EP2122522A1 - Device for computer-controlled infusion of medicaments with measured values being obtained at discrete times, in a control loop - Google Patents

Device for computer-controlled infusion of medicaments with measured values being obtained at discrete times, in a control loop

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Publication number
EP2122522A1
EP2122522A1 EP07856074A EP07856074A EP2122522A1 EP 2122522 A1 EP2122522 A1 EP 2122522A1 EP 07856074 A EP07856074 A EP 07856074A EP 07856074 A EP07856074 A EP 07856074A EP 2122522 A1 EP2122522 A1 EP 2122522A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sodium
potassium
computer
glucose
insulin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07856074A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hendrik Lehnert
Daniel Pittasch
Edgar Kanneberg
Ralf Lobmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endocrine Technologies GmbH
Original Assignee
Endocrine Technologies GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Endocrine Technologies GmbH filed Critical Endocrine Technologies GmbH
Publication of EP2122522A1 publication Critical patent/EP2122522A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H20/00—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance
    • G16H20/10—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance relating to drugs or medications, e.g. for ensuring correct administration to patients
    • G16H20/17—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance relating to drugs or medications, e.g. for ensuring correct administration to patients delivered via infusion or injection

Definitions

  • the invention relates to a device for computer-controlled infusion of drugs in the context of intensive monitoring and intensive therapy with discrete-time measurement value in a control loop and the integration of an external sensor determination intensive medical necessary parameters.
  • Devices, devices and methods for the computer-controlled infusion of drugs with the regulation in humans can be made to scientific and clinical issues are well known, the known devices and methods are adapted to the equipment and performance profile of each task.
  • devices and methods for the regulation of, for example, glucose are known, whose devices consist essentially of the components infusion pump for insulin, infusion pump for glucose, a measuring device for determining the blood glucose level and a computer unit for implementing the method for glucose regulation.
  • Such devices are available for use as a controlled insulin pump for the administration of insulin or as combined infusion devices for the administration of insulin and glucose.
  • the blood glucose is measured either non-invasively spectroscopically, minimally invasive via the glucose determination of the interstitial fluid or via an implanted sensor minimally invasive or directly bloody.
  • these known devices have the disadvantage that problems and inaccurate results can occur if the integrated measuring devices fail to determine the blood glucose level or the measurement accuracy is impaired by drift or other factors, since the accuracy of the measured values determined directly affects the quality the regulation of blood glucose levels.
  • DE 198 44 252 A 1 relates to a modular device for computer-controlled insulin and glucose infusion, which is designed as an appliance unit, which consists of a commercial industrial personal computer with running on the equally commercial operating system user program and free replaceable and controllable peripheral components for blood glucose determination and continuous administration of insulin and glucose relates.
  • the user program running on the operating system is subdivided into software modules, which perform the tasks for the analysis and independent integration as well as for the control and monitoring of the peripheral components.
  • This solution describes the manual venous blood glucose value generation integrated in an open-loop system with computer-controlled, automated control for insulin and glucose infusion for quasi-continuous blood glucose control.
  • the device is only suitable for regulating insulin and glucose infusion, a further determination of intensive medical parameters, such as sodium and potassium and their regulation in the context of intensive care and intensive care are not possible with this solution presented.
  • the device should be designed in such a way that an additional, short-term available determination of further parameters for the intensive monitoring is available within the scope of an intensive monitoring or therapy.
  • the state of development of blood sugar and blood mineral measurement technology allows the use of high-precision measuring instruments, which are validated by laboratory use and interlaboratory tests and provide higher measurement accuracy and greater stability of the expected measurement results.
  • a discrete-time determination of blood sodium and blood potassium is carried out in combination with high-precision measuring instruments which calibrate themselves for the determination of glucose and irisulm. This is done at certain measurement intervals, which are adapted to the experimental conditions such that there are short measurement intervals in a first time range and subsequently, after modeling could be validated, the measurement intervals by the accumulation of data and modeling of the current sodium potassium -Regulation system can be extended.
  • a recovery of the necessary parameters is time-discrete in short quasi-equivalent time intervals, but they may be different according to the respective test requirements and conditions. Also, not all of the mentioned measured values need to be determined at the same time intervals.
  • the intervals for obtaining the measured value of the individual parameters are specified by the experimenter or physician and can be adapted to the current requirements during the examination.
  • the data are accumulated, rules for the description of the individual control systems for sodium and potassium are derived and the necessary parameters are estimated, as they are used for the regulation of the parameters. a certain level over a longer period are necessary.
  • the necessary parameters are obtained at longer intervals and their regulation then takes place according to the model for regulation created in the first time range.
  • the device according to the invention is designed as a mineral measuring device, which is connected to the device for potassium infusion and Nalriuminfusion and which is coupled in parallel with a commercial computer unit, this mineral meter is also connectable in the combination as a device via the corresponding interface to Rechnerereinhe ⁇ t.
  • the computer unit a standard computer unit, consists of an industrial PC, a laptop, pocket PC, industrial workstation or panel computer. Whenever a new measured value has been determined with the external sensor continuously connected to the patient, the automatic transmission to the computer unit and to the process sequence software takes place.
  • the procedural software evaluates the received measured value in conjunction with the history of the already stored measured values, and for the period between the real measured value readings, measured values are determined which are fed to the control algorithm for calculating the necessary infusion quantities.
