DE4233849A1

DE4233849A1 - Vorrichtung zum Insufflieren

Info

Publication number: DE4233849A1
Application number: DE19924233849
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Grabmaier; Volker Dipl Ing Walz
Original assignee: WALZ ELEKTRONIK GmbH
Current assignee: WALZ ELEKTRONIK GmbH
Priority date: 1992-10-08
Filing date: 1992-10-08
Publication date: 1994-04-14
Also published as: GB9320805D0; FR2696645A1; GB2271427A; GB2271427B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der DE 30 00 218 C2 bekannt. Entscheidend ist der intermittierende Betrieb, so daß über den Insufflationskanal zugleich der Druck in der Körperhöhle bestimmt werden kann. Die Dauer von Meßphase und Füllphase ist taktgesteuert vorgegeben. Um den Füllvorgang zu beeinflussen, sind mehrere alternativ in den Leitungsweg einschaltbare Drosseln mit unterschied lichen Strömungswiderständen vorgesehen. Damit kann der Fluß (Volumen pro Zeit einheit) nur grob variiert werden, weil diese Drosseln nur ein den Fluß mitbe stimmendes Element unter vielen weiteren darstellen. Eine Optimierung im Sinne einer unter Beachtung medizinisch vorgegebener Grenzparameter möglichst raschen Füllung der Körperhöhle ist nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die es ermöglicht, automatisch eine Insufflation möglichst rasch, doch bei genauer Einhaltung vorgegebener Grenzparameter auszuführen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Regelung des mittleren Flusses, also gemittelt über einen ganzen Zyklus, kom pensiert die zur Druckmessung erforderliche Unterbrechung oder Reduktion des Flusses während der Meßphasen. Der sich automatisch einstellende mittlere Fluß entspricht daher einer unterbrechungslosen Füllung mit diesem eingestellten Fluß, wodurch ein sehr rascher Füllvorgang gewährleistet ist. Dabei wird die Einhaltung des vorgegebenen Flusses so präzise geregelt, daß keine Gefährdung des Patienten im Normalbetrieb besteht. Die Regelung auf den gewünschten mittleren Fluß kom pensiert automatisch sämtliche den Fluß beeinflussende Faktoren, wie insbesondere das sinkende Druckgefälle zwischen Körperhöhle und Zufuhrleitung.

Nach den Merkmalen des Anspruchs 2 ist die Darstellung und Verarbeitung der Signale übersichtlich und effektiv.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 3 wird eine mit manuell vorgebbarem Maximal fluß stattfindende "Anfangsfüllung" ausgeführt, wobei der Maximalwert vom Arzt aus medizinischer Sicht vorgegeben wird. Sobald der Druck in der Körperhöhle in einen Bereich um den SOLL-Druck gelangt, wird automatisch auf eine "Endfüllung" umgestellt, bei der die Füllphasen immer kürzer werden, bis schließlich beim Er reichen des SOLL-Drucks keine Füllung mehr erfolgt.

Gemäß Anspruch 4 können Drucksensoren verwendet werden, die nach der der zeitigen Technologie feinere Druckunterschiede erfassen und damit eine exaktere Flußberechnung erlauben, als dies mit direkten Flußmeßgeräten möglich ist.

Gemäß der bevorzugten Ausgestaltung nach Anspruch 5 wird das ohnehin vorhandene und zwangsläufig eine Drosselwirkung aufweisende Ventil zugleich als Meßdrossel verwendet. Dies reduziert den Aufwand und vermeidet einen den Fluß reduzierenden zusätzlichen Widerstand. Somit kann ein höherer Spitzenfluß bei gegebenem Ein gangsdruck realisiert werden.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 6 hebt auf eine Art der Druckbestimmung ab, wie sie in der DE 40 19 239 A1 beschrieben ist. Hierbei wird durch drei aufein anderfolgende Druckmessungen während der Meßphase der Kurvenverlauf des Druckabfalls identifiziert, woraus, ohne den statischen Druckausgleich abwarten zu müssen, der sich später im statischen Zustand ergebende Körperhöhlendruck voraus berechnet wird. Dadurch kann die Meßphase erheblich verkürzt werden gegenüber dem aus der eingangs genannten DE 30 00 218 C2 bekannten Prinzip, wonach der Druckausgleich für die aktuelle Druckmessung abgewartet werden muß. Der für diese "dynamische Druckmessung" erforderliche Speicher braucht einen (exponen tiell) abfallenden Fluß nur so lange aufrechtzuerhalten, daß die drei Druckmessungen ausgeführt werden können. Je präziser das zur Verfügung stehende Druckmeß element ist und je besser dessen Meßauflösung ist, desto knapper können die Druckmessungen aufeinanderfolgen. Somit kann bei einem selbst komprimierbaren Medium (Gas) bereits ein 10 cm langes Rohr- oder Schlauchstück als ausreichendes Speichervolumen dienen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Prinzipschaltung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 Zeitdiagramme zur Veranschaulichung der Funktion der Vorrichtung.

