DE3034874A1

DE3034874A1 - Verfahren und einrichtung zur ueberwachung von medizinischen infusionen

Info

Publication number: DE3034874A1
Application number: DE19803034874
Authority: DE
Inventors: Paul Neuchâtel Eckli
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-09-13
Filing date: 1980-09-16
Publication date: 1982-04-29
Also published as: JPS5781354A; CH649713A5; DE3034874C2

Description

Verfahren und Einrichtung zur Ueberwachung von medizinischen
Infusionen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ueberwachung von medizinischen Infusionen durch Abtastung der Infusionsflüssigkeit mit elektromagnetischer Strahlung. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Einrichtung für die Druchführung einer solchen Ueberwachung. Mit einer solchen Infusionsüberwachung soll Sicherheit gegen das Eindringen von Luft über den Infusionskanal in das Gefässystem des Patienten geschaffen werden. Bekanntlich haben derartige Lufteintritte unter Umständen schwerwiegende Komplikationen und bei grösseren Luftmengen die Gefahr einer Luftembolie zur Folge. Im allgemeinen besteht diese Gefahr beim Auftreten von mehr oder weniger ausgedehnten Lufteinschlüssen im Strömungskanal der Infusionsflüssigkeit. Um diese Gefährdung zu vermeiden, ist also eine vollständige und gleichmässige Flüssigkeitsfüllung des Infusionskanals sicherzustellen.
Bekannt ist die opto-elektronische Ueberwachung von Infusionspumpen, wobei die Abtastung der Infusionsströmung innerhalb des Pumpengehäuses erfolgt. Auf diese Weise lässt sich erfahrungsgemäss nur das Auftreten von grossen Lufteinschlüssen bzw. einer vergleichsweise langandauernden Unterbrechung der Flüssigkeitsströmung im Pumpenbereich feststellen. Lufteintritte - auch solche grösseren Ausmasses - im äusseren Infusionskanalsystem, d.h. im Bereich zwischen Pumpe und Körpereintrittstelle am Patienten, sowie kleinere Lufteinschlüsse überhaupt lassen sich damit nicht oder nicht zuverlässig feststellen.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Infusions-Ueberwachungsverfahrens und einer entsprechenden Einrichtung, die sich durch erhöhte Sicherheit auszeichnet. Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 3, hinsichtlich der Ueberwachungseinrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 5 bzw. des Anspruchs 10 oder 11.
Das erfindungsgemässe Ueberwachungsverfahren gemäss Anspruch 1 arbeitet mit einer zeitdifferentiellen Detektion der Strahlungsdurchlässigkeit bzw. optischen Dichte des Infusionskanalinhaltes. Dabei wird die markante Unstetigkeit der Dichte bzw. der optischen Brechungsverhältnisse beim Uebergang zwischen Flüssigkeit und Luft and der Grenze einer Luftblase für die Erzeugung eines entsprechenden Fehlersignals ausgenutzt. Damit ergibt sich nicht nur eine vergleichsweise hohe Empfindlichkeit, sondern auch eine weitgehende Unabhängigkeit von unterschiedlichen, stationär andauernden oder langsam veränderlichen optischen Unterschieden der Infusionsflüssigkeit. Das Verfahren kann daher weitgehend ohne umständliche Justierarbeiten für unterschiedliche Infusionsflüssigkeiten angewendet werden.
Das erfindungsgemässe Ueberwachungsverfahren gemäss Anspruch 3 löst ebenfalls die Erfindungsaufgabe, und zwar grundsätzlich für sich, jedoch vorzugsweise in kombinierter Anwendung mit den Verfahrensmerkmalen gemäss Anspruch 1.
