DE3034874C2

DE3034874C2 - Vorrichtung zur Überwachung von medizinischen Infusionen

Info

Publication number: DE3034874C2
Application number: DE19803034874
Authority: DE
Inventors: Paul Neuenburg/Neuchâtel Eckli
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-09-13
Filing date: 1980-09-16
Publication date: 1985-10-03
Also published as: DE3034874A1; JPS5781354A; CH649713A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überwachung von medizinischen Infusionen durch Abtastung der in einem Schlauch fließenden Infusionsflüssigkeit mit elektromagnetischer Strahlung, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Mit einer solchen Infusionsüberwachung soll Sicherheit gegen das Eindringen von Luft über den Infusionskanal in das Gefäßsystem 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 Überwachung 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.

Aus der DE-OS 28 30 512 ist eine Vorrichtung zur Überwachung von Infusionen bekannt, welche eine von der Infusionslösung durchströmte Tropfenkammcr und einen dieser zugeordneten, photoelektrisch arbeitenden Tropfenfühler aufweist. Eine Verbesserung der Sicherheit und Zuverlässigkeit soll bei jener Vorrichtung dadurch erreicht werden, daß die Anordnung der Lichtquelle und des Photoempfängeis, welche zusammen den photoelektrischen Tropfenfühler bilden, überlappend

vorgesehen ist, so daß auch bei Erschütterungen, einer Schräglage der Tropfenkammer oder dgL eine einwandfreie Tropfenzählung gewährleistet ist Diese Vorrichtung eignet sich jedoch nicht zur Überwach ing einer in einem Infusionsschlauch stetig fließenden Flüssigkeit nach dem Kriterium, ob in derselben Luftblasen auftreten oder nicht

Aus der DE-AS 26 01 432 ist ein Gerät zur Überwachung von venösem, in einem Schlauch fließenden Blut auf Gasblase? bekanntgeworden, welches zwei nahe nebeneinander angeordnete Blasendetektoren und eine Schlauchklemme aufweist. Der bezüglich seines Inhaltes zu überwachende Schlauch wird in je einem Schlitz der beiden Blasendetektoren aufgenommen, an dessen gegenüberliegenden Seiten jeweils ein Sender bzw. ein Empfänger angeordnet ist Beim Auftreten einer Gasblase oder von Schaum wird dies von den Detektoren erkannt und eine Steuerelektronik betätigt die Schlauchklemme im Sinne einer Blockierung des Schlauches, /m Falle von Infusionen ist es aber kaum möglich oder sogar manchmal lebensgefährlich, als einzige Sicherheit beim Auftreten von Gasblasen das Abklemmen des Schlauches vorzusehen.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Infusions-Überwachungsvorrichtung, die sich nicht nur durch erhöhte Sicherheit auszeichnet, sondern auch einfach im Aufbau und in der Handhabung ist und eine weitgehende Sicherheit gegen Fehlbedienung bietet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausführungsformen der Überwachungsvorrichtung sind durch die Merkmale der Ansprüche 2—11 charakterisiert.

Die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung arbeitet mit einer zeitdifferentiellen Detektion der Strahlungsdurchlässigkeit bzw. optischen Dichte des Infusionskanalinhaltes. Dabei wird die markante Unstetigkeit der Dichte bzw. der optischen Brechungsverhältnisse beim Übergang zwischen Flüssigkeit und Luft und 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. Die Vorrichtung kann daher weitgehend ohne umständliche Justierarbeiten ^rür unterschiedliche Infusionsflüssigkeiten angewendet werden.

Außerdem kann eine ursächliche Vermeidung des Auftretens von Lufteinschlüssen im Infusionsschlauch ermöglicht werden, indem die einwandfreie Verlegung und Halterung des Schlauches selbst überwacht wird. Insbesondere kann damit einer unrichtigen Verbindung bzw. einem vollständigen oder teilweisen Lösen des Schlauchanschlusses von der Injektionsnadel und damit einer möglichen Quelle von Lufteintritten vorgebeugt werden.

Eine weitere Erhöhung der Überwachungssicherheit kann mit Bezug auf die zugehörige elektrische Überwachungsschaltung durch Koppelung des Überwachungs-Abtastkanals mit dem Infusionsschlauch und Grenzwcrldetektion des ausgangsseitigen Wandlerstromes der opto-elektrischen Übertragung erreicht werden. Damit läßt sich die Anwesenheit der Infusionsleitung in einer vorgegebenen Sollstellung, insbesondere in einer Infusionsschlauchklammer im Bereich der Körpereinirittsslelle, einfach und zuverlässig überwachen.

Der gleichen allgemeinen Problemstellung, jedoch speziell in Richtung auf die unmittelbare Strömungsbzw. Inhaltsüberwachung der InfusioRsflüssigkeit, mit welcher dsr Abtastkanal gekoppelt ist dient die dazu vorgesehene Zeitdifferential-Detektorschaiiung am Ausgang des opto-elektrischen Wandlers. Dies 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.

