DE2741344A1

DE2741344A1 - Anordnung zur automatischen steuerung einer infusions- oder transfusionspumpe bei medizinischen anwendungen

Info

Publication number: DE2741344A1
Application number: DE19772741344
Authority: DE
Inventors: Djohan Dipl Ing Muliawan; Helge Dr Med Ruettgers
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-09-14
Filing date: 1977-09-14
Publication date: 1979-03-15

Description

Anordnung zur automatischen Steuerung
einer Infusions- oder Transfusionspumpe bei medizinischen Anwendungen Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur auto,atischen Steuerung mindestens einer Infusions- oder Transfusionspumpe für die Dosierung einer Arneimittel-Lösung oder physiologischen Flüssigkeit nach Maßgabe von an einem Patienten mittels eines Meßgerätes kontinuierlich gemessenen und in analoge meßsignale umgewandelten physiologiscIen Meßdaten. Insbesondere betrifft die Erfindung eine anordnung zur apparativen Überwachung von Geburten.
Die Geburt stellt die Phase der größten Gefährdung des ungeborenen Kindes dar, da durch die Wehentätigkeit Störungen der fetalen Blutversorgung auftreten können.
In der modernen Geburtshilfe wird deshalb heute fast jede Geburt apparativ überwacht. Dies erfolgt mit Hilfe eines sogenannten Kardiotokographen, einem elektronischen Überwachungsgerät, das die kindliche Herzfrequenz und den Wehendruck in der Gebärmutter kontinuierlich und synchron mit einem Zweikanalschreiber registriert. Die kindliche Herzfrequenz wird dabei über das kindliche EKG, das mit einer Skalp - Elektrode vom Kopf des Ungeborenen abgeleitet wird, berechnet, während der Wehendruck mit Hilfe eines Kunststoffschlauches, der in die Gebärmutterhöhle eingeführt wird, gemessen und über einen elektromechanischen Druckwandler in elektrische Signale umgewandelt wird. Weiter entspricht es der modernen geburtshilflichen Praxis, daß mehr und mehr sogenannte programmierte Geburten durchgeführt werden. Das bedeutet, daß die Geburt mit wehenfördernden Medikamenten eingeleitet wird. Auch bei spontaner Wehentätigkeit, aber schlechter Wehenqualität, können wehenanregende Mittel zur Vermeidung einer Geburtsverzögerung appliziert werden.
Aus Gründen der Sicherheit wird die Applikation des Wehenmittels zweckmäßig mit Znfusionspumpen vorgenomm n. Dabei wird die Infusionsrate bisher von Hand eingestellt und kann je nach Qualität der aufgezeichneten Wehen von Hand erhöht oder erniedrigt werden. Eine Erhöhung der Infusionsrate erfolgt bei Wehenschwäche, während eine Reduzierung vorgenommen wird, wenn gewisse Grenzwerte für verschiedene Wehenparameter überschritten werden oder wenn der Fetus krankhafte Veränderungen in seiner Herzfrequenzkurve zeigt.
Auch bei vielen anderen Medikationen ist eine Steuerung der Medikamentenapplikation nach Maßgabe physiologischer Meßdaten erforderlich, die heute noch meist von Hand vorgenommen wird. So wird beispielsweise in der Intensivmedizin die Applikation von blutdrucksteigernden Mitteln aufgrund der aktuell gemessenen Blutdruckwerte gesteuert.
Eine Austauschtransfusion beim Neugeborenen wird nach Maßgabe der gemessenen Herzfrequenz eingestellt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der die Infusions- bzw. Transfusionsrate nach Maßgabe der gemessenen physiologischen Meßdaten vollautomatisch gesteuert wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung eine Anordnung vorgeschlagen. die folgende Bestandteile enthält: Eine Diskriminatorschaltung mit mehreren von den Meßsignalen beaufschlagten Komparatoren mit einstellbaren Schwellenwerten zur Erzeugung je eines aus den Maßsignalen abgeleiteten, zwei Amplitudenzustände 0 und L aufweisenden Rechtecksignals, eine der Diskriminatorschaltung nachgeordnete Auswerteschaltung zur Analyse der Rechtecksignale in bezug auf ihre Amplitudenzustände und deren Änderung sowie die Zeitdauer und/oder Häufigkeit dieser Amplitudenzustände nach Maßgabe vorgegebener Grenzwerte und zur Erzeugung hieraus abgeleiteter, den physiologischen Zustand klassifizierender Zustandssignale, sowie eine auf die klassifizierenden Zustandssignale ansprechende Steuerungslogik für die Ansteuerung des Stellgliedes zur Einstellung der Dosisrate an der Infusions- bzw. Transfusionspumpe Die an den Komparatoren der Diskriminatorschaltung einzustellenden Schwellenwerte entsprechen in der Regel empirisch ermittelten Grenzwerten der ausgewählten physiologischen Meßgrößen, deren Über- bzw. Unterschreitung ein für die Beurteilung des physiologischen Zustandes des Patienten maßgebliches Ereignis anzeigt.
Die Rechtecksignale erlauben eine logische Verknüpfung und Klassifizierung dieser Ereignisse nach bestimmten, vornehmlich empirischen Kriterien und eine sich hierauf stützende logische Entscheidung über die automatisch mittels der Steuerungslogik einzuleitenden Gegenmaßnahren.
Als Gegenmaßnahmen kommen beispielsweise eine Steigerung oder Verringerung der Dosisrate, eine Änderung in einem vorgewählten Applikationsverlauf, eine gegebenenfalls zeitweilige Einstellung der Applikation oder gar eine Gegenapplikation in Betracht.
