DE29519706U1

DE29519706U1 - Pumpvorrichtung

Info

Publication number: DE29519706U1
Application number: DE29519706U
Authority: DE
Original assignee: MEYER EDGAR DIPL ING FH
Current assignee: MEYER EDGAR DIPL ING FH
Priority date: 1994-12-12
Filing date: 1995-12-12
Publication date: 1996-04-11
Anticipated expiration: 2005-12-13

Description

PUMPVORRICHTUNG

Die Erfindung betrifft eine Pumpvorrichtung zum Spülen oder Aufdehnen von Körperhöhlen bei einem Druck von 0 bis 30 kPa, wie es z.B. bei der Arthroskopie, Hysteroskopie, Zystoskopie, benutzt wird.

Das wichtigste/ weil sicherheitsrelevante, Kriterium beim Dilatieren von Körperhöhlen besteht in der strikten und ständigen Einhaltung von vorgegebenen Druckwerten, insbesondere Druckobergrenzen. Dies muß unabhängig von Schwankungen des Flüssigkeitsstroms, die etwa aus plötzlich auftretenden Stenosen im Verlauf des Perfusionspfades resultieren, gewährleistet sein.

Im Hinblick auf diese Forderungen sind verschiedene technische Lösungen entwickelt worden, die jedoch alle mit erheblichen Nachteilen behaftet sind.

Der einfachste und billigste Weg besteht darin, einen Vorratsbehälter mit der Spülflüssigkeit ausreichend hoch (50...250 cm) über Patientenniveau aufzuhängen und den daraus resultierenden hydrostatischen Druck zum Spülen oder Aufdehnen einer Körperhöhle zu nutzen. Bei dieser Vorgehensweise wird zwar der vorgegebene Druck sicher eingehalten; nachteilig sind aber vor allem die erforderliche Raumhöhe (bis zu 4 m) und die umständliche Handhabung beim Wechsel des Flüssigkeitsvorrats bzw. bei beabsichtigter Druckänderung.

Bekannt sind ferner Perfusionssysteme, bei denen die Spülflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter über eine nach dem Peristaltik-Prinzip arbeitende Pumpe zum Patienten gefördert wird. Diese Systeme sind zwar weitgehend niveau-unabhängig, so daß die Aufstellung der Vorrichtung unproblematisch ist. Nachteilig wirkt sich aber die den Volumenstrom bestimmende Charakteristik der Rollenpumpe aus; der Druck ergibt sich nämlich erst aus den Parametern Strömungsmenge und Flußwiderstand und kann, etwa bei kurzfristig auftretenden Stenosen, Werte bis weit jenseits der physiologischen Verträglichkeit mit der Folge dauerhafter GewebeSchädigung erreichen.

Für diese Systeme ist daher eine Regelschleife erforderlich, um die Pumpe aufgrund des von ihr erzeugten Drucks zu steuern. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, in der Perfusionsleitung ein Schlauchkissen vorzusehen, dessen Oberflächenspannung über Drucksensoren, Kraftaufnehmer oder ähnliche Meßglieder erfaßt und zur Steuerung der Pumpe herangezogen wird; vergleiche DE 39 18 142 Al, DE 27 53 346 Al. Eine andere Vorgehensweise arbeitet mit einem auf dem Niveau der Körperhöhle angeordneten, z.B. elektromechanischen oder Halbleitersensor-Druckaufnehmer, der zur Erfassung des Flüssigkeitsdrucks direkt mit dieser in Berührung steht; vergl. DE 33 38 758 Al.

Bei einem weiteren bereits angewandten System wird auf einen die Spülflüssigkeit enthaltenden flexiblen Vorratsbehalter externer Druck ausgeübt, mit dem die Flüssigkeit durch die Perfusionsleitung in die Körperhöhle gedrückt wird. Dieses System gestattet zwar eine einfache und sichere Einstellung des Drucks unter Sterilbedingungen; nachteilig ist aber die Begrenzung in den Abmessungen des die Spülflüssigkeit aufnehmenden Vorratsbehälters. Diese Begrenzung ergibt sich aus dem Volumen der Druckkammer, in die der Vorratsbehälter eingebracht wird, bzw. aus der Größe der den Vorratsbehälter umgreifenden Druckmanschette.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpvorrichtung für ein Perfusionssystem anzugeben, die bei unkompliziertem Aufbau und einfacher Bedienbarkeit die sichere Einhaltung eines Maximaldrucks gewährleistet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet. Die danach verwendete Kreiselpumpe hat die Eigenschaft, daß sie, etwa im Gegensatz zu Peristaltikpumpen, primär nicht die Fördermenge sondern den Druck bestimmt und dieser durch die Bauart und Größe der Pumpe selbst begrenzt ist. Eine Fördermenge stellt sich nur dann ein, wenn der von der Pumpe erzeugte Förderdruck den Druck in der zu spülenden bzw. aufzudehnenden Körperhöhle überschreitet.

Bei gegebener Größe und Bauart der Pumpe läßt sich ein bestimmter Maximaldruck nicht überschreiten. Unterhalb dieses

Maximalwertes kann der Druck durch Steuerung der Drehzahl der Kreiselpumpe einfach und reproduzierbar geändert werden. Gleichzeitig weist eine Kreiselpumpe eine hohe Förderleistung auf, so daß der in der Körperhöhle gewünschte Druck rasch aufgebaut werden kann.

Weitere Vorteile der Verwendung einer Kreiselpumpe liegen in der Tatsache, daß sich diese unter normalen industriellen Bedingungen preiswert herstellen und mit gängigen Schlauch-Sets unterschiedlicher Herstellung betrieben werden kann.

Erfolgt der Antrieb der Pumpe gemäß Anspruch 3 über eine

Magnetkupplung, so wird jegliche Berührung zwischen der zu fördernden Spülflüssigkeit und externen Teilen des Antriebs vermieden, so daß sterile Bedingungen eingehalten werden können.

Bei Ausgestaltung der Erfindung nach den Ansprüchen 4 bis 6 läßt sich sicherstellen, daß die Kreiselpumpe den jeweils gewünschten Druck allein durch entsprechende Drehzahlsteuerung unabhängig von Fertigungstoleranzen der Pumpe erzeugt. Die in den Ansprüchen 5 und 6 angegebenen Maßnahmen sind dabei mit dem Vorteil verbunden, daß die Drehzahlsteuerung bei Austausch des Pumpenkopfes automatisch entsprechend der Pumpenkennlinie beeinflußt wird.

Die Kombination des von der Kreiselpumpe erzeugten Drucks mit einem aus einem Vorratsbehälter stammenden hydrostatischen Druck gemäß den Ansprüchen 8 bis 10 ergibt ein System, das selbst bei Ausfall der Pumpe einen abruptem Druckabfall und damit eine Kollabieren der Körperhöhle vermeidet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, in der

Figur 1 die Anordnung und Wirkungsweise eines Perfusionssystems schematisch darstellt, während Figur 2 eine Maßnahme zur Berücksichtigung von Eigenschaften der Pumpe bei ihrer Ansteuerung - ebenfalls schematisch - zeigt.

Wie in Figur 1 gezeigt, gelangt die zu fördernde Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter A in die Kammer B einer

Kreiselpumpe. Die im Bereich der Pumpenachse in die Kammer B eintretende Flüssigkeit wird von rotierenden Schaufeln F erfaßt und in eine Kreisbewegung gezwungen. Die so entstehende Fliehkraft drückt die Flüssigkeit gegen die Umfangswand der Pumpenkammer B und die dort angeschlossene Perfusionsleitung C, an die ein geeignetes Instrument D zum Einbringen der Flüssigkeit in die aufzudehnende bzw. zu spülende Körperhöhle E angeschlossen ist.

Der Vorratsbehälter A ist über dem Niveau der Pumpenkammer B angeordnet, so daß sich der daraus resultierende hydrostatische Druck zu dem durch die Fliehkraft in der Kreiselpumpe erzeugten Druck hinzuaddiert.