  • the program system allows the integration of new software modules to apply new scientific methods for sodium and potassium regulation.
  • the program on which the computer unit operates is variably configurable so that the attached device and measurements taken by it are used to determine and regulate the values for the sodium and potassium potassium.
  • the device created is for use in the intensive care application for the regulation of sodium and potassium levels at a presettable level for the treatment of disorders of the mineral balance after intensive care operations and therapy in emergency situations (eg cardiac arrhythmia, severe exciscose, the water and mineral balance relevant hormone / regulatory disorders), further for computer-aided, automated glucose regulation with a similar field of application for the regulation to a presettable level for the therapy of disorders of the glucose balance after intensive care interventions and therapy in emergency situations (eg diabetic coma).
  • emergency situations eg cardiac arrhythmia, severe exciscose, the water and mineral balance relevant hormone / regulatory disorders
  • the created device for computer-controlled sodium, potassium, insulin and glucose infusion with time-discrete blood sugar, sodium and Kaüummesswert forung and interpolated variable blood sugar, sodium and potassium measurement and additional diagnostic value recovery is also advantageous for the hitensiv monitoring necessary parameters. It is also advantageous that with the presented device highly accurate, self-calibrating Läborieri can be used and by appropriate choice of appropriate merpolation algorithms for the necessary spaces, the time intervals of the discrete measurements the trial and treatment conditions can be customized.
  • Figure 1 is a schematic representation, a block diagram of the device with direct assignment of the injection devices for potassium and sodium to the computer unit and in
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the device created in a schematic representation, a block diagram of the associated combination injection devices for potassium and insulin and for sodium and glucose to the computer unit.
  • Figure 1 results in a training variant of the created device 1, which consists of a computer unit 2 and is formed with an operating system 3, which is directly connected to the hardware interface 8 of the computer unit 2.
  • the operating system 3 is further provided with a peripheral controller 13, a peripheral data exchange 14, a process control controller 15 and an information processing with visualization 16.
  • the computer unit 2 is equipped with a screen and also connected via the hardware interface 8 with a printer 12.
  • the entire device 1 includes a sensor unit 5 as well as an injection device 6 for potassium and an injection device 7 for sodium, which functionally are in operative connection.
  • the sensor unit 5 is connected directly to the hardware interface 8 via an interface 17. Analogously, the connections between the injection device 6 for potassium and the injection device 7 for sodium are connected to the sensor unit 5 via the interfaces 10. The connection of the injection devices 6, 7 to the respective examination object takes place via the interfaces 9.
  • the injection devices 6, 7 are designed as combined devices 18, 19, the injection device 18 for potassium and insulin, and the injection device 19 for sodium and glucose.
  • the units of the device 1 shown in FIGS. 1 and 2 are designed in the sense of a closed-loop system for controlled potassium, sodium, insulin and glucose infusion and consist of a computer unit 2 (an industrial PC, a laptop, a computer) Pocket PC, a panel computer or an industrial workstation) with an operating system 3 and user software 4 arranged thereon and the peripheral devices 6, 7, 18, 19 with integrated external combined sensors for determining the blood gases, glucose, lactate , Bilirubin, sodium, potassium, calcium, chloride and hemoglobin concentration in the form of a sensor unit 5.
  • the application software 4 contains the individual modules, which realizes the process control and control and with the peripheral devices, the injection devices 6, 7. 18, 19, via standard installed hardware interfaces 8 of the computer unit 2 is connected.
  • the connections to the respective examination object are established via the interfaces 9.
  • the glucose regulation according to the described and illustrated embodiment is used for precise adjustment of the blood sugar level to a presettable level for scientific clamp tests.
  • the process software 4 determines from the operator inputs which amount of insulin must be given over the experimental period and then controls the necessary variable glucose supply in order to achieve and maintain the desired value.
  • the measurement of sodium, potassium and glucose initially takes place in short, equidistant time intervals.
  • the user software 4 thereby automatically initiates the blood collection and measured value determination by means of the sensor unit 5, depending on the measuring intervals predefined by the user.

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Abstract

The invention relates to a device for computer-controlled infusion of medicaments with measured values being obtained at discrete times in a control loop for intensive monitoring, and intensive therapy, in the form of a computer unit (2) having an operating system (3) and user software (4) by means of which, in addition to computer-controlled glucose and insulin infusion with glucose and insulin measured values being obtained and glucose and insulin measured values being determined as well as diagnostic measured value determination, a computer-controlled sodium-potassium infusion is carried out with sodium and potassium measured values being obtained at discrete times and with interpolated variable sodium and potassium measured values being determined, and with diagnostic measured values being determined, in which an injection appliance (6) for potassium and an injection appliance (7) for sodium, or an injection appliance (18) in a combined form for potassium and insulin and an injection appliance (19) in a combined form for sodium and glucose are connected via interfaces (10) to the hardware interface (8) of the computer unit (2).

Description

Einrichtung zur computergesteuerten Infusion von Arzneistoffen mit zeitdiskreter Messwertgewinnung in einem Regelkreis Device for the computer-controlled infusion of drugs with discrete-time measurement value acquisition in a control loop
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur computergesteuerten Infusion von Arzneistoffen im Rahmen der Intensivüberwachung sowie der Intensivtherapie mit zeitdiskreter Messwertgewinnung in einem Regelkreis und der Integration einer externen Sensorbestimmung intensivmedizinisch notwendiger Parameter.The invention relates to a device for computer-controlled infusion of drugs in the context of intensive monitoring and intensive therapy with discrete-time measurement value in a control loop and the integration of an external sensor determination intensive medical necessary parameters.
