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Herzlungenmaschine und insbesondere partielle Bypaß-Maschine Dlc Erfindung
bezieht sich auf eine Herzlunyenmaschine und insbesondere partielle Bypaß-Maschine,
bei welcher im Kreislauf des Oxygenators ein Vorratsbehälter für Blut und wenigstens
einer Rollerpumpe vorgesehen ist.
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Bei derartigen Maschinen wird dem Patienten unter Schwerkraftwirkung
oder mit Hilfe einer Pumpe venös Blut entnommen, welches einem Oxygenator zugeführt
wird Auf den Oxygenator folgt ein Vorratsbehälter, in welchen das entnommene Blut
hineinfließt. Am Ausgang des Vorratsbehälters ist eine weitere Pumpe vorgesehen,
welche das Blut arteriell zum Patienten zurückbefördert. Bei derartigen bekannten
Maschinen erfolgt die Regelung des -Blutdurchlaufes durch die Maschine entweder
über eine Zweipunktregelung nach maximalem und minimalem Füllstand des Vorratsbehälters
oder direkt über eine Steuerung durch eine Bedienungsperson, die den Füllstand im
Behälter
beobachtet. Gerade die Handregelung wird überwiegend bei
den üblichen Herzlungenmaschinen angewendet, welche eine begrenzte Zeit, beispielsweise
während einer Operation in Betrieb sind und ohnehin ständig beobachtet werden müssen.
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Soll eine Maschine der erwähnten Art über längere Zeit und automatisch
betrieben werden, wie es insbesondere für partielle Bypaß-Maschinen zu fordern sein
wird, oder handelt es sich um eine Herzlungenmaschine mit geringem Blutumsatz und
dementsprechend kleinem Vorratsbehälter, so ist die übliche Art der Regelung nicht
ausreichend.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Herzlungenmaschine
und insbesondere eine Bypaß-Maschine der eingangs beschriebenen Art zu schaffen,
welche einen vollautomatischen Betrieb auch über längere Zeiträume hinweg ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an dem Vorratsbehälter
zur stetigen Regelung dessen Füllstandes ein analoger Füllstandsgeber vorgesehen
ist, welcher den Drehzahlsollwert für einen Drehzahlregelkreis der Rollerpumpe gibt.
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Diese Art von Sollwertgabe für die Drehzahl der Rollerpumpe ermöglicht
es, partielle Bypaß-Maschinen über Tage hinweg automatisch betrieben einzusetzen.
Bei einer Baby-Herzlungenmaschine, welche aufgrund des geringen Blutvolumens eines
Babies einen Vorratsbehälter mit relativ geringem Volumen und eine Pumpe sowohl
im Eingang des Vorratsbehälters als auch im Ausgang des Vorratsbehälters aufweist,
ermöglicht die erfindungsgemäße Sollwertgabe für die Drehzahlregelung beider Pumpen
einen einwandfreien und sicheren automatischen Betrieb der Maschine.
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Der Füllstandsgeber in dem Sollwertregelkreis hat zweckmäßig einen
Pl-Ausgang.
Weiter kann der Zustandsgeber einen zusätzlichen Grenzwertgeber enthalten, welcher
sowohl eine Motorklemme in der Zuleitung zum Oxygenator als auch eine Alarmeinrichtung
steuert. Bei einem venösen Blutüberangebot kann hiermit die Motorklemme in der Zuleitung
zum Oxygenator geschlossen und eine das venöse Uberangebot anzeigende Alarmeinrichtung
eingeschaltet werden.
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Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Maschine besteht darin, daß
in der Rückleitung nach dem Vorratsbehälter und der Rollerpumpe ein analoger Druckgeber
und anschließend an diesen ein Druckregler angeschlossen ist, welcher über eine
Bewertungsschaltung in die Drehzahlsollwertgabe des Drehzahlregelkreises der Rollerpumpe
eingreift. Dieser zusätzliche Regelkreis ermöglicht, daß bei zu großem Druck in
der Blutrückführungsleitung zum Patienten ein druckgesteuerter Regelkreis die Arbeit
des Füllstandsregelkreises für den Drehzahlsollwert der Rollerpumpe übernimmt.