Kurzzeitige Grenzwertüber- bzw. -unterschreitungen stellen bei bestimmten Messungen Störungen dar, die beispielsweise auf Bewegungen des Patienten zurückzuführen sind.
Diese können dadurch eliminiert werden, daß das Rechtecksignal zu dem einen Eingang eines UND-Gatters geleitet wird, dessen zweiter Eingang mit dem um eine kurze Zeitspanne verzögerten Rechtecksignal beaufschlagt ist.
Die Analyse der Dauer bzw. Frequenz bestimmter Ereignisse kann in der Auswerteschaltung vorteilhafterweise mit Hilfe eines Integrators und eines diesem nachgeschalteten Komparators durchgeführt werden.
Die Auswerteschaltung enthält zweckmäßig eine Entscheidungslogik zur logischen Verknüpfung der aus den verschiedenen Rechtecksignalen abgeleiteten, den erfaßbaren physiologischen Gesamtzustand darstellenden Signale und zur Erzeugung der klassifizierenden Zustandssignale.
Der Gesamtzustand kann dabei beispielsweise nach den Kategorien normal, semi-pathologisch und pathologisch klassifiziert werden. Es sind aber auch noch differenziertere Unterteilungen, die zu unterschiedlichen Gegenmaßnahmen führen, denkbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, die eine Anordnung zur Steuerung der Infusion eines wehenfördernden und/oder wehenhemmenden Mittels nach Maßgabe der unter der Geburt mittels eines Kardiotokographen kontinuierlich gemessenen intrauterinen Druck- und fetalen Herzfrequenzwerte betrifft, sind die Komparatoren in der Diskriminatorschaltung und die Auswerteschaltung nach folgenden medizinischen Erkenntnissen ausgelegt: Bei jeder Wehe steigt der intrauterine Druck an. Außerhalb von Wehen hat die Gebarmuttermuskulatur eine bestimmte Grundspannung oder einen Grundtonus, der normalerweise zwischen 8 bis 20 mm Hg beträgt. Die Wehe selbst wird gekennzeichnet durch die Wehenamplitude, deren Normwerte zwischen 70 und 80 mm Hg liegen. Weiterhin ist die Wehendauer von Bedeutung, die gemessen wird zwischen Druckanstieg vom Grundtonus (Überschreiten von 25 mm Hg) bis zum Wiedererreichen des Grundtonus. Die Wehenlauer übersteigt im Normalfall 90 sek. nicht. Als weiterer Parameter ist die Wehenfrequenz von Bedeutung, die als Wehenzahl pro 10 Minuten gemessen wird. Normalerweise sollten nicht mehr als 5 Wehen/10 Minuten auftreten. Uberschreitungen der angegebenen Grenzwerte können zu echten Komplikationen beim Fetus führen, weil dann die Blutzufuhr von der Plazenta zum Kind oder auch die Blutzufuhr über die Nabelschnur behindert werden kann. Diese negativen Auswirkungen auf den Fetus lassen sich durch die gleichzeitig mitregistrierte Herzfrequenz feststellen.
Im Normalfall liegt die fetale Herzfrequenz während der Geburt zwischen 120 und 160 Schlägen pro Minute (spr.z).
Gefahrensituationen beim Fetus werden signalisiert durch eine Erhöhung der Herzfrequenz über 160 spm oder durch einen Abfall der Herzfrequenz unter 100 spm für mindestens eine Minute. Neben diesen reinen Grundfrequenzveränderungen im Sinne der Tachykardie (Erhöhung der Herzfrequenz) und der Bradykardie (niedrige Herzfrequenz) kommen noch wehenabhängige Dezelerationen vor. Dezelerationen sind im Zusammenhang mit der Wehe auftretende Herzfrequenzverlangsamungen. Je nach Form und des zeitlichen Auftretens dieses Herzfrequenzabfalls in Relation zur Wehe können bestimmte Ursachen hierfür verantwortlich gemacht werden, z.B. Kompressionen der Nabelschnur mit daraus resultierender Verzögerung oder gar vollständiger Behinderung des Blutflusses durch die Nabelschnur zum Fetus hin oder echte Störungen der Plazentafunktion oder ein auf den Kopf des Feten wirkender Druck.
Die in den betreffenden Unteransprüchen beanspruchten logischen Verknüpfungen und Bemessungen der Schaltungen wurden anhand des Datenmaterials von mehr als 4.000 Geburten, die mit einem Kardiographen überwacht worden sind, empirisch ermittelt und entwickelt. Es ist damit möglich, fetale Notsituationen frühzeitig zu erfassen und, soweit möglich, durch entsprechende Gegenraaßnahmen automatisch entgegenzuwirken. Dies geschieht einmal durch Herabsetzung der Infusion des wehenanregenden Mittels.
Soweit die klassifizierenden Zustandssignale schwere Störungen der Wehentätigkeit (Übersteuerung, Hypera'Ctivität) oder schwere Herzfrequenzabfälle anzeigen, kann die wehenanregende Infusion gestoppt und gleichzeitig eine wehenhemmende Infusion gestartet werden. Falls eine automatische Gegenmaßnahme nicht möglich erscheint, kann ein Alarmsignal gegeben werden, das den Geburtshelfer auf eine fetale Notsituation hinweist. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird der Geburtshelfer von Routinearbeiten entlastet. Die Anzahl der geburtshilflichen Notoperationen wird auf ein Minimum herabgesetzt.
