DE3750352T2

DE3750352T2 - Feststellung von Durchflussstörungen bei der parenterale Infusion.

Info

Publication number: DE3750352T2
Application number: DE3750352T
Authority: DE
Inventors: Robert D Butterfield
Original assignee: Ivac Medical Systems Inc
Current assignee: CareFusion 303 Inc
Priority date: 1986-06-06
Filing date: 1987-06-02
Publication date: 1994-12-08
Anticipated expiration: 2007-06-03
Also published as: US4710163A; CA1266902A; EP0248633A2; JPS6365875A; JP2601472B2; EP0248633B1; EP0248633A3; DE3750352D1

Description

Diese Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zum Überwachen der Infusion von parenteralen Flüssigkeiten über eine Flüssigkeitszufuhreinrichtung zu einem Patienten und, insbesondere, das Auswerten der Flüssigkeitsverbindung zwischen der Flüssigkeitszufuhreinrichtung und dem Blutgefäß des Patienten, um einen geeigneten Flüssigkeitsstrom sicherzustellen.
Flüssigkeitszufuhrsysteme zur Infusion eines Patienten mit parenteralen Flüssigkeiten mittels einer Infusionspumpe sind in Krankenhäusern weit verbreitet. Solche Systeme enthalten typischerweise eine Flasche einer parenteralen Flüssigkeit und ein intravenöses (IV) Besteck, das eine Tropfkammer mit einem Einstechelement an einem Ende, das durch das versiegelte Ende der Flasche für die parenterale Flüssigkeit eingefügt werden kann, ein durchsichtiges Plastikrohr, das an dem Auslaßende der Tropfkammer angebracht ist, und ein Mittel zum Anbringen einer Dauerkanüle an das distale Ende des Rohrs umfaßt. Die an dem distalen Ende des Rohrs angebrachte Kanüle kann in das Blutgefäß des Patienten eingeführt werden, um somit parenterale Flüssigkeit zu liefern. Rollklemmen zum manuellen Steuern der Flüssigkeitsstromraten, Injektionsstellen und Druckdiaphragmen können auch mit dem IV-Besteck bereitgestellt werden. Die Infusionspumpe ist entweder eine Pumpe des kolbenaktivierten Typs oder des peristaltischen Typs, wobei eine Vielzahl von Rollen, Nocken oder von Nocken angetriebene Finger der Reihe nach das biegsame Plastikrohr des IV-Bestecks einengen, um die parenterale Flüssigkeit durch das Rohr zu führen.
Während diese Systeme allgemein Anerkennung gefunden haben, ist es ein gemeinsames Problem der käuflich erhältlichen Systeme, daß es schwierig ist, den Flüssigkeitsstrom darin zu bestimmen, um eine ungeeignete Flüssigkeitsverbindung zwischen der Flüssigkeitszufuhreinrichtung und den Blutgefäßen des Patienten festzustellen. Im allgemeinen, wenn eine Flüssigkeitsstromstörung entsteht, wird die Infusionspumpe mit dem Liefern von parenteraler Flüssigkeit fortfahren, ohne solch eine Flüssigkeitsstromstörung zu berücksichtigen. Daher, beispielsweise, wenn die die Flüssigkeit an den Patienten liefernde Nadel sich von der Vene entfernt, so daß die Entladungsspitze der Nadel in benachbartem Zwischengewebe liegt, infiltriert die Flüssigkeit, welche weiterhin gepumpt wird, das Zwischengewebe und kann schwere Verletzungen hervorrufen. Wenn die Nadel sich komplett von dem Patienten loslöst, d. h., wenn eine offene Verbindung entsteht, muß keine sofortige Verletzung eintreten, aber der Patient erhält nicht die Flüssigkeit oder das für die Behandlung benötigte Medikament. Zusätzlich zu den obigen Flüssigkeitsstromstörungen können andere Fehlfunktionen eines Flüssigkeitszufuhrsystems auftreten, die Luft in der Zuleitung und Verstopfung der Rohre oder Nadeln enthalten.
Erfassungssysteme sind entwickelt worden, welche einen Alarm ertönen lassen oder die Infusionspumpe ausschalten oder beides, wenn der in dem parenteralen Flüssigkeitszufuhrsystem erfaßte Druck größer oder kleiner als ein vorherbestimmter maximaler bzw. minimaler Festpunkt ist. Während diese Kontrollsysteme unter manchen Umständen hilfreich gewesen sind, sind sie unfähig dazu, eine große Vielzahl von Fehlfunktionen des Flüssigkeitszufuhrsystems zu erfassen. Außerdem konnten diese bekannten Systeme häufig nicht zwischen Flüssigkeitsstromstörungen und natürlichen Flüssigkeitsdruckvariationen innerhalb des Rohrs unterscheiden, und diese Unfähigkeit des Unterscheidens führte zu vielen falschen Alarmen.
Das Verfahren und das System, die von Nelson in dem U.S.-Patent 4,534,756 beschrieben und beansprucht sind (und dem EP 0 121 931 entspricht), waren ein erheblicher Fortschritt des Stands der Technik zum Steuern des Spendens von parenteralen Flüssigkeiten an einen Patienten und, insbesondere, zum Erfassen von Flüssigkeitsstromstörungen in solch einem System. US 4,534,756 offenbart ein Störungserfassungssystem für ein parenterales Infusionssystem, in welchem parenterale Flüssigkeit durch eine peristaltische Pumpe über einen Katheter einem Patienten zugeführt und der Flüssigkeitsdruck in dem Katheter durch einen elektronischen Drucktransducer gefühlt wird. Das System, abhängig davon, welcher Betrieb aus einer Vielfalt von möglichen Betriebsarten ausgewählt worden ist, verarbeitet das resultierende Drucksignal auf irgendeine Art einer Vielzahl von unterschiedlichen Arten, um Störungen festzustellen, wie Infiltrationen oder offene Leitungen, und produziert ein Alarmsignal, wenn solch eine Störung erfaßt wird. Das beschriebene Verfahren und das beschriebene System konnten schnell auf Fehlfunktionen antworten und zwischen normalen Druckvariationen und vielen der Fehlfunktionen unterscheiden, denen man normalerweise bei Verwendung solcher Zufuhrsysteme begegnet.