Dabei ermöglicht die Verfahrensweise gemäss Anspruch 3 eine ursächliche Vermeidung des Auftretens von Lufteinschlüssen im Infusionslauch, indem die einwandfreie Verlegung und Halterung des Schlauches selbst überwacht wird.
Insbesondere wird damit einer unrichtigen Verbindung bzw.
einem vollständigen oder teilweisen Lösen des Schlauchanschlusses von der Injektionsnadel und damit einer möglichen Quelle von Lufteintritten vorgebeugt.
Die erfindungsgemässe Ueberwachungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 löst die gestellte Aufgabe der Sicherheitserhöhung in besonders wirksamer Weise durch Anordnung der Abtast- und Ueberwachungsstelle unmittelbar in einer Leitungshalterung, wofür vorzugsweise eine im Bereich der Körper-Eintritts stelle anzuordnende Infusionsschlauchklammer in Betracht kommt.
Die aufgabengemässe Erhöhung der Ueberwachungssicherheit wird durch die Merkmale des Anspruchs 10 mit Bezug auf die zugehörige elektrische Ueberwachungsschaltung durch Kopplung des Ueberwachungs-Abtastkanals mit der Infusionsleitung und Grenzwertdetektion des ausgangsseitigen Wandlerstromes der opto-elektrischen Uebertragung erreicht. Damit lässt sich die Anwesenheit der~Infusionsleitung in einer vorgegebenen Sollstellung, insbesondere in einer Infusionsschlauchklammer im Bereich der Körpereintrittsstelle, einfach- und zuverlässig überwachen.
Der gleichen allgemeinen Problemstellung, jedoch speziell in Richtung auf die unmittelbare Stromungs- bzw. Inhaltsüberwachung der Infusionsflüssigkeit, mit welcher der Abtastkanal gekoppelt ist. Die dazu vorgesehene Zeitdifferential-Detektorschaltung am Ausgang des opto-elektrischen Wandlers ermöglicht mit geringem Schaltungsaufwand eine empfindliche und zuverlässige Detektion von Lufteinschlüssen innerhalb der strömenden Infusionsflüssigkeit. Dabei ist durch die einfach erreichbare Detektion der gegensinnigen Signalveränderungen beim Ein-und Austritt einer Luftblase in den bzw. aus dem Abtastkanal eine erhöhte Sicherheit gegeben.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert-Hierin zeigt: Fig.l eine schematische, perspektivische Ansicht einer Infusionsschlauchklammer als Leitungshalterung mit eingebauter, opto-elektrischer Ueberwachungseinrichtung, Fig.2 einen Schnitt der Klammer nach Fig.l mit Schnittebene II - II gemäss Fig.3 quer zur Schlauchachse, und zwar ohne eingelegten Infusionsschlauch, Fig.3 einen Schnitt der Klammer mit Schnittebene III - III gemäss Fig.2, ebenfalls ohne Infusionsschlauch, und Fig.4 die elektrische Schaltung der opto-elektrischen Abtast-und Ueberwachungseinrichtung innerhalb der Klammer.
Fig.l zeigt eine Leitungshalterung LH in Form einer Schlauchklammer mit eingelegter Infusionsleitung IL, und zwar einem transparenten Infusionsschlauch üblicher Art. Eine solche Halterung kann - wie in Fig.l angedeutet - als nur der Ueberwachung dienendes Gerät in unmittelbarer Nähe der Körpereintrittsstelle am Schlauch angesetzt oder auch zur Schlauchbefestigung oder Schlauchführung in Verbindung mit nicht dargestellten Befestigungsmitteln an einem Stativ oder dergl. verwendet werden. In jedem Fall stellt die für den Schlauch vorgesehene Aufnahme AN eine Kontroll-Sollstellung für die Schlauchpositionierung dar, wobei das Nichtvorhandensein des Schlauches in dieser Stellung für die Erzeugung eines Fehlersignals ausgenutzt werden kann.
