DE2732550A1

DE2732550A1 - Luft- und blutschaumdetektor auf ultraschallbasis

Info

Publication number: DE2732550A1
Application number: DE19772732550
Authority: DE
Inventors: Louis C Cosentino; Leroy J Fischbach
Original assignee: RENAL SYSTEM Inc
Current assignee: RENAL SYSTEM Inc
Priority date: 1976-07-22
Filing date: 1977-07-19
Publication date: 1978-03-16
Also published as: CA1108282A; DE2732550C2; US4068521A; JPS6112701B2; JPS5313586A; GB1587934A

Description

Luft- und Blutschaun'.detektor auf Ultraschallbasis

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen in Luftleckdetektoren zur Verwendung auf medizinischem Gebiet. Viele medizinische und chirurgische Verfahren erfordern, daß das Blut des Patienten aus dem Körper heraus geführt wird, beispielsweise in Verbindung mit einer Herz-Lungen-Laschine während der Operation oder mit einer künstlichen liiere -während der Hämodialyse. Dieses Herausführen oes Bluts aus dem Körper 7/ird mit Hilfe von Röhrchen für Blut^ mit geeigneten Pumpen, Dichtungen, Ventilen usw. durchgeführt, die abhängig von dem jeweiligen speziellen Verfahren sind.

Im Fall der Hämodialyse wird das Blut des Patienten zum Dialysegerät durch ein längliches Rohr und eine Blutzuführungsvorrichtung gebracht, die das Rohr mit einer Arterie verbindet. Nach der Reinigung durch das Dialysegerät wird das Blut durch zusätzliche Röhrchen in den Patienten zurückgeführt. Zusätzlich zu dem Dialysegerät kann der externe Blutkreislauf auch zusätzliche Elemente, wie zum Beispiel eine Pumpe und Drucküberv/achungsgeräte aufweisen.

Es dürfte einleuchten, daß durch ein Leck, das sich irgendwo in dem externen Blutkreislauf entwickelt, beispielsweise in den Rohren, in dem Verbinder, dem

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ι diesem

Dialysegerät oder der Herz-Lungen-Kaschine in speziellen Fall der Chirurgie, Luft in das kohrsystem eindringen kann. Falls eine große Luftblase mit dem Blut in den Patientenkörper zurückgelangen kann, kann das Ergebnis sehr schwerwiegend sein. Um ein solches Auftreten zu verhindern, werden Tropfenkammern üblicherweise mit dem Blutrückkreislauf in den Patienten verbunden, um Luft und andere ungelöste Blasen in dem Blut zu entfernen. ^T.veiterhin erfordert eine gute Überwachung die Verwendung von Luftleck-Detektoren, entv/eder in der Tropfenkamnier oder in dem Blutr'ohr direkt vor dem Rückführungspunkt in die Ader des Patienten. Es ist auch wichtig, daß eine Klemmvorrichtung in Verbindung mit den Sensor vorgesehen ist, um zuverlässig den Fluß bei Entdeckung von einer größeren Menge Luft in der Leitung zu unterbrechen.

Luftleck-Detektoren mit federbelasteten Klemmen sind beispielsweise im US Patent Uo. 3 935 876 der Anmelderin offenbart. In dieser bekannten Vorrichtung werden Luftblasen erfaßt und ausgewertet und eine federbelastete Klemme wird freigegeben, um das 31utrohr abzuklemmen, wenn eine übermäßige I-ienge von Luft entdeckt wird.

In der bevorzugten Ausführung, die in dem Patent No. 3 935 876 offenbart ist, wird ein optischer Sensor zur Entdeckung der Luftblasen verwendet, und verschiedene optische Erfassungsverfahren wurden in den meisten bisherigen Luftleck-Detektoren verwendet, entweder an den

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Blutröhren oder an einer Tropfenkammer. Ein Froblem bei der optischen Erfassung ist es, daß es sehr schv/icrig ist, Licht über mehl' als eine kurze Distanz in das Blut eindringen zu lassen, so daß Luftblasen, die durch die Kitte des ^lutstromes verlaufen, unter Umständen nicht entdeckt werden. Ein weiteres ernstes Problem bei der optischen Erfassung in Tropfenkaminern ist die Schwierigkeit, zwischen Blut oder Schaum zu unterscheiden.

Die Möglichkeit, daß zufällig größere Mengen von Blutscheui.. eingeführt v;erden, ist ein großes klinisches Problem in gewissen Arten von KfeTiOdialyseveriahren. Es ist möglich, daß Luft in einer Blutleitung an einer Röhreriverbindung vor einer Pumpe in Hikroschaum beim Passieren durch ein Kohlfiberdialysegerät konvertiert wird. Hikrοschaum kann ein wesentliches Volumen von Luft besitzen, das in eine Vielzahl von extrem kleinen Luftblasen von weniger als 50 ml jeweils verteilt ist. Diese Art von Mikroschaum ist im wesentlichen durch bekannte optische Meßtechniken nicht zu erfassen und kann in der Tat noch nicht einmal von einem 'sorgfältigen Beobachter optisch wahrgenonimen -werden.

Deshalb wurden Ultraschallerfassungsmethoden vorgeschlagen, um Luft in Tropfenkammern zu entdecken, da unter günstigen Bedingungen Ultraschall das Blut durchdringen kann und zv/isehen Blut und Schaum unterscheiden kann. Jedoch waren den bislang vorgeschlagenen Ultraschalltechniken gewisse Probleme zu eigen. Ein Problemfeld war die Schwierigkeit,

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eine gute Ultraschall-Leitung zwischen den Kunststoffvänder: der Tropfenkamuier und den Übertragern herzustellen. In anderen Arten von Ultraschallmeßsystemen mußte der Übertrager mit einem akustisch leitenden Gel beschichtet werden, jedoch ist diese Technik in einer klinischen Anwendung unerwünscht. Ein anderes Problemfeld ist die Schwierigkeit, eine genaue Kessung in einem System aufrecht zu erhalten, das auf der Impulsfortpflanzungszeit durch das Blut beruht, da nur eine relativ kleine änderung der Fortpflanzungszeit durch die Einführung von kleinen Luftblasen verursacht v/ird und es schwierig ist, einen genauen und wiederholbaren Abstand zwischen den Sensoren aufrechtzuerhalten.