Bei der folgenden Beschreibung wird der Einfachheit halber davon ausgegangen, daß das zu insufflierende Medium Gas (insbesondere CO₂) ist. Gemäß Fig. 1 versorgt eine Gaspatrone 10 über ein Reduzierventil 11 eine Zufuhrleitung 12 mit Gas, das hier mit dem eingestellten Druck P_max = 50 mm Hg zur Verfügung steht. Im folgenden Leitungsweg 13 befindet sich eine Drossel 14 und ein elektromagnetisch betätigbares Ventil 15, das den Leitungsweg zu einem folgenden Speicher 16 öffnen und schließen kann. Der Ausgang des Speichers 16 führt zu einer Abfuhrleitung 17, an die über einen Schlauch 18 eine Insufflationsnadel 19 angeschlossen ist. Der Leitungsweg für das Gas ist - im Unterschied zu elektrischen Leitungen - durch dicke Linien hervorgehoben.

So wird von den beiden Seiten der Drossel 14 jeweils ein Differenzdrucksensor 20 mit Gas beaufschlagt, der ein dem Druckabfall an der Drossel 14 entsprechendes elektrisches Signal an eine Rechenschaltung 21 liefert, die daraus unter Berück sichtigung des Strömungswiderstandes der Drossel 14 den Fluß durch die Drossel berechnet und als F_IST-Signal abgibt. Der Differenzdrucksensor 20 und die Rechen schaltung 21 bilden eine Flußmeßeinrichtung.

Der Druck P im Speicher 16 wird von einem Druckwandler 22 in ein elektrisches Signal umgewandelt, das von einer Druckmeßvorrichtung 23 in der in der DE 40 19 239 A1 näher beschriebenen Weise ausgewertet wird, um daraus ein elek trisches P_IST-Signal zu erzeugen, das den aus dem bisherigen Kurvenverlauf extra polierten Druck in der Bauchhöhle nach dem Druckausgleich zwischen Speicher und Bauchhöhle repräsentiert.

Das P_IST-Signal sowie ein von einem manuell einstellbaren Sollwertgeber 24 abgegriffenes P_SOLL-Signal werden einem Differenzbildner 25 eingegeben, der daraus ein ΔP-Signal bildet.

Eine Generatoreinrichtung 26 besteht aus einem ersten und zweiten Funktions generator 27, 28 und einer Auswahlschaltung 29. Der erste Funktionsgenerator 27 erzeugt ein mit der Zeit im Wert linear ansteigendes _max-Signal, immer wieder von Null beginnend, wie dies noch anhand der Fig. 2 erläutert wird. Dabei ist der Anstieg je Zeiteinheit über einen manuell einstellbaren Einsteller 30 variierbar. Der zweite Funktionsgenerator 28 erzeugt ein ebenfalls mit der Zeit im Wert linear ansteigendes -Signal, immer wieder von Null beginnend, was ebenfalls anhand Fig. 2 näher erläutert wird. Dabei ist der Anstieg je Zeiteinheit in Abhängigkeit des ΔP-Signals variabel und zwar derart, daß bei ΔP = Null das -Signal ebenfalls Null bleibt (= kein Anstieg) und mit zunehmendem Wert ΔP ein zunehmend steilerer Anstieg erfolgt.

Die Auswahlschaltung 29 gibt nun das jeweils kleinste dieser beiden Signale und _max als _SOLL-Signal ab.

Eine Ventilsteuerung 31 enthält einen Schaltverstärker 32, der die Magnetspule des Ventils 15 antreibt sowie eine Koinzidenzschaltung 33, der das F_IST-Signal und _SOLL-Signal zugeführt werden. Die Koinzidenzschaltung 33 löst bei Gleichheit dieser Signale ein Steuersignal S aus, das in der noch zu beschreibenden Weise den Beginn eines neuen Zyklus bewirkt.

Da verschiedene Funktionen zeitabhängig ablaufen, ist ein Zeittaktgeber 34 darge stellt, der sowohl auf die Generatoreinrichtung 26 als auch die Ventilsteuerung 31 einwirkt.