Im folgenden wird das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert. Hierin zeigt

F i g. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Infusionsschlauchklammer als Leitungshalterung mit eingebauter, opto-elektrischer Überwachungseinrichtung,

F i g. 2 einen Schnitt der Klammer nach F i g. 1 mit Schnittebene H-II gemäß F i g. 3 quer zur Schlauchachse, und zwar ohne eingelegten Infusionsschlauch,

F i g. 3 einen Schnitt der Klammer mit Schnittebene IH-IIi gemäß Fig.2, ebenfalls ohne Infusionsschlauch, und

Fig.4 die elektrische Schaltung der opto-elektrischen Abtast- und Überwachungseinrichtung innerhalb der Klammer.

F i g. 1 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 F i g. 1 angedeutet — als nur der Überwachung dienendes Gerät in unmittelbarer Nähe der Körpereintrittsstclle am Schlauch angesetzt oder auch zur Schlauchbefestigung oder Schlauchführung in Verbindung mit nicht dargestellten Befestigungsmitteln an einem Stativ oder dgl. 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 HKy und HK₂ die Infusionsleitung IL eingelegt ist. Im Hebelkopf HK\ ist die Aufnahme AN in Form einer Rinne ausgebildet, durch welche in der aus F i g. 2 und 3 ersichtlichen Weise quer zur Leitungsachse ein opto-elektrischer Abtastkanal AK mit Strahlungssender 5 und Strahlungsempfänger E verläuft. Die Hebelköpfe HK₁ und HK₂ werden durch eine Druckfeder DFzusammengedrückt, 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 F i g. 2.

Wie aus F i g. 2 und 3 ersichtlich ist, sind in den Seitenwandungen der Aufnahme AN im Hebelkopf HK\ Durcntrittsöffnungen DO für den Abtastkanal AK mit Sender S und Empfänger E beiderseits des Infusionsschlauches vorgesehen. Bei der üblicherweise transparenten Schlauchwandung steht der Abtastkanal somit in Wirkverbindung mit dem Leitungsinhalt, d. h. der strö-

menden Infusionsflüssigkeit. Damit ist grundsätzlich eine Überwachung 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 Überwachungsschaltung noch näher erläutert wird, empfiehlt sich jedoch mit besonderem Vorteil eine zeitdifferentielle Überwachung des Abtastsignals, was zu einer weitgehenden Unabhängigkeit von etwaigen optischen Unterschieden der Infusionsflüssigkeit und damit zu einer erhöhten Überwachungssicherheit führt.

Die Konstruktion stellt sich gemäß F i g. 2 und 3 infolge der Unterbringung der Elemente der Sendet- und Empfänger-Anschlußschaltung 5S bzw. ES im Inneren des als Hohlkörper ausgebildeten Hebelkopfes HK\ 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 HK\ als Schaltungsträger für die Anschlußschaltungen SS und ES.

Nach F i g. 4 umfaßt der durch die Infusionsleitung IL verlaufende Abtastkanal AK eine Leuchtdiode D, als Sender 5 sowie einen Phototransistor 77? 1 als opto-elektrischen Wandler des Empfängers E Für den Sender ist eine stromstabilisierende Stromversorgung SVj sowie eine eigene Überwachungsschaltung US mit Optokoppler OK und Leuchtdiode Dt, als Anzeigevorrichtung für nicht ordnungsgemäßen Anschluß der Schlauchklammer bzw. der Überwachungseinrichtung 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 TR\ ist eine auf Verminderung des Wandlerstromes unter einen vorgegebenen Grenzwert mit einem binär-logischen O-Signal reagierende, erste Detektorschaltung als 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 Überwachungsschaltung liefert also bei nichteingelegtem Infusionsschlauch ein O-Fehlersignal.

Parallel hinsichtlich der Überwachungsfunktion zur vorgenannten Grenzwertdetektion ist dem Wandler TR] ferner eine zweite Detektorschaltung als Zeiidiffereniial-Detektorschaltung ZD mit zwei vorzeichenselektiv wirkenden Detektionskanälen — je umfassend einen Differenzverstärker IQ bzw. IC2 — nachgeordnet An jeweils einen der Differenzverstärkereingänge — und zwar für beide Verstärker an bezüglich des Nuilpotentials gegensinnig wirkenden Eingängen — ist eine Verzögerungsschaltung C\ bzw. C₂ angeschlossen, so daß sich bei einer zeitlichen Änderung 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 Überwachungssicherheit.

Die analogen Ausgangssignale der beiden Differenzverstärker werden durch Trigger TR in entsprechender Weise wie bei der Detektionsschaltung CD in binär-logische Fehlersignale umgesetzt. Alle Fehlersignale werden in einer ODER-Logikschaltung L\ disjunktiv überlagert, wobei die der gegensinnigen Funktion der beiden Zeitdifferentialkanäle entsprechende Inversion eines der beiden Logiksignale durch Eingangsverneinung an JLi angedeutet ist. Jedes der Fehlersignale wird also für eine selbständige Überwachung ausgenutzt.