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Der Druckregler in dem druckgesteuerten Regelkreis hat zweckmäßig
einen Pl-Ausgang. Weiter kann der Druckregler einen zusätzlichen Grenzwertgeber
enthalten, welcher sowohl eine Motorklemme in einem Rezirkulationskreislauf der
Maschine als auch eine Alarmeinrichtung steuert. Hiermit läßt sich sicherstellen,
daß beim Ansteigen des Drucks über einen Grenzwert ein Rezirkulationskreislauf für
das im Rreislauf-des Oxygenators befindliche Blut geöffnet wird und weiter eine
Alarmanzeige für den zu großen Druck erfolgt.
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Bei der erfindungsgemäßen Maschine kann weiter ein Çrenzwertgeber
vorgesehen sein, auf dessen Eingang der Drehzahlsollwert geschaltet ist und dessen
zwei Ausgänge eine Alarmeinrichtung und eine Motorklemme in einem Rezirkulationskreislauf
der Maschine steuern. Die Steuerung der Motorklemme im Rezirkulationskreislauf erfolgt
zweckmäßig über ein UND-Gatter, auf dessen einen Eingang der vom Drehzahlsollwert
gesteuerte Grenzwertgeber und auf dessen anderen Eingang der Grenzwertgeber des
Druckreglers geschaltet ist. Diese Motorklemme wird damit nur dann geöffnet, wenn
sowohl eine bestimmte
Drehzahl der Rollerpumpe unterschritten als
auch ein bestimmter Druck in der Rückführleitung zum Patienten überschritten ist.
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Weiter ist die erfindungsgemäße Maschine vorteilhaft so aufgebaut,
daß eine Alarmanzeige über ein UND-Gatter gesteuert wird, auf dessen einen Eingang
der Grenzwertgeber des Druckreglers über ein Invertiergatter und auf dessen anderen
Eingang der vom Drehzahlsollwert gesteuerte Grenzwertgeber geschaltet ist. Mittels
dieser Alarmanzeige erfolgt eine Anzeige für einen venösen Blutstop nur dann, wenn
ein bestimmter Drehzahlwert der Rollerpumpe unterschritten ist, der Druck in der
Rückführleitung zum Patienten den erwähnten Grenzwert jedoch nicht überschritten
hat.
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In ähnlicher Weise ist die erfindungsgemäße Maschine weiter zweckmäßig
so aufgebaut, daß eine Alarmanzeige über ein UND-Gatter gesteuert wird, auf dessen
einen Eingang der Grenzwertgeber des Druckreglers über ein Invertiergatter und auf
dessen anderen Eingang der Grenzwertgeber des Füllstandsgebers geschaltet ist. Hiermit
läßt sich eine Anzeige für ein venöses Überangebot an Blut anzeigen, welche Anzeige
nur dann erfolgen darf, wenn ein Grenzwert des Vorratsbehälterfüllstandes überschritten
wird, jedoch kein über dem erwähnten Grenzdruck liegender Druck in der Rückführleitung
zum Patienten vorliegt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 eine schematische
Darstellung des Aufbaus einer Bypaß-Maschiene gemäß der Erfindung, Fig. 2 ein schematisches
Prinzipschaltbild der Bypaß-Maschine nach Fig. 1, Fig. 3 das Blockschaltbild eines
Füllstandsregelkreises -für die Solldrehzahl der Rollerpumpe in einer Bypaß-Maschine
nach Fig. 1 und 2, und
Fig. 4 das Blockschaltbild eines Regelkreises
nach Fig. 3, welchem ein Druckregelkreis überlagert ist.
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In Fig. 1 der Zeichnung ist der Aufbau einer Bypaß-Maschine schematisch
dargestellt. Der Patient ist durch einen Block 1 angedeutet. Dem Patienten wird
venös über eine Leitung 2 Blut entnommen.
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An der Leitung 2 ist unmittelbar nach der Blutentnahmestelle eine
Motorklemme 3 vorgesehen, welche von einer Regel- und Alarmeinrichtung 4 gesteuert
wird. Die Leitung 2 führt weiter zu einem Oxygenator 5, von wo eine Leitung 6 zu
einem Vorratsbehälter 7 für Blut führt. Bei der dargestellten Bypaß-Maschine ist
in der Zuleitung zu dem Vorratsbehälter 7 keine Pumpe vorgesehen, kann jedoch im
Bedarfsfall ergänzt werden.