Wenn analoge Signale verarbeitet werden, dann handelt es sich je nach Signalwert um entsprechend hohe Spannungswerte. Bei digital kodierten Signalen liegt der Wert im Bit-Muster verborgen. Im folgenden Diagramm der Fig. 2 sind die Signal werte der besseren Anschaulichkeit wegen in analoger Form dargestellt.

Es versteht sich, daß bei digitaler Signalverarbeitung die meisten der vorhin ge nannten Schaltungen und Einrichtungen als "Organisationsprogramme" ablaufen, indem eine einheitliche Hardware programmgesteuert verschiedene zeitversetzte Operationen ausführt.

In Fig. 2a ist der zeitabhängige Verlauf des Drucks P im Speicher 16 während mehrerer Zyklen dargestellt. In Fig. 2b ist der Fluß F, insbesondere F_IST veran schaulicht. In Fig. 2c ist das Gasvolumen V als Funktion der Zeit t gezeigt.

Der Druck P im Speicher 16 kann bei geöffnetem Ventil 15 maximal den vom Reduzierventil 11 vorgegebenen Grenzwert P_max erreichen. Dieser Zustand liegt im Moment des Beginns der Zeitskala vor.

Im Zeitpunkt to1 beginnt ein neuer Zyklus mit dem Beginn einer Meßphase, womit das Ventil 15 schließt. Infolgedessen entleert sich der Speicher exponentiell, wobei die Asymptote der Kurve den im statischen Zustand bei Druckausgleich sich letzt lich einstellenden Druck in der Körperhöhle repräsentiert. Man braucht aber diesen Zustand nicht abzuwarten. Es genügt, den Kurvenverlauf anhand von drei durch Punkte an der Kurve symbolisierten Druckmessungen zu identifizieren. Eine Schar von Kurven ist in einem Musterspeicher gespeichert, der zur Druckmeßvorrichtung 23 gehört. Mit der Identifikation einer der Kurven gibt die Druckmeßvorrichtung den zugehörigen Wert von P_ISTo aus. In Fig. 2a ist zu erkennen, daß zunächst P_ISTo noch weit von P_SOLL entfernt ist. Die Meßphase dauert etwa 0,2-1 sec und endet im Zeitpunkt t11.

Im Zeitpunkt t11 beginnt mit dem Öffnen des Ventils 15 eine Füllphase. Der Druck P im Speicher 16 steigt rasch wieder auf P_max an (Fig. 2a). Da das Druck gefälle zu dem noch sehr niedrigen Druck in der Körperhöhle P_ISTo groß ist, kann sich während der Füllphase ein hoher Fluß F_ISTo (Fig. 2b) ausbilden. Das Ziel der Regelung besteht nun während der "Anfangsfüllung" darin, einen über die Dauer eines Zyklus einheitlichen mittleren Fluß F_max einzustellen. Wenn die Dauer der Meßphase festgelegt ist und die Größe des Flusses F_IST im wesentlichen von der Druckdifferenz und den Strömungswiderständen abhängt, erfolgt die Regelung, indem die Dauer der Füllphase automatisch variiert wird. Dazu wird gemäß Fig. 2c im Zeitpunkt to1 die Erzeugung des mit Null beginnenden _max-Signals gestartet. Im Zeitpunkt t11 entsteht mit dem Öffnen des Ventils 15 das F_ISTo-Signal, das mit fortschreitender Zeit ansteigt. Da der Fluß gleich ist dem Gasvolumen V pro Zeiteinheit t, stellen sich die Diagramme für _max und F_ISTo im V-t-Diagramm als Geraden mit dem Ursprung bei to1 bzw. t11 und mit unterschiedlicher Steilheit dar. Im Schnittpunkt der beiden Geraden ist die Bedingung F_ISTo = _max erfüllt. Dieser Zustand wird von der Koinzidenzschaltung 33 registriert, die daraufhin das Ende der Füllphase und damit das Ende des bisherigen Zyklus anzeigt.

Dieser Zustand entspricht zugleich dem Beginn einer neuen Meßphase eines neuen Zyklus im Zeitpunkt to2.

Nach Ablauf der Meßphase im Zeitpunkt t12 stellt sich ein verminderter Fluß F_IST1 ein, da das Druckgefälle zur Körperhöhle aufgrund der vorherigen Füllung kleiner geworden ist. Im Diagramm der Fig. 2c ist daher die Gerade für F_IST1 etwas weniger steil geneigt als zuvor. Dadurch stellt sich der Schnittpunkt mit der bei to2 gestarteten _max-Geraden diesmal später ein, so daß die Füllphase zum Ausgleich des kleineren Flusses F_IST1 länger andauert.