Im folgenden wird die erfindungsgemäße Anordnung anhand der Zeichnung im Hinblick auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur lweyelunc, der Dosisrate bei der Infusion eines wehenfördernden Mittels während der Geburt: Fig. 2 ein Blockschaltbild der Diskriminatorschaltung und der Auswerteschaltung der Anordnung gemäß Fig. 1; Fig. 3 ein Blockschaltbild der Steuerungslogik und es Stellgliedes der Anordnung gemäß Fig. 1, Fig. 4 ein Impulsdiagramm der Auswertelogik für das Wehensignal gemäß Fig. 2; Fig. 5 ein Blockschaltbild der Auswertelogik 44 gemäß Fig. 2 mit zugehörigem I;u1sdiagramm; Fig. 6 ein Blockschaltbild der Auswertelogik 46 gemäß Fig. 2 mit zugehörigem Impulsdiagramm; Fig. 7 ein Blockschaltbild einer der Auswertelogiken 4L3 gemäß Fig. 2 mit zugehörigem Impulsdiagramm; Fig. 8 ein Blockschaltbild der Auswertelogik 50 gemäß Fig. 2 mit zugehörigern Impulsdiagramm, Fig. 9 ein Arbeitsdiagramm, in dem ein typischer zeitlicher Verlauf der Infusionsrate dargestellt ist.
In F ig. 1 ist ein Blockdiagramm dJs Regelkreises zur autornatischen Steuerung der Infusion eines wehenfördernden Mittels während der Geburt eines Kindes dargestellt. ,n den Kardiotokographen 2, einem handelsüblichen el(D',çtronischen Gerät zur kontinuierlichen messung und Registrierung des intrauterinen Druckes (Wehendruck) und der fetalen Herzfrequenz (FHF) können analoge elektrische Signale abgegriffen werden, deren Amplitudenverlauf dem Zeitverlauf der genannten Druck- und Frequenzwerte entspricht. Diese Analogsignale werden einer Diskrininatorschaltung 4 zugeleitet und nach bestimmten, empirisch vorgegebenen Kriterien unter Erzeugung logisch verarbeitbarer Rechtecksignale ausgewertet. In einer logischen Auswerteschaltung 6 werden die llechtecksignale in einer unten näher erläuterten Weise in bezug auf Amplitudenzustand, Zustandsänderung, Wiederholung und/oder Zeitdauer nach vorgegebenen Kriterien analysiert und je nach Einhaltung oder Nichteinhaltung bestiramter, den physiologischen Zustand des Patienten angebender Grenzwerte nach den Kategorien "normal", "semi-pathologisch" oder pathologisch klassifiziert. Aus den betreffenden klassifizierenden Einzelsignalen wird der Gesamtzustand des Patienten ermittelt und in Form von klassifizierenden Zustandssignalen an die Steuerungslogik 8 weitergegeben.
Die Steuerungslogik entscheidet anhand der klassifizierenden Zustandssignale, in welcher Weise das Stellglied 10, das die von der Infusionspumpe 12 in der Zeiteinheit in den Kreislauf des Patienten 14 dosierte Flüssigr.ieitsmenge einstellt, betätigt wird.
Aus Fig. 2 ergibt sich, daß in der Diskriminatorschaltung 4 zwei auf das Wehensignal ansprechende Kornparatoren 16,17 vorgesehen sind, deren Schwellenwerte bei etwa 25 und 75mniHg angelegt sind. In einer cn Korlparatoren nachgeordneten Timerschaltung 18 werden kurzzeitige, auf Störungen zurückzuführende Signale mit einer Dauer von bis zu etwa 15 s eliminiert. In der Auswerteschaltung 6 werden von den aus den Wehensignalen abgeleiteten Rechtecksignalensolche herausgesucht, die als pathologisch einzustufen sind. Der Grenzwert der Wehenfrequenz, über dem ein pathologischer Zustand anzunehmen ist, liegt bei ca. 5 Wehen/10 min, die bei normaler Wehentätigkeit im Druckbereich über 25 rar,Eg in einem zeitlichen Abstand von ca. 75 s voneinander auftreten. Der P-integrator 20 (t = 75 s) und der Komparator 22 (Schwellenwert 75 s) finden einen "Wehensturm" mit einem zeitlichen Abstand von t 6 75 s heraus, während der zweite Integrator 24 (t = 75 s) und Komparator 26 eine Überschreitung der Wehen-Frequenz von 5 Wehen/10 min erkennt und in einen L-Spannungspegel umsetzt. Die zwischen diesen beiden Schaltungsgruppen angeordnete UND-Logik 2 ist schaltungstochnisch bedingt und verhindert eine Fehlmessung bei festgestelltem Dauertonus in der Wehe.
Wehen mit einer Dauer von t a 2,5 min, gemessen über dem 25 mmHg-Grenzwert, kennzeichnen einen Dauertonus oder einen zu hohen Grundtonus und sind als pathologisch anzusehen.
Die Feststellung dieses Zustandes erfolgt mit dein PD-Integrator 30 ( t = 2,5 min) und dem nachgeschalteten Komparator 32.
Ebenfalls als pathologisch gilt eine Wehe, deren Amplitudenhöhe größer als 70 mmHg ist. Diese wird mit Hilfe des Komparators 17 erkannt.
Die Ausgangssignale der Komparatoren 26, 32 und 17 werden dem ODER-Gatter 34 zugeleitet, dessen Ausgangssignal im L-Zustand anzeigt, daß eine pathologische wehentätigkeit vorliegt.