Im Beispiel besteht die Klammer aus zwei durch ein Gelenk GL miteinander verbundenen Hebelgliedern HG, zwischen deren Hebelköpfen HK1 und HK die Infusionsleitung IL eingelegt ist. Im Hebelkopf 1 2 HK1 ist die Aufnahme AN in Form einer Rinne ausgebildet, durch welche in der aus Fig.2 und 3 ersichtlichen Weise quer zur Leitungsachse ein opto-elektrischer Abtastkanal AK mit Strahlungssender S und Strahlungsempfänger E verläuft. Die Hebelköpfe HK1 und HK2 werden durch eine Druckfeder DF zusammengedrückt, womit der Abtastkanal mit seinen Elementen sicher am Schlauch gehalten wird. An der Innenseite des Hebelkopfes HK2 ist ein Ansatz als Blendenglied BG angeformt, das bei Nichtvorhandensein des Schlauches in den Abtastkanal AK eingreift und dadurch ein Fehlersignal auslöst. Dieser Zustand entspricht der gegenseitigen Stellung der Hebelglieder HG gemäss Fig.2.
Wie aus Fig.2 und 3 ersichtlich ist, sind in den Seitenwandungen der Aufnahme AN im Hebelkopf HK1 Durchtrittsöffnungen DO für den Abtastkanal AK mit Sender S und Empfänger E beiderseits des Infusionsschlauches vorgesehen. Bei der üblicherweise tranparenten Schlauchwandung steht der Abtastkanal somit in Wirkverbindung mit dem Leitungsinhalt, d.h. der strömenden Infusionsflüssigkeit. Damit ist grundsätzlich eine Ueberwachung auf Lufteinschlüsse durch statische Detektion des elektrischen Abtastsignals und Grenzwertvergleich unter Ausnutzung der unterschiedlichen Absorptions- bzw.
Brechungseigenschaften der Infusionsflüssigkeit einerseits und der etwa vorhandenen Lufteinschlüsse andererseits möglich. Wie anhand der Funktion der elektrischen Detektions- und Ueberwachungsschaltung noch näher erläutert wird, empfiehlt sich jedoch mit besonderem Vorteil eine zeitdifferentielle Ueberwachung des Abtastsignals, was zu einer weitgehenden Unabhängigkeit von etwaigen optischen Unterschieden der Infusionsflüssigkeit und damit zu einer erhöhten Uebwewachungssicherheit führt.
Die Konstruktion stellt sich gemäss Fig.2 und 3 infolge der Unterbringung der Elemente der Sender- und Empfänger-Anschlussschaltung SS bzw. ES im Inneren des als Hohlkörper ausgebildeten Hebelkopfes HK1 besonders kompakt und nach aussen hin glattflächig sowie benutzungsfreundlich dar. Aufwandsvermindernd und herstellungsgünstig ist dabei auch die Verwendung eines inneren Abschlussdeckels AD für den Hohlraum des Hebelkopfes HK1 als Schaltungsträger für die Anschlussschaltungen SS und ES.
Nach Fig.4 umfasst der durch die Infusionsleitung IL verlaufende Abtastkanal AK eine Leuchtdiode D1 als Sender S sowie einen Phototransistor TR1 als opto-elektrischen Wandler des Empfängers E.
Für den Sender ist eine stromstabilisierende Stromversorgung SV1 sowie eine eigene Ueberwachungsschaltung US mit Optokoppler OK und Leuchtdiode D4 als Anzeigevorrichtung für nicht ordnungsgemässen Anschluss der Schlauchklammer bzw. der Ueberwachungseinrichtung vorgesehen. Damit ist einerseits eine von Schwankungen der Betriebsspannung unabhängige Strahlungsintensität des Senders und andererseits eine zusätzliche Sicherung gegen fehlerhafte Handhabung des Gerätes gegeben. Die Anzeigevorrichtung kann auch als Alarm- oder Infusionsabschalteinrichtung zur automatischen Sicherung ausgestaltet werden.
Dem Wandler bzw. Phototransistor TR1 ist eine auf Verminderung des Wandlerstromes unter einen vorgegebenen Grenzwert mit einem binär-logischen O-Signal reagierende Grenzwert-Detektorschaltung GD nachgeordnet. Die entsprechende Umsetzung des analogen Detektionssignals in das binär-logische erfolgt in einem Trigger TR mit der im Schaltungselementblock angedeuteten Kennlinie. Dieser Teil der Ueberwachungsschaltung liefert also bei nichteingelegtem Infusionsschlauch ein O-Fehlersignal.