Jedoch war das System von Nelson häufig nicht effektiv im Unterscheiden zwischen Flüssigkeitsstromstörungen und normalen Druckvariationen bei hohen Flüssigkeitsstromraten. Darum besteht die Notwendigkeit für eine Flüssigkeitstromstörungserfassung über einen breiten Bereich von Flüssigkeitsstrombedingungen, insbesondere bei höheren Flüssigkeitsstromraten, und zum besseren Unterscheiden zwischen normalen Druckvariationen und Fehlfunktionen des Zufuhrsystems. Die gegenwärtige Erfindung erfüllt diese Wünsche.
Diese Erfindung betrifft das Überwachen der Flüssigkeitsströmung bei dem Spenden von parenteralen Flüssigkeiten an Patienten und, insbesondere, eine Vorrichtung zum Auswerten der Flüssigkeitsverbindung zwischen einem parenteralen Flüssigkeitszufuhrsystem und einem Blutgefäß eines Patienten, um Flüssigkeitsstromstörungen zu erfassen.
Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Wenn gewünscht, kann eine Flüssigkeitsstromkontrollfunktion, wie das Ausschalten der Pumpe, auch durchgeführt werden.
Hier wird der Ausdruck "Puls" und Ausdrücke ähnlicher Bedeutung für einen Flüssigkeitsstrom kurzer Dauer verwendet.
Das Referenzsignal wird vorzugsweise durch Anlegen eines Anregungspulses einer vorherbestimmten Größe und Länge an die Flüssigkeit in dem Zufuhrsystem zum Zeitpunkt des Plazierens der Nadel der Kanüle erzeugt, wenn eine normale, fehlerfreie Flüssigkeitsströmung sichergestellt und leicht überprüft werden kann. Die natürliche Antwort des Flüssigkeitszufuhrsystems auf die angelegten Anregungspulse wird im Anschluß als eine Druckantwort beschrieben, obwohl es festzustellen ist, daß andere damit verbundene oder daraus hergeleitete Parameter auch verwendet werden können. Außerdem sollen der Ausdruck "natürliche Antwort" oder "Einschwingantwort" oder Wörter ähnlicher Bedeutung die komplette oder einen signifikanten Anteil der Druckantwort auf den Flüssigkeitspuls oder eine Charakteristik davon enthalten.
Die Größe der Druckantwort, die sich aus dem Anregungspuls ergibt, sollte deutlich unterschiedlich von einer Grundlinienflüssigkeitsströmungsbedingung sein, um konsistent die Druckantwort, die von dem Puls erzeugt wird, von den normalen Druckvariationen, die in dem Flüssigkeitszufuhrsystem angetroffen werden, zu unterscheiden. Im allgemeinen ist gefunden worden, daß der Druck der Pulse das Grundliniendruckniveau um zumindest 15 Prozent und vorzugsweise das Normal- oder das Grundliniendruckniveau um zumindest 20 Prozent übersteigen sollte. Jedoch sollten die Anregungspulse von kurzer Dauer und kleinen Volumina sein, um nicht irgendwelche signifikanten Änderungen in der Flüssigkeitsstromrate in der Flüssigkeitszufuhreinrichtung hervorzurufen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Puls während Perioden angelegt, wenn im wesentlichen kein Flüssigkeitsstrom vorhanden ist. Die komplette Periode zum Erfassen von Flüssigkeitsströmungsstörungen sollte nicht 20 Prozent, vorzugsweise 10 Prozent, der kompletten Flüssigkeitspumpzeit übersteigen.
Die Strömungsanregungspulse, die an die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitszufuhrsystem angelegt werden, können entweder positiv oder negativ sein, d. h. sie können dafür sorgen, daß dem Patienten Flüssigkeit zugeführt oder abgeführt wird. Außerdem könnte eine Reihe von Pulsen kurzer Dauer anstelle eines einzigen Pulses von längerer Dauer verwendet werden.
Durch Anlegen von Strömungsanregungspulsen bekannter Größe und Länge in Übereinstimmung mit der Erfindung kann die Einschwingdruckantwort der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitszufuhrsystem leicht mit einer vorherbestimmten Einschwingantwort der Flüssigkeit in dem Zufuhrsystem auf einen Puls im wesentlichen der gleichen Größe und Dauer unter fehlerfreien Flüssigkeitsströmungsbedingungen verglichen werden, um eine ungeeignete Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Flüssigkeitszufuhrsystem und dem Patienten zu erfassen. Jedoch sollte, in manchen Fällen, genügend Zeit nach jedem Testpuls oder jeder Testpulsgruppe vorhanden sein, so daß die Einschwingdruckantwort vor dem Wiederaufnehmen des regulären Flüssigkeitspumpens abgeklungen ist. Typische Zeitperioden zum Abklingen der Einschwingantwort variieren, aber sie sind normalerweise weniger als 100 Millisekunden, und durch Bewilligen von 0,1 bis 0,5 Sekunden zwischen den Anregungspulsen und der darauf folgenden Pumpaktivität kann die Interferenz zwischen diesen minimiert werden.