In Fig. 4 ist ein Impulsdiagramm der vorbeschriebenen, das Wehensignal auswertenden Schaltung dargestellt. Der zeitliche Verlauf des untersuchten, vom Kardiotokographen abgegriffenen analogen Wehensignals ist in der ersten Zeile des Diagramms aufgezeichnet. In den übrigen Zeilen sind die Ausgangssignale der einzelnen Schaltelemente dargestellt und mit der jeweils zugehörigen Bezugsziffer gekennzeichnet. Die als pathologisch erkannten Zustand eines Wehensturms, einer Hypotonie und eines überhöhten Wehendruckes sind in dem Diagramm durch Schraffur he-vogehoben.
Die Diskriminatorschaltung 4 enthalt ferner eine gröbere Zahl von Komparatoren 35,3s,40, die auf das fetale Herzfrequenzsignal ansprechen und deren Schwellenwerte im Bereich zwischen 100 und 160 Schlägen pro Minute @ Spril) angelegt sind. Eine Timerschaltunq 42 mit einer Zeitkonstanten von ca. 10 sec sorgt dafür, daß unbeachtliche kurzzeitige Störungen im FHF-Signal eliminiert werden.
Die von der Timerschaltung 42 kommenden Ausgangssignale werden in der Auswerteschaltung 6 in verschiedenen Schaltungsteilen 44,46,48,50 nach vorgegebenen Kriterien logisch ausgewertet.
In Fig. 5 ist ein detaillierteres Blockschaltbild der Auswertelogik 44 mit den zugehörigen Impulsdiagrarn dargestellt. Diese Logikschaltung enthält einen mit dem Ausgangssignal des 160 spm-Komparators 36/ beaufschlagten 52 Zeitgeber/mit einer Zeitkonstanten von 25 s sowie eine mit den ausgangssignal des Zeitgebers und dem »usganssignal des 100 mm Hg-Komparators 40/ beaufschlagte UND-Logik 54.
Diese Schaltung erkennt, wenn die Herzfrequenz innerhal von 25 sec von oberhalb 160 spm auf unter 100 spm abfällt.
Es handelt sich dabei um eine pathologische Dezeleration, die am Ausgang des UND-Gatters 54 durch ein L-Signal angezeigt wird.
Dauert der FHF-Abfall zwischen 160 spm und 100 spm länger als 25 s, so gilt dieses Ereignis nur dann als pathologisch, wenn es mindestens zweimal in 5 Minuten auftritt. Tritt es nur einmal in 5 Minuten auf, so gilt es als semipathologisch. Die diesbezügliche Auswertung des FHF-Signals wird durch die Auswertelogik 46 vorgenommen, deren Blockschaltbild mit zwei typischen Impulsdiagrammen in Fig. 6 dargestellt ist. Das Ausgangssignal des 160 spm-Komparators 36 gelangt zu einem auf die L-O-Flanke des betreffenden Signals ansprechenden 5-Minuten-Timer 60, zu dem einen Eingang des UND-Gatters 62 und zu dem Set-Eingang des Flipflops 64.
Mit der L-O-Flanke des Ausgangssignals des Timers 60 werden über einen Differentiator mit Schmitt-Trigger 65 das Flipflop 66 und der Zähler 68 zurückgesetzt. Gleichzeitig gelangt dieses Ausgangssignal zu den UND-Gattern 70 und 72. Das Ausgangssignal des 100 spm-Komparators 40 gelangt über ein Monoflop 74 mit einer Zeitkonstanten von ca. 35 s zu dem Reset-Eingang des Flipflops 64. Über das Flipflop 64 wird ein Differentiator mit Schmitt-7rigger 65 angesteuert, dessen Ausgang mit dem Set-Eingang des Flipflops 66 verbunden ist. Das Flipflop 66 liegt mit seinem Q-Ausgang am 2. Eingang des UND-Gatters 62, dessen Ausgang über einen Differentiator mit Schmitt-Trigger 76 den Zähleingang des Zählers 68 ansteuert. Die dem Zählerstand 1 bzw. 2 entsprechenden Ausgänge des Zählers sind mit den zweiten Eingang des UND-Gatters 70 bzw. 72 verbunden.
Befinden sich die Ausgänge der UND-Gatter 70 ouler 72 auf L-Niveau, so wird der Zustand des Patienten als semi-pathologisch bzw. als pathologisch erkannt. Der Funktionsablauf innerhalb der Schaltung lä1t sich anhand der zugehörigen Impulsdiagrarnine leicht nachvollziehen.
Dezelerationen im Bereich der Normokardie (1Gci s-?m = FHF = 100 spm) sind als pathologisch zu bezeichnen, wenn innerhalb einer Zeitdauer von mehr als 40 s sich ein größerer Frequenzabfall von 15 spm ergibt und dieses Ereignis mindestens zweimal in 5 Minuten auftritt. Tritt dieses Ereignis nur einmal in 5 minuten auf, so gilt es als semi-pathologisch. Nach diesen Kriterien sind die Auswertelogiken 48 ausgelegt, deren detailliertes Blockschaltbild mit einem Impulsdiagramm in Fig. 7 für den Fall einer Dezeleration von über 160 spm auf unter 145 sp!a dargestellt ist. Eine Anzahl weiterer identischer Scnaltungen sind mit Ausgangssignalen anderer Komparatoren, deren Schwellenwerte ebenfalls einen Abstand von 15 sporn voneinander aufweisen, beaufschlagt.