Die vorliegende Erfindung überwindet diese und andere Probleme durch einen verbesserten Luft- und. Blutschaum-Detektor auf Ultraschallbasis zur Verwendung in einer Tropfenkammer (drip chamber) eines Blutrohrsystems. Der Detektor nach der vorliegenden Erfindung besitzt einen Ultraschallsensor zur Anordnung neben der Bluttropfenkanmer und Ultraschallübertrager, die für einen guten akustischen Kontakt mit den v.änden der Tropfenkammer angeordnet werden, wenn der Sensor neben der Trcpfenkanimer liegt. Ein mit dem Übertrager verbundener Erreger sorgt dafür, daß Ultraschallenergie übertragen und durch die Bluttropfenkammer empfangen wird. Ein elektronischer Signalstärken-Detektor ist mit dem Übertrager verbunden und empfängt die Signale, die durch die Bluttropfenkammer übertragen wurden und arbeitet in Ansprache auf die Signalhöhe, um ein Ausgangssignal zu

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erzeugen, das das Vorhandensein von Luft oder Blutschaum in der Kammer anzeigt.

In der bevorzugten Ausführung wird das Ausgangssignal, das das Vorhandensein von Luft anzeigt, zur Steuerung des Betriebs eines Rohrklemmmechanismus verwendet, um wahlweise ein Ausgc.ngsrohr von der Tropfenkammer abzuklemmen, um so den Durchfluß darin zu verhindern, v/enn eine übermäßige Menge Luft oder £chauu entdeckt wurde.

In der bevorzugten Ultraschallsensoranordnung zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung ist ein Paar Grundkörper gleitbar miteinander verbunden, wobei die Grundkörper eine die Tropfenkammer empfangende Fläche dazwischen bilden. Sin Ultraschallübertragerkristall ist an wenigstens einem der Grundkörper befestigt, und eine Schicht von polymerem Material auf den Übertrager ist derart geformt, daß er eine Linse für die Ultraschallenergie bildet, und ist angeordnet, um die Seite einer 31uttropfenkammer zu berühren, wenn er in der aufnehmenden Fläche angeordnet ist.

Die Erfindung v;ird an Hand der Zeichnungen in einer bevorzugten Ausführung im einzelnen beschrieben:

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Detektors nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht des in Fig. 1 gezeigten Sensors;

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Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. A ist eine Aufsicht auf das Rohrklemmteil und den elektronischen Trägerabschnitt des Detektors, der in Fig. 1 dargestellt ist;

Fig. 5 ist eine Teilschnittansicht des Kanals zur Aufnahme des Rohres und der Schließtür von den Figuren 1 und 4;

Fig. 6 ist eine schematische Ansicht des Rohrkleßüimechanicuius, der in der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 7 ist ein Blockdiagramm der Erregungs- und Detektorschaltung zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 ist die schematische Ansicht·einer gegenwärtig bevorzugten Signalhöhendetektionsschaltung zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 ist ein Blockdiagraiurn einer weiteren Ausführung der Versorgung- und De tekti ons schaltung zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung; und

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Fig. TO ist ein Blockdiagramu, das eine weitere alternative Versorgungs- und Detektionsschaltung zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung darstellt.

In Fig. 1 ist der UltraschaXL-Luftleck-Detektor nach der vorliegenden Erfindung mit dem Bezugszeichen 10 versehen. Der Detektor besitzt einen Sensoraufbau 11, und ein Chassis 12, das die Rohrklemmvorrichtung und eine elektronische Schaltung enthält. Der Sensor ist in der Darstellung um eine Tropfenkanmer 13 angeordnet. Blutschläuche 14 und 15 liegen in der Rückführungsleitung für das Blut von dem externen Kreislauf zu dem Fatienten, und eine Tropfenkammer 13 ist in diese Leitung eingefügt. In Fig. 1 ist der Blutschlauch 15 weggebrochen dargestellt; es dürfte jedoch einleuchten, daß der Blutschlauch 15 durch einen den Schlauch aufnehmenden Kanal in dem Chassis 12 vor der Rückführungsverbindung zu dem Patienten verläuft.

Die Sensorbefestigungsanordnung ist in größeren Einzelheiten in Fig. 2 dargestellt. In Gebrauch ist die Sensoranordnung üblicherweise wie in Fig. 1 dargestellt ausgerichtet, so daß sie die Tropfenkammer in vertikaler Stellung hält; die davon abweichende Ausrichtung der Sensoranordnung in Fig. 2 dient nur zur besseren Darstellung.