Vorrichtungen, Einrichtungen sowie Verfahren zur computergesteuerten Infusion von Arzneimitteln mit der eine Regulation beim Menschen zu wissenschaftlichen und klinischen Fragestellungen vorgenommen werden können, sind allgemein bekannt, wobei die bekannten Vorrichtungen und Verfahren dem Ausstattungs- und Leistungsprofil der jeweiligen Aufgabenstellung angepasst werden.Devices, devices and methods for the computer-controlled infusion of drugs with the regulation in humans can be made to scientific and clinical issues are well known, the known devices and methods are adapted to the equipment and performance profile of each task.
So sind Einrichtungen und Verfahren zur Regulation von beispielsweise Glukose bekannt, deren Einrichtungen im Wesentlichen aus den Komponenten Infusionspumpe für Insulin, Infusionspumpe für Glukose, einer Messeinrichtung zur Ermittlung des Blutglukosespiegels und einer Rechnereinheit zur Umsetzung des Verfahrens zur Glukoseregulation bestehen.Thus, devices and methods for the regulation of, for example, glucose are known, whose devices consist essentially of the components infusion pump for insulin, infusion pump for glucose, a measuring device for determining the blood glucose level and a computer unit for implementing the method for glucose regulation.
Solche Geräte gibt es für den Einsatz als gesteuerte InsuHnpumpe für die Gabe von Insulin oder als kombinierte Infusionsgeräte zur Gabe von Insulin und Glukose. Es sei auf folgende Druckschriften verwiesen: US 6,558,351, US 6,544,212, US 6,379,301 und DE 3 600 888 A 1.Such devices are available for use as a controlled insulin pump for the administration of insulin or as combined infusion devices for the administration of insulin and glucose. Reference may be made to the following references: US 6,558,351, US 6,544,212, US 6,379,301 and DE 3 600 888 A1.
Bei diesen bekannten Lösungen wird die Blutglukose entweder nicht invasiv spektroskopisch, minimal invasiv über die Glukosebestimmung der interstistiellen Flüssigkeit oder über einen implantierten Sensor minimal invasiv oder direkt blutig gemessen. Diesen bekannten Vorrichtungen haftet jedoch der Nachteil an, dass es zu Problemen und zu nicht exakten Ergebnissen kommen kann, wenn die integrierten Messeinrichtungen zur Ermittlung des Blutglukosespiegels ausfallen oder durch Drift oder andere Faktoren die Messgenauigkeit beeinträchtigt wird, da die Genauigkeit der ermittelten Messwerte direkt die Güte der Regulation der Blutglukosespiegel beeinflusst. Unter Berücksichtigung der geschilderten Nachteile bezieht sich die DE 198 44 252 A 1 auf eine modulare Vorrichtung zur computergesteuerten Insulin- und Glukoseinfusion, welche als eine Geräteeinheit ausgebildet ist, welche aus einem handelsüblichen Industrie-Personalcomputer mit einem auf dem ebenso handelsüblichen Betriebssystem ablaufenden Anwenderprogramm und frei austauschbaren und steuerbaren Peripheriekomponenten zur Blutglukosebestimmung und zur kontinuierlichen Gabe von Insulin und Glukose bezieht. Das auf dem Betriebssystem ablaufende Anwenderprogramm ist in Softwaremodule unterteilt, die die Aufgaben übernehmen zur Analyse und selbstständigen Einbindung sowie zur Steuerung und Überwachung der Peripheriekomponenten. Diese Lösung beschreibt die in einem open-loop-System integrierte manuelle venöse Blutzuckerwertgewinnung mit computergesteuerter, automatisierter Regelung für eine Insulin- und Glukoseinfusion zur quasi kontinuierlichen Blutzuckerkontrolle. Die Vorrichtung ist ausschließlich nur zur Regelung für eine Insulin- und Glukoseinfusion geeignet, eine weitere Bestimmung intensivmedizinisch notwendiger Parameter, wie beispielsweise von Natrium und Kalium und deren Regelung im Rahmen der Intensivüberwachung sowie der Intensivtherapie sind, mit dieser vorgestellten Lösung nicht möglich.In these known solutions, the blood glucose is measured either non-invasively spectroscopically, minimally invasive via the glucose determination of the interstitial fluid or via an implanted sensor minimally invasive or directly bloody. However, these known devices have the disadvantage that problems and inaccurate results can occur if the integrated measuring devices fail to determine the blood glucose level or the measurement accuracy is impaired by drift or other factors, since the accuracy of the measured values determined directly affects the quality the regulation of blood glucose levels. Taking into account the disadvantages described, DE 198 44 252 A 1 relates to a modular device for computer-controlled insulin and glucose infusion, which is designed as an appliance unit, which consists of a commercial industrial personal computer with running on the equally commercial operating system user program and free replaceable and controllable peripheral components for blood glucose determination and continuous administration of insulin and glucose relates. The user program running on the operating system is subdivided into software modules, which perform the tasks for the analysis and independent integration as well as for the control and monitoring of the peripheral components. This solution describes the manual venous blood glucose value generation integrated in an open-loop system with computer-controlled, automated control for insulin and glucose infusion for quasi-continuous blood glucose control. The device is only suitable for regulating insulin and glucose infusion, a further determination of intensive medical parameters, such as sodium and potassium and their regulation in the context of intensive care and intensive care are not possible with this solution presented.