Dieser Ablauf wiederholt sich in den folgenden Zyklen sinngemäß, wobei F_IST mit dem zunehmenden Füllgrad der Körperhöhle stetig kleiner und damit die Füll phase länger wird.

Am Beispiel des 4. Zyklus ist die Mittelwertbildung nochmals veranschaulicht. Die Größe der Fläche F_IST4 × t_F4 ist gleich der Fläche _max × t_Z4.

Im Diagramm der Fig. 2 ist der Vorgang nur prinzipiell veranschaulicht. Tatsäch lich sind die absoluten Größen und Zeitverhältnisse anders. So ist die Meßphase meist kürzer als die Füllphase. Doch wenn die realen Verhältnisse gezeichnet werden, lassen sich auf dem Zeichnungsformat nicht mehrere sich deutlich unter scheidende Zyklen wiedergeben. Dies leuchtet ein, wenn man bedenkt, daß tatsäch lich ein Zyklus bis zu mehrere Sekunden dauern kann im Verhältnis zu max 1 sec einer Meßphase.

Bisher wurde der Regelablauf während der "Anfangsfüllung" beschrieben, in der es darum geht, möglichst schnell die Körperhöhle zu füllen. Als Grenzkriterien aus medizinischer Sicht sind hierbei vorgegeben P_max und _max, welcher Wert als Führungsgröße _SOLL von der Auswahlschaltung 29 bisher weitergegeben wurde. Vorausgesetzt, der Arzt läßt die Einstellung am Einsteller 30 unverändert, dann bleibt der Anstieg der Geraden _max bei jedem Zyklus gleich.

Sobald jedoch der Druck in der Körperhöhle in die Nähe des eingestellten Soll wertes P_SOLL gelangt, wird ein anderer Betriebsmodus "Endfüllung" ausgeführt, bei dem die Führungsgröße _SOLL kleiner wird, je geringer die Differenz ΔP ist.

Kriterium hierfür ist das -Signal gemäß Fig. 1. Solange dessen Signalwert größer als der des _max-Signals ist, wird letzteres als Führungsgröße _SOLL verwendet. Sobald aber das -Signal, dessen Zeitanstieg eine Funktion von ΔP ist, gleich und kleiner als das _max-Signal wird, übernimmt die Führung.

In Fig. 2c hat die Gerade ₁₀ eine deutlich kleinere Steigerungsrate als die Gerade _max. Infolgedessen liegt der Schnittpunkt der Geraden ₁₀ und F_IST10 zeitlich näher zum Zeitpunkt t110, obgleich die Steigung der Gerade F_IST10 noch flacher liegt als in den vorhergehenden Zyklen. Deshalb ist jetzt die Füllphase deutlich verkürzt, womit sich bei dem kleineren F_IST10 ein entsprechend kleinerer mittlerer Fluß ₁₀ für diesen Zyklus ergibt.

Im folgenden 11. Zyklus liegt P_IST11 noch näher an P_SOLL, mit der Folge, daß die Füllphase von t111 bis to12 noch kürzer ist. Auf diese Weise wird nunmehr sehr sanft der Ausgleich von P_IST und P_SOLL herbeigeführt, ohne Gefahr, über das Ziel hinauszuschießen. Sobald P_IST = P_SOLL vorliegt, ist der Anstieg des -Signals Null, das heißt dessen Wert bleibt Null, so daß auf eine Meßphase sofort eine neue Meßphase folgt. Hier kann zweckmäßigerweise eine Überwachungsschaltung aktiviert werden, die bewirkt, daß ein Pausenintervall von vielleicht 500 ms zwischenge schaltet wird.

Wenn ein Druckverlust in der Körperhöhle auftritt, wird dies bei der folgenden Meßphase registriert und je nach Größe des festgestellten ΔP löst dies wieder eine Füllphase passender Dauer aus, so daß die Erhaltung des SOLL-Druckes automatisch bewirkt wird.

Im Beispiel der Fig. 1 wurde die Drossel 14 als separates Element dargestellt. Das Ventil 15 stellt jedoch auch eine Drossel dar, auch wenn bei seiner Konstruktion ein möglichst kleiner Strömungswiderstand angestrebt wird. Mit genügend empfind lichen Drucksensoren, wie sie derzeit schon verfügbar sind, kann aber selbst diese geringe Drosselwirkung zur Bestimmung des Flusses genutzt werden. Es wird also nicht ein zur Drossel umfunktioniertes Ventil verwendet, sondern ein normales Ventil und somit entfällt eine weitere Einschränkung des maximalen Flusses, der ohnehin schon durch die Insufflationsnadel eingeschränkt ist.