Das Ausgangssignal des 160 spm-Komparators 36 gelangt auf den auf die L-O-Flanke ansprechenden Timer 80 (Monoflop) mit einer Zeitkonstanten von 40 s, auf den einen Eingang des UND-Gatters 82 und den Set-Eingang des Flipflops 84.
Das Ausgangssignal des Timers 80 wird nach Negation an den einen Eingang des NAND-Gatters 86 gelegt, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des Flipflops 84 verbunden ist und dessen Ausgang den 5-Minuten-Timer 88 ansteuert. Das Ausgangssignal des 145-spm-Komparators 38 wird auf ein Monoflop 90 mit einer Zeitkonstanten 35 s gegeben, dessen Q-Ausgang an den Reset-Eingang des Flipflops 84 gelegt ist.
Das Flipflop 84 steuert außerdem über einen Differentiator mit Schmitt-Trigger 92 den Set-Eingang eines zweiten Flipflops 94 an, dessen Reset-Eingang mit dem Ausgangssignal eines auf die L-O-Flanke des Timers 88 ansprechenden Differentiators mit Schmitt-Trigger 95 beaufschlagt und dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang des UND-Gatters 82 verbunden ist. Das UND-Gatter 82 steuert über einen Differentiator mit Schmitt-Trigger 96 den Zähleingang des Zählers 98 an, der über das Ausgangssignal des Differentiators 95 zurückgesetzt werden kann. Die über die den Zählerstand 1 bzw. 2 betreffenden Ausgänge des Zählers 98 und den 5-Minuten-Timer 88 beaufschlagten UND-Gatter 100 und 102 zeigen je nach Ausgangspegel an, ob der Zustand des Patienten normal, semi-pathologisch oder pathologisch ist. Der Funktionsablauf innerhalb der Schaltung läßt sich leicht anhand des zugehörigen Impulsdiagramms nachvollziehen.
Weiter wird ein FIF-Abfall unter die 100 spm-Grenze (Bradykardie) für eine Dauer zwischen 30 und 60 s als semi-pathologisch und eine 60 s überschreitende Dauer als pathologisch bezeichnet. Für die diesbezügl icüe Auswertelogik 50 ist in Fig. 8 ein detailliertes Bloc'-schaltbild mit Impulsdiagramm dargestellt. Das Ausgangs-40 signal des 100-s2m-Komparators/C-elancjt unmittelbar den einen Eingang und über einen auf die L-O-Flanke ansprechenden Timer 110 (monoflop nit Zeitkonstante 3' s) auf den zweiten Eingang eines NOR-Gatters 112, dessen Ausgang bei L-Pegel den semi-pathologischen Zustand anzeigt. Das Ausgangssignal des NOR-Gatters 112 wird nach Negation auf den einen Eingang und über einen weiteren auf die L-O-Flanke ansprechenden Tilger 114 mit eincr Zeit-Konstanten 30 s auf den zweiten Eingang eines weiteren NOR-Gatters 116 gelegt, dessen Ausgang bei L-Pegel den pathologischen Zustand des Patienten anzeigt. Der Funktionsablauf dieser Schaltung ergibt sich aus dera zugehörigen Impulsdiagramm.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, werden die für die Ken zeichnung der semi-pathologischen bzw. der pathologischen FHF-Zustände über je ein ODER-Gatter 120 und 122 zusairirnengefaßt und einer Entscheidungslogik 124 zugeleitet, in clei der Gesamtzustand des Patienten (Mutter + Kind) ermittelt wird. Die Entscheldungslogik 124 enthält zum einen ein UND-Gatter 126, das mit dem negierten Ausgangssignal des 03ER-Gatters 34 und mit dem Ausgangssignal des ODER-Gatters 120 beaufschlagt ist, und dessen Ausgang ein monoflop 120 ansteuert, das durch Abgabe eines RechtecJt-Impulses einen semi-pathologischen Gesamtzustand anzeigt. Anßerdem enthält die Entscheidungslogik 124 ein ODER-Gatter 130, dessen einer Eincjang mit dem Ausgangs signal des ODER-Gatters 122 und dessen zweiter Eingang mit dem Ausgangssignal eines UND-Gatters 132 beaufschlagt ist, wobei das UND-Gatter 132 an seinen Eingängen mit den ODER-Gattern 34 und 120 verbunde ist. Über das ODER-Gatter 130 wird ein Monoflop 134 angesteuert, clas durch Abgabe eines Rechteckimpulses einen pathologischen Zustand anzeigt. Die Ausgangssignale der Monoflops 128 und 134 sind im Rahmen der vorstehenden und nachfolgenden Ausführungen als "klassifizierende ZustanOssinale" bezeichnet. Diese Signale bilden Eingancrssignale für die nachfolgend unter Bezug auf Fig. 3 erläuterte Steuerungslogik.
Um Applikationsehler zu vermeiden, kann der Start der Anordnung nur erfolgen, wenn der Grundtonus = 20 mm Hg ist.
Um dies zu gewährleisten, ist eine Start-Logik 140'vorgesehen, in der das Wehensignal entsprechend ausgewertet wird. Nach dem Start wird ein Zeitgeber 142 mlt einer Zeitkonstanten von ca. 10 Min. ausgelöst. Dieser Geber bewirkt, daß in den ersten 10 Minuten über die Quelle 144 eine konstante Spannung an dem Pumpenmotor 146 anliegt, die einer konstanten Infusionsrate von 1 mE/min entspricht. Nach Ablauf dieser 10 Minuten wird die automatische Steuerung durch Öffnen des Schalters 148 und Schließen des Schalters 150 ausgelöst. Dies bedeutet, daß die Infusionsrate in vorgegebenen Zeitabständen stufenweise bis zu einem Maximalbetrag erhöht wird. Die Steuerung erfolgt über einen Taktgeber 152 mit einer Taktfolge von 5 Minuten.