Eine große Vielfältigkeit von Wegen können verwendet werden, um ein Signal, das die gefühlte Druckantwort auf einen angelegten Impuls repräsentiert, mit einem Referenzsignal zu vergleichen, das die Standarddruckantwort unter fehlerfreien Flüssigkeitsströmungsbedingungen repräsentiert. Vorzugsweise werden das Signal, das die gefühlte Einschwingantwort repräsentiert, und das Referenzsignal mittels einer Subtraktionsfehlerbestimmungsrate (SMOE) verglichen, welche eine Indikation für die Gleichheit von komplexen Signalen liefert. Diese Prozedur ist im wesentlichen eine numerische Integration der Fläche zwischen den Druck-Zeit-Kurven, die die beiden Druckantworten repräsentieren. Ein SMOE-Wert von Null würde bedeuten, daß die beiden Antworten gleich sind, während größere absolute Beträge größere Unterschiede und größere Unterschiede Flüssigkeitsströmungsstörungen zwischen dem Flüssigkeitszufuhrsystem und dem Patienten anzeigen. Normalerweise wird eines der Antwortsignale skaliert, um gut die Unterschiede zwischen den beiden Signalen vergleichen zu können.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind Mittel bereitgestellt, um kurzzeitige Variationen des Druckes zu erfassen, die im allgemeinen "Rauschen" ("NOISE") genannt und zum Modifizieren des SMOE-Wertes verwendet werden, um dadurch viele Fehlalarme zu eliminieren.
Die Vorrichtung der gegenwärtigen Erfindung ermöglicht die schnelle und unterscheidende Erfassung von Flüssigkeitsströmungsstörungen in parenteralen Flüssigkeitszufuhrsystemen, wie Infiltration, Luft in der Zuführung und Verstopfungen. Diese und andere Vorteile der Erfindung werden deutlicher, wenn sie im Zusammenhang mit der folgenden, detaillierten Beschreibung und den beiliegenden exemplarischen Zeichnungen betrachtet werden.
Fig. 1 ist eine simplifizierte Blockzeichnung einer Flüssigkeitszufuhreinrichtung, die die Merkmale der Erfindung verkörpert;
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Druckwellenformen einer während einer Infiltration auf einen Flüssigkeitströmungsanregungspuls hin gefühlte Druckantwort und einer Referenzdruckantwort auf einen Flüssigkeitsströmungsanregungspuls im wesentlichen der gleichen Größe und Dauer während einer normalen Flüssigkeitsströmung, um die Unterschiede derselben zu illustrieren;
Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm zum Illustrieren eines Systems zum Vergleichen einer gefühlten Druckantwort auf einen Flüssigkeitsströmungspuls mit einer Referenzdruckantwort auf einen Flüssigkeitsströmungspuls im wesentlichen der gleichen Größe und Dauer;
Fig. 4 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm zum detaillierteren Erklären des Mittels zum Berechnen des Ausmaßes der Infiltration;
Fig. en 5a, b, c und d repräsentieren jeweils eine NOISE-Kurve, eine SMOE-Kurve, eine MOI-Kurve und eine Druckantwortkurve für eine bestimmte Zeitperiode;
Fig. en 6a, b, c und d bilden eine schematische Zeichnung zum Illustrieren des Betriebs einer peristaltischen Pumpe auf der Rohrverbindung einer Flüssigkeitszufuhreinrichtung;
Fig. en 7a und 8a illustrieren Flüssigkeitsströmungspulsmuster von einer peristaltischen Pumpe, wobei die Flüssigkeitsströmung für kurze Perioden angehalten ist und während der Perioden des Anhaltens der Flüssigkeit zwei oder mehr Flüssigkeitsströmungspulse an die Flüssigkeit in dem System angelegt werden;
Fig. en 7b und 8b illustrieren die aus den in den Fig. en 7a und 8a dargestellten Pulsen resultierenden Druckantworten unter normalen Flußbedingungen;
Fig. en 7c und 8c illustrieren die aus den in den Fig. en 7a und 8a dargestellten Pulsen resultierenden Druckantworten unter Bedingungen einer Infiltration; und
Fig. 9 illustriert ein Flußdiagramm des allgemeinen Steueralgorithmus, der von dem System durchgeführt wird.
Fig. 1 illustriert schematisch ein parenterales Flüssigkeitszufuhrsystem, das die Merkmale der Erfindung verkörpert. Das Flüssigkeitszufuhrsystem umfaßt im allgemeinen eine Quelle 10 für parenterale Flüssigkeit, eine peristaltische Pumpe 11, einen Drucksensor oder -transducer 12 und eine Nadel oder Kanüle 13 zum Zuführen von Flüssigkeit in ein Blutgefäß einer Patientenhand 14. Eine Rohrverbindung 15 ist mit dem Auslaßende einer Tropfkammer (nicht gezeigt) verbunden, welche mit der Flüssigkeitsquelle 10 verbunden ist, die normalerweise eine invertierte Flasche oder ein invertierter Behälter (nicht gezeigt), der die parenterale Flüssigkeit enthält, ist. Eine Flüssigkeitspulserzeugungseinheit 16 ist bereitgestellt, um Flüssigkeitspulse bekannter Größe (Volumen) und Dauer an die Flüssigkeit innerhalb des Zufuhrsystems anzulegen. Die Flüssigkeitspulserzeugungseinheit 16 ist in Fig. 1 als eine separate Einheit dargestellt, da sie eine Funktion separat von der Primärfunktion der Pumpe 11 hat, aber bei den meisten Systemen kann das Pumpelement 11 gesteuert werden, um die Funktion des Anlegens von Anregungspulsen an die Flüssigkeit in dem Zufuhrsystem durchzuführen.