Wie den Figuren 2 und 3 zu entnehmen ist, besitzt der Sensoraufbau ein Paar im v;esentlichen rechtwinkliger Sensorblöcke 20 und 21, die nebeneinander angeordnet sind. Die Blöcke 20 und 21 können aus jedem beliebigen, geeigneten Material her-

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gestellt werden, in der bevorzugten Ausführung wird ein Acetalcopoljoner verwendet. Zur besseren Handhabung wird einer der Blöcke, beispielsweise Block 20, an eine Befestigungsklammer 24 durch geeignete Maßnahmen befestigt, beispielsweise durch einen mit einem Gewinde versehenen Stutzen 22 und Haltemuttern 23. Die Klammer 24 ist im wesentlichen C-förmig und besitzt einen Klemmbolzen 25, der mit einem Gewinde versehen ist und durch ein Loch in einem Arm geführt ist und mit einer Klemmiierbe 26 in dem anderen Arm ausgerichtet ist. Die Klammer 24 und somit der gesamte Sensoraufbau können an einer vertikalen Stenge eines nicht-cergestellten Befestigungoträgers in gewünschter Höhe angebracht werden und dann an Ort und Stelle befestigt werden, indem der Knopf 27, der an dem einen Ende des Klemmbolzens 25 befestigt ist, angezogen wird. Es dürfte einleuchten, daß jede andere Art von Klemmen oder Tragen anstelle der Klammer 24 verwendet werden kann, um den Sensoraufbau in der gewünschten Stellung v/ährend eines chirurgischen Singriffs zu halten.

Jeder der Sensorblöcke 20 und 21 besitzt eine Vielzahl von Löchern, die darin wie folgt ausgebildet sind. Der Block besitzt einen halbzylinderförmigen Kanal 30, der entlang einer Kante ausgebildet ist, und der Block 21 besitzt einen komplementären.Kanal 31, der mit Kanal 30 zusammenwirkt, um eine Bohrung 32 zur Aufnahme einer Tropfenkammer zu schaffen, wenn die Blöcke zusammengestellt sind. Jeder der Blöcke 20 und 21 besitzt eine Vielzahl von anderen Bohrungen, die

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darin wie folgt angeordnet sind. Die Bohrungen 34 und 35 sind im v/esentlichen rechtwinklig zu der die Tropfenkammer aufnehmenden Fläche 32, um die Ultraschallsensoren zu befestigen. Die Abschnitte der Bohrungen 34 und 35 neben der Tropfenkamnerfläche 32 besitzen einen größeren Durchmesser als die äui3eren Abschnitte.

Die Ultraschallübertrager 36 und 37 sind in den Bohrungen angeordnet und sitzen gegen die ringförmige Stufe, die dort ausgebildet sind, v/o die Bohrungen 34 und 35 im Durchmesser enger werden. Die offenen Enden der Bohrungen 34 und 35 sorgen für eine Kinterlüxtung zum geeigneten Betrieb der Übertrager. Die Übertrager 36 und 37 sind scheibenförmige piezoelektrische oder piezokeramische Kristalle, und die Innenabschnitte der Bohrungen 34 und 35 sind dem Durchmesser dieser übertrager für einen guten Sitz angepaßt. Die Übertrager werden dann an ihrem Ort durch die Füllungen 38 und 39 gehalten, die Schichten eines polymeren Materials, wie z. B. Epoxyd sind. Die Oberflächen der Epoxydfüllungen weisen nach innen zur Fläche 32, die die Tropfenkammer aufnimmt, und sind konvex, so daß sie über die Hauptkurve der Kanäle 30 und 31 in die Fläche 32 zur Aufnahme der Tropfenkammer hervorragen. Die polymeren Füllungen 38 haben vier Funktionen. Sie stellen einen Feuchtigkeitsschutz der Silberoberflache des Übertragerkristalls her, um eine Korrosion bei Kontakt mit Salzlösungen zu verhindern, die in medizinischen Verfahren verwendet werden, und sie liefern

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eine elektrische Isolierung zwischen der elektronischen Schaltung und dem Rohrsystern, das in Berührung mit dem Patienten ist. Die polymeren Füllungen dienen auch als Ultraschall-Linsen zur Fokussierung der akustischen Energie. Es dürfte einleuchten, daß die Linsenformgebung konvex oder flach sein kann, wie es bei einer gewünschten Anwendung am günstigsten ist. Schließlich liefern die polymeren Füllungen einen Ivontaktpunkt für die mechanische Verbindung der akustischen Energie von dem Übertrager zur Tropfenkammer.

Anschlußdrilhte, die an beiden Seiten der Ultraschallübertrager befestigt sind, und Anschlußkabel 40 und 41 sind hinter die Übertrager geführt und dann nach außen durch die Löcher in den Seiten der 31öcke 20 und 21. Diese Drähte werden an Ort und Stelle durch die Stellschrauben 42 und gehalten, die in den ±h den Blöcken vorgesehenen Löchern eingepaßt sind und die als Entlastung dienen, um die wichtigen Verbindungen zu schützen. Die Anschlußdrähte 40 und 41 sind entlang der Seiten der Sensorbiöcke 20 und 21 gebracht und werden durch Ka'oelklemnen 44 und 45 dort gehalten.

Ein Paar Druckstangen und eine Rückschnellfeder sind vorgesehen, um den Sensoraufbau um die Tropfenkamaer festzuklemmen. Eine erste Druckstange 50 führt durch ein auf Spiel zugeschnittenes Loch 53, das im Block 21 vorgesehen ist, und ist iia Paßsitz mit einem koaxial ausgerichteten Loch in dem gegenüberliegenden Abschnitt des Blocks 20. Gleichermaßen

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läuft eine Druckstange 51 unter Spiel durch ein Loch 52, das im Block 20 vorgesehen ist, und sitzt im Paßsitz in einer koaxial ausgerichteten Öffnung in Block 21. Eine Rückschnellfeder 55 ist in einen Paar koaxial ausgerichteter Bohrungen in den beiden Blöcken vorgesehen und wird an Ort und Stelle durch einen vergrößerten Durchmesser an dem einen Ende 56 und durch einen Rückhaltestift 57 am anderen Ende oder durch andere geeignete Maßnahmen gehalten.