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Dem Vorratsbehälter 7 wird über eine Leitung 8 mit Hilfe einer Rollerpumpe
9 Blut entnommen. Eine Leitung 10 im Ausgang der Rollerpumpe führt zu einem Wärmetauscher
11, welcher seinerseits mit einer Wassermischbatterie 34 mit Temperaturanzeige in
Verbindung stehet. Auf der Ausgangsseite des Wärmetauschers 11 ist eine Leitung
12 vorgesehen, welche das Blut arteriell zum Patienten zurückbringt.
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Zwischen den Leitungen 2 und 12 ist eine den Oxygenator 5, den Vor-:atsbehälter
7, die Rollerpumpe 9 und den Wärmetauscher 11 überbrückende Leitung 13 vorgesehen,
in deren Leitungszug eine weitere, normalerweise geschlossene Motorklemme 14 angeordnet
ist. Diese Motorklemme 14 wird ebenfalls von der Regel- und Alarmeinrichtung 4 gesteuert.
Die Leitung 13 ermöglicht einen Rezirkulationskreislauf für dem Patienten entnommenes
Blut über den Oxygenator 5, den Vorratsbehälter 7, die Rollerpumpe 9 und den Wärmetauscher
11 für den Fall, daß beispielsweise ein arterieller Blutstau auftritt.
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An dem Vorratsbehälter 7 ist ein analoger Füllstandsgeber 15 vorgesehen,
welcher elektrisch mit einer-Füllstandsregelung innerhalb
der Regel-
und Alarmeinrichtung 4 verbunden ist. Weiter ist an der Leitung 12 ein analoger
Druckgeber 16 vorgesehen, welcher ebenfalls mit der Regel- und Alarmeinrichtung
4 elektrisch verbunden ist. Die Regel- und Alarmeinrichtung 4 ist ihrerseits elektrisch
mit der Rollerpumpe 9 verbunden, um deren Drehzahlregelkreis einen Drehzahlsollwert
abhängig von der Anzeige des Füllstandsgebers 15 und ggf. überlagert abhängig von
der Anzeige des Druckgebers 16 zuzuführen.
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Fig. 2 zeigt ein schematisches Prinzipschaltbild der beschriebenen
Bypaß-Maschine. Aus diesem Prinzipschaltbild läßt sich insbesondere die Wirkungsweise
der verschiedenen Regel- und Steuerkreise sowie Überwachungskreise gut erkennen.
Die Rollerpumpe 9 ist drehzahlgeregelt, und zwar abhängig von dem Füllstand des
Behälters 7.
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Der analoge Füllstandsgeber 15 hat einen Pl-Ausgang, welcher zu einer
Bewertungsschaltung 17 geführt ist. Die Bewertungsschaltung 17 gibt ihrerseits den
Drehzahlsollwert für die Rollerpumpe 9 ab, welcher unter Zwischenschaltung eines
Umschalters 18, der eine Umschaltung der Sollwertgabe auf Handbetrieb ermöglicht,
zu einem Drehzahlregelkreis 19 für die Rollerpumpe 9 geführt ist.
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Der Druckgeber 16 an der Leitung 12 ist auf einen Druckregler 20 geschaltet.
Dieser Druckregler 20 hat einen Pl-Ausgang, welcher auf einen zweiten Eingang der
Bewertungsschaltung 17 geschaltet ist und dieser Bewertungsschaltung 17 einen weiteren,
druckabhängigen Drehzahlsollwert für den Drehzahlregelkreis 19 zuführt. Die Bewertungsschaltung
19 ist so ausgelegt, daß sie den von dem Füllstandsgeber 15 kommenden mit dem von
dem Druckregler 20 kommenden Drehzahlsollwert vergleicht und den jeweils kleineren
Sollwert an die Drehzahlregelung 19 weitergibt. Hiermit ist gewährleistet, daß die
Regelung des Sollwerts für den Drehzahlregelkreis 19 bei zu hohem Druck in der Rückleitung
12 zum Patienten durch den Druckregler 20 übernommen wird, im Normalbetrieb dagegen
die Regelung des Drehzahlsollwerts über den Füllstandsgeber 15 erfolgt.