Ein Mikroprozessor 17 ist programmiert, um die Flüssigkeitspulserzeugungseinheit 16 zu aktivieren, so daß diese Anregungspulse an die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitszufuhrsystem von einer vorherbestimmten Größe und Dauer und zu dem gewünschten Zeitpunkt anlegt.
Der Druckfühler oder -transducer 12 überwacht den Druck der Flüssigkeit innerhalb der Rohrverbindung 15 und erzeugt analoge Signale, die den gefühlten Druck repräsentieren. Diese analogen Signale werden zu einem Analog/Digital-Signalwandler 18 geführt, wo sie digitalisiert werden, und die digitalisierten Signale werden zu dem Mikroprozessor 17 übermittelt. Der Mikroprozessor 17 vergleicht das Drucksignal, das die gefühlten Einschwingdruckantworten auf angelegte Flüssigkeitsströmungsanregungspulse repräsentiert, mit einem gespeicherten Referenzsignal, das eine Standardeinschwingdruckantwort auf Anregungspulse im wesentlichen der gleichen Größe und Dauer unter Bedingungen einer bekannten, fehlerfreien Flüssigkeitsströmung durch das Flüssigkeitszufuhrsystem repräsentiert. Wenn dieser Vergleich deutliche Unterschiede zeigt, wird eine Flüssigkeitsströmungsfehlfunktion angezeigt und ein Signal von dem Mikroprozessor 17 erzeugt, um einen Alarm 19 und eine Kontrolleinheit (nicht gezeigt), wenn gewünscht, zu aktivieren.
Um den Vergleich zu vereinfachen, ist der Mikroprozessor 17 vorzugsweise so programmiert, daß er ein Signal, als ein Standard- oder Referenzsignal, speichert, das eine aktuelle Einschwingdruckantwort des Flüssigkeitszufuhrsystems auf einen Puls einer vorherbestimmten Größe und Dauer repräsentiert, wenn die Bedienperson weiß, daß eine fehlerfreie Flüssigkeitsströmung existiert. Dies wird von der Bedienperson durch Eingeben von Instruktionen in den Mikroprozessor 17 erreicht, um das Signal zu speichern, das die Einschwingantwort repräsentiert, wenn ein Puls unter fehlerfreien Flüssigkeitsströmungsbedingungen angelegt wird. Andere Referenzsignale können verwendet werden, wie Signale, die idealisierte Referenzeinschwingantworten oder Antworten, die mit mathematischen Modellen des Flüssigkeitszufuhrsystems berechnet worden sind, repräsentieren.
Ein gegenwärtig bevorzugtes Verfahren und System zum Erfassen des Unterschieds zwischen der gefühlten Einschwingantwort des Flüssigkeitszufuhrsystems und einer Referenzantwort unter normalen Flüssigkeitsströmungsbedingungen wird durch eine Prozedur gegeben, die mit Hilfe einer Subtraktion das Ausmaß des Fehlers oder des Unterschieds (SMOE) zwischen dem gefühlten Signal und dem Referenzsignal liefert. Der SMOE-Faktor (d. h. die Ähnlichkeit) ist eine Funktion der Summe des absoluten Werts der Unterschiede zwischen dem Signal, das die gefühlte Antwort repräsentiert, und dem Referenz- oder Standardsignal. Dieses Verfahren ist im wesentlichen eine numerische Integration der Fläche zwischen den Zeit-Druck-Kurven der gefühlten Einschwingantwort und der Standard- oder Referenzeinschwingantwort und folgt der allgemeinen Gleichung:
wobei
SMOE die Fehlerfunktion ist;
S(t) das gefühlte Einschwingantwortsignal oder die Charakteristik desselben repräsentiert; und
R(t) das Standard- oder Referenzeinschwingantwortsignal oder Charakteristik desselben repräsentiert.
Ein Ausdruck -S(t&sub1;) + R(t&sub1;) ist vorzugsweise in der absoluten Summe enthalten, um Grundlinienoffsetvariationen zu kompensieren, welche zwischen aufeinanderfolgenden Antworten auftreten können. Fig. 2 stellt graphisch solch eine Kalkulation dar, wobei die Fläche zwischen den beiden Kurven der SMOE-Faktor ist. Die nach der Pulsperiode gefühlte Antwortperiode ist in Fig. 2 dargestellt und repräsentiert die natürliche Druck- Zeit-Kurvencharakteristik einer Infiltration. Die SMOE-Funktion hat einen minimalen Wert von Null, wenn die beiden Einschwingantworten in ihrer Form übereinstimmen, d. h., sich die Kurven im wesentlichen überlappen. Je größer der SMOE-Faktor ist, desto größer ist die Fläche zwischen den Kurven und desto größer ist das Anzeichen für eine Flüssigkeitsströmungsstörung, wie eine Infiltration.
Fig. 3 stellt ein schematisches Diagramm eines geeigneten Vergleichsmittels detaillierter dar. In diesem System werden Einschwingdruckantworten, die durch angelegte Anregungspulse hervorgerufen werden, von dem Transducer oder Sensor gefühlt, geeignete Signale werden erzeugt und dann in dem A/D-Wandler 18 digitalisiert. Wenn eine bestimmte, erfaßte Einschwingdruckantwort als Standard- oder Referenzdruckantwort verwendet werden soll, werden die diese repräsentierenden Drucksignale in die Referenzsignalspeichereinheit 20 zum folgenden vergleichenden Gebrauch gespeichert.
Um sicherzustellen, daß die Flußanregungspulse, die zum Erzeugen der Referenzeinschwingdruckantwort verwendet werden, und die für ein folgendes Signal verwendeten Pulse die gleiche Größe und Länge sowie das gleiche Strömungsmuster aufweisen, sollte der Mikroprozessor so programmiert sein, daß die Pumpe 11 aktiviert wird, um die Pulse an ihren gleichen mechanischen Stellen zu erzeugen, so daß die Variationen in den Flüssigkeitsströmungspulsen aufgrund von mechanischen Toleranzen der Pumpe minimiert werden können. Alternativerweise kann eine Skalierungseinheit 22 verwendet werden, um das Standardsignalmuster zum Erleichtern von genauen Vergleichen zu skalieren.
