DE3702525C2 - Vorrichtung und Verfahren zum Ausrichten von Kanülen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausrichten einer Kanüle mit schräger Spitze im Raum oder in bezug auf einen Kanülenhalter.

Für die Infusion von Flüssigkeit in den Organismus, insbeson­ dere in eine Blutader oder unter die Haut, werden üblicherweise Kanülen mit schräg geschliffener Spitze verwendet. Die Kanülen aus Metall sind üblicherweise in einem Kanülenhalter aus Kunst­ stoff befestigt. Der Kanülenhalter weist typischerweise zwei Flügel (sogenannte "Butterfly") auf, die flach auf die Haut des Patienten gelegt und dort befestigt werden. Dabei ist es wich­ tig, daß die schräge Spitze der Kanüle in bezug auf die Haut des Patienten ausgerichtet ist. Das bedeutet, daß die Kanüle in bezug auf den Kanülenhalter keine beliebige Orientierung auf­ weisen darf, sondern vielmehr in bezug auf den Kanülenhalter ausgerichtet sein muß.

Im Stand der Technik werden die Kanülen mechanisch an einer vibrierenden Schrägfläche ausgerichtet, gegen welche die Kanü­ len mit ihrer schrägen Spitze angelehnt werden, so daß sie sich dort ausrichten. Sodann werden die Kanülen in dieser definier­ ten Stellung erfaßt und in den Kanülenhalter eingeschoben, wo sie kraft- oder auch formschlüssig in der gewünschten Orientie­ rung gehalten werden.

Das bekannte mechanische Verfahren zum Ausrichten einer Kanüle mittels einer Schrägfläche hat den Nachteil einer hohen Stör­ anfälligkeit. Die Kanüle kann bei dem bekannten Verfahren nicht direkt im Halter ausgerichtet werden, sondern nur in vom Halter getrennten Zustand.

Die DE 34 05 909 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Erfassung, meß­ technischen Analyse und/oder Regelung von technischen Verfah­ rensabläufen, die in einem Ausführungsbeispiel einen komplexen, mehrdimensionalen Manipulator und einen optoelektronischen Bildsensor, beispielsweise eine Fernsehkamera, aufweist. Das von der Fernsehkamera erfaßte Grauwertbild wird digital quanti­ siert und einer Datenreduktionseinrichtung zugeführt, die bei­ spielsweise die ursprünglich 256 × 256 Grauwerte eines Sensor­ bildes auf ein Muster von 4 × 8 Grauwerten reduziert. Das Sy­ stem ist technisch aufwendig und für anspruchsvolle Aufgaben vorgesehen, beispielsweise für Überwachungsaufgaben in der Kri­ minalistik, zur Überwachung des Anlegemanövers eines Fährschif­ fes, zur Navigation von Marschflugkörpern oder als Hubschrau­ berwarnsensor.

Der Artikel "Sensoren für Roboter in Montage und Handhabung" von H. Wörn, ZwF 81 (1986) 10, S.531-536 beschreibt eine Viel­ zahl von Sensoren, wie sie für die moderne Robotersteuerung eingesetzt werden. Es ist erläutert, daß für die einfachen Auf­ gaben der Anwesenheitskontrolle und Abstandsmessung eindimen­ sionale berührungslose Sensoren eingesetzt werden. Zu diesen gehören Reflexionssensoren, induktive Sensoren und Laser- Abstandsmeßsensoren. Beim Reflexionssensor richtet ein Sender ein Lichtstrahlenbündel auf den zu überwachenden oder zu detek­ tierenden Gegenstand, welches von dort reflektiert und von ei­ nem Empfänger erkannt wird. Letzterer gibt ein Signal ab, das, geeignet umgeformt, als Unterbrechungsereignis für die Funktion "schnelles Messen" in der Robotersteuerung dient.

Der Artikel "Sensortechnik für Industrieroboter" von Klaus Ossenberg, etz Bd. 104 (1983) Heft 11, S.529-533, gibt einen Überblick über die Einteilung von Sensoren in unterschiedliche Klassen, Anwendungsgebiete von Sensoren, Stand und Tendenzen der Sensortechnik sowie die Technik bildverarbeitender Senso­ ren. Als Sensoraufgabe zur Vermeidung oder frühzeitigen Entdec­ kung von Störungen in vollautomatischen Anlagen ist unter ande­ rem die Überwachung der Lage eines Werkstücks in einem Greifer genannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausrichten von Kanülen anzugeben, welche bzw. welches bei geringem Aufwand eine hohe Zuverlässigkeit der Aus­ richtung gewährleistet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich aus durch die Merkmale des Anspruchs 2.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Lösung der obigen Aufgabe zeichnet sich durch die Merkmale des Anspruchs 1 aus.