Um den Sensoraufbau in Gebrauch zu nehmen, v.'ird er zuerst auf einen Träger mit Hilfe der Befestigungsklammer 24 und des Klemrabolzens 25 angebracht. Die Druckstengen 50 und 51 werden dann aufeinander zu mit den Fingern gedrückt, wodurch die Befestigungsblöcke 20 und 21 sich auseinander bewegen. Die Tropfenlcarroer v/ird dann in die aufnehmende Fläche 32 eingeführt und die Druckstangen losgelassen. Die Rückschnellfeder 55 zieht dann die Sensorblöcke wieder zusammen, wobei die vorstehenden Abschnitte der Füllungen oder Linsen 38 und 39 mit dem gegenüberliegenden Seiten der Tropfenkammer in Berührung kommen.

In der bevorzugten Ausführung, ist die elektronische Detektor-Schaltung und der Rohrklemm-Mechanismus in einem gemeinsamen Gehäuse 12 aus Gründen der Einfachheit untergebracht, obv/ohl auch, falls gewünscht, getrennte Gehäuse verwendet werden könnten. Jede Art eines Rohrklemm-Mechanismus kann verwendet werden, vorzugsweise v/ird jedoch ein federbelasteter, fehlersicherer Typ einer Klemme verwendet, wie er in dem oben

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erv/ähnten US Patent No. 3 935 876 offenbart ist.· Bei einer derartigen Klemme wird die mechanische Kraft einer Feder verwendet, um die Klemme zu betätigen, während ein Elektromagnet verwendet ist, um der Feder entgegen zu wirken, um die Klemme offen zu halten aufler dann, wenn Luft oder Schaum entdeckt wird. In diesem Augenblick wird der Elektromagnet abgeschaltet, wodurch die Klemme sich schließen kann. Wenn ein elektrischer Stromausfall auftritt, schließt sich somit die Klemme, um einen weiteren 3etrieb ohne aen Nutzen des Luftleck-Detektors auszuschließen.

In Fig. 4 besitzt das Gehäuse 12 einen ein Rohr oder einen Schlauch aufnehmender. Kanal, der mit dem Bezu^szeichen βθ versehen ist. Ein bev;egbares Klenmsnvorderteil 61 wirkt mit dem Rand der Teile, die den Kanal 60 bilden, zusammen, um die Klemme zu formen. Ein Deckel 62 ist schwenkbar mit Hilfe eines 3olzens befestigt, wie es in den Figuren 4 und angezeigt ist, wodurch ein Einführen und Entfernen des Rohres aus dem Kanal 60 möglich ist und das Rohr während des Betriebs an seinem Ort gehalten wird. Der Deckel 62 ist in Fig. 4 in geöffneter Stellung und in Fig. 5 in geschlossener Stellung dargestellt. Der Deckel 62 besitzt einen Vorderabschnitt 63, der in gestrichelten Linien in Fig. 4 gezeigt ist. Der Vorderabschnitt 63 endet dadurch, daß er etwa bis zur Hälfte des Randes des Deckels abgeschrägt ist. Der Deckel 62 wird vorzugsweise aus Kunststoff oder einem anderen, etwas flexiblen Material hergestellt, so daß der Deckel 62, wenn er in seine Schließstellung geschwenkt ist, wie es durch den Pfeil 65 angezeigt ist, mit seinem abgeschrägten Endabschnitt aufsitzt und über den

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Teil des Gehäuses, der den Kanal 60 bildet, Übergreift und dann über den Rand in seine Stellung schnappt, wie es mit dem Bezugszeichen 66 in Fig. 5 bezeichnet ist. Auf diese Weise kann der Blutschlauch sicher an seinem Platz in dem den Schlauch aufnehmenden Kanal gehalten werden.

^T.vie in Fig. 6 gezeigt, besitzt der Rohrklemm-Hechanismus einen im wesentlichen L-förmicen Arn mit einem Schenkel 70 und einer.i reiter en Schenkel 71, die etv.^ra rechtwinklig zueiric.nc.er· liegen. Sin Schvenkbolzen 73 hält die Schenkel . 70 und 71 £cl"iv;en::bar bezüglich des Gehäuses (das in Fig. ö nicht gezeigt ist). Sin Griff Ik ist an dem Ende des einen Schenkels 71 vorgesehen, und ein passender stationärer Griff 75 ist an dem Gehäuse befestigt. Am Schenkel 71 ist ein Klemnkopf 61 und ein C-förmiges Magnetteil 72 befestigt, das schwenkbar am Schenkel 71 mittels eines Bolzens 76 oder eines anderen geeigneten Mittels befestigt ist. Sin Elektromagnet 60 ist in dem Gehäuse in Ausrichtung mit dew Kagnetteil 72 angebracht, so daß,-wenn der Griff Ik in Pv.ichtv.ng des Griffs 75 gezogen wird, \;ie es durch den Pfeil 61 angezeigt ist, die Enden der Hagnetteile in Berührung mit den Enden einer Spule SO bewegt werden, um einen magnetischen Kreis zu vervollständigen. Sine Feder 82 verbindet c?s ~änc.e des Schenkels 70 mit dem Gehäuse, um die Klerune in üblicher Veise in den geschlossenen Zustand zu ziehen, d.h. in die entgegengesetzte Richtung des Pfeiles öl. Vi'enn jedoch einmal die Klemme geöffnet wurde, h&.lt die elektrische Erregung des Elektromagneten 60 die Klemme entgegen der Kraft der Feder 82 magnetisch offen. Venn der Strom

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abfällt, schließt sich die Klemme, da der Klemmkopf 61 in Richtung des Randes der Teile angetrieben wird, die den Kanal 60 zur Aufnahme des Schlauchs (gestrichelt in Fig. 6 dargestellt) bilden, wodurch der 31utschlauch dazwisehen festgeklemmt wird.