Wie Fig. 2 zu entnehmen, umfassen die gezeigten Drucksignale zwei unterschiedliche Sektionen, die erste stellt die von dem Puls angetriebene Druckantwort und die zweite die natürliche Druckantwort des Zufuhrsystems auf die Pulse dar. Um genau die zwei natürlichen Druckantwortkurven miteinander vergleichen zu können, sollten die beiden pulsangetriebenen Antwortkurven dem Startdruck und dessen Zeit sowie den maximalen Drücken und deren Zeiten folgen oder mit denen übereinstimmen. Durch Skalieren einer der beiden Kurven, so daß der Pulsbereich der beiden Kurven aneinander angeglichen wird, kann ein genauer Vergleich der natürlichen Druckantwort gemacht werden. Entweder kann das Referenzsignal oder das gefühlte Signal skaliert werden.
Die Signale, die das gefühlte Druckwellenmuster repräsentieren, und die Signale, die das Referenz- oder Standarddruckwellenmuster repräsentieren, werden dem SMOE-Rechner 23 zugeführt, welcher den SMOE-Faktor berechnet, und der berechnete SMOE-Wert wird dann an den Komperator 24 übermittelt, wo der berechnete SMOE-Wert mit einem vorherbestimmten maximalen Wert für Alarmkriterien 25 verglichen wird. Wenn ein Signal zum Aktivieren der Alarmeinheit 19 erzeugt wird, kann medizinisches Personal die Flüssigkeitsstromstörung korrigieren. Das erzeugte Signal kann, wenn gewünscht, dazu verwendet werden, eine Steuerfunktion zu aktivieren, wie das Ausschalten oder sonstiges Steuern der Pumpeinheit 11, zusätzlich zu oder anstelle von dem Aktivieren eines Alarms. Der Alarm kann akustisch oder visuell sein.
Um die Rauscheffekte auf der gefühlten Antwort oder den darauf folgenden SMOE-Rechnungen zu minimieren, hat sich herausgestellt, daß ein bestimmtes Rauschausmaß verwendet werden kann, um den SMOE-Wert zu modifizieren, so daß eine effektive Fehlererfassung immer noch innerhalb von hohen Rauschpegeln aufrechterhalten werden kann. In diesem Verfahren ist ein Indiz von Flüssigkeitsfehlern, die als ein Maß der Infiltration (MOI) identifiziert werden, durch die folgende Gleichung gegeben:
MOI = SMOE/1 + NOISE
Ein System zum Bestimmen und Verwenden des MOI-Werts ist schematisch in Fig. 4 dargestellt, welche-in vielerlei Hinsicht ähnlich der Fig. 3 ist. Der SMOE-Wert wird in dem SMOE- Rechner 23 berechnet, wie zuvor beschrieben, und ein Signal, das den berechneten SMOE-Wert repräsentiert, wird dem MOI- Rechner 26 zugeführt. Signale, die die Druckvariationen während der Periode repräsentieren, die der Pulsperiode vorangeht, passieren ein Filter 27, vorzugsweise ein Bandpaßfilter, das ungefähr 0,25 bis ungefähr 10 Hz hindurchläßt, und ein Rauschdetektor 28 berechnet einen Rauschwert (NOISE-Wert) der gefilterten, kurzzeitigen Drucksignalvariationen und übermittelt ein Signal, das den bestimmten Rauschwert repräsentiert, zu dem MOI-Rechner 26, in welchem der Mol-Wert berechnet wird. In dem Komparator 24 wird der berechnete MOI-Wert mit einem MOI-Setzpunkt (ein maximaler Wert) von der Alarmkriterieneinheit 25 verglichen, und, wenn der berechnete MOI-Wert den vorherbestimmten maximalen MOI-Wert übersteigt, dann wird eine Infiltration angezeigt und ein Signal erzeugt, um den Alarm 19 zu aktivieren oder, wenn gewünscht, eine Kontrollfunktion zu aktivieren, wie das Ausschalten der Pumpe 11. Das Filter 27 wird verwendet, um extrem große Druckvariationen, die bei Bewegung des Patienten oder bei ambulanter Behandlung auftreten können, und irgendwelches hochfrequentes elektrisches Rauschen, das von den Pumpen, dem Sensor oder anderen elektrischen oder elektronischen Vorrichtungen hervorgerufen wird, zu eliminieren.
Die Fig. en 5a, b und c stellen jeweils eine NOISE-Kurve, SMOE- Kurve, MOI-Kurve und eine Druckantwortkurve über eine gleiche Zeitdauer dar. Der Zweck der Figuren ist, die Effektivität der MOI-Rechnungen zum Eliminieren falscher Alarme bezüglich Infiltrationen aufgrund von übermäßigem Rauschen zu illustrieren. Fig. 5d zeigt die Druckantwort auf die periodischen Flüssigkeitsanregungspulse. Ein Ereignis mit der Nummer 1 steht im Bezug mit einem hohen SMOE-Wert aufgrund eines übermäßigen Rauschens. Es ist zu bemerken, daß wenig oder keine Änderung des MOI-Wertes dort vorhanden ist. Bei Ereignissen mit den Nummern 2 und 3 repräsentieren die hohen SMOE-Werte genau eine Infiltration, welche durch die hohen MOI-Werte gezeigt wird. Bei einem Ereignis mit der Nummer 4 erkennt der MOI-Wert noch immer eine Infiltration, trotz des hohen Rauschniveaus.