Die Erfindung macht sich also die Erkenntnis zu Nutze, daß eine Kanüle mit schräger Spitze bezüglich eines einfallenden Licht­ strahles, je nach der Drehstellung der Kanüle in bezug auf den einfallenden Lichtstrahl, unterschiedliche Reflexionseigen­ schaften hat.

Die Erfindung kann in sehr unterschiedlicher Weise realisiert werden. Es ist möglich, die Kanülen zunächst ohne Halter im Raum zu orientieren und dann mittels eines Greifers in defi­ nierter Orientierung in den Kanülenhalter einzuschieben.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist aber vor­ gesehen, daß die Kanülen dann ausgerichtet werden, wenn sie be­ reits in den Kanülenhalter eingeschoben sind. Dies ist deshalb möglich, weil der Kanülenhalter aus elastischem Kunststoff ge­ fertigt ist, in welchem ein Hohlkanal ausgeformt ist, in dem die Kanüle kraftschlüssig gehalten ist. Die Kanüle sitzt also hinreichend fest im Hohlkanal des Kanülenhalters, so daß sie nur unter Aufbringung einer Kraft um ihre Längsachse im Kanü­ lenhalter verdrehbar ist.

Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Einzelheiten und Vorteilen anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch eine Kanüle mit Kanülenhalter;

Fig. 2 schematisch eine Vorrichtung zum Ausrichten einer Kanüle und

Fig. 3 schematisch den Verlauf der Intensität eines von der Kanülen-Spitze reflektierten Lichtstrahles in Abhängig­ keit vom Drehwinkel der Kanüle.

Fig. 1 zeigt eine Kanüle 10 aus Metall, die in einem Kanülen­ halter 12 aufgenommen ist. Der in Fig. 1 gestrichelt gezeich­ nete Teil der Kanüle 10 sitzt in einem Hohlkanal des Kanülen­ halters 12. Der Kanülenhalter 12 weist zwei Flügel 12′, 12′′ auf, die in einer Ebene liegen und flach auf die Haut des Pa­ tienten gelegt werden, der mittels der Kanüle 10 eine Infusion erhalten soll.

Fig. 2 zeigt u. a. die Kanüle 10 in gegenüber Fig. 1 vergrößer­ tem Maßstab. Die Spitze 14 der Kanüle 10 ist abgeschrägt. Es sind unterschiedliche Schliffe für die schräge Spitze 14 je nach Einsatz der Kanüle bekannt. In Fig. 2 ist beispielhaft ein einfacher, gerader Schräg-Schnitt gezeigt. Die schräge Spitze 14 der Kanüle 10 soll in bezug auf den Kanülenhalter 12 durch Drehung der Kanüle 10 um deren Längsachse 10′ ausgerichtet werden. In Fig. 2 ist der Kanülenhalter 12 gegenüber Fig. 1 um 90° gedreht, so daß die beiden Flügel 12′, 12′′ senkrecht zur Zeichenebene stehen.

Die in den Kanülenhalter 12 eingeführte Kanüle 10 wird gemäß Fig. 2 mittels einer Greifers 16 gefaßt, um die gewünschte Drehung um die Längsachse 10′ durchzuführen. Die Kanüle 10 ist dann richtig in bezug auf den Kanülenhalter 12 ausgerichtet, wenn die schräge Spitze 14 die in Fig. 2 gezeigte Stellung er­ reicht hat, d. h. die in der Schrägfläche der Spitze 14 liegende Ebene schneidet die durch die Flügel 12′, 12′′ des Kanülenhal­ ters 12 definierte Ebene in einer Geraden, die senkrecht zur Längsachse 10′ der Kanüle 10 steht.