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Der Füllstandsgeber 15 hat einen Grenzwertausgang, welcher dann, wenn
der Füllstand h des Vorratsbehälters 7 einen Grenzwert hzul überschreitet, über
eine elektrische Leitung 21 ein Schließsignal an die Motorklemme 3 abgibt, umso
die Zufuhr von Blut durch die Leitung 2 zu sperren. Der Grenzwertausgang des Füllstandsgebers
15 ist weiter auch über ein Invertiergatter 22 auf die Motorklemme 3 geschaltet,
so daß diese bei fehlendem Signal an dem Grenzwertausgang des Füllstandsgebers 15
ein Signal zum öffnen erhält.
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Der Sollwert im Ausgang der Bewertungsschaltung 17 ist weiter auf
einen Grenzwertgeber 23 geschaltet, welcher seinerseits zwei Grenzwertausgänge aufweist,
die bei Absinken des Drehzahlsollwertes unter eine Grenzdrehzahl n1 bzw. n2 ein
Signal abgeben. Der Grenzwertausgang n1< n ist auf einen Eingang eines UND-Gatters
24 geschaltet, dessen zweiter Eingang mit einen Grenzwertausgang des Druckreglers
20, welcher bei einem Druck P größer als ein Grenzwertdruck P1 ein Signal abgibt,
verbunden ist. Der Ausgang des UND-Gatters 24 führt direkt zu der Motorklemme 14
und bewirkt bei vorhandenem Signal ein öffnen der Motorklemme 14. Weiter ist der
Ausgang des UND-Gatters 24 über ein Invertiergatter 25 derart zu der Motorklemme
14 geführt, daß diese geschlossen gehalten wird, solange kein Signal im Ausgang
des UND-Gatters 24 auftritt. Durch diese Schaltung ist gewährleistet, daß bei einem
Ansteigen des Drucks inner Leitung 12 über einen Grenzwert P1 und bei Abfall des
Drehzahlsollwertes unter einen Grenzwert n1 die sonst geschlossene Motorklemme 14
öffnet und einen Rezirkulatjonskreislauf durch die Leitung 13, den Oxygenator 5,
den Vorratsbehäiter 7, die Rollerpumpe 9 und den Wärmetauscher 11 ermöglicht.
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Der Grenzwertausgang des Druckreglers 20 ist weiter zu einer Anzeige
für Überdruck in der Regel- und Alarmeinrichtung 4 geführt.
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Außerdem ist er zu einem Invertiergatter 26 geführt, dessen Ausgang
auf je einen Eingang eines UND-Gatters 27 und 28 geschaltet ist. Der zweite Eingang
des UND-Gatters 27 ist auf den Grenzwertausgang n<n2 des Grenzwertgebers 23 geschaltet.
Der Ausgang des
UND-Gatters 27 ist zu einer Anzeige venöser Blutstop"
der Regel-und Alarmeinrichtung 4 geführt. Aufgrund dieser Schaltung erfolgt eine
Anzeige venöser Blutstop" nur dann, wenn der Druckregler keinen Überdruck größer
als P1 anzeigt und wenn der Drehzahlsollwert unter den Wert n2 gefallen ist. Die
Einstellung der Grenzwerte n1 und n2 des Grenzwertgebers 23 erfolgt nach den jeweiligen
Gegebenheiten beim Einsatz der Maschine. Auf den Grenzwertgeber 23 kann auch der
Istwert der Drehzahl der Rollerpumpe 9 geschaltet sein.
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Dem zweiten Eingang des UND-Gatters 28 wird ein Signal von dem Grenzwertausgang
des Füllstandsgebers 15 zugeführt. Der Ausgang des UND-Gatters 28 ist zu einer Anzeige
"venöses Überangebot" an Blut in der Regel- und Alarmeinrichtung 4 geführt. Aufgrund
der Schaltung des UND-Gatters 28 wird diese Anzeige in Betrieb gesetzt, wenn am
Grenzwertausgang des Druckwertreglers 20 kein Überdruck größer als P1 und am Grenzwertausgang
des Füllstandsgebers 15 ein Signal für Überschreitung des zulässigen Füllstandes
h zul vorliegt. Genau dies ist die Bedingung für ein venöses Blutüberangebot. Die
Regel- und Alarmeinrichtung weist schließlich einen Rücksetzeingarg ~,RESET" auf.
