DE2922037A1 - Pneumatisch betriebene injektionsvorrichtung - Google Patents

Pneumatisch betriebene injektionsvorrichtung

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DE2922037A1 DE19792922037 DE2922037A DE2922037A1 DE 2922037 A1 DE2922037 A1 DE 2922037A1 DE 19792922037 DE19792922037 DE 19792922037 DE 2922037 A DE2922037 A DE 2922037A DE 2922037 A1 DE2922037 A1 DE 2922037A1
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Description

Michael Birk P 773
Ullrich Pfeiffer
BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine pneumatisch betriebene Injektionsvorrichtung zur impulsförmigen Injektion von Flüssigkeiten in einen lebenden Organismus.
Die Flußmessung mittels Indikatorverdünnungsmethode nach StewartHamilton/ bei der ein Indikator (Farbstoff, Isotopen bzw. eine kalte, physiologisch verträgliche Lösung) in die Blutbahn injiziert und die Konzentration bzw. die Temperaturänderung flußabwärts registriert wird, und die insbesondere auch zur Bestimmung des Herzzeitvolumens verwendet wird, hat in den letzten Jahren zunehmend Verbreitung gefunden. Dieses gilt insbesondere für das Thermodilutionsverfahren, bei dem als Indikator eine abgekühlte, physiologisch verträgliche Lösung in die Blutbahn eingegeben und die Temperaturänderung flußabwärts registriert, und, beispielsweise bei Herzzeitvolumenmessungen, in Herzvolumenwerte umgerechnet werden kann (z.B. The American Journal of Cardiology, Bd. 29, Febr. 1972, Seite 241 bis 246). Zur Registrierung und Auswertung dieser Meßwerte zur Bestimmung des Herzzeitvolumens sind sogenannte Herzzeitvolumencomputer, beispielsweise von Edwards Laboratories, Santa Ana, USA, auf dem Markt.
Ein wesentliches Problem der Indikatorverdünnungsmethode besteht darin, daß das gesamt Volumen des Indikators praktisch ohne jegliche Verzögerung an der Eingabestelle in die Blutbahn gegeben werden sollte, um möglichst genaue und reproduzierbare Meßwerte flußabwärts zu erhalten; diesem Idealfall sind naturgemäß physiologische und technische Grenzen gesetzt; die hierfür maßgebende Injektionsdauer, bei der beispielsweise ein Indikatorvolumen von 10 ml ein-
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gespritzt wird, beträgt bei manueller Durchführung etwa 3 Sekunden? wobei dieser Wert nur bei erheblicher übung erreichbar ist. Darüber hinaus werden Meßwerte, die bei manueller Injektion des Indikators erhalten werden, dadurch ungenau, daß verschiedene Personen unterschiedlich schnell injizieren, und daß nicht einmal die gleiche Person gleichmäßig injiziert.
Diesen Nachteilen wurde bisher insoweit Rechnung getragen, als automatische Injektionsvorrichtungen entwickelt wurden, bei denen der Injektionskolben pneumatisch betrieben wird; die Injektionsgeschwindigkeit beträgt hier etwa 2,0 bis 4,0 ml/sec
Untersuchungen haben nun gezeigt, daß eine optimale Durchmischung des Indikators mit dem Blut dann stattfindet, wenn die Injektionsgeschwindigkeit, bezogen auf den gleichen Strömungsquerschnitt, etwa das 15-fache der Blutflußgeschwindigkeit ist, weil bei dieser Einspritzgeschwindigkeit noch keine physiologischen Schaden, wie beispielsweise Zerstörung von Blutkörperchen,auftreten= Die entsprechenden Werte, die von einem geübten Arzt durch manuelle Betätigung, oder durch Verwendung der geschilderten Injektionspistole erreichbar sind, entsprechen etwa der 7-fachen Blutflußgeschwindigkeit. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Injektionsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der die Injektionsgeschwindigkeiten stufenlos einstellbar und die optimale Injektionsgeschwindigkeit erreichbar sind.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eins Injektionsvorrichtung zur Verfügung zu stellen s bei der bei Verwendung im Thermodilutionsverfahren die Injektionsspritze nicht aus einem Kühlbad in die Injektionsvorrichtung überführt werden muß, wobei normalerweise be-