Parallel hinsichtlich der Ueberwachungsfunktion zur vorgenanten Grenzwertdetektion ist dem Wandler TR1 ferner eine Zeitdifferential-Detektorschaltung ZD mit zwei vorzeichenselektiv wirkenden Detektionskanälen - je umfassend einen Differenzverstärker IC1 bzw. 1C2 - nachgeordnet. An jeweils einen der Differenzverstärkereingänge - und zwar für beide Verstärker an bezüglich des Nullpotentials gegensinnig wirkenden Eingängen - ist eine Verzögerungsschaltung C1 bzw. C2 angeschlossen, so dass sich bei einer zeitlichen Anderung des Wandlerstromes vorübergehend eine entsprechende Differenzspannung am jeweiligen Verstärkereingang ergibt.
Damit ergibt sich eine vorzeichenselektive Stromänderungsdetektion für beide Verstärker, die zur Detektion der Vorder- und Rückflanke eines durchlaufenden Lufteinschlusses ausgenutzt wird. Grundsätzlich kann auch mit alleiniger Detektion einer dieser Flanken gearbeitet werden, zweckmässig mit Vorderflankendetektion im Interesse geringer Ansprechverzögerung, jedoch ergibt die vorliegende Ausführung grössere Ueberwachungssicherheit.
Die analogen Ausgangssignale der beiden Differenzverstärker werden durch Trigger TR in entsprechender Weise wie bei der Detektionsschaltung GD in binär-logische Fehlersignale umgesetzt.
Alle Fehlersignale werden in einer ODER-Logikschaltung L1 disjunktiv überlagert, wobei die der gegensinnigen Funktion der beiden Zeitdifferentialkanäle entsprechende Inversion eines der beiden Logiksignale durch Eingangsverneinung an L1 angedeutet ist.
Jedes der Fehlersignale wird also für eine selbständige Ueberwachung ausgenutzt.
Der Detektorschaltung ZD wird das vom Wandlerstrom abgeleitete Eingangssignal über einen Spannungsstabilisator zugeführt, der stationäre Unterschiede des Signals für die Fehlerdetektion unwirksam macht, also die differentielle Wirkung des Detektors zusätzlich sichert bzw. von stationärer Restbeeinflussung befreit.
Dadurch ergeben sich die einleitend erwähnten Vorteile hinsichtlich der Verwendung unterschiedlicher Infusionsflüssigkeiten. Im Beispielsfall ist als Stabilisator eine zwischen den Differenzeingängen der Verstärker IC1 und 1C2 angeschlossene Referenzdiode D2 vorgesehen. Entsprechende stromstabilisierende Eingangsschaltungen sind in-naheliegender Weise anwendbar.
Die Fehlersignale werden vom Ausgang der Logikschaltung L1 zu einer Speicherschaltung in Gestalt eines Flipflop FF geführt, der durch die O-Fehlersignale gesetzt wird und somit unabhängig vom Fortbestehen der einzelnen Fehlersignale einen Alarmgeber AR mit Leuchtdiode D3 bzw. ein Relais-Schaltgerät SG für automatische Abschaltung der Infusion ansteuert.
Die Rücksetzung des Speicherflipflops FF und damit die Wiedereinschaltung der Infusionsströmung erfolgt durch Beaufschlagung einer Rücksetz-Logikschaltung L2 mit einem manuell in nicht dargestellter Weise auslösbaren O-Rückstellsignal. Infolge der aus der in der Darstellung verwendeten Symbolik ohne weiteres verständlichen Schaltungs-ogik ist diese Wiedereinschaltung vom Nichtbestehen eines Fehlersignals abhängig, insbesondere also vom Nichtbestehen eines stationären Fehlersignals von der Grenzwert-Detektionsschaltung GD, d.h. also von der korrekten Positionierung und damit Funktion der Klammer am Infusionsschlauch.