Die Fig. en 6a bis d repräsentieren schematisch die Arbeitsweise einer peristaltischen Pumpe 11, wobei eine Vielzahl von Rollern, Nocken oder von Nocken angetriebene Finger 40 nacheinander die Plastikrohrverbindung 15 verengen, um somit einen einzigen Flüssigkeitspuls durch die Rohrverbindung 15 zu führen. Im allgemeinen ist das Volumen der Flüssigkeit jedes Pulses mehr oder weniger konstant, und die Flüssigkeitsstromrate der Pumpe 11 wird durch Anpassen der Pulsfrequenz gesteuert. Die Menge der mit jedem Flüssigkeitsströmungspuls gelieferten Flüssigkeit variiert typischerweise von ungefähr 2 bis ungefähr 70 Mikroliter, abhängig von der Pumpenkonstruktion. Die typischerweise für die mechanische Arbeitsweise der Pumpe benötigte Zeit t (d. h. Aktivierung von allen Fingern 40) zum Liefern eines Flüssigkeitsströmungspulses beträgt ungefähr 2 Millisekunden. Jedoch kann die Einschwingdruckantwort der Flüssigkeit in den meisten käuflich erhältlichen Flüssigkeitszufuhrsystemen auf einen Flüssigkeitspuls von ungefähr 50 bis 150 Millisekunden variieren. Daher hat bei niedrigen Volumenflußraten (niedrigen Pulsfrequenzen) jede Einschwingantwort normalerweise Zeit, um abzuklingen, bevor ein anderer Puls angelegt wird, während bei höheren Flußraten jeder folgende Puls mit der Einschwingantwort des vorangegangenen Pulses interferiert, was die Analyse zum Erfassen von Flüssigkeitsströmungsstörungen sehr erschwert.
Durch Anlegen von Flüssigkeitsströmungspulsen einer vorherbestimmten Größe an die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitszufuhrsystem in Übereinstimmung mit dieser Erfindung, wobei die Größe der Flußrate deutlich größer als die Grundlinienflußrate der Flüssigkeit in dem Zufuhrsystem ist, kann die resultierende Einschwingdruckantwort in dem Fall einer Fehlfunktion des Flüssigkeitszufuhrsystems schneller von normalen Variationen der Einschwingantworten von einer normalen, fehlerfreien Flüssigkeitsströmung unterschieden werden. Vorzugsweise befindet sich die Grundlinienströmungsrate bei oder in der Nähe von Null. Es ist besonders wichtig, daß das Referenzsignal die Druckantwort des unter fehlerfreien Bedingungen verwendeten Flüssigkeitszufuhrsystems genau repräsentiert, da kleine Veränderungen des Zufuhrsystems, wie Nadelgröße oder Verbindungsrohrlänge oder Durchmesser, signifikante Effekte auf die Einschwingdruckantworten auf angelegte Flüssigkeitsströmungspulse haben kann.
Das Volumen von jedem individuellen Flüssigkeitspuls oder -bolus, der durch die peristaltische Pumpe hergestellt wird, ist sehr klein, beispielsweise, typischerweise, abhängig von dem Pumpentyp und dessen Wirkungsweise, variiert das Volumen von 0,5 bis 10 Mikroliter, und dieses Volumen kann inadequat sein, um irgendwelche meßbaren Druckantworten in der Flüssigkeit in dem Zufuhrsystem aufgrund des hohen Niveaus der Verformbarkeit (Elastizität) desselben zu erzeugen. Daher ist es häufig notwendig, eine Reihe oder eine Gruppe von Pulsen als den Anregungspuls an die Flüssigkeit anzulegen, um eine erfaßbare Einschwingdruckantwort zu erhalten. Wie zuvor beschrieben, sollte jede der Gruppen oder Pulse, die an das Zufuhrsystem angelegt werden, von der gleichen Größe, Dauer und Frequenz wie die des zum Erzeugen der Referenzeinschwingantwort verwendeten Pulses sein. Daher sollten, für alle Anregungspulse, die gleichen Pumpenelemente (Rollen, Nocken, Finger, etc.) verwendet werden, um das Verbindungsrohr 5 in der gleichen Sequenz und der gleichen zeitlichen Steuerung zu verengen.
Fig. 7 illustriert ein bevorzugtes Anregungspulsmuster, wobei die normale Flüssigkeitsströmung durch das Verbindungsrohr 15 zu dem Patienten periodisch angehalten wird (d. h., die Pumpe wird gestoppt). Eine erste kurze Periode von ungefähr 0,2 bis 0,5 Sekunden mit einer Flüssigkeitsströmung von im wesentlichen Null wird bereitgestellt, um dem Flüssigkeitsdruck zu ermöglichen, sich abzubauen, dann wird eine Reihe von kurzen Stößen von Flüssigkeitsströmungspulsen an die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitszufuhrsystem angelegt, und eine zweite kurze Periode von ungefähr 0,2 bis 0,5 Sekunden mit im wesentlichen einer Flüssigkeitsströmung von Null wird bereitgestellt, um der Druckantwort auf den Anregungspuls zu erlauben, abzuklingen, und dann wird normale Flüssigkeitsströmung wieder aufgenommen.
Fig. 7b repräsentiert die Druckantwort des in Fig. 7a gezeigten Flüssigkeitsströmungsmusters, wobei dort die Flüssigkeitsströmung fehlerfrei ist. Andererseits gibt Fig. 7c die Druckantwort auf das in Fig. 7a gezeigte Flüssigkeitsströmungsmuster an, bei welcher eine Infiltration vorliegt. Die Rauschwerte werden gerade vor der Pulsperiode aufgenommen.
Das in Fig. 8a gezeigte Anregungspulsmuster ist ähnlich dem in Fig. 7a gezeigten Muster, außer daß Perioden von sowohl negativen als auch positiven Pulsen angelegt werden, wobei dazwischen gleiche Abklingperioden vorhanden sind. Fig. 8b illustriert die Einschwingdruckantworten bei normaler, fehlerfreier Flüssigkeitsströmung. Fig. 8c illustriert die Einschwingdruckantwort, die aus einer Infiltration folgt. Der Anregungspuls (normalerweise 2 bis 4 Pulse) variiert zwischen ungefähr 2 bis 20 Millisekunden, und die Pause zwischen der normalen Strömung und dem Beginn eines Anregungspulses beträgt ungefähr 0,2 bis 0,5 Sekunden, und zwischen dem Ende des Anregungspulses und dem Beginn der normalen Flüssigkeitsströmung liegen ungefähr 0,5 bis 2 Sekunden. Die komplette Zeit für die Erfassung von Flüssigkeitsströmungsstörungen sollte nicht 20 Prozent, vorzugsweise nicht mehr als 10 Prozent, der kompletten Pumpzeit überschreiten.