Ein Mikroschalter 83 ist in dem Chassis befestigt und besitzt einen Stellhebel 84, der so angeordnet ist, daß er durch die Rückseite des Klenmkopfes 61 betätigt werden kann, wenn die Kleimne sich in ihrer geöffneten Stellung befindet. Dieser Scheiter kann durch externe Verbindungen verwendet werden, um eine Blutpumpe oder eine andere Vorrichtungen zu betreiben, die abgeschaltet werden muß, wenn sich die Klemme schließt.

Es wird im folgenden Bezug auf Fig. 7 genommen, in der die elektrische Erregungs- und Detektionsschaltung im Blockdiarranm dargestellt ist. Ein Oszillator 100 liefert Hochfrequenzsignale, die durch den Verstärker 101 verstärkt v/erden und über Anschlußleitungen auf den übertrager geliefert werden. In der bevorzugten Ausführung sind die piezoelektrischen Kristalle 2 Megahertz Kristalle, auf der gleichen Frequenz arbeitet auch der Oszillator. Die Verstärker in dem System sind dazu ausgelegt, diese Frequenzen verarbeiten zu können, wie es üblicherweise in der elektronischen Verstärkertechnik bekannt ist.

Der andere übertrager 37 in Fig. 7 ist auf der gegenüberliegenden Seite der symbolisiert dargestellten Tropfkammer 13 angeordnet. Der Übertrager 37 ist mit einem Verstärker

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102 verbunden, und eventuell mit einem zweiten Kaskadenverstarker 103, falls es für eine genügende Signalstärke notwendig ist. Nach der Verstärkung v/erden die Signale über eine Leitung 104 zu einem Detektor 105 geführt, der die empfangene Signalhöhe mit einer vorbestimmten Größe vergleicht. Falls in der Tropfenkammer 31ut über der Höhe des Sensors ist, wird ein hochleitender Ultraschallweg von dem einen Kristall, durch die Epoxydlinsen, die Tropfkammer und das Blut, die andere Spoxydlinse zu dem Aufnahmekristall gebildet. Sin Signal mit relativ großer Amplitude wird dann am Detektor 105 empfangen. Falls jedoch ein beträchtlicher Betreg von Luft oder Schaum zwischen den Übertragern vorhanden ist, wird die Signalhöhe deutlich verringert, da Luft oder Schaum an relativ schlechter Leiter für akustische Ultraschallenergie, verglichen mit Blut, ist.

Der Detektor 105 liefert ein Ausgangssignal am Anschlu.3 103, das anzeigt, ob ein übermäßiger Betrag von Luft oder Schaum in der Tropfkammer vorhanden ist. Dieses Ausgangssignal kann verwendet werden, um einen gewünschten Typ einer akustischen oder optischen '»fernanzeige zu betreiben, und es kann in die Steuerung für andere Vorrichtungen zum automatischen Anhalten oder Andern des Verfahrens einbezogen werden. In der bevorzugten Ausführung werden die Ausgangssignale des Anschlusses 103 an eine Alarmvorrichtung 107 und die Rohrklemmvorrichtung 106 geliefert.

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Obwohl viele verschiedene Arten von Signalhöhendetektoren in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet v/erden können, zeigt Fig. 8 einen speziellen Typ eines Signaldetektors, einer Klenmsteuerung und einer Alarm-Steuerung , v;ie sie in der bevorzugten Ausführung der Erfindung verwendet v:erden. In Fig. 8 ist ein Ausgangstransistor der letzten Verstärkerstufe des Verstärkers 103 mit dem Bezugszeichen 110 versehen. Der Kollektor des Transistor 110 ist an eine Gleichspannungsquelle, die mit +V bezeichnet ist, angeschlossen. 2s dürfte einleuchten, daß +V von einer Batterie oder einem selbstversorgten Spannungsteil geliefert v/er den kann, v.ie es zuui Stand der Technik gehurt. Der Emitter des Transistors 110 ist über einen Widerstand 111 geerdet. Der Emitter des Transistors 110 ist ebenfalls über einen Anschluß 112 mit einen Widerstandspaar 113 und 114 verbunden.

Die andere Seite des Widerstands 113 liegt über eine Diode 115 an einer Anschlußleitung 116. Ein Kondensator 117 und ein Widerstand 113 sind zwischen der Leitung 11b und Erde angeschlossen. Die Leitung 116 führt auf den nicht invertierenden Eingang 119 eines Komparators 120.

Die andere Seite des Widerstands 114 liegt über eine Diode 124 an einer Anschlußleitung 125, die mit dem invertierenden Eingang 126 des Komparators 1?0 verbunden ist. Ein Kondensator 127 führt von dem v/iderstand 114 zur Erde, und ein Widerstand 128 erdet die Leitung 125.

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Der Komparator 120 kann ein Operationsverstärker sein, der in offener Schleife betrieben wird, um die Spannungsver£,leichsfunktion zu erreichen. Es dürfte einleuchten, daß Spannungsversorgung und Erdungen für den Komparator 120 und die anderen Verstärker und Logikgatter vorgesehen sind} sie sind in den Figuren aus Gründen der vereinfachten Darstellung jedoch nicht aufgezeigt.

Der Ausgang des Komparators 120 ist über die Leitung 108 nit dem Alarnlogiknetzwerk 130 verbunden und außerdem mit einem Eingang eines HOR-Gatters 131. Der andere Eingang des i.OR-Gatters 131 wird von einer Leitung 152 gebildet, die außerdem an einen Schalter 133 und an die Alarmlogik 130 angebunden ist. Der Schalter.133 ist der Anschluß-IJebenschlußschalter (armed-bypass switch), und in der Anschlußstellung (A) verbindet der Schalter 133 die Leitung 132 mit +V. In der Nebenschlußstellung (B) verbindet der Schalter 133 die Leitung 132 mit der Erde.