Die Pumpenkammer B ist über eine mechanische/ vorzugsweise aber eine berührungsfreie magnetische Kupplung G kraftschlüssig mit einem Antrieb M verbunden, der von einer Steuereinheit H gesteuert wird. Die Steuereinheit H weist Betätigungseinrichtungen, Eingabevorrichtungen und Anzeigen auf. Über eine {nicht gezeigte) Signalleitung erhält die Steuereinheit auch ein die Lage (Höhe) des Vorratsbehälters A angebendes Stellungssignal.

Der die Kammer B und die Schaufeln F umfassende Pumpenkopf besteht aus einem Werkstoff, der sich in einem Autoklaven sterilisieren läßt. In Verbindung mit einer berührungsfreien Übertragung des Antriebsmomentes entspricht das System den Sterilitäts-Anforderungen im medizinischen Bereich.

Das gezeigte Pumpensystem ist druckdeterminiert, d.h. das Fördervolumen pro Zeiteinheit ergibt sich aus dem aktuellen Förderdruck, dem gegebenenfalls vorhandenen Gegendruck in der aufzudehnenden bzw. zu spülenden Körperhöhle und dem dynamischen Strömungswiderstand der Perfusionsleitung. Bei den vorgesehenen Anwendungsgebieten {Arthroskopie, Hysteroskopie, Zystoskopie) wird jedoch mit verhältnismäßig geringen Strömungsmengen gearbeitet, so daß der dynamische Widerstand der Perfusionsleitung in der Regel vernachlässigbar ist.

Der von der Kreiselpumpe erzeugte Druck läßt sich in Steuer- und regelungstechnisch einfacher Weise durch Verändern der Pumpendrehzahl steuern. Eine zusätzliche Druckmes-

sung ist entbehrlich, da Kreiselpumpen systembedingt zwar große Volumenströiue, aber nur sehr kleine (und damit auch physiologisch verträgliche) Druckwerte erzeugen können.

Eine weitere Steuerung des Förderdrucks läßt sich durch Ändern der Höhenstellung des Vorratsbehälters A realisieren, was durch (nicht gezeigte) mechanische, hydraulische oder pneumatische Mittel unter Steuerung durch die Steuereinheit H anhand des erwähnten Stellungssignals erfolgen kann.

Wird das beschriebene System in Verbindung mit einer konstanten volumenstroiti-definierten Absaugung {z.B. mittels einer Rollenpumpe) der Flüssigkeit · aus der Körperhöhle betrieben, so läßt sich ein gleichmäßiger Austausch von Flüssigkeit ohne die Gefahr eines Kollabierens der Körperhöhle bei nicht exakt synchronisierter Absaugung erreichen.

Die beschriebene Kombination des aus dem Vorratsbehälter stammenden hydrostatischen Drucks mit dem von der Kreiselpumpe erzeugten Druck ist auch insofern günstig, als selbst bei Stillstand der Kreiselpumpe der hydrostatische Druck aus dem Vorratsbehälter noch zur Verfügung steht, da die Kreiselpumpe keine Absperrung zwischen Zulauf und Ablauf bewirkt. Selbst im Störungsfall treten daher keine abrupten Druckänderungen auf.

Figur 2 veranschaulicht in schematischer Weise eine Möglichkeit, die Drehzahl/Druck-Kennlinie des Pumpenkopfes bei der Ansteuerung des Antriebs M automatisch zu berücksichtigen. Dazu wird an einer der Steuereinheit H zugewandten Stelle der Außenfläche der Pumpenkammer B eine Markierung J in Form mechanisch, optisch oder magnetisch abtastbarer Codeelemente angebracht. Die Markierung J enthält Informationen, die für die individuelle Drehzahl/Druck-Kennlinie des jeweiligen Pumpenkopfes charakteristisch sind und bei einer ersten Vermessung einer aus der Fertigung kommenden Pumpe ermittelt werden. Auch Pumpen gleicher Bauart weisen je nach Fertigungstoleranzen unterschiedliche Kennlinien auf.