Andere Strömungstestmuster können verwendet werden, beispielsweise, durch vernünftiges Hinzuaddieren von negativen Pulsen zu einer kontinuierlichen Sequenz von positiven Pulsen der gleichen Größe von der Schlagpumpe wird ein resultierendes, kurzzeitiges Flüssigkeitsströmungsmuster erzeugt, welches ungefähr eine sinusförmige Form ähnlich eines AC-Signals haben kann. Manche peristaltische Pumpen können so gesteuert werden, daß sie solch ein Flüssigkeitsströmungsmuster liefern. Der Vorteil dieses Musters der Flüssigkeitsströmungspulse ist, daß die Berechnung des quadratischen Mittelwerts der Einschwingdruckantwort oder der Spitzen-Spitzenwert der von dem Drucktransducer gefühlten Druckantwort ausreichend sein kann, um den Zustand des Flüssigkeitszufuhrsystems qunatitativ zwecks Vergleich mit Referenzwerten desselben zu bestimmen, mit dem Ziel eine Fehlfunktion der Flüssigkeitsströmung zu dem Patienten zu erfassen. Ein anderes Verfahren der Analyse der Einschwingantwort auf ein angelegtes sinusförmiges Flüssigkeitsströmungsmuster enthält die Messung der Frequenzantwort auf die angelegten Anregungspulse bei mehreren verschiedenen Frequenzen. Diese Prozedur ist durchführbar, da die Frequenzantwort des Flüssigkeitszufuhrsystems in Abhängigkeit von Änderungen des Flüssigkeitswiderstands in der Rohrzuleitung oder an der Injektionsstelle variiert.
Die Arbeitsweise eines Flüssigkeitsstörungssystems in Übereinstimmung mit der Erfindung ist in Fig. 9 dargestellt, welche ein Flußdiagramm eines allgemeinen Algorithmus darstellt, der von diesem Bereich des Steuersystems durchgeführt wird. Zu Beginn wird die peristaltische Pumpe auf eine normale Weise betrieben. Im Arbeitsschritt 50 wird das Störungserfassungssystem durch die Bedienperson aktiviert, die einen geeigneten Schalter auf einer Kontrollkonsole betätigt. Auf die Aktivierung des Systems hin wird die peristaltische Pumpe im Arbeitsschritt 51 gestoppt, und im Arbeitsschritt 52 wird die Pumpe durch Anlegen eines Anregungspulses an die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitszufuhrsystem aktiviert. Die Druckantwort auf den angelegten Puls wird im Arbeitsschritt 53 gefühlt und im Arbeitsschritt 54 gespeichert. Von der Bedienperson wird dann in dem Arbeitsschritt 55 gefordert, einzugeben, ob der Flüssigkeitsstrom normal und fehlerfrei ist, oder nicht. Wenn die Eingabe negativ ist, fordert das Programm von der Bedienperson, die Fehlererfassung im Arbeitsschritt 50 wieder zu initiieren. Wenn die Antwort der Bedienperson positiv ist, wird dann im Arbeitsschritt 56 die Pumpe wieder gestoppt, und die kurzzeitige Druckvariation (Rauschen) wird erfaßt. Nach einer kurzen Abklingzeit wird die Pumpe wieder aktiviert, um einen Anregungspuls an die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitszufuhrsystem anzulegen, und im Arbeitsschritt 58 wird die Druckantwort auf den Puls gefühlt. Im Arbeitsschritt 59 wird der SMOE-Wert aus der gespeicherten Referenzdruckantwort von dem Arbeitsschritt 54 und der gefühlten Druckantwort von dem Arbeitsschritt 58 berechnet. Der MOI-Wert wird im Arbeitsschritt 60 aus dem im Arbeitsschritt 56 bestimmten Rauschwert und dem im Arbeitsschritt 59 berechneten SMOE-Wert berechnet. Wenn der MOI-Wert größer als das vorherbestimmte Maximum ist, aktiviert das Programm den Alarm im Arbeitsschritt 62. Die Bedienperson muß dann den Alarm ausschalten und das Infiltrationserfassungssystem wieder initiieren. Wenn der MOI-Wert kleiner als der vorherbestimmte Maximalwert ist, kehrt das Programm zum Arbeitsschritt 56 zurück, in welchem die Pumpe wieder gestoppt wird und wieder ein Rauschen bei einer Strömung von Null bestimmt wird.
Bei den zuvor erwähnten Kontrollprozeduren wird angenommen, daß die Bedienperson korrekt im Arbeitsschritt 55 bestimmt, ob die Flüssigkeitsströmung fehlerfrei ist. Um solche Fehler zu minimieren, ist es bevorzugt, die Standard- oder Referenzdruckantwort mit einer oder mehreren folgenden Druckantworten zu vergleichen, um festzustellen, ob es dort signifikante Variationen zwischen den Antworten gibt. Wenn die Variationen signifikant sind, wird angenommen, daß die Standarddruckantwort, die zuerst erfaßt worden ist, keine fehlerfreie Flüssigkeitsströmung repräsentiert, und das Programm fordert die Bedienperson auf, das Störungserfassungssystem wieder zu initiieren.
Es ist offensichtlich, daß verschiedene Modifikationen und Verbesserungen der gegenwärtigen Erfindung gemacht werden können, ohne von dem Gedanken derselben abzuweichen.