Claims

P A T E N T A N S P R U E C H E 1 Verfahren zur Ueberwachung von medizinischen Infusionen durch Abtastung der Infusionsflüssigkeit mit elektromagnetischer Strahlung, dadurch gekennzeichnet, dass der Inhalt eines Infusionskanals einer Detektion von auftretenden zeitlichen Aenderungen seiner Strahlungsdurchlässigkeit unterzogen wird.
2. Ueberwachungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auftretende Aenderungen der Strahlungsdurchlässigkeit des Infusionskanalinhaltes nach zunehmender und abnehmender Richtung gesondert detektiert werden.
3. Verfahren zur Ueberwachung von medizinischen Infusionen durch Abtastung mit elektromagnetischer Strahlung, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorgegebene Sollstellung eines Infusionsschlauches mit einer elektromagnetischen Abtaststrahlung beaufschlagt und vom Vorhandensein bzw. Nichtvorhandensein des Schlauches in dieser Stellung ein Detektionssignal abgeleitet wird.
4. Ueberwachungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastung des Infusionskanalinhaltes bzw. der Sollstellung des Infusionsschlauches im Bereich der Körpereintrittsstelle der Infusion vorgenommen wird.
5. Einrichtung zur Ueberwachung von medizinischen Infusionen durch Abtastung mit elektromagnetischer Strahlung, insbesondere zur Durchführung eines Ueberwachungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahlungs-Abtastkanal (AK) mit Strahlungssender (S) und Strahlungsempfänger (E) im Bereich der für eine Infusionsleitung, insbesondere einem transparenten Infusionsschlauch (IS) vorgesehenen Aufnahme (AN) einer Leitungshalterung (LH) angeordnet ist.
6. Ueberwachungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungshalterung (LH) als Schlauchklammer mit aneinander gelenkig gelagerten Hebelgliedern (HG) ausgebildet ist und an mindestens einem Hebelkopf <HK1) eine Aufnahme (AN) für einen Infusionsschlauch (IL) aufweist und dass in den Wandungen dieser Aufnahme (AN) einander gegenüberliegende Durchtrittsöffnungen (DO) mit dahinter angeordnetem Strahlungssender (S) bzw. Strahlungsempfänger (E) des Abtastkanals (AK) vorgesehen sind.
7. Ueberwachungseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungshalterung (LH) ein bewegliches, unter Federspannung in die Aufnahme (AN)für die Infusionsleitung eingreifendes und den Strahlungs-Abtastkanal (AK) bei Nichtvorhandensein der Infusionsleitung (IS) wenigstens teilweise unterbrechendes Blendenglied (BG) aufweist.
8. Ueberwachungseinrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Blendenglied (BG) als innenseitiger Ansatz eines Hebelkopfes (HK2) der als Schlauchklammer ausgebildeten Leitungshalterung (LH) ausgebildet ist.
9. Ueberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der den Strahlungs-Abtastkanal (AK) enthaltende Hebelkopf (HK1) als Hohlkörper für die Aufnahme einer elektrischen Sende-/ oder Empfängerschaltung für den Abtastkanal (AK) ausgebildet und mit einem vorzugsweise als Schaltungsträger ausgebildeten Abschlussdeckel (AD) versehen ist.
10. Einrichtung zur Ueberwachung von medizinischen Infusionen durch Abtastung mit elektromagnetischer Strahlung, insbesondere nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einer Infusionsleitung (IL) in Wirkverbindung stehender Strahlungs-Abtastkanal (AK) mit Strahlungssender (S) und Strahlungsempfänger (E) vorgesehen ist und dass als Strahlungsempfänger ein opto-elektrischer Wandler (TR1) mit nachgeordneter, auf eine Verminderung des Wandlerstromes unter einen Grenzwert ansprechende Grenzwert-Detektorschaltung (GD) zur Erzeugung eines Fehlersignals vorgesehen ist.
11. Einrichtung zur Ueberwachung von medizinischen Infusionen durch Abtastung mit elektromagnetischer Strahlung, insbesondere nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet dass, ein mit dem Inhalt einer Infusionsleitung (IL) in Wirkverbindung stehender Strahlungs-Abtastkanal (AK) mit Strahlungssender (S) und Strahlungsempfänger (E) vorgesehen ist und dass als Strahlungsempfänger ein opto-elektrischer Wandler (TR1) mit nachgeordneter, auf eine zeitliche Aenderung des Wandlerstromes ansprechenden Zeitdifferential-Detektorschaltung (ZD) zur Erzeugung eines Fehlersignals vorgesehen ist.
12. Ueberwachungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdifferential-Detektorschaltung mindestens einen hinsichtlich der zeitlichen Aenderung des Wandlerstromes vorzeichenselektiv wirkenden Detektionskanal (IC1, IC2) aufweist.
13. Ueberwachungseinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdifferential-Detektorschaltung (ZD) wenigstens einen Differenzverstärker (IC1 bzw.

IC2) mit einer an einem der Differenzeingänge (2) angeschlossenen Verzögerungsschaltung <C1 bzw. C2) aufweist.
14. Ueberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitdifferential-Detektorschaltung (ZD) ein vom Wandlerstrom abgeleitetes Eingangssignal über eine stationär wirkende Stabilisierungs-Schaltung (D2) zugeführt ist.
15. Ueberwachungseinrichtung nach den Ansprüchen 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass als stationär wirkende Stabilisierungsschaltung ein zwischen den Differenzeingängen mindestens eines Differenzverstärkers (C1, C2) angeschlossener Spannungs-oder Stromstabilisator (D2) vorgesehen ist.
16. Ueberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass an den Ausgang der Detektorschaltung (GD bzw. ZD) eine durch ein Fehlersignal aktivierbare Speicherschaltung (FF) angeschlossen ist.
17. Ueberwachungseinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass für die Speicherschalter (FF) eine nur in Abhängigkeit vom Nichtbestehen eines Fehlersignals aktivierbare Rücksetzschaltung (RS) vorgesehen ist.
18. Ueberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektorschaltung (GD bzw.

ZD) ein Alarmgeber (AR) und/oder ein Schaltglied (SG) für die Abschaltung der Infusionsströmung nachgeordnet ist.
19. Ueberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgung (SV1) des Strahlungssenders (S) mit einer durch Unterbrechung des Sender-Speisestromes aktivierbaren, selbst mit einer vom Sender unabhängigen Stromversorgung (SV2) verbundenen Alarm-, Anzeige-oder Infusionsabschalteinrichtung gekoppelt ist.