Der nachgeschaltete Zähler 154 steuert die Stufenerhöhungen: er zählt die vom Taktgeber kommenden Impulse bis zu einem einstellbaren Zählerstand (z.B. 19). Nach 19 Taktschritten kann der zweite Zähler 156 (RS-Flipflop) betätigt und weitere 19 Zählschritte des Zählers 154 ausgelöst werden.
Die Ausgänge der Zähler 154 und 156 sind mit den Transistorschaltern 158,160 des Stellgliedes verbunden, mittels der die zu der jeweiligen Stufe gehörende Steuerspannung für den Pumpenmotor 146 und damit die Impuls rate über einen Summierer 162 und einen Relaisschalter 164 eingestellt wird. Ein dritter Zähler 166 (Vor-Rück-Dezimalzähler) zählt die semi-pathologischen Zustandsimpulse. Seine Ausgänge steuern über eine Transistorstufe 168 und den Relaisschalter 164 die nachfolgend erläuterten Halbierungsvorgänge. Die pathologischen Zustandsimpulse steuern über eine ODER-Logik 170 das Stellglied 10.
Die stufenweise Erhöhung der Infusionsrate wird über den Zähler 154 (Stufenerhöhungszähler) gesteuert. Alle fünf Minuten wird über den Taktgeber 152 der Zählerstand um 1 erhöht. Dadurch erhöht sich die Steuerspannung des Pumpenmotors jeweils um einen definierten Betrag, der einer definierten Steigerung der Infusionsrate um jeweils 1/2 mE/min entspricht.
Beim Auftreten eines semi-pathologischen Zustandes wird die momentane Steuerspannung des Pumpenmotors 146 halbiert, indem der Relaisschalter 164 über den Zähler 166 (Halbierungszähler) auf die Stellung x 1/2 umgeschaltet wird.
Beim Auftreten weiterer semi-pathologischer Zustandsimpulse erfolgt auf dem gleichen wege eine weitere Halbierung. Nach dem Halbierungsvorgang läuft der Zähler 154 weiter. Erreicht der Zähler 154 den Zählerstand 19, so wird das RS-Flipflop 156 über das ODER-Gatter 157 auf L-Zustand gesetzt, wodurch über den Transistorschalter 160 der Grundpegel der Infusionsrate von 1 mE/min auf 5 mE/min angehoben wird. Gleichzeitig wird der Zähler 154 über das ODER-Gatter 155 auf den Zählerstand 0 und der Halbierungszähler 166 über seinen Rückwärts-Set-Eingang um 1 zurückgesetzt.
Wird im Laufe des Steigerungsvorgangs nach einem oder mehreren Halbierungsschritten in dem Komparator 175 die Überschreitung einer bestimmten Infusionsrate (5 mE/min) festgestellt, so werden der Halbierungszähler 166 über das ODER-Gatter 167 auf 0 zurückgesetzt, das RS-Flipflop 156 über das ODER-Gatter 167 auf L-Zustand gesetzt und der Stufenerhöhungszähler 154 über das ODER-Gatter 155 auf 0 zurückgesetzt.
Wird andererseits nach einem oder mehreren Halbierungsschritten der Start-Spannungspegel (1 mE/min) unterschritten, so wird die Pumpe über den Komparator 172, die ODER-Logik 170, den Timer 174 und den Trasistorschalter 176 für 10 Minuten abgeschaltet. Nach Ablauf dieser Zeit wird die Pumpe automatisch bei minimaler Infusionsrate wieder eingeschaltet.
Beim Auftreten eines pathologischen Zustands wird der Pumpenmotor ebenfalls über die ODER-Logik 170, den Timer 174 und den Transistorschalter 176 für die Dauer von 10 Minuten abgeschaltet. Nach Ablauf dieser Zeit beginnt ein neuer Steigerungszyklus bei der minimalen Infusionsrate von lmE/min.
Wird im Laufe des Steigerungsvorgangs die maximal vorgegebene Infusionsrate von beispielsweise 10 mE/min erreicht, so wird über den Komparator 178 der Timer 152 abgesch v et.
Der Zähler 154 verbleibt in seinem momentanen Zähleezustand, so daß die Infusionspumpe konstant 10 mE/min abgibt. Außerdem wird über die Vorrichtung 180 ein Alarmsignal abgegeben. Dadurch soll eine Überdosierung vermieden werden.
Gleichzeitig erhält der Geburtshelfer die Möglichkeit zu entscheiden, ob der Infusionsvorgang durch Betätigung eines nicht dargestellten manuellen Schalters bei höheren Dosisraten fortgesetzt werden soll.