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur computergesteuerten Infusion von Arzneistoffen mit zeitdiskreter Messwertgewinnung in einem closed- loop-Regelkreis derart weiterzuentwickeln, mit der eine variabel kombinierbare Regulation der Natrium-, Kalium- und Glukosewerte beim Menschen zu wissenschaftlichen und klinischen Fragestellungen vorgenommen werden kann, ferner soll die Einrichtung so ausgebildet sein, dass im Rahmen einer Intensivüberwachung bzw. -therapie eine zusätzliche, kurzfristig verfügbare Bestimmung von weiteren Parametern für die Intensivüberwachung zur Verfügung steht.It is therefore an object of the present invention to further develop a device for computer-controlled infusion of drugs with discrete-time measurement value recovery in a closed-loop control loop, with which a variably combinable regulation of the sodium, potassium and glucose values in humans for scientific and clinical issues Furthermore, the device should be designed in such a way that an additional, short-term available determination of further parameters for the intensive monitoring is available within the scope of an intensive monitoring or therapy.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Besondere Ausgestaltungen und vorteilhafte Lösungen sind in den Unteransprüchen angegeben. So wurde gemäß der Erfindung eine Einrichtung zur computergesteuerten Infusion von Arzneistoffen in Form von Mineralien wie Kalium und Natrium geschaffen, welche in vorhandene Gerätesysteme integrierbar und geeignet ist, zur zeitdiskreten und interpolieren Blutnatrium- und Blutkaliuimnesswertbestimmung.According to the invention, this object is achieved with the features of claim 1. Particular embodiments and advantageous solutions are specified in the subclaims. Thus, according to the invention, a device for computer-controlled infusion of drugs in the form of minerals such as potassium and sodium has been created, which can be integrated into existing device systems and suitable for discrete-time and interpolate blood sodium and Blutkaliuimnesswertbestimmung.
Im Vergleich zu den bekannten Lösungen erlaubt der Entwicklungsstand der Blutzuckerund Blutmineralienmesstechnik den Einsatz von hochgenauen Messgeräten, die durch den Laboreinsatz und durch Ringversuche validiert sind und eine höhere Messgenauigkeit und größere Stabilität der erwarteten Messergebnisse liefern. Zur Vermeidung der Messprobleme, die den zurzeit bekannten Lösungen anhaften, wird in Kombination zur Glukose- und Irisulmwertebestirnmung eine zeitdiskrete Blutnatrium- und Blutkaliumbestimmung mit entsprechend selbst kalibrierenden Messgeräten hoher Genauigkeit vorgenommen. Dies erfolgt in bestimmten Messintervallen, welche den Versuchsbedingungen so angepasst sind, dass es in einem ersten Zeitbereich kurze Mess- intervalle gibt und im weiteren Verlauf, nachdem eine Modellierung validiert werden konnte, die Messintervalle durch die Akkumulation von Daten und Modellierung des aktuellen Natrium-Kalium-Regulationssystems verlängert werden können.Compared to the known solutions, the state of development of blood sugar and blood mineral measurement technology allows the use of high-precision measuring instruments, which are validated by laboratory use and interlaboratory tests and provide higher measurement accuracy and greater stability of the expected measurement results. In order to avoid the measurement problems inherent in the currently known solutions, a discrete-time determination of blood sodium and blood potassium is carried out in combination with high-precision measuring instruments which calibrate themselves for the determination of glucose and irisulm. This is done at certain measurement intervals, which are adapted to the experimental conditions such that there are short measurement intervals in a first time range and subsequently, after modeling could be validated, the measurement intervals by the accumulation of data and modeling of the current sodium potassium -Regulation system can be extended.
Im praktischen Einsatz gliedert sich der Versuchs- bzw. Behandlungsablauf in zwei Bereiche.In practical use, the experimental or treatment process is divided into two areas.