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reits Erwärmung erfolgt, die die Ungenauigkeit der Meßwerte erhöht» Bei Messung und Registrierung der Meßwerte bei Bestimmung des Herzvolumens nach dem Thermcdilutionsverfahren in Verbindung mit einem Herzvolumencomputer gibt dieser, nachdem er zur Aufnahme der Meßwerte bereit ist, ein, meist akustisches, Signal, worauf der Arzt mit der Injektion beginnt? hierdurch ergeben sich Verzögerungen, die gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Aufgabe vermieden werden sollen. Um pro Zeiteinheit eine gegenüber den herkömmlichen Injektionsverfahren erheblich höhere Anzahl von Meßwerten, beispielsweise bei fortlaufenden Messungen an Risikopatienten, zu erhalten , soll die er findings gemäße Vorrichtung entsprechend ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäßen Aufgaben werden durch die Xnjektionsvorrichtung gemäß Anspruch "i und ihren besonderen Ausgestaltungsformen gemäß den Ansprüchen 2 bis 7 gelöst. Durch die erfindungsgemäße Injektionsvorrichtung werden unter Vermeidung von Nachteilen der bekannter. Iniektionsvorrichtungen Meßwerte hoher Genauigkeit und P.eproduzierbarkeit erhalten? hierdurch ist es möglich, mit geringeren Indikatormengen zu besseren Ergebnissen als bisher zu gelangen O
Die Erfindung wird anhand der FIg=I näher erläutert. In der Figur ist mit 1 das Gehäuse bezeichnet, in dessen hinterer Abteilung ein Druckzylinder 2 angeordnet ist, in dessen hinterem Bereich eine pneumatische Leitung 21 und in dessen vorderem Bereich eine pneumatische Leitung 22 einmünden; in dem Druckzylinder ist der bewegliche Kolben 23 angeordnet. Zur Einstellung des langsamen Kolbenrückzugs ist eine hydraulische Kolbendämpfung (3) vorgesehen. Mit 4 ist ein auf der Kolbenstange 2 3 angeordneter Kolbenweggeber
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bezeichnet, der zur kontinuierlichen Veränderung des zurückzulegenden Kolbenweges im Zusammenwirken mit dem mit 5 bezeichneten Kolbenwegmesser {siehe unten) ausgebildet ist, wobei der Kolbenwegmesser in an sich bekannter Weise elektronisch gesteuert wird. Als Injektionsspritze wird eine normale handelsübliche Einmalspritze verwendet. Zur Übertragung von Zug- und Druckkräften des Druckkolbens 2 auf den Spritzenkolben 62 dient das Kolbenführungsteil 61, über das die beiden Kolben miteinander verbunden sind, und das zur lösbaren Verriegelung mit dem Griff des Injektionskolbens ausgebildet ist. Die Spritze 6 befindet sich in einem Kühlblock 7, der in an sich bekannter Weise zur Thermostatisxerung des Injektionsspritzeninhalts ausgebildet ist. Der Ausgang der Injektionsspritze 63 mündet in einen Dreiwegehahn 12, der entweder den Weg zum Anschlußstück 64 oder den Weg zum Anschluß für das Injektatreservoir 8 freigibt. An der Zuleitung zum Injektatreservoir ist ein Durchflußmesser 9 zur Kontrolle auf Luftblasenfreiheit des Injektats angeordnet, der vorzugsweise zur elektrischen Durchflußmessung (z.B. kapazitiv, vorzugsweise über Widerstandsmessung) ausgebildet ist, und dazu dient, zu verhindern, daß beim Füllen der Injektionsspritze 6 aus dem Injektatreservoir 8 Luftblasen eintreten können.
Der Dreiwegehahn 12 ist fest, wenn auch gegebenenfalls lösbar, mit einem Zahnrad verbunden, so daß der Hahn durch Drehung des Zahnrads unmittelbar verstellt wird. Die Kolbenstange 143 ist in ihrem Endbereich als Zahnstange ausgebildet, die mit dem Zahnrad des Dreiwegehahns im Eingriff steht. Aus dieser Verbindung resultiert die Verstellung des Dreiwegehahnes 12 durch Vor- oder Rückwärtsbewegung der Kolbenstange 143, die wiederum inner" halb des Druckzylinders 14 gleitend gelagert ist. Die
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beiden Enden des Zylinders 14 sind mit jeweils einer Druckluftleitung 141 bzw. 142 verbunden. Die Spritze 6, der Dreiwegehahn 12, die Zuleitungen zum Injektatreservoir 8 und die Verbindungen dieser Bauteile untereinander oder mit dem angeschlossenen Katheter sind alle handelsüblich; als Verbindungsverschluß ist der sogenannte Luer Look-Verschluß, ein spezieller Schraubverschluß, bevorzugt.
Die pneumatischen Leitungen 21 und 22 weisen an ihrem anderen Ende jeweils ein elektromagnetisch vorgesteuertes pneumatisches 3/2-Wegeventil (131 und 132) auf; die pneumatischen Leitungen 141 und 142 weisen an ihrem anderen Ende ein 5/2-Wegeventil auf; durch diese Ventile wird die Druckluft aus der Zubringerleitung 18 innerhalb des Systems ausgesteuert.
