DE3927287A1 - Tropfeninfusionsregler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tropfeninfusionsregler mit einem Infusionsgefäß, einer mit diesem verbundenen Tropfkammer, einer Regelklemme und einer Patientenleitung.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren be­ kannt, um Patienten Infusionslösungen zuzuführen. Infusionen werden beispielsweise zur künstlichen Ernährung oder zur Zu­ fuhr von Flüssigkeit und Medikamenten eingesetzt.

Das einfachste bekannte Verfahren stellt die sogenannte Schwerkraftinfusion dar. Bei dieser ist ein Infusionsbehäl­ ter über ein Infusionsgerät mit dem Patienten verbunden. Schwerkraftbedingt gelangt die Flüssigkeit aus dem Infu­ sionsbehälter oder Infusionsgerät in die Patientenleitung. wobei die Tropfrate mittels einer einstellbaren Klemme, bei­ spielsweise einer Rollklemme eingestellt werden kann. Die Strömung der Infusionsflüssigkeit wird bei der Schwerkraft­ infusion durch die Druckdifferenz zwischen dem Infusionsbe­ hälter und der Patientenleitung bestimmt, wobei die Tropf­ rate durch Division dieser Druckdifferenz durch den Strö­ mungswiderstand des Infusionsgerätes berechnet werden kann. Der Nachteil derartiger Vorrichtungen liegt darin, daß diese manuell eingestellt werden müssen und somit nicht sehr genau arbeiten können. Weiterhin erweist es sich als nachteilig, daß die Druckdifferenz zwischen dem Infusionsgefäß und der Patientenleitung und damit die Tropfrate von vielfältigen Einflußfaktoren abhängen und sich damit im Verlauf der In­ fusion häufig ändern. Eine exakte Einstellung der Tropfrate ist auch aus diesen Gründen nicht möglich.

Um diese Nachteile der Schwerkraftinfusion zu vermeiden, wurden sogenannte Tropfeninfusionsregler entwickelt, bei welchen mit Hilfe eines Sensors die Tropfrate bestimmt wer­ den kann. Diese Ist-Tropfrate wird mit einer vorgegebenen Tropfrate verglichen, wobei bei Abweichungen des Ist-Wertes vom Sollwert eine einstellbare Klemme in ihrer Einstellung so verändert wird, daß sich die vorgegebene Tropfrate ein­ stellt. Es liegt somit ein einfacher Regelkreis vor, welcher die Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Tropfrate ermögli­ chen soll. Erfolgt beispielsweise während der Infusion eine Änderung des Strömungswiderstandes des gesamten Infusionsge­ rätes, beispielsweise dadurch, daß sich der Patient bewegt oder daß die Druckunterschiede zwischen der Patientenleitung und dem Infusionsgefäß geändert werden, beispielsweise weil sich der Patient aufrichtet, so ist es mittels der Regelein­ richtung möglich, die einstellbare Klemme in ihrer Einstel­ lung zu verändern und den Gegebenheiten anzupassen. Als nachteilig erweist es sich dabei, daß relativ lange Zeitin­ tervalle beobachtet und gemittelt werden müssen, da die Tropfrate üblicherweise in der Größenordnung von einigen Tropfen pro Minute liegt. Es vergeht somit ein erheblicher Zeitraum, bis der Regelkreis Veränderungen in zuverlässiger Weise erkannt hat und die Einstellung der Klemme anpassen kann. Bei schnellen Änderungen des Strömungswiderstandes er­ kennt somit der Regelkreis üblicherweise die auftretenden Änderungen der Betriebsparameter nicht, so daß es zu einer Abweichung vom vorgegebenen Sollwert kommt. Dies führt dazu, daß das Infusionsgerät einen Alarm auslöst, um auf Fehler hinzuweisen. Bedingt durch diese häufig auftretenden Alarm­ zustände haben sich beim Bedienungspersonal die Tropfenin­ fusionsregler als unzuverlässig erwiesen.

Eine weitere Möglichkeit, Infusionen zu verabreichen besteht darin, die Infusionsflüssigkeit mittels einer Pumpe der Pa­ tientenleitung zuzuführen. Dabei kann zwar prinzipiell ein gleichbleibender Druck in der Patientenleitung erzeugt wer­ den, welcher zu einer gleichmäßigen Verabreichung der In­ fusion führen kann. Da jedoch derartige Pumpen üblicherweise einen wesentlich höheren Druck erzeugen können, als in der Patientenleitung erwünscht, besteht der erhebliche Nachteil, daß die Pumpeinrichtungen über Sicherheitsvorrichtungen ver­ fügen müssen, um zu verhindern, daß in der Patientenleitung ein unerwünscht hoher Druck auftritt, welcher beispielsweise zu einem Bruch der Patientenleitung führen kann, wenn diese, beispielsweise durch einen Knick, verschlossen ist. Der Re­ gel- und Steuerungsaufwand derartiger Pumpen ist sehr hoch, so daß diese Infusionsgeräte kostspielig sind und für viel­ fältige Einsatzzwecke nicht geeignet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tropfenin­ fusionsregler zu schaffen, welcher bei einfachem Aufbau und betriebssicherer Wirkungsweise die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und eine sichere Verabreichung einer In­ fusionsflüssigkeit bei einer vorgegebenen Tropfrate ermög­ licht. Weiterhin soll der Tropfeninfusionsregler über ein schnelles Regel- und Ansprechverhalten verfügen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß stromab der Regelklemme ein Drucksensor angeordnet ist, welcher mit einer Regeleinheit betriebsverbunden ist, mittels welcher die Regelklemme betätigbar ist.