Im ersten Zeitbereich erfolgt eine Gewinnung der notwendigen Parameter zeitdiskret in kurzen quasi äquivalenten Zeitabständen, die aber unterschiedlich sein können entsprechend den jeweiligen Versuchsanforderungen und -bedingungen. Auch müssen nicht alle genannten Messwerte in gleichen Zeitintervallen bestimmt werden. Die Intervalle der Messwertgewinnung der einzelnen Parameter werden durch den Versuchsleiter bzw. Arzt vorgegeben und können während der Untersuchung an die aktuellen Erfordernisse angepasst werden. In diesem ersten Zeitbereich werden die Daten akkumuliert, Regeln für die Beschreibung der einzelnen Regelsysteme für Natrium und Kalium hergeleitet und die dafür notwendigen Parameter abgeschätzt, wie sie für die Regulation der Parameter auf . ein bestimmtes Niveau über einen längeren Zeitraum notwendig sind. Im zweiten Zeitbereich erfolgt die Gewinnung der notwendigen Parameter in größeren Zeitabständen und deren Regulation erfolgt dann nach dem im ersten Zeitbereich erstellten Modell zur Regulation.In the first time range, a recovery of the necessary parameters is time-discrete in short quasi-equivalent time intervals, but they may be different according to the respective test requirements and conditions. Also, not all of the mentioned measured values need to be determined at the same time intervals. The intervals for obtaining the measured value of the individual parameters are specified by the experimenter or physician and can be adapted to the current requirements during the examination. In this first time range, the data are accumulated, rules for the description of the individual control systems for sodium and potassium are derived and the necessary parameters are estimated, as they are used for the regulation of the parameters. a certain level over a longer period are necessary. In the second time range, the necessary parameters are obtained at longer intervals and their regulation then takes place according to the model for regulation created in the first time range.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist als ein Mineralienmessgerät ausgebildet, welches mit dem Gerät für die Kaliuminfusion und die Nalriuminfusion verbunden und welche parallel mit einer handelsüblichen Rechnereinheit gekoppelt ist, wobei dieses Mineralienmessgerät auch in der Kombination als ein Gerät über die entsprechende Schnittstelle zur Rechnereinheϊt verbindbar ist.The device according to the invention is designed as a mineral measuring device, which is connected to the device for potassium infusion and Nalriuminfusion and which is coupled in parallel with a commercial computer unit, this mineral meter is also connectable in the combination as a device via the corresponding interface to Rechnerereinheϊt.
Die Rechnereinheit, eine handelsübliche Rechnereinheϊt, besteht aus einem Industrie-PC, eine Laptop, Pocket-PC, Industriell Workstation oder Panel Computer. Immer wenn ein neuer Messwert mit dem externen, kontinuierlich mit dem Patienten verbundenen Sensor bestimmt wurde, erfolgt die selbsttätige Übertragung zur Rechnereinheϊt und zur Verfahrensablaufsoftware. Mit der Verfahrensablaufsoftware erfolgt eine Bewertung des eingegangen Messwertes in Verbindung mit der Historie der bereits abgespeicherten Messwerte und für den Zeitraum zwischen den realen Messwertentnahmen werden Messwerte ermittelt, die dem Regelalgorithmus zur Berechnung der notwendigen Infusionsmengen zugeführt werden. Das Programmsystem erlaubt die Einbindung neuer Softwaremodule, um neue wissenschaftliche Methoden zur Natrium- und Kaliumregula- tion anwenden zu können.The computer unit, a standard computer unit, consists of an industrial PC, a laptop, pocket PC, industrial workstation or panel computer. Whenever a new measured value has been determined with the external sensor continuously connected to the patient, the automatic transmission to the computer unit and to the process sequence software takes place. The procedural software evaluates the received measured value in conjunction with the history of the already stored measured values, and for the period between the real measured value readings, measured values are determined which are fed to the control algorithm for calculating the necessary infusion quantities. The program system allows the integration of new software modules to apply new scientific methods for sodium and potassium regulation.
Das Programm, auf dessen Grundlage die Rechnereinheit arbeitet, ist variabel gestaltbar, so dass die angeschlossene Einrichtung und von dieser aufgenommene Messwerte zur Bestimmung und Regulierung der Werte für das Blumatrium- und Blutkalium verwendet werden.The program on which the computer unit operates is variably configurable so that the attached device and measurements taken by it are used to determine and regulate the values for the sodium and potassium potassium.
Die geschaffene Einrichtung ist für den Einsatz in der intensivmedizinischen Anwendung zur Regulation von Natrium- und Kaliumspiegel auf voreinstellbarem Niveau zur Therapie von Störungen des Mineralhaushaltes nach intensivmedizinischen Eingriffen und zur Therapie in Notfallsituationen (z. B. Herzrhythmusstörungen, schwere Exzikkose, den Wasser- und Mineralhaushalt betreffende Hormon-/Regulationsstörungen) geeignet, ferner zur computergestützten, automatisierten Glukoseregulation mit gleichartigem Einsatzgebiet zur Regulation auf ein voreinstellbares Niveau zur Therapie von Störungen des Glukosehaushaltes nach itttensivmedizinischen Eingriffen und zur Therapie in Notfallsituationen (z.B. diabetisches Koma).The device created is for use in the intensive care application for the regulation of sodium and potassium levels at a presettable level for the treatment of disorders of the mineral balance after intensive care operations and therapy in emergency situations (eg cardiac arrhythmia, severe exciscose, the water and mineral balance relevant hormone / regulatory disorders), further for computer-aided, automated glucose regulation with a similar field of application for the regulation to a presettable level for the therapy of disorders of the glucose balance after intensive care interventions and therapy in emergency situations (eg diabetic coma).
Die geschaffene Einrichtung zur computergesteuerten Natrium-, Kalium-, Insulin- und Glukoseinfusion mit zeitdiskreter Blutzucker-, Natrium- und Kaüummesswertgewinnung und interpolierter variabler Blutzucker, Natrium- und Kaliummesswertbestimmung sowie zusätzlicher diagnostischer Wertgewinnung ist weiterhin vorteilhaft einsetzbar für die hitensivüberwachung notwendiger Parameter. Dabei ist ferner von Vorteil, dass mit der vorgestellten Einrichtung hochgenaue, selbst kalibrierende Läborgeräte verwendet werden können und durch geeignete Wahl entsprechender Merpolationsalgorithmen für die notwendigen Zwischenräume die Zeitabstände der diskreten Messungen den Versuch- und Behandlungsbedingungen individuell angepasst werden können.The created device for computer-controlled sodium, potassium, insulin and glucose infusion with time-discrete blood sugar, sodium and Kaüummesswertgewinnung and interpolated variable blood sugar, sodium and potassium measurement and additional diagnostic value recovery is also advantageous for the hitensiv monitoring necessary parameters. It is also advantageous that with the presented device highly accurate, self-calibrating Läborgeräte can be used and by appropriate choice of appropriate merpolation algorithms for the necessary spaces, the time intervals of the discrete measurements the trial and treatment conditions can be customized.