Claims

1. Parenterale Flüssigkeitszufuhreinrichtung umfassend:

a) ein Mittel zum Zuführen einer Flüssigkeit zu einem Patienten, das eine Flüssigkeitsquelle (10), eine Pumpe (11) und ein Zuführrohr (15) enthält,

b) ein Mittel (12) zum Fühlen des Drucks der Flüssigkeit in besagtem Zuführrohr (15) und zum Erzeugen eines entsprechenden Drucksignals,

c) ein Mittel (17) zum Vergleichen des Drucksignals mit einem vorherbestimmten Referenzwert, um den Unterschied zwischen den beiden Werten festzustellen, und

d) ein Mittel, das auf den Unterschied antwortet, um ein Alarmsignal zu erzeugen;

gekennzeichnet durch

ein Testpulsgeneratormittel (16) zum Anlegen eines Flüssigkeitsstrompulses in dem Zuführrohr (15) während einer Testperiode,

das Mittel (17) zum Steuern des Testpulsgenerators während der Testperiode, um so eine Fehlererfassungssequenz durchzuführen, die ein erstes Intervall, über welches die Flußrate deutlich auf Null zu abfällt, ein zweites Intervall, von vorherbestimmter Länge, währenddessen ein Flußanregungspuls, einer vorherbestimmten Größe und Dauer, an das Rohr angelegt wird, und ein drittes Intervall enthält, über welches die Flußrate wieder deutlich auf Null zu abfällt, wobei besagtes Mittel (17) zum Vergleichen einen Vergleich zwischen einem gefühlten Drucksignal, das von dem Druckfühlmittel während einer Testperiode bereitgestellt wird, wenn der Fehlerstatus der Einrichtung unbekannt ist, und einem Referenzdrucksignal während einer Testperiode durchgeführt wird, wenn es bekannt ist, daß die Flüssigkeitszufuhreinrichtung fehlerfrei arbeitet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß besagtes Vergleichsmittel (17) ein Mittel zum Durchführen des Vergleichs durch Aufnehmen des Unterschieds zwischen einer ersten Druck-Zeit-Kurve, die die Antwort des Fühlmittels auf den Anregungspuls während der Testperiode repräsentiert, wenn der Fehlerstatus der Einrichtung unbekannt ist, und einer zweiten Druck-Zeit-Kurve umfaßt, die die Antwort des Fühlmittels darstellt, wenn es bekannt ist, daß die Einrichtung fehlerfrei arbeitet, wobei der Unterschied eine numerische Integration der Fläche zwischen den beiden Druck-Zeit-Kurven darstellt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß besagtes Vergleichsmittel aktiviert wird, wenn der Unterschied zwischen dem gefühlten Druckantwortsignal und dem Referenzdruckantwortsignal einen vorherbestimmten Wert übersteigt, wobei der vorherbestimmte Unterschied dazwischen so ausgewählt ist, daß er eine ungeeignete Flüssigkeitsverbindung zwischen der Flüssigkeitszufuhreinrichtung und dem Patienten anzeigt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergleichsmittel die Unterschiede -in Form von absoluten Werten auf summiert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterschiede aus der Gleichung

bestimmt werden, wobei

S(t) der Wert der gefühlten Druckantwort zum Zeitpunkt t ist;

R(t) der Wert der Referenzdruckantwort zum Zeitpunkt t ist.

6. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulsgeneratormittel (16) so ausgestaltet ist, daß es einen negativen Flüssigkeitsstrompuls für das Flüssigkeitszufuhrmittel erzeugt.

7. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe eine Schlagpumpe ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 umfassend ein Mittel zum Bestimmen der kurzzeitigen Flüssigkeitsdruckvariationen, die als Rauschen identifiziert werden, der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitszufuhrmittel vor dem Anlegen des Flüssigkeitsstrompulses.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8 umfassend ein Mittel zum Berechnen eines Faktors, der ein Maß der Infiltration (MOI) aus der folgenden Gleichung darstellt:

MOI = SMOE/Noise + K

wobei:

SMOE der abzuziehende Wert des Fehlers, wie in Anspruch 5 berechnet, ist;

Noise die kurzzeitigen Flüssigkeitsdruckvariationen sind, wie in Anspruch 8 bestimmt; und

K eine Konstante oder Null ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstante K 1 beträgt.

11. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Testpulsgenerator eine Reihe von positiven und negativen Flüssigkeitsstrompulsen erzeugen kann, welche ein Flüssigkeitsstrommuster bilden, das sinusförmig ist.

12. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Testpulsgeneratormittel besagte Pumpe steuert, um besagte Testpulse an das Zufuhrmittel anzulegen.