Der Ausgang des KOR-Gatters I3I liegt an einem Verstärker 135, der eine direkte Rückkopplungsschleife 134 zum invertierenden Eingang besitzt, um einen Spannungsfolger zu bilden. Der Ausgang des Verstärkers 135 liegt über einen Widerstand 136 und eine Diode 137 an der Basis eines Transistors 140. Der Emitter des Transistors 140 ist geerdet, und der Kollektor über die Magnetspule 80 mit +V verbunden. Eine Diode 141 liegt über der Magnetspule 80 zur Unterdrückung von Spannungsspitzen.

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Im Betrieb ist die Tropfkammer 13 in dea Sensoraufbau 11 (Fig. 1) angeordnet, und der Hebel 74 wird in Richtung auf den Hebel 75 (Figuren 4 und 6) gezogen, um das Einführen eines Blutschlauchs 15 in den das Rohr oder den Schlauch aufnehmenden Kanal zu ermöglichen. Zu diesem Zeitpunkt ist der Schalter 133 in der Nebenschlußstellung, wodurch Gatter 131 geerdet ist. Der Transistor 140 ist somit eingeschaltet und versorgt den Elektromagnet 80 ohne Berücksichtigung des Zustands des Komparators 102, solan₀e der Schalter '!33 in der Hebenschlußstellung ist. Die Rohrklemme wird somit in ihrer reöffneten Stellung gehalten, und der Deckel 62 kann eingeschnappt werden, um das Rohr in dem Κεηεΐ zu halten.

Die Nebenschlußsteilung wird verwendet zur Einleitung des Betriebs, da es zuerst notwendig ist, die Luft aus dsm System zu drücken, und es nicht wünschenswert für den Detektor ist, Ccß er ständig das Rohr während des Betriebsbeginns abklemmt. Im Kebenschlußbetrieb sorgt die Alarmlogik dafür, daß der Summer 144 jede Iiinute .'einen Surcmton abgibt, um das medizinische Personal zu informieren, daß der Detektor im Kebenschlußbetrieb arbeitet.

Venn die Luft aus dem System ausgetreten ist, v;ira der Schalter 133 in die Betriebsstellung geschaltet, wodurch ein logisches High-Signal an dem einen Eingang des Gatters 131 gelegt wird. In diesem Zustand ist das Gatter 13'! in Betrieb und der Betrieb des Transistors 140, der den Elektromagneten 30 betätigt, wird durch den Komparator 120 gesteuert.

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In Fig. 8 ist die Ausgangsstufe mit dem Transistor 110 ^leichspannungsnäßij vorgespannt, und ein Vechselstromsignal vircl überlagert entsprechend den verstärkten empfangenen Ultraschallsignalen. Dieses zusammengesetzte Signal v/ird durch zwei Wege zum Komparator 120 gesandt. Der untere Stromverlauf besitzt den Widerstand 114 und den Kondensator 127, die ein Tiefpaßfilter darstellen, was im wesentlichen den gesamten Wechselstromanteil des Signals erdet und lediglich die Gleichspannung erhält. Der obere Verlauf besitzt den Widerstand 113, die Diode 115 und den Widerstand 117 und stellt einen Halbweliengleichrichter dar, der auf die Gleichspannung plus den Spitzen des überlagerten Wechselspannungssignals nach der HalbwelLenr-leichrichtung und Filterung anspricht. Dieses Signal, das auf den Eingang 199 geliefert wird, ist üblicherweise größer als das Gleichspannungssignal, das auf den Eingang 125 geliefert v/ird. Das Verhältnis in der Größe zwischen diesen Signalen und somit die Schal tschv/elle des Detektors kann durch die Auswahl der Widerstandswerte für die Widerstände 113 und 118, sowie die Widerstände und 128 eingestellt v/erden. Auch kann die Diode 124 dazu verwendet werden, den Spannungsabfall über der Halbwellengleichrichterdiode 115 auszugleichen. Die Werte der Komponenten werden so ausgewählt, daß bei einen Abfall der Uechselstromlccmponente der zusammengesetzten Wellenform unter einen bestimmten Wert der Eingang am Punkt 119 unter den Eingang am Punkt 126 abfällt, wodurch der Komparator

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120 das Ausgangssignal von high auf low wechselt. Dadurch wiederum schaltet das Gatter 13"' aux' lov;, und der Transistor 140 schaltet aus, wodurch die Klemme den Flui3 abklemmt. Es dürfte einleuchten, daß der Spannungsfolgeverstärker 135 verwendet wird, um den Antriebsstrom für den Transistor 140 zu liefern und je nach den Betriebsbedingungen, die von der Schaltungsauslegung für das Gatter 151 abhängen, erforderlich ist.

Im Betriebszustand liefert die Alernlogik 130 ein sich schnell wiederholendes Signal des Suiamers 144 und ein blinklicht. 145 während der Dauer des Luftleckzustandes.