Mit nachfolgendem Ausfuhrungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung zeigt inWith the following exemplary embodiment, the invention will be explained in more detail. The accompanying drawing shows in
Figur 1 : eine schematische Darstellung, ein Blockschaltbild der Einrichtung mit direkter Zuordnung der Injektionsgeräte für Kalium und Natrium zur Rechnereinheit und inFigure 1 is a schematic representation, a block diagram of the device with direct assignment of the injection devices for potassium and sodium to the computer unit and in
Figur 2: eine weitere Ausfuhrungsform der geschaffenen Einrichtung in einer schematischen Darstellung, ein Blockschaltbild der zugeordneten Kombi- nationsinjektionsgeräte für Kalium und Insulin sowie für Natrium und Glukose zur Rechnereinheit.2 shows a further embodiment of the device created in a schematic representation, a block diagram of the associated combination injection devices for potassium and insulin and for sodium and glucose to the computer unit.
Aus der Darstellung der Figur 1 ergibt sich eine Ausbildungsvariante der geschaffenen Einrichtung 1, welche aus einer Rechnereinheit 2 besteht und mit einem Betriebssystem 3 ausgebildet ist, welches direkt mit der Hardwareschnittstelle 8 der Rechnereinheit 2 in Verbindung steht.The illustration of Figure 1 results in a training variant of the created device 1, which consists of a computer unit 2 and is formed with an operating system 3, which is directly connected to the hardware interface 8 of the computer unit 2.
Das Betriebssystem 3 ist ferner mit einer Peripherieansteuerung 13, einem Peripheriedatenaustausch 14, einer Verfahrenssteuerungssteuerung und Regelung 15 sowie einer Informationsaufbereitung mit Visualisierung 16 ausgebildet. Zur Visualisierung der Daten und Abläufe der geschaffenen Einrichtung ist die Rechnereinheit 2 mit einem Bildschirm ausgerüstet und ferner über die Hardwareschnittstelle 8 mit einem Drucker 12 verbunden.The operating system 3 is further provided with a peripheral controller 13, a peripheral data exchange 14, a process control controller 15 and an information processing with visualization 16. For visualization of the data and processes of the created device, the computer unit 2 is equipped with a screen and also connected via the hardware interface 8 with a printer 12.
Aus der Figur 1 ergibt sich ferner, dass zur gesamten Einrichtung 1 eine Sensoreinheit 5 sowie ein Injektionsgerät 6 für Kalium und ein Injektionsgerät 7 für Natrium gehören, die funktionsbedingt im Wirkzusammenhang stehen.It also follows from FIG. 1 that the entire device 1 includes a sensor unit 5 as well as an injection device 6 for potassium and an injection device 7 for sodium, which functionally are in operative connection.
Über eine Schnittstelle 17 ist die Sensoreinheit 5 direkt mit der Hardwareschnittstelle 8 verbunden analog sind die Verbindungen zwischen dem Injektionsgerät 6 für Kalium und dem Injektionsgerät 7 für Natrium über die Schnittstellen.10 mit der Sensoreinheit 5 verbunden. Die Verbindung der Injektionsgeräte 6, 7 zum jeweiligen Untersuchungsobjekt erfolgt über die Schnittstellen 9.The sensor unit 5 is connected directly to the hardware interface 8 via an interface 17. Analogously, the connections between the injection device 6 for potassium and the injection device 7 for sodium are connected to the sensor unit 5 via the interfaces 10. The connection of the injection devices 6, 7 to the respective examination object takes place via the interfaces 9.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 sind die Injektionsgeräte 6, 7 als kombinierte Geräte 18, 19, das Injektionsgerät 18 für Kalium und Insulin, und das Injektionsgerät 19 für Natrium und Glukose ausgebildet.In the second embodiment according to FIG. 2, the injection devices 6, 7 are designed as combined devices 18, 19, the injection device 18 for potassium and insulin, and the injection device 19 for sodium and glucose.