Die vorstehend veranschaulichte Regelung ist unabhängig davon, nach welchem Prinzip der Druck in der Körperhöhle bestimmt wird - ob im Zustand des statischen Druckausgleichs gemäß DE 30 00 218 C2 oder der dynamischen Interpolation gemäß DE 40 19 239 A1.

Das vorstehend genannte Ventil steht stellvertretend für solche Elemente, mit denen der Fluß in vergleichbarer Weise beeinflußt werden kann, wie beispielsweise mittels eines gesteuerten Druckreglers.

Claims

1. Vorrichtung zum Insufflieren eines Mediums in eine Körperhöhle,
mit einer Drossel und einem elektromagnetisch betätigbaren Ventil in einem zwischen einer Zufuhrleitung und einer Abfuhrleitung liegenden Leitungsweg,
mit einer Ventilsteuerung, die das Ventil während einer am Beginn eines Zyklus einsetzenden Meßphase jeweils schließt und während der anschließenden bis zum Ende des Zyklus reichenden Füllphase jeweils öffnet, wobei ein Zeit taktgeber die Dauer der Meßphase jeweils bestimmt,
sowie mit einer Druckmeßeinrichtung, die ein den Druck in der Körperhöhle bestimmendes elektrisches P_IST-Signal erzeugt, das jeweils während einer Meß phase ermittelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Flußmeßeinrichtung (20, 21) im Leitungsweg (13) vorgesehen ist, die ein den Fluß während eines Zyklus repräsentierendes F_IST-Signal erzeugt,
daß eine Generatoreinrichtung (26) vorgesehen ist, die ein den während eines Zyklus einzustellenden mittleren Fluß repräsentierendes _SOLL-Signal erzeugt
und daß eine Koinzidenzschaltung (33) vorgesehen ist, die bei der Übereinstim mung von F_IST-Signal und _SOLL-Signal jeweils das Ende einer Füllphase eines Zyklus und damit den Beginn einer Meßphase des folgenden Zyklus aus löst.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußmeßeinrichtung (20, 21) ein F_IST-Signal erzeugt, das das durch die Drossel (14) fließende Volumen des Mediums summiert vom Beginn der Füll phase eines Zyklus an darstellt
und daß die Generatoreinrichtung (26) ein _SOLL-Signal erzeugt, das das einzustellende durch den Leitungsweg (13) fließende Volumen des Mediums summiert vom Beginn der Meßphase eines Zyklus an darstellt, wobei der An stieg dieses Volumens je Zeiteinheit einstellbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Generatoreinrichtung (26) einen ersten Funktionsgenerator (27) auf weist zur Erzeugung eines _max-Signales, dessen Anstieg je Zeiteinheit über einen manuell betätigbaren Einsteller (30) einstellbar ist,
daß die Generatoreinrichtung (26) einen zweiten Funktionsgenerator (28) auf weist zur Erzeugung eines -Signales, dessen Anstieg je Zeiteinheit durch ein ΔP-Signal variiert wird, das von einem Differenzbildner (25) nach Maßgabe der Differenz zwischen dem P_IST-Signal und einem P_SOLL-Signal angelegt wird, wobei der Anstieg bei Null-Differenz Null ist und mit zunehmender Differenz steiler wird
und daß die Generatoreinrichtung (26) eine Auswahlschaltung (29) aufweist die den jeweils kleinsten Signalwert des - oder _max-Signales als _SOLL Signal abgibt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußmeßeinrichtung eine Rechenschaltung (21) aufweist, der ein den Druckabfall über die Drossel darstellendes Eingangssignal zugeführt wird, woraus die Rechenschaltung den jeweils entsprechenden Fluß bestimmt und in Form des F_IST-Signals ausgibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (15) zugleich als Drossel eingesetzt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ventil (15) und Abfuhrleitung (17) ein Speicher (16) für das zu insufflierende Medium angeordnet ist, wobei der Druckverlauf im Speicher (16) während der Meßphase jeweils zur Bestimmung des Drucks in der Körperhöhle ausgewertet wird.

7. Vorrichtung nach einem der Anspruche 2, 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (14) zwischen Zufuhrleitung (12) und Ventil (15) angeordnet ist.