Die für die Ausrichtung der Kanüle 10 in bezug auf den Kanü­ lenhalter 12 erforderliche Stellungsinformation wird gemäß Fig. 2 durch Reflexion eines Lichtstrahles an der schrägen Spitze 14 der Kanüle 10 gewonnen. Hierzu wird ein Lichtstrahl in Richtung des Pfeiles P auf die Kanülenspitze 14 gerichtet. Die Intensi­ tät des von der Kanülenspitze 14 in Richtung des Pfeiles P′ reflektierten Lichtstrahles ist abhängig von der Drehstellung der Kanüle 10. Befindet sich die Kanüle 10 in der in Fig. 2 gezeigten Drehstellung, so ist das in Richtung des Pfeiles P′ reflektierte Lichtsignal größer als wenn die Kanüle 10 z. B. um 180° gedreht ist. Wesentlich ist, daß das in Richtung des Pfei­ les P′ reflektierte Lichtsignal für eine gegebene Kanülen- Spitze 14 eine eindeutige Funktion von deren Drehstellung ist.

Beim in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der in Rich­ tung des Pfeiles P auf die Kanülen-Spitze 14 gelenkte Licht­ strahl über einen Lichtleiter 20 herangeführt. Ein Justierkopf 18 ermöglicht die Ausrichtung des in Richtung des Pfeiles P auf die Kanülen-Spitze 14 gerichteten Lichtstrahles. Der Justier­ kopf 18 dient nicht nur der Aussendung des Lichtstrahles in Richtung des Pfeiles P, sondern auch der Aufnahme des in Rich­ tung des Pfeiles P′ reflektierten Lichtstrahles. Das Refle­ xionssignal wird ebenfalls über den Lichtleiter 20 geleitet. In einer Steuereinrichtung 22 sind eine Lichtquelle 24 und ein Lichtdetektor 26 angeordnet. Die Lichtquelle 24 erzeugt Licht (oder eine andere elektromagnetische Strahlung), welches über den Lichtleiter 20 zum Justierkopf 18 geführt wird. In Richtung des Pfeiles P′ von der Kanülen-Spitze 14 reflektiertes Licht wird über den Lichtleiter 20 zum Lichtdetektor 26 in der Steuer­ einrichtung 22 geführt. Bei Austausch der Kanüle 10 durch eine geänderte Kanüle mit z. B. geringerer Länge oder anderem Schräg­ schliff kann der Justierkopf 18 in bezug auf seinen Halter 18′ derart eingestellt werden, daß das reflektierte Lichtsignal maximal ist.

Fig. 3 zeigt einen typischen Verlauf der Intensität I des in Richtung des Pfeiles P′ von der Kanülen-Spitze 14 reflektierten Lichtstrahles in Abhängigkeit vom Drehwinkel α der Kanüle 10. Wie gesagt, wird diese Drehung durch den Greifer 16 ausgeführt. Die Drehrichtung ist in Fig. 2 durch Pfeile angedeutet. Der Drehwinkel α₀ entspricht der ausgerichteten Stellung der Kanüle 10 in bezug auf den Kanülenhalter 12. Aufgrund von Streuungen an Kanten und anderen Flächen geht die Intensität I des in Richtung des Pfeiles P′ reflektierten Lichtsignales beiderseits des Winkels α₀ nicht sofort auf Null zurück, sondern erst bei Winkeln α₁ bzw. α₂ wie unmittelbar einsichtig ist. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird deshalb zu­ nächst die Kanüle 10 mittels des Greifers 16 derart gedreht, bis das reflektierte Lichtsignal einen Minimalwert I_min erreicht. Sodann wird die Kanüle 10 kontinuierlich in einer Richtung gedreht, wobei beispielsweise der in Fig. 3 gezeigte Signalverlauf I (α) am Lichtdetektor 26 gemessen wird.