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Einheiten der Einrichtung 1 sind im Sinne eines closed-loop-Systems zur geregelten Kalium-, Natrium-, Insulin- und Glukoseinfusϊon ausgebildet und bestehen aus einer Rechnereinheit 2 (einem Industrie-PC, einem Laptop, einem Pocket-PC, einem Panel-Computer oder einer Industrϊal Workstation) mit einem Betriebssystem 3 und darauf angeordneter bzw. laufender Anwendersoftware 4 sowie den Peripheriegeräten 6, 7, 18, 19 mit integrierten externen kombinierten Sensoren zur Bestimmung der Blutgase, Glukose-, Laktat-, Bilirubin-, Natrium-, Kalium-, Kalzium-, Chlorid- und Hämoglobinkonzentration in Form einer Sensoreinheit 5. Die Anwendersoftware 4 enthält die einzelnen Module, welche die Verfahrensregelung und Steuerung realisiert und mit den Peripheriegeräten, den Injektionsgeräten 6, 7. 18, 19, über standardmäßig installierte Hardwareschnittstellen 8 der Rechnereinheit 2 verbunden ist.The units of the device 1 shown in FIGS. 1 and 2 are designed in the sense of a closed-loop system for controlled potassium, sodium, insulin and glucose infusion and consist of a computer unit 2 (an industrial PC, a laptop, a computer) Pocket PC, a panel computer or an industrial workstation) with an operating system 3 and user software 4 arranged thereon and the peripheral devices 6, 7, 18, 19 with integrated external combined sensors for determining the blood gases, glucose, lactate , Bilirubin, sodium, potassium, calcium, chloride and hemoglobin concentration in the form of a sensor unit 5. The application software 4 contains the individual modules, which realizes the process control and control and with the peripheral devices, the injection devices 6, 7. 18, 19, via standard installed hardware interfaces 8 of the computer unit 2 is connected.
Die Rechnereinheit 2 und die Komponenten, die Injektionsgeräte 6, 7, 18, 19 zur Injektion von Kalium, Natrium, Insulin und Glukose sowie zur Kalium-, Natrium- und Gluko- sewertbestimtnung stellen über die Schnittstellen 9 die Verbindungen zum jeweiligen Untersuchungsobjekt her.The computer unit 2 and the components, the injection devices 6, 7, 18, 19 for the injection of potassium, sodium, insulin and glucose as well as to the potassium, sodium and glucose. In order to determine the desired value, the connections to the respective examination object are established via the interfaces 9.
Die Glukoseregulation gemäß dem beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiel wird zur präzisen Einstellung des Blutzuckerspiegels auf voreinstellbarem Niveau zu wissenschaftlichen Clamp-Untersuchungen angewendet. Dabei wird durch die Verfahrenssoftware 4 aus den Bedieneingaben ermittelt, welche Insulinmenge über den Versuchszeitraum gegeben werden muss und steuert dann die notwendige variable Glukose- zufuhr, um den gewünschten Wert zu erreichen und einzuhalten. Die Messwertbestimmung für Natrium, Kalium und Glukose erfolgt zunächst in kurzen abgestimmten äquidistanten Zeitintervallen. Die Anwendersoftware 4 initiiert dabei automatisiert je nach den durch den Anwender zuvor festgelegten Messrntervallen die Blutgewinnung und Messwertermittlung mittels der Sensoreinheit 5. Durch zwischengeschaltete Rekalibrierungen der Sensoreinheit 5 sind äquidistante Zeitabstände nicht immer realisierbar, so dass durch die Verfahrenssoftware auch in gewissen Grenzen unregelmäßige Zeitabstände zugelassen werden. Die Interpolation auf die Mess werte zwischen den realen Messwertentnahmezeitpunkten erfolgt unter Berücksichtigung des aktuellen Messwertes und mindestens einem real gemessenen Vorgängerwertes. Rekalibrierungsmesswerte werden von der Sensoreinheit 5 an die Rechnereinheϊt 2 über die entsprechende Schnittstelle 8 vermittelt und als solche von der Rechnereinheit 2 erkannt, so dass diese nicht in die laufende Regelung als aktuelle Messwerte von der Aπwendersoftware aufgenommen werden. Je nach den Risiken über bzw. unter der Norm liegender Messwerte erfolgt eine automatisierte Alarmsϊgnalϊsϊerung zur möglichen Intervention durch den Anwender. The glucose regulation according to the described and illustrated embodiment is used for precise adjustment of the blood sugar level to a presettable level for scientific clamp tests. In this case, the process software 4 determines from the operator inputs which amount of insulin must be given over the experimental period and then controls the necessary variable glucose supply in order to achieve and maintain the desired value. The measurement of sodium, potassium and glucose initially takes place in short, equidistant time intervals. The user software 4 thereby automatically initiates the blood collection and measured value determination by means of the sensor unit 5, depending on the measuring intervals predefined by the user. By intercalated recalibrations of the sensor unit 5, equidistant time intervals can not always be realized, so that irregular time intervals are permitted within certain limits by the process software , The interpolation to the measured values between the real measured value extraction times takes place taking into account the current measured value and at least one real measured predecessor value. Recalibration measurement values are transmitted from the sensor unit 5 to the computer unit 2 via the corresponding interface 8 and recognized as such by the computer unit 2, so that they are not included in the current control as actual measured values by the user software. Depending on the risks above or below the standard measured values, an automated alarm signalisation for possible intervention by the user takes place.