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Die einzelnen Betriebsarten bzw. Alarmzustände der erfindungsgemäßen
Bypaß-Maschine sind in der folgenden Tabelle schematisch zusammengestellt.
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Tabelle
| Zustand Rollerpumpe 9 Motorklemme 3 Motorklemme 14 Alarm |
| Normalbe- F#l1standsrege- offen geschlossen - |
| trieb lung |
| Arterieller Druckregelung Eallhõhe im falls Drehzahl ueberdruck |
| Blutstau Vorratsbehäl- unter n sinkt, durch P>P1 |
| ter 7 steigt, öffnet Aotor- |
| Motorklemme 3 klemme 14 |
| schließt |
Fortsetzung der Tabelle
| Zustand Rollerpumpe 9 t Notorklemme 3 Motorklemme 14 Alarm |
| Venöser Blut- Füllstandsre- offen geschlossen Venöser Blut |
| stau gelngB Dreh- stau durch |
| zahl verringert |
| sich unter n2 |
| Ven#ses Über- Füllstandsre- Motorklemme 3 geschlossen Ven#ses
Über- |
| angebot (Fal- gelung, F#rder- schließt bei angebot |
| sche Occlusion. Tolumen reicht Füllhohe im |
| Pumpenausfall aber nicht aus Vorratsbehäl- |
| ter größer als |
| hzul |
| Normalbetrieb Fullstandsre- ofzen geschlossen bleibt'is' |
| nach Fehler- gelung zum manuellen - |
| beseitigung Rücksetzen ge- |
| speichert.. - |
Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild eines reinen Füllstandsregelkreises für die Solldrehzahl
der Rollerpumpe 9. Geregelt wird die Drehzahl n der Rollerpumpe 9. Ein Regelverstärker
oder Drehzahlregler 29 arbeitet auf den Rollerpumpelmotor 30. Die Drehzahl n der
Rollerpumpe wird übe#r einen Tachogenerator 31 erfaßt und auf den Eingang des Drehzahlregelkreises
rückgekoppelt. Für die Einstellung bzw. Regelung der Solldrehzahl der Rollerpumpe
ist der im folgenden näher beschriebene Füllstandsregelkreis vorgesehen.
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In dem Füllstandsregelkreis setzt die Rollerpumpe 9 die Drehzahl n
in eine proportionale Fließgeschwindigkeit v um . Die Änderung des Füllstandes in
dem Vorratsbehälter 7 erfolgt in Form eines Integralverhaltens über einen Block
31. Die sich hiermit ergebende Füllstandsdifferenz #h wird von einem Anfangsfüllstand
ha subtrahiert, und die sich ergebende Differenzgröße wird über den Füllstandsgeber
15 mit PI-Verhalten in den Drehzahlsollwert n5011 umgesetzt. Dieser Drehzahlsollwert
wird dem eigentlichen Drehzahlregelkreis 19 zugeführt
Fig. 4 zeigt
das Blockschaltbild eines Regelkreises nach Fig. 3, welchem ein Druckregelkreis
überlagert ist. Dieses Blockschaltbild entspricht auch genau dem schematischen Prinzipschaltbild
der Bypaß-Maschine gemäß Fig. 2. Aus der Fließgeschwindigkeit v baut sich mit Integralverhalten
gemäß einem Block 32 ein Leitungsdruck P auf. Dieser Leitungsdruck wird über einen
Druckübertrager 33 in Form einer Zwischengröße z, beispielsweise in Form einer Spannung,
dem Druckregler 20 mit Pl-Verhalten zugeführt. Der Ausgang des Druckreglers 20 ist
auf den einen Eingang der Bewertungsschaltung 17 geschaltet, an deren anderen Eingang
der Ausgang des Füllstandsgebers 15 anliegt. Im Ausgang der Bewertungsschaltung
17 tritt der für die Drehzahlregelung der Rollerpumpe benötigte Drehzahlsollwert
nSOll auf. Dieser Drehzahlsollwert ist immer der kleinere der beiden der Bewertungsschaltung
17 zugeführten Werte. Diese Art von Regelkreisschaltung ergibt also eine Füllstandsregelung
mit überlagerter Druckregelung für den Drehzahlsollwert der Rollerpumpenregelung.