Die Drehung der Kanüle 10 wird durch die Steuereinrichtung 22 gesteuert. Die Steuereinrichtung 22 ist über Leitungen L, L′ mit einem Motor 28 bzw. einem inkrementalen Impulsgeber 30 ver­ bunden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel läuft der Motor 28 kontinuierlich und die Position der Welle 32 des Motors, welche über den Antriebsriemen 34 mit dem Greifer 16 verbunden ist, wird mittels des inkrementalen Impulsgebers 30 abgetastet, d. h. während der Drehung der Welle 32 erzeugt der inkrementale Impulsgeber 30 für jeden inkrementalen Drehwinkel α einen Im­ puls, welcher über die Leitung 11′ zur Steuereinrichtung 22 übertragen und dort gezählt wird. So werden die Pulse zwischen den Winkeln α₁ und α₂ gezählt und sodann wird die Summe hal­ biert, um den gewünschten Winkel α₀ zu ermitteln. Nachdem die dem Winkel α₀ entsprechende Impulszahl auf diese Weise ermit­ telt worden ist, dreht der Motor 28 aus einem der Winkel α₁ oder α₂ um die ermittelte Impulszahl zurück und bleibt in der Drehstellung α₀ stehen. Sodann wird die Kanüle 10 einschließ­ lich des Kanülenhalters 12 aus der in Fig. 2 gezeigten Aus­ richtvorrichtung entfernt und durch eine neue, auszurichtende Kanüle samt Kanülenhalter ersetzt. Hierzu wird der Greifer 16 geöffnet, um die ausgerichtete Kanüle 10 freizugeben, und so­ dann wieder geschlossen, um die neue Kanüle sodann in der be­ schriebenen Weise auszurichten.

Statt eines (preisgünstigen) kontinuierlich laufenden Motors ist es auch möglich, einen Schrittmotor einzusetzen, der direkt gemäß dem in Fig. 3 gezeigten Signalverlauf gesteuert wird.

Die Steuerung mittels der Steuereinrichtung 22 erfolgt durch einen herkömmlichen, programmierbaren Mikroprozessor.

Mittels der gezeigten Vorrichtung kann die Kanüle zuverlässig im Raum oder (wie beim gezeigten Ausführungsbeispiel) in bezug auf einen Kanülenhalter ausgerichtet werden. Fehlerhafte Kanü­ len (also z. B. verbogene Kanülen oder auch falsch geschliffene Kanülen) können leicht festgestellt und ausgesondert werden.

Hierzu kann beispielsweise für eine bestimmte Kanüle in der Steuereinrichtung 22 ein typischer Signalverlauf I(α) (siehe Fig. 3) abgespeichert werden. Sobald das gemessene reflektierte Signal vom abgespeicherten Signalverlauf um mehr als vorgege­ bene Toleranzwerte abweicht, zeigt dies eine fehlerhafte Kanüle an, was durch die Steuereinrichtung 22 festgestellt wird, so daß diese Kanüle ausgesondert werden kann.

Claims (5)

1. Verfahren zum Ausrichten einer Kanüle mit schräger Spitze im Raum oder in bezug auf einen Kanülenhalter, dadurch gekennzeichnet, daß

• - ein elektromagnetischer Strahl, insbesondere ein Lichtstrahl, so auf die Kanülen-Spitze (14) ausgerichtet wird, daß sich aus der von einem Detektor (26) gemessenen Intensität der von der Kanülen-Spitze reflektierten Strahlung für eine gegebene Kanülen-Spitze eine eindeutige Funktion von deren Drehstellung ergibt, und
• - die Kanüle (10) mittels eines Greifers (16) erfaßt und in Abhängigkeit von der Intensität der mittels des Detektors (26) gemessenen reflektierten Strahlung gedreht wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

• - einen die Kanüle (10) fassenden Greifer (16), mit dem die Kanüle um ihre Längsachse (10′) drehbar ist;
• - eine Quelle (24) für elektromagnetische Strahlung, wie Licht, und einen Detektor (26) für die elektromagnetische Strahlung, wobei von der Quelle (24) abgestrahltes Licht nach Reflexion an der schrägen Kanülen-Spitze (14) zum Detektor (26) gelangt;
• - eine Steuereinrichtung (22), um mittels des Greifers (16) die Kanüle (10) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Detektors (26) zu drehen, und
• - einen Justierkopf (18), der der Aussendung des Lichtstrahles in Richtung der Kanülen-Spitze (14) und der Aufnahme des in Richtung des Justierkopfes (18) reflektierten Lichtes dient, und der derart eingestellt werden kann, daß das reflektierte Lichtsignal maximal ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Lichtleiter (20) vorgesehen ist, dessen eines En­ de benachbart der Kanülen-Spitze (14) angeordnet ist und dessen anderes Ende zu der Lichtquelle (24) und/oder zum Lichtdetektor (26) führt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanüle (10) durch den Greifer (16) in definierter Orientierung in einen Kanülenhalter einge­ schoben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanüle (10) vor dem Drehen mittels des Greifers (16) kraft­ schlüssig in einen Hohlkanal eines Kanülenhalters eingeschoben wird.