Claims

Patentansprüche claims
1. Einrichtung zur computergesteuerten Infusion von Arzneistoffen mit zeitdiskreter Messwertgewinnung in einem Regelkreis für die Intensivüberwachung sowie die Intensivtherapie, ausgebildet als eine Rechnereinheit (2) mit einem Betriebssystem (3) und einer Anwendersoftware (4) mittels der, neben der computergesteuerten Glukose- und Insulirώαfusion mit Glukose- und Insulinmesswertgewinnung und Glukose- und Insulinmesswertbestimmung sowie diagnostischer Messwertbestimmung, eine computergesteuerte Natrium-Kalium-hifusion mit zeitdiskreter Natrium- und Kaliummesswertgewinnung und interpolierter variabler Natrium- und KaUummesswertbestimmung sowie diagnostischer Messwertbestimmung erfolgt, bei der ein Injektionsgerät (6) für Kalium und ein Injektionsgerät (7) für Natrium oder ein Injektionsgerät (18) in kombinierter Ausführung für Kalium und Insulin und ein Injektionsgerät (19) in kombinierter Ausführung für Natrium und Glukose über Schnittstellen (10) mit der Hardwareschnittstelle (8) der Rechnereinheit (2) verbunden sind.1. A device for computer-controlled infusion of drugs with discrete-time measurement in a control circuit for intensive care and intensive care, designed as a computer unit (2) with an operating system (3) and user software (4) by means of, in addition to the computer-controlled glucose and Insulirώαfusion with glucose and insulin measurement and glucose and insulin measurement and diagnostic measurement, computer-controlled sodium-potassium hipusion with discrete-time sodium and potassium reading and interpolated variable sodium and caustic readings, as well as diagnostic measurements, using a potassium injector (6) Injection device (7) for sodium or a combined injection device (18) for potassium and insulin and a combined injection device (19) for sodium and glucose via interfaces (10) with the hardware section point (8) of the computer unit (2) are connected.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass2. Device according to claim 1, characterized in that
das auf dem Betriebssystem (3) ablaufende Anwenderprogramm zur Parameterbestimmung und zur kontinuierlichen Gabe von Natrium und Kalium mit mindestens zwei Modi zur Natrium- und Kaliummesswertgewinnung arbeitet, indem im ersten Zeitbereich in kurzen Messintervallen Daten akkumuliert werden, um eine Modellierung und Parameterschätzung durchzuführen, die für die Regulation im zweiten darauffolgenden Zeitbereich angewendet werden, dies unter großen Zeitabständen zur Natrium- und KaHummesswertgewinnung. the user program for parameter determination and continuous administration of sodium and potassium operating on the operating system (3) operates with at least two modes for sodium and potassium measurement extraction by accumulating data in the first time range at short measurement intervals in order to carry out a modeling and parameter estimation suitable for the regulation is applied in the second consecutive time range, at long intervals for sodium and kaHM.
3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that
die Natrium- und Kaliumwerte in äquidistanten Intervallen oder in Intervallen mit unterschiedlicher Länge vermittelt werden können und in dem Steuerungsprozess der Einrichtung (l)verwendet werden.the sodium and potassium values can be mediated at equidistant intervals or at intervals of different lengths and used in the control process of the device (1).
4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass4. Device according to claims 1 and 3, characterized in that
mindestens zwei Betriebsmodi existieren, sie sich dadurch unterscheiden, dass in dem zeitlichen ersten Mode die Natrium-, Kaliumwertgewinnung in kurzen Zeit- intervallen erfolgt und im zweiten Mode die Zeitabstände vergrößert sind.At least two operating modes exist, they differ in that in the temporal first mode, the sodium, potassium value obtained in short time intervals and in the second mode, the time intervals are increased.
5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass5. Device according to claim 1 to 4, characterized in that
im zeitlichen ersten Mode die zu ermittelnden Zwischenwerte durch eine geeignete Modellierungsmethode gebildet werden können, die eine gute Ausregelung des gewünschten Zielwertes ergeben.in temporal first mode, the intermediate values to be determined can be formed by a suitable modeling method, which results in a good regulation of the desired target value.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass6. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that
die auf dem Betriebssystem (3) ablaufende Anwendersoftware (4) in erweiterbare Softwaremodule unterteilt ist, welche die Verfahrenssteuerung und Regelung zur Natrium- und KaUuminjektion realisieren, diese nach den neuesten wissenschaftlichen Erkenntnissen und Erfahrungen erneuer- und erweiterbar sind. the user software (4) running on the operating system (3) is subdivided into extensible software modules which implement the process control and regulation for sodium and caustic injection, which can be renewed and expanded according to the latest scientific findings and experience.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that
die Peripheriegeräte, die Injektionsgeräte (6; 7; 18; 19) sowohl in ihren Aktionen durch die Anwendersoftware (4) nach validierten Regeln gesteuert werden als auch Daten und Informationen bidirektional austauschen, welche durch die Anwendersoftware (4) analysiert und dem Bedienpersonal aufbereitet zur Entscheidungsfindung angezeigt werden.the peripheral devices, the injection devices (6; 7; 18; 19) are controlled both in their actions by the user software (4) according to validated rules and bidirectionally exchange data and information which is analyzed by the user software (4) and prepared for the operating personnel Decision-making are displayed.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that
die anfallenden Daten auf den internen Speichermedien oder Wechselspeichermedien der Rechnereinheit (2) so abgelegt werden, dass sie für eine Verarbeitung mit anderen Auswerteprogrammen zur Verfügung stehen.the resulting data on the internal storage media or removable storage media of the computer unit (2) are stored so that they are available for processing with other evaluation programs.
9. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass9. Device according to claim 1 to 8, characterized in that
die anfallenden und gespeicherten Daten über ein Netzwerk online verarbeitet werden können.The resulting and stored data can be processed online via a network.
10. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass10. Device according to claim 1 to 9, characterized in that
über ein Netzwerk Überwachungs-, Steuerungs- und Diagnosefunktionen durchgeführt werden. Monitoring, control and diagnostic functions can be performed via a network.
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