In dem in Fig. 9 gezeigten Arbeitsdiagramm ist der zeitliche Verlauf der Infusionsrate dargestellt, der sich beim Betreiben des vorbeschriebenen Geräts ergeben kann. Nach dem Start des Geräts zum Zeitpunkt 0 wird zunächst für eine Dauer von 10 Minuten die minimale Dosisrate von 1 mE/min infundiert. Sodann wird der automatische Betrieb in Gang gesetzt. Nach einer weiteren Verzögerungszeit von 2,5 Minuten erhält der Zähler 154 einen ersten Zählimpuls, wodurch die Infusionsrate über den FET-Schalter 178 und den R.laisschalter 164 um 1/2 mE/min erhöht wird. Diese Infusionsrate wird über eine Zeitspanne von 5 min beibehalten, bis der zweite Zähl- und Steigerungaschritt ausgeführt wird. Alle fünf Minuten wird nun ein weiterer Zähl- und Steerungsschritt ausgeführt. Im Normalzustand beträgt die Steigerungsrate jeweils 1/2 mE/min entsprechend Kurve 1. Wenn dagegen ein semi-pathologischer Zustand festgestellt wird, so erfolgt über den Zähler 166, die Transistorstufe 168 und den Relaisschalter 164 eine Halbierung der Steuerspannung und damit der Infusionsrate und gleichzeitig eine Halbierung der folgenden Steigerungsschritte. Bei dem in Fig. 9 in dickeren Linien angedeuteten Verlauf tritt ein solches Ereignis nach dem 5.
Zählerschritt auf. Nach Erreichen der maximalen Infusionsrate von 10 mE/min ist extern zu entscheiden, ob eine weitere stufenweise Steigerung der Infusionsrate möglich ist.

Claims

Patentansprüche Anordnung zur Steuorung von mindestens einer Infusions-oder Transfusionspumpe für die Dosierung eines Mex@ikanents oder einer physiologischen Flüssigkeit nach Maßyabe von an einem Patienten mittels eines Meßgeräts kontinuierlich gemessenen und in analoge Meßsignale ungewandelten physiologischen eßdaten, g e k e n n z e i ch n e t d u r c h eine Disrirninatorschaltung (4) mit Schreren von den Meßsignalen beaufschlagten Komparatoren (16, 17, 36 38,40) mit einstellbaren Schwellenwerten zur Erzeugung je eines aus den Meßsignalen abgeleiteten zwei in litudenzustände 0 und L aufweisenden Rechtecksignals, eine der Diskriminatorschaltung nachgeordnete Auswerteschaltung () zur Analyse der Rechtecksignale in bezug auf ihre Ampliturenzustände und deren Änderung sowie die Zeitdauer und/ oder Häufigkeit dieser Amplitudenzustände nach Maßgabe vorgegebener Grenzwerte und zur Erzeugung hieraus abgeleiteter, den physiologischen Zustand klassifizierender Zustandssignale, sowie eine auf die klassifizierten Zustandssignale ansprechend Steuerungslogik (1) für die Ansteuerung eines Stellglieds (10) zur Einstellung der Dosisrate an der Infusions- bzw. Transfusionspumpe (12).
2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e '. e n n -z e i c h n e t , daß das Rechtecksignal zur Unterdrückung kurzzeitiger Störungen zu dem einen Eingang eines UND-Gatters geleitet wird, dessen zweiter Eingang mit dem um eine kurze Zeitspanne verzögerten Rechtecksignal beau-schlagt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a Ct u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Auswerteschaltung (6) mindestens eine aus einem Integrator (20,24,30) und einem diesen1 nachgeordneten Komparator (22,26,32) :-stehende Schaltung zur Hestimmung der Zeitdauer bestimmter Amplitudenzustände eines Rechtecksignals enthält.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Auswertesciialtung (6) eine Entscheidungslogik (124) zur logischen Verknüpfung der aus den verschiedenen Rechtocksignalen abgeleiteten, den erfaßbaren physiologischen GesaItzustand darstellenden Signale und zur Erzeugung der klassifizierenden Zustandssignale enthält.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Steuerung der Infusion eines wehenfördernden und/oder wehenhernmenden Mittels nach Maßgabe der während der Geburt mittels eines Kardiotokographen kontinuierlich gemessenen intrauterinen Druck- und fetalen Herzfrequenzwerte, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in der Diskriminatorschaltung mit dem Drucksignal beaufschlagte Komparatoren (16,17) vorgesehen sind, dercn Schwellenwerte bei ca.

25 und ca. 70 ;nra Mg angelegt sind, daß in der Auswerteschaltung das Ausgangssignal des 25 mm Hg-Komparators (16) einer ersten Integrator-Komparatorstufe (30, 32) zur Ermittlung eines Überschreitens einer vorgegebenen Signaldauer und einer zweiten Intecjrator-Ko @paratorstufe (20,22,24,26) zur Ermittlung des Überschreitens einer vorgegebenen Signalfrequenz zugeleitet wird, und daß die Ausgänge der Integrator-Komparatorstufen und des 70 mm (17)mit Komparators/ der Entscheidungslogik (124) zur Erzeugung der klassifizierenden Zustandssignale verbunden sind.
6. Anordnung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e '; e fl n -z e i c h n e t , daß der Schwellenwert der ersten Integrator-Komparatorstufe (30, 32) einer Signaldauer von ca. 2,5 min und der Schwellenwert der zeiten Integrator-Komparatorstufe einer Impulsfrequenz von 5/10 min -1 entspricht.
7. Anordnung nach Anspruch 5 oder G, c' a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß in der Diskrirninatorschaltung (4) mit dem Herzfreqzenzsignal beaufschlagte Komparatoren (36,40) vorgesehen sinc, deren Schwelle@@erte bei ca. 100 und ca. 160 Schlägen/min (spra) angelegt sind, daß der Ausgang des 160-spm-Komparators (36) mit einem auf die L-0-Flanke des betreffenden Ausgangssignals ansprechenden, eine Zeitkonstante von ca. 20-30 s aufweisenden Monoflop (52) verbunden ist,und daß ein UND-Gatter (54) vorgesehen ist, dessen einer Eingang it em Ausgangssignal des monoflop und dessen zweiter Eingang mit dem Ausgangssignal des l00-spm-Komparators (40) beaufschlagt ist, und dessen Ausgang mit der Zntscheidungslogik (124) zur Erzeugung der klassifizierenden Zustandssignale verbunden ist.
8, Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in der Diskrirninatorschaltung (4) mit den Herzfrequenzsignal beaufscalagte Komparatoren (36,40) vorgesehen sind, deren Schwellenwerte bei ca. 100 und ca. 160 spm angelegt sind, wobei die Ausgänge dieser Komparatoren mit einer logischen Zähler- und Timer-Schaltung (46) verbunden sind, die nach Maßgabe der in einem Zeitintervall von 4-6 min auftretenden Anzahl von Dezelerationen zwischen 160 und 100 spm verschiedene Ausgangssignale an die Entscheidungslogik (124) zur Erzeugung der klassifizierenden Zustandssignale abgibt.
9. Anordnung nach Anspruch , d a d u r c h g e e n -z e i c h n e t , da£ die logische Zähler- und Ti@or-Schaltung (46) eir auf die L-O-Flanke Dies Ausgangssignals des 160 spm-Komparators (36) ansprechendes Monoflop (60) mit einer Zeitkonstanten von ca. 4-5 win und mindestens ein UND-Gatter (70,72) aufweist, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Monoflops (be) und dessen anderer Eingang mit einem Ausgang eines die Anzahl der Dezelerationen zählenden Zählers (6) verbunden ist und dessen Ausgang mit der Entscheidungslogik (124) zur Erzeugung der klassifizierenden Zustandssignale verbunden ist.
10-. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 - 9 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in der Diskriminator-Schaltung weitere mit dem Herzfrequenzsignal Jaufschlagte Komparatoren (36,38,40) vorgesehen sind, deren Schwellenwerte im Bereich zwischen 100 und 160 spm in engen Abständen von jeweils ca. 5 spm angelegt sind, und daß die Ausgänge jeweils zweier einen Schwellenwertabstand von ca. 15 spm voneinander aufweisender Komparatoren rilit einer logischen Zähler- und Timer-Schaltung (48) verbunden sind, die nach Maßgabe der in einem Zeitintervall von 4-6 min auftretenden Anzahl von Dezelerationen um mindestens den Schwellenwertabstand in einer Zeitdauer von mindestens etwa 40 8 verschiedene Ausgangssignale die Entscheidungslogik (124) zur Erzeugung der klassifizierenden Zustandssignale abgibt.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, d a -8 u r c h g e 1; e n n z e i c h n e t , daß in der Diskriminatorschaltung (4) ein mit dem Herzfrequenzsignal beaufschlagter Komparator (40) vorgesehen ist, dessen Schwellenwert bei ca. 100 spm angelegt ist und dessen Ausgang mit einer die Zeitdauer eines lOs spm unterschreitenden Herzfrequenzsignals ermittelnden logischen Timerschaltung (50) verbunden ist, die an die Entscheidungslogik (12ru) zur Erzeugung der klassifizierenden Zustandssignale unterschiedliche Signale abgibt, wenn die betreffende Zeitdauer zwischen 0 und 30, zwischen 30 und 60 und über 60 s beträgt.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Steuerungslogik und das Stellglied eine Schaltung (154, 158,164) zur stufenweisen Steigerung und/oaer Verringerung der die Dosisrate bestimmenden Versorgungsspannung des Infusionspumpenmotors (146) enthält.
13. Anordnung nach Anspruch 12, , d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Steigerung bzw. Verringerung) der Dosisrate in jeweils gleichen Zeitabständen um gleiche Beträge bis zu einem Maximal- bzw. Minimalbetrag erfolgt.
14. Anordnung nach Anspruch 12 oder 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Stufenhöhe mit Hilfe der Steuerungslogik (8: 166,168) nach Maßgabe der klassifizierenden Zustandssignale veränderbar ist.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jeder Steigerungsstufe ein mit der zugehörigen Versorgungsspannung beaufschlagter Transistorschalter (158) zugeordnet ist, der mittels eines Schrittzählers (154) durchsteuerbar ist.
16. Anordnung nach Anspruch 15, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Transistorschalter als Feldeffekt-Transistoren ausgebildet sind.
17. Anordnung nach Anspruch 15 oder 16, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h eine hinter den Transistorschaltern (158) angeordnete, vorzugsweise über einen mit einem klassifizierenden Zustandssignal beaufschlagten Vor- und Rückwärtszähler (166) ansteuerbare Divisionsschaltung (168, 164) zur schrittweisen Halbierung der Stufenhöhe.
A a a a a 1 A P Ä Ih 18. Verwendung der Anordnung nach einen der Ansprüche 1 bis 4 zur Steuerung der Infusion eines Blutdruck-steigernden und/ oder Blutdruck-senkenden Mittels nach Maßgabe kontinuierlich gemessener Blutdruckwerte.
19. Verwendung der Anordnung nach eineri der Ansprüche 1 bis t zur Steuerung der Austauschtransfusion Dei Neugeborenen nach Maßgabe der kontinuierlich gemessenen Merzfroquenz.
20. Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis Z zur Steuerung der Infusion von Insulin bei Zuckerkranken nach Maßgabe der kontinuierlich gefressen Blutzuckerwerte.
21. Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Steuerung der Infusion von Pufferlösungen, z.B. einer Bicarbonatlösung, bei acidotischen Patienten nach Maßgabe dor kontinuierlich gemessenen p-Werte.