Der zweiten Detektorschaltung ZD wird das vom Wandlcrstrorn abgeleitete Eingangssignal über einen Spannungsstabilisator zugeführt, der stationäre Unterschiede des Signals für die Fehlerdeiektion 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/Ci und ICj angeschlossene Referenzdiode Di vorgesehen. Entsprechende stromstabilisierende Eingangsschaltungen sind in naheliegender Weise anwendbar.

Die Fehlersignale werden vom Ausgang der Logikschaltung Li zu einer Speicherschaltung in Gestalt eines Flipflop FF geführt, der durch die 0-Fehlersignale gesetzt wird und somit unabhängig vom Fortbestehen der einzelnen Fehlersignale einen Alarmgeber AR mit Leuchtdiode Di bzw. ein Relais-Schaltgerät SC 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 Schaltungslogik ist diese Wiedereinschaltung vom Nichtbestehen eines Fehlersignals abhängig, insbesondere also vom Nichtbestehen eines stationären Fehlersignals von der ersten Detektorschaltung CD, d. h. also von der korrekten Positionierung und damit Funktion der Klammer am Infusionsschlauch.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Überwachung von medizinischen Infusionen durch Abtastung der in einem Schlauch fließenden Infusionsflüssigkeit mit elektromagnetischer Strahlung, mit einer als Schlauchklammer mit aneinander gelenkig gelagerten Hebelgliedern ausgebildeten Halterung, bei der im Kopfteil mindestens eines Hebelgliedes eine Aufnahme für to den Infusionsschlauch ausgebildet und in den Wandungen dieser Aufnahme einander gegenüberliegende Durchtrittsöffnungen eines Strahlungs-Abtastkanals vorgesehen sind, ferner mit einem hinter der einen Durchtrittsöffnung angeordneten, optischen Strahlungssender und mit einem hinter der gegenüberliegenden Durchtrittsöffnung angeordneten Strahlungsempfänger, der als optoelektrischer Wandler ausgebildet und mit einer nachgeschalteten, auf eine Verminderung des Wandlerstromes unter einen Grenzwert ansprechenden ersten Detektorschaltung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (LH) ein bewegliches, unter Federspannung in die Aufnahme (AN) für den Infusionsschlauch (IL) eingreifendes und den Strahlungs-Abtastkanal (AK) bei Abwesenheit des Infusionsschlauches (IS) wenigstens teilweise unterbrechendes Blendenglied (BG) aufweist, und daß an den optoelektrischen Wandler (TR 1) zusätzlich eine nur auf kurze zeitliche Änderungen des Wandlerstromes ansprechende, zweite Detektorschaltung (ZD) zur Erzeugung eines Fehlersignals angeschlossen ist.

2. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blendenglied (BC) durch einen innenseitigen Ansatz des Kopfteiles (HK 2) des einen Hebelgliedes (HC) der Halterung (LH) gebildet ist.

3. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den Strahlungs-Abtastkanal (Λ/^) enthaltende Hebelgliedkopf (HK 1) als Hohlkörper zur Aufnahme einer elektrischen Sende- und Empfängerschaltung ausgebildet und mit einem als Schaltungsträger ausgebildeten Abschlußdeckel (AD^versehen ist.

4. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitdifferentiell arbeitende, zweite Detektorschaltung (ZD) mindestens einen hinsichtlich der zeitlichen Änderung des Wandlerstromes vorzeichenselektiv wirkenden Detektionskanal (ICt, IC 2) umfaßt.

5. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitdifferentiell arbeitende, zweite Detektorschaltung (ZD) wenigstens einen Differenzverstärker (ICi bzw. IC2) mit einer an den einen der Differenzeingänge angeschlossenen Verzögerungsschaltung (C 1 bzw. C2) aufweist.

6. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitdifferentiell arbeitenden, zweiten Detektorschaltung (ZD) über eine stationär wirkende Stabilisierungsschaltung (D2) ein vom Wandlerstrom abgeleitetes Eingangssignal zugeführt ist.

7. Überwachungsvorrichtung nach den Anspriichen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß als stationär wirkende Stabilisierungs-Schaltung ein zwischen den Differenzeingängen mindestens eines Differenzverstärkers (IC\, IC2) angeschlossener Spannungsoder Stromstabilisator (D 2) vorgesehen ist

8. Überwachungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die Ausgänge der ersten und zweiten Detektorschaltungen (GD und ZD) eine durch ein Feh'.ersignal aktivierbare Speicherschaltung (FF) angeschlossen ist

9. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherschaltung (FF) eine nur bei Abwesenheit eines Fehlersignals aktivierbare Rücksetzschaltung (RS) aufweist.

10. Überwachungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten bzw. zweiten Detektorschaltung (GD bzw. ZD) ein Alarmgeber (AG) und/oder ein Schaltglied (SG) für die Abschaltung der Infusionsströmung nachgeordnet ist.

11. Überwachungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung (SVt) des Strahlungssenders (S) mit einer durch Unterbrechung des Sender-Speisestromes aktivierbaren Alarm-, Anzeigeoder Infusionsabschalteinrichtung gekoppelt ist, die mit einer vom Sender unabhängigen Stromversorgung (SV2) verbunden ist.