Fig. 9 zeigt eine alternative Ausführung der Versorgungsund Detektionsschaltung nach Fig. 7. die entweder im Impulsbetrieb oder im Torsinusbetrieb benutzt v/erden kann, anstatt in einem kontinuierlichen Velienbetrieb. In Fig. 9 ist eine Schaltung 200 zur Erzeugung von Impulsen über den Verstärker 101 und die Leitung 40 angeschlossen, die mit dem Übertrager 36 verbunden ist. Der Impulsgenerator 200 liefert periodisch Impulse oder ImpulsGtoJe von Ultraschallenergie durch die Leitung 40 zum Übertrager 3o. Der Detektor 205 führt im wesentlichen die gleiche Funktion durch, die bereits oben bezüglich des Detektors 105 beschrieben wurde, mit der Ausnahme, daC der Detektor 205 nach Fig. 9 dazu ausgelegt ist, kompatibel mit dem Impulsbetrieb zu sein. Beispielsweise kann der Detektor 205 synchron alt den Impulsgenerator

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gerated v/erden, um die Signalhöhe der empfangenen Signale mit einem vorbestimmten Level während des Auftretens eines Impulses zu vergleichen, oder er kann dahin ausgelebt sein, die zeitlich gemittelte empfangene Signalhöhe gegen einen unteren, vorbestimmten Wert zu messen, der seinerseits durch eine Betrachtung des Tastverhältnisses oder Duty-Cycle der Impulse ermittelt wird. Ein Ausgang wir el durch den Anschluß 203 geliefert, das anzeigt, wenn ein zu niedriges Signal empfangen v/ird, wodurch das Vorhencensein von Luft oder Schaum in der Tropfkainrner indiziet ist. Das Signal kann verwendet werden, um die Klemmvorrichtung oder eine Alarmvorrichtung nech Fig. 7 zu betreiben.

Fig. 10 zeigt eine v/eitere, alternative Ausführung einer Versorgungs und Detektionschaltung, in der ein einziger Ultraschallübertrager 36 im Echobetrieb verwendet wird. Für dieses Verfahren kann ein Sensoraufbau gemäß den Figuren 1, 2 und 3 verwendet werden, mit der Ausnahme, daß lediglich einer der die Sensoren lagernden Blöcke tatsächlich einen Ultraschallübertrager enthält. Die andere Seite kann eine Reflexionsplatte zur Reflektierung der Ultraschallsignale zurück durch die Tropfkammer zum Übertrager enthalten, oder alternativ dazu kann der andere Block leer bleiben und das System kann mit der Reflexion van der "./and der Tropfkammer arbeiten. In Fig. 10 ist ein liultiplex-Schalter 300 zwischen den Impulsgenerator 200 und die Leitung 40 eingefügt, die mit dem Ultraschallübertrager 36 verbunden ist.

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Der Schalter 300 liegt auch an einer Leitung 301 zum Verstärker 107, und dadurch am Detektor 205. w'enn der Impulsgenerator 200 Impulse überträgt, führt der Schalter 300 die Impulse zum Übertrager 36. Der Schalter 300 ändert dann seinen Zustand, um die Verbindung zwischen Leitung 40 und Leitung 301 herzustellen, nachdem der Ultraschallimpuls durch die Tropfenkammer sich forfeepflanzt hat, an der anderen Seite zurückgeworden v/urde und zum übertrager 36 zurückgekehrt ist, wird das empfangene Signal durch den Verstärker 107 zum Detektor 205 geführt. Der Detektor 205 vergleicht die Amplitude des empfangenen Impulses mit einem vorgegebenen Standard und liefert ein Ausgangssignal am Anschluß 208, das das Vorhandensein oder das Fehlen von Luft oder Schaum in der Tropfkammer anzeigt.

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ΊΟ

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.) Luft- und Blutschaumdetektor auf Ultraschallbasis zur Verwendung in einem Blutrohrsysteia mit einer Tropfkammer (drip chamber), gekennzeichnet durch:

a) Ultraschallsensoren, die zur Anordnung neben einer Bluttropfkaimner ausgelegt sind und einen Ultraschallübertrager in dem Sensor besitzen, der zur Berührung mit der Tropfkammer angeordnet ist;

b) eine Versorgungseinrichtung, die mit dem Übertrager verbunden ist, um Ultraschallenergie durch die Bluttropfkaamer passieren zu lassen;

c) elektronische Signalhöhendetektoren, die betriebsmäßig mit dem Übertrager verbunden sind, um Signale aufzufangen, die durch die Bluttropfkanmer übertragen vurden, und die in Ansprache auf die Signalhöhe des empfangenen Ultraschallsignals ein Ausgangssignal erzeugen, das

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ORIGINAL INSPECTED

das Vorhandensein von Luft oder Blutschaum in der Kammer anzeigt; und

d) eine Linse aus polymerem Material in den Ultraschallsensoren auf der Fläche des Ultraschallübertragers zum Kontakt mit der Seite der Tropfkammer, v/obei die Linse eine konvexe Oberfläche besitzt.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgungsvorrichtung zur Anlegung von gepulster Energie an den Übertrager ausgelegt ist.

3. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 die Energieversorgungsvorrichtung zur Anbringung von Pulsstößen einer Torsinusv/ellsnenergieversorgung (gated sinusoid wave energization) zum Übertrager ausgelegt ist.

4. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgungsvorrichtung kontinuierliche Energie in Wellenform an den Übertrager liefert·.

5. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallsensor einen einzigen Ultraschallübertrager besitzt und ferner Schalter zum abwechselnden Verbinden des Übertragers mit der Energieversorgungsvorrichtung und mit dem elektronischen Signalhöhendetektor, wodurch die Ultraschallenergie nach Durchgang 'durch die Bluttropfkamnier und Rückreflexion im Übertrager empfangen werden kann.

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6. Detektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schlauchklernmvorrichtunc zur Anordnung neben einem Blutschlauch, der der Tropfkammer zugeordnet ist, und zur Verbindung mit dem Signalhöhendetektor, wobei die Schlauchklemme betrieben v/erden kann, um vrahlweise den Schlauch abzuklemmen, um den Durchfluß dadurch zu verhindern, wenn das Ausgangssignal das Vorhandensein von Luft oder Blutschaum in der Tropfkammer anzeigt.