Der erfindungsgemäße Tropfeninfusionsregler zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus. Da erfindungsge­ mäß ein Drucksensor vorgesehen ist, ist es möglich, sehr schnell Veränderungen des Strömungswiderstandes und damit der Tropfrate festzustellen, da bereits geringfügige Druck­ unterschiede oder Druckabweichungen registriert werden kön­ nen. Da erfindungsgemäß der Drucksensor zwischen dem erhöht angebrachten Infusionsgerät und dem Patienten angeordnet ist, erfolgt eine Unterteilung der Leitungen des Infusions­ gerätes in zwei Abschnitte, nämlich einen Abschnitt zwischen dem Infusionsgefäß und dem Druckaufnehmer und einen zweiten Abschnitt zwischen dem Druckaufnehmer und dem Patienten. Diese beiden Abschnitte des Leitungssystems des Infusionsge­ rätes bilden somit einen hydraulischen Widerstandsteiler.

Bei einer Veränderung des Strömungswiderstandes, insbesonde­ re in dem Abschnitt zwischen dem Druckaufnehmer oder Druck­ sensor und dem Patienten stellt sich somit sofort eine ent­ sprechende Druckänderung im Bereich des Drucksensors ein. Da dieser Druck in dem Leitungsabschnitt zwischen dem Drucksen­ sor und dem Patienten sich in Abhängigkeit kleinster Ände­ derungen der Betriebszustände verändert, beispielsweise in Ab­ hängigkeit von geringfügigen Quetschungen der Patientenlei­ tung oder Lageänderungen des Patienten ist es möglich. schnell und wirksam eine Anpassung an die vorgegebene Tropf­ rate vorzunehmen, beispielsweise um die Öffnungen der ein­ stellbaren Regelklemme zu vergrößern oder zu verkleinern. Es ist somit möglich, die Tropfrate konstant aufrecht zu erhal­ ten.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Regeleinheit einen Vergleicher um­ faßt, mittels dessen Änderungen des durch den Drucksensor ermittelten Ist-Wertes von einem vorgegebenen Sollwert er­ mittelbar sind. Der Sollwert kann dabei in Abhängigkeit von den jeweiligen apparativen Vorgaben oder sonstigen Bedingun­ gen eingestellt werden. So ist es beispielsweise möglich. unterschiedliche Längen der Schlauchleitungen zu berücksich­ tigen, ebenso wie unterschiedliche Druckverhältnisse.

Die Regelklemme ist bevorzugterweise voreinstellbar ausge­ bildet, um das Einschwingverhalten des Regelkreises zu opti­ mieren und die erforderliche Zeitdauer zu verkürzen.

In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Tropfeninfu­ sionsreglers ist es weiterhin möglich, mehrere Tropfeninfu­ sionsregler parallel zueinander anzuordnen. welche in einer einzigen Patientenleitung münden. Es können somit verschie­ dene Infusionslösungen über die einzige Patientenleitung dem Patienten zugefügt werden. Erfindungsgemäß ist es dabei mög­ lich, jeden dieser einzelnen Infusionstropfenregler so an­ zusteuern und zu regeln, daß eine konstante Tropfrate in den jeweiligen Tropfeninfusionsreglern aufrechterhalten wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird hinsichtlich eines Verfahrens zur Betätigung eines Tropfeninfusionsreg­ lers dadurch gelöst, daß in einem ersten Verfahrensschritt nach Verbindung eines Infusionsgefäßes mit einer Tropfkammer und einer Leitung, welche eine Regelklemme umfaßt und strom­ ab mit einem Drucksensor versehen ist, die Regelklemme in Abhängigkeit einer vorgegebenen Tropfrate auf einen Aus­ gangswert eingestellt wird. In einem zweiten Verfahrens­ schritt wird der am Drucksensor ermittelte Druck-Ist-Wert einer Regeleinheit zugeführt und mit einem Druck-Sollwert verglichen. In einem nachfolgenden dritten Verfahrensschritt erfolgt mittels der Regeleinheit erforderlichenfalls eine Einstellung der Regelklemme. Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, daß zum einen die Tropfrate mit hoher Genauigkeit auch bei kurzzeitigen Änderungen der Betriebsbe­ dingungen beibehalten werden kann und daß zum anderen das Einstell- und Einregelverhalten sehr einfach ausgebildet ist, da durch die Einstellung auf den Ausgangswert bereits eine grobe Voreinstellung vorgenommen werden kann.

Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, daß der Druck- Sollwert nach Einstellen der vorgegebenen Tropfrate an der Tropfkammer durch Ermittlung des an dem Drucksensor vorlie­ genden Drucks festgelegt wird. Es ist somit eine Einstellung oder Eichung des Gerätes möglich, durch welche beispiels­ weise Änderungen des Umgebungsdruckes oder apparativ beding­ te Unterschiede in dem Strömungswiderstand der Leitungen an­ gepaßt und ausgeglichen werden können.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß möglich, die Einstellung der Regelklemme auf den Ausgangswert in dem ersten Verfah­ rensschritt in Abhängigkeit von einer in einem Speicher der Regeleinheit gespeicherten Schätztabelle vorzunehmen. Durch die Schätztabelle können unterschiedliche Betriebsparameter vorbestimmt werden, beispielsweise die Höhenunterschiede zwischen dem Infusionsgefäß und dem Patienten, der Umge­ bungsdruck, die Gesamtlänge der Schlauchverbindung, die Art und Viskosität der Infusionslösung und die gewünschte Tropf­ rate.

Nachdem erfindungsgemäß in den ersten drei Verfahrensschrit­ ten eine Einstellung und Hochfahrung des gesamten Systems erfolgte, ist in nachfolgenden Verfahrensschritten vorgese­ hen, daß die Regelklemme jeweils in Abhängigkeit von Abwei­ chungen des Druck-Ist-Wertes von dem Druck-Sollwert einge­ stellt und nachgeregelt wird.

Da erfindungsgemäß der Strömungswiderstand der beiden Ab­ schnitte der einzelnen Leitungen des Infusisonsgerätes mit­ tels des Drucksensors bestimmbar ist, ist es weiterhin auf besonders einfache Weise möglich, die Einstellung der Regel­ klemme unter Berücksichtigung der Bauart der Klemme, deren Antriebs und des Infusionsgerätes dadurch vorzunehmen, daß der Strömungswiderstand der Leitung zwischen der Tropfkammer und dem Drucksensor ermittelt wird.

Um den Strömungswiderstand in der Leitung des Infusionsgerä­ tes mit ausreichender Genauigkeit feststellen zu können, wird dieser bevorzugterweise durch die Vision der Druckdif­ ferenz zwischen der Tropfkammer und dem Drucksensor durch die Tropfrate ermittelt.

Bei Vorliegen einer vorgegebenen Differenz zwischen dem Druck-Sollwert und dem Druck-Ist-Wert über eine längere Zeitdauer wird erfindungsgemäß eine Alarmeinrichtung betä­ tigt, da das Vorliegen der Druckdifferenz Anzeichen für eine Betriebsstörung der Regeleinrichtung ist.

Der erfindungsgemäße Tropfeninfusionsregler weist somit im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen den entscheidenden Vorteil auf, daß Änderungen der Betriebszustände sehr schnell erkannt werden können, so daß eine kurzfristige An­ passung und Nachregulierung möglich ist.

Im folgenden wird im einzelnen die Betriebsweise des erfin­ dungsgemäßen Reglers beschrieben:

Zu Beginn der Infusion wird eine Tropfrate vorgegeben, wel­ che durch die jeweiligen medizinischen Indikationen bestimmt ist. Anschließend wird die Regelklemme entweder von Hand oder automatisch unter Zugrundelegung eines Schätzwertes voreingestellt und entsprechend geöffnet, bis die zu beo­ bachtende Tropfrate den vorgegebenen Sollwert erreicht hat. Nachfolgend wird der Druck an dem Drucksensor ermittelt. Die konstant zu haltende Tropfrate Q wird somit durch die Druck­ differenz P0 (Infusionsgefäß) ./. P1 (Druckaufnehmer) divi­ diert durch den dazwischenliegenden Strömungswiderstand be­ stimmt:
Q = (P0-P1)/R.

Eine Auflösung nach R ergibt folgende Gleichung:
R = (P0-P1)/Q.

Durch Differenzierung wird folgende Gleichung erhalten:
dR = -dP1/Q.

Eine Veränderung des Druckes P1 muß somit durch eine entge­ gengesetzte Änderung des Strömungswiderstandes ausgeglichen werden. Bei einem Absinken des Druckes P1 ist somit ein Aus­ gleich durch eine Erhöhung des Strömungswiderstandes erfor­ derlich. Dies erfolgt entsprechend einer durch Rechnung oder Kalibrierung festzulegenden Funktion, die die Form der Klem­ me, des Antriebs, des Infusionsgerätes und/oder anderer Pa­ rameter berücksichtigt. Nachfolgend wird die Einstellung der Regelklemme entsprechend abgeändert.

Während des Infusionsvorganges wird die Einstellung der Re­ gelklemme aufgrund der Soