für ein Insufflationsgerät zur Einführung begrenzter Mengen Kohlesäuregas in den menschlichen Körper zu Operationszwecken, insbesondere zur Laparoskopie und Hysteroskopie, mit mindestens zwei Druckminderern, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) daß ein in die Gasströmungsleitung (23) eingesetzter Expansionsbehälter (6) vorgesehen ist, dessen Durchmesser um ein Vielfaches größer als der Durchmesser der Gasströmungsleitung (23) ist und um dessen Einströmöffnung herum ein die Gasströmung lenkendes Abschirmblech (34) konzentrisch angeordnet ist,

b) daß zwei Meßwertaufnehmer (24, 25) vorgesehen sind, von denen der eine (24) im unmittelbaren Bereich der Einströmöffnung des Expansionsbehälters (6) im strömenden Gasmedium und der andere (25) in einer größtmöglichen radialen Entfernung vom ersten Meßwertaufnehmer (24) zwischen der Wandung (26) des Expansionsbehälters (6) und dem Abschirmblech (34) außerhalb des Gasstromes angeordnet ist, wobei der Meßwertaufnehmer (24,25) in einer Brückenschaltung (II) mit angeschlossenem Meßverstärker (15) und Anzeigegerät (14) für die pro Zeiteinheit durchfließende Gasmenge und mit einer elektronischen Schaltung angeordnet sind, in welcher der Quotient aus zwei Meßströmen der Brückenschaltung (II) gebildet wird, und

c) daß beide Druckminderer (3, 4) auf festen Gasabgabedrücke unveränderlich eingestellt sind.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßverstärker (15) ein Integrator (13) mit Anzeigegerät (12) zur Bestimmung der Gesamtdurchflußmenge des Gases nachgeschaltet ist.

3. Regler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Expansionsbehälter (6) ein für die Gasabgabe im Bereich von 0—2 l/min einstellbares Präzisionsnadelventil (10) nachgeschaltet ist.