7. Luft- und Blutschaumdetektor auf Ultraschallbasis zur Verwendung: in einem Blutschlauchsystem mit einer Tropfkammer, gekennzeichnet durch:

a) ein Sensorgehäuse, das geeignet ist, neben einer Bluttropfkammer angebracht zu werden;

b) ein Paar Ultraschallübertrager, die in dem Gehäuse zur Lagerung auf gegenüberliegenden Seiten der Tropfkammer befestigt sind;

c) eine Schlauchklemmvorrichtung mit einem Kanal zur Aufnahme eines Schlauchs, ein Paar Schlauchklemmteile, die auf gegenüberliegenden Seiten des Kanals angeordnet sind, einem beweglichen Betätigungsarm, der auf einen Schlauchklemmteil befestigt ist, einer Federvorrichtung, die mit den Betätigungsarm verbunden ist, um die Schlauchklemme in Richtung zur Schließstellung zu drücken, und einer Vorrichtung zur wahlweisen Halterung des Betätigungsarmes in geöffneter Stellung;

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d) eine Energieversorgungsvorrichtung, die mit einem der Übertrager verbunden ist, damit die akustische Ultraschallenergie durch die Tropfkammer von dem Übertrager v/eggeführt werden kann;

e) einen Verstärker, der mit dem anderen Übertrager zur Verstärkung der Signale verbunden ist, die durch die Tropfkammer übertragen v/erden und von dem Übertrager empfangen v/erden;

f) einen Signalhöhencetektor, der. mit dem Verstärker verbunden ist, um die Höhe der empfangenen Signale zu erfassen;

g) einen Schalter, der mit dem Signaldetektor verbunden ist und mit der Vorrichtung zur wahl v/ei sen Halterung des Betätigungsarmes, wobei der Schalter so betrieben werden kann, daß er den Betätigungsarm freigeben kann, um den Schlauch einzuklemmen, wenn eine vorbestimmte Signalhöhe erfaßt worden ist, die das Vorhandensein von Luft- oder Blutschaum in der Tropfkammer anzeigt; und

h) akustische Linsen, die an dem Paar Ultraschallübertrager befestigt sind, zur Berührung mit den Seiten der Tropfkammer, wobei die akustischen Linsen Schichten von polymerem Material besitzen, mit dem die übertrager beschichtet sind.

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8. Detektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die akustischen Linsen konvexe Formgebung besitzen.

9. Detektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, kontinuierlich Energie in Wellenform dem einen Übertrager zuzuführen.

10. Luft- und Blutschauindetektor auf Ultraschallbasis zur Verwendung' in einem Blutschlauchsystem in einer Tropfkammer, gekennzeichnet durch:

a) einen Ultraschallsensoraufbau mit einem Paar von Sensorgrundkörpern, Maßnahmen zur gleitbaren Verbindung der Körper, um eine Relativbewegung der beiden Körper aufeinander zu und voneinander weg zu ermöglichen, wobei die Sensorgrundkörper so ausgebildet sind, daß sie eine die Tropfkammer aufnehmende Fläche dazwischen bilden, und ein Ultraschallübertragerkristall in wenigstens einen der Grundkörper befestigt ist und so angeordnet ist, daß er die. Seite einer Bluttropf kammer berührt, wenn diese in der aufnehmenden Fläche angeordnet ist;

b) eine. Energieversorgungevorrichtung, die mit dem Sensoraufbau verbunden ist, um Ultraschallenergie durch die Bluttropfkammer übertragen zu lassen; und

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c) elektronische Signale für den Sensoraufbau zum Empfang von Signalen, die durch die Bluttropfkammer übertragen v/urden, um auf die Signalhöhe der empfangenen Ultraschallsignale anzusprechen, damit ein Ausgangssignal erzeugt wird, das das Vorhandensein von Luft oder Blutschaum in der Kammer anzeigt.

11. Detektor nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Schlauchkleninvorrichtung zur Anordnung neben einem Blutschlcuch, der zur Bluttropfkammer gehört, zum Anschließen an den elektronischen Signalhöhendetektor, vobei die Schle.uchklemmvorrichtung wahlweise den Schlauch abklemmen kann, um den Durchfluß dadurch in Ansprache auf dee Ausgangssignal zu verhindern.

12. Detektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallsensoraufbau eine Schicht auf dem Kristall aus polymeren Material besitzt, die so geformt ist, daß sie eine Linse für die Ultraschallenergie bildet, und die zur Berührung der Seite einer Bluttropfkammer angeordnet ist, wenn diese 'in der aufnehmenden Fläche liegt.

13. Detektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der ültraschallsensoraufbau ein Faar Ultraschallübertragerkristalle besitzt, von Cenen jeder in einem der Sensorgrundkörper angeordnet ist, wobei die Energieversorgungevorrichtung mit einem der Übertragerkristalle

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verbunden ist und der elektronische Signalhöhendetektor en c.en anderen Übertra;~erkristall angeschlossen ist.

14. Detektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Snergieversorgungseinrichtung zur Anlage von gepulster Energie an den Ultraschallsensoraufbau ausgelegt ist.

15. Detektor nach Anspruch'10, dadurch gekennzeichnet, daß die inergievereorvungsvorrichtung Folgen von Torsinusv.'ellenenergie (g&ted sinusoidal v/a ve energization) an den Ultraschallsensoraufbau liefern kann.

16. Detektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgungsvorrichtung kontinuierliche Energie in Wellenform an den Ultraschallsensoraufbau liefern kann.

17· Detektor nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Schalter zur v:ahlv;eisen Verbindung oes Ultraschallübertragerkristalls mit der Snergieversorgungsvorrichtung und dem elektronischen Signalhöhendetektor, v/odurch die Ultraschallenergie nach Durchgang durch die Bluttrcpfkammer und Rückreflexion zu dem Übertragerkristall empfangen v/erden kann.

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