Der Hubweg des Druckzylinders 14 wird rein mechanisch begrenzt. Die Endlagenschalter 17 dienen zur Abfrage der Momentanstellung des Kolbens, d.h., zur Kontrolle, ob sich der Dreiwegehahn in der für den anschließenden Arbeits-Vorgang (Auffüllung oder Injektion) richtigen Position befindet. Die Steuerung der Ventile 13, des Kolbenweges über den Kolbenweggeber 4 und den Kolbenwegmesser 5, entsprechend dem benötigten Volumen, und damit die Steuerung der Injektionsmenge und der Injektionsdauer sowie der Stellung des Dreiwegehahns 12 erfolgt in an sich bekannter Weise elektronisch. Mit dieser elektronischen Steuerung ist ebenfalls der Durchflußmesser 9 zur Kontrolle auf Luftblasenfreiheit des Injektats derart verbunden, daß bei Durchtritt von Luftblasen, beispielsweise bei Entleerung des Reservoirs, der Auffüllvorgang der Injektionsspritze unterbrochen wird.
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Die Injektionsvorrichtung hat gegebenenfalls in ihrem elektronischen Steuerungsteil einen Eingang 16, mit dem ein Meßberät, beispielsweise ein Herzzeitvolumencomputer eine Injektion anfordern kann, sofern das Startsignal nicht manuell durch Tastendruck eingegeben wird. Ist der Injektor nicht arbeitsbereit oder sind eventuelle Störungen aufgetreten, wird dieses Signal unterdrückt.
Zur weiteren Klarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird im folgenden ein vollständiger Auffüll- und InjektionszykluE· beschrieben.
Im Ruhezustand ist der Druckkolben 2 entlastet, d.h., daß die Ventile 131 und 132 abgeschaltet sind. Die Kolbenstange 23 ist ausgefahren, so daß die leere Spritze in dem Kühlblock 7 bzw. der Spritzenkolbengriff in die Führung bzw. Halterung 6 eingelegt werden kann. Der Dreiwegehahn ist in dieser Ruhestellung so geschaltet, daß die Spritze mit dem Reservoir 8 verbunden ist.
Der Füllvorgang der Spritze kann entweder von einem Herzzeitvolumencomputer, sofern dieser einen entsprechenden Ausgang besitzt, über den elektronischen Steuerungsteil oder aber manuell per Tastendruck eingeleitet werden. Der Endlagenschalter 17 prüft, ob der Dreiwegehahn das Reservoir mit der Spritze verbindet. Ist dies der Fall, so wird das 3/2-Wegeventil 131 tätig und somit Kolben 23 in Zugrichtung mit Druck beaufschlagt. Die Füllung wird beendet, d.h., das Ventil 131 wieder entlastet, wenn die voreingestellte Injektatmenge in der Spritze aufgezogen ist. Die Messung des Injektatvolumens wird mittels der Kombination Kolbenweggeber 4 und Kolbenwegmesser 5 bewerkstelligt.
Der Kolbenwegmesser 5 ist ein optoelektronisches Bauelement, das einen Infrarotsender und -empfänger enthält. Es reagiert als Meßeinheit auf Änderungen der
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Reflektionseigenschaften des Kolbenweggebers; der Kolbenweggeber 4 ist deshalb so ausgeführt, daß in Abständen, die einer Füllmenge von 1 ml entsprechen, sehr schlecht reflektierende Marken aufgebracht sind. Die elektronische Steuerung zählt die Anzahl der vorbeigewanderten 1 itun-Striche und vergleicht sie mit dem voreingestellten gewünschten Volumen, wobei bei Ablesung der gewünschten Injektatmenge der Füllvorgang beendet wird. In gleicher Weise wie bei Einleitung des Füllvorgangs kann der Injektionsvorgang sowohl von einem externen Computer als auch manuell per Tastendruck eingeleitet werden. Steht der Dreiwegehahn in der Stellung "Füllung", so wird das 5/2-Wegeventil 133 betätigt und die Kolbenstange 143 von dem Kolben 14 ausgestoßen; durch übertragung auf das Zahnrad am Dreiwegehahn wird damit die Stellung "Injektion" eingestellt. Diese Dreiwegehahnstellung wird durch den zweiten Endlagenschalter 17' an die elektronische Steuerung gemeldet, die nun das 3/2-Wegeventil 132 schaltet und damit den Druckkolben 2 in Druckrichtung mit Druck beaufschlagt. Das Injektat wird damit aus der Spritze in den Katheter gedrückt. Eine Zeitschaltung entlastet nach einer gewissen Zeit die beiden Ventile 132 und 133 wieder, wobei erstens der Dreiwegehahn wieder in Stellung "Füllung" umgeschaltet wird und zweitens der Druckkolben 2 wieder drucklos ist. Der Injektor befindet sich damit wieder im Ruhe zus tand.