An der Steuereinheit H ist ein Sensor K so angeordnet, daß er beim Ankuppeln des Pumpenkopfes an den Antrieb M in Gegenüberstellung mit der Markierung J gelangt. Je nach der

Art der Markierung arbeitet der Sensor K mit mechanischen Fühlern, etwa Mikroschaltern, einem Lichtstrahl, etwa einem Laserstrahl, oder einer magnetischen Äbtasteinrichtung. Die von dem Sensor K auf diese Weise von den Codeelementen der Markierung J abgelesenen Informationen werden einer in der Steuereinheit H vorgesehenen Auswertlogik L zugeführt. Die Auswertlogik L beeinflußt die Ansteuerung des Antriebs M in der Weise, daß für jeden über (nicht gezeigte) Bedienelemente an der Steuereinheit H eingestellten Druck die über die Kupplung auf die Pumpenwelle übertragene Drehzahl entsprechend der von der Markierung J spezifizierten Kennlinie korrigiert wird.

Auf diese Weise läßt sich eine genaue Einstellung des gewünschten Drucks mit Hilfe der an der Steuereinheit vorhandenen Eingabeeinrichtung unabhängig von der individuellen Drehzahl/Druck-Kennlinie des Pumpenkopfes erreichen. Unter der Voraussetzung, daß jeder Pumpenkopf nach seiner Fertigung geeicht und mit der richtigen Markierung versehen wird, ändert sich daher auch bei Austausch des Pumpenkopfes für den Benutzer des Gerätes an der Bedienungseingabe nicht. Der gewünschte Druck wird ohne Druckmessung und Rückkopplung allein durch Steuerung der Drehzahl erreicht.

Zusammenfassung

Ein Perfusionssystem arbeitet mit einer Kreiselpumpe B, F, die ihrerseits aus einem auf höherem Niveau angeordneten Vorratsbehälter A gespeist wird. Die Kreiselpumpe erzeugt primär Druck und kann daher Flüssigkeit in die zu spülende bzw. aufzuweitende Körperhöhle E nur dann fördern, wenn der von ihr erzeugte Druck den Gegendruck in der Körperhöhle überschreitet. Im Stillstand der Kreiselpumpe B, F {also auch im Störungsfall) steht noch der hydrostatische Druck aus dem Vorratsbehälter A zur Verfügung.

Claims

- 7 Ansprüche

1. Pumpvorrichtung zum Spülen oder Aufdehnen von Körperhöhlen bei einem Druck von 0 bis 30 kPa, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine drehzahlgesteuerte Kreiselpumpe (B, F) aufweist.

2. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Teil (F) der Kreiselpumpe durch eine Schnellkupplung (G) lösbar mit ihrer Antriebseinrichtung (M) verbunden ist.

3. Pumpvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (G) eine Magnetkupplung ist.

4. Pumpvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreiselpumpe (B, F) eine ihr Drehzahl/ Druck-Verhalten angebende Markierung (J) trägt.

5. Pumpvorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen an der Antriebseinrichtung (M) vorhandenen Sensor (K) , der die Information der Markierung (J) einer die Antriebseinrichtung (M) entsprechend dem Drehzahl/Druck-Verhalten beeinflussende Steuereinheit (H) zuführt.

6. Pumpvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung (J) mechanisch, optisch oder magnetisch abtastbare Codeelemente aufweist.

7. Pumpvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreiselpumpe (B, F) gänzlich aus autoklavierbarem Material besteht.

8. Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreiselpumpe (B, F) mit einem unter Druck stehenden Strömungsmittel gespeist ist.

9. Pumpvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreiselpumpe (B, F) aus einem auf einem höheren Niveau befindlichen Vorratsbehälter (A) mit dem Strömungsmittel gespeist ist.

10. Pumpvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Niveau des Vorratsbehälters (A) relativ zur Kreiselpumpe (B, F) über eine Steuereinrichtung (H) variierbar ist.