Sollte durch einen mechanischen Defekt die Umschaltung des Dreiwegehahns nicht möglich sein, so unterbleibt eine Meldung durch den zweiten Endlagen schalter 17 an die elektronische Steuerung, so daß auch die Injektion unterbleibt und der Injektor nach einer gewissen Zeit wieder in den Ruhestand zurückgeht. Die Anforderung einer Injektion bei einem nicht einsatzbereiten Injektor, d.h., bei
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einer nicht gefüllten Spritze, hat keinerlei schädigende Auswirkungen auf den Patienten, weil eine Injektion nicht stattfindet, und verursacht deshalb nur ein nicht zu verwendendes Meßergebnis des Herzzeitvolumencomputers, In Fig. 2 wird schematisch die Stellung der Ventile 133, 132, 131 der Pneumatik in der Ruhestellung der Injektionsvorrichtung nach Füllung der Injektionsspritze 6 wiedergegeben.
Die Steuerung des Systems erfolgt durch den Elektronikteil in der beschriebenen Weise, wobei die dem Zustand der Vorrichtung gemäß Fig. 2 entsprechende schematische Schaltskizze des Elektronikteils der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Fig. 3 wiedergegeben ist.
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Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    ι 1. . Pneumatisch betriebene Injektionsvorrichtung, q e k~e η nzeichnet durch einen ersten Druckzylinder (2), dessen Kolben (23) mit dem Kolben (62) einer Injektionsspritze (6) starr aber lösbar verbunden ist;
    oinem zweiten Druckzylinder (14), dessen verlängerter Kolben (143) mit einem Dreiwegehahn (12) derart zusammenwirkend verbunden ist, daß durch Bewegung des Kolbens der Dreiwegehahn umgeschaltet wird;
    eine Verbindung des Ausgangs der Injektionsspritze (30)
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    mit dem Dreiwegehahn (12), οine Verbindung des biciweqehahns mit einem Anschluß;; Luck (o4; und Verbindung mit einem Anschiüj an ein Injektatrof.ervoir (8) , wobei entweder die Verbindung Injektionsspritzenausgang (63) /Anrchlu!:- stück (64) oder Injektionsspritzenausgang (63) /Injekt-atreservoiranschluß (8) herst o.1 "T.trrtr :;ir1; Druckluftleitungen (21, 22, 141, 142) zum pneumatischen Betreiben der Kolben (23, 143) in den Druckzylindern (2, 14);
    in den Druckluftleitungen angeordnete Be- 'in I ürit.Lüftungsventile (131, 132, 133), die elckt-v :: -I. ^ i_
    gesteuert werden, daß aer pneumatisch betriebene r".!I-vorgang nur eingeleitet werden kann, wenn der Dreiwegehahn (12) in der Stellung Injektionsspritzenausgang (63)/ Injektatreservoiranschluß (8) steht, u*v .cafolgende Injektionsvorgang nur bei der Stellung des Dreiwegehahnes InjoktionsspriLzonausgang (63) /Anschlußstück (64) eingeleitet werden kann.
  2. 2. Injektionsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein optoelektronisches Bauelement, insbesondere einen kombinierten Infrarotsender und -empfänger, als Kolbenwegineöser (5), das mit einem Kolbenweggeber (4), der aui der verlängerten Kolbenstange (23) angeordnet ist, zusammenwirkend, ausgebildet ist.
  3. 3. Injektionsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Kolbenweggeber (4) in Form von auf der verlängerten Kolbenstange (23) angebrachten schlecht reflektierenden Marken in einem bestimmten Eichabstand ausgebildet ist, wobei durch die Registrierung dieser Marken durch den Kolbenwegmesser (5) und Weiterleitung an die elektrische Steuerung vorgegebene
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    Einfüll- und Injektionsmengen einstellbar sind.
  4. 4. Injektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Durchflußmesser (9) zur Kontrolle auf Luftblasenfreiheit des Injektats in der Zuleitung (8) zum Injektatreservoir, der vorzugsweise zur elektrischen Durchflußmessung ausgebildet ist.
  5. 5. Injektionsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei Endlaqencchalter (T7, 17') im Druckzylinder (14), die mit dem Kolben (143] derart zusammenwirkend ausgebildet sind, daß ein Endlagenschalter eine Schaltstellung des Dreiwegehahns f12) und der andere Endlagenschalter
    die andere Schaltstellung des Dreiwegehahns £T2)- anzeigt und an die elektronische Steuerung meldete
  6. 6. Injektionsvorrichtung nach mindestens einem der
    vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektion-sspritz-e und der Dreiwegehahn sterile Einmalartikel sind.
    7, Injektionsvorrichtung nach mindestens einem der
    vorhergehenden Ansprüche-, dadurch g-ekennzeichn e t f daß die Einmalspritze von einem leicht zugänglichen Kühlblock 7 umschlossen ist, der vorzugsweise durch elektrische Peltierkühlung geregelt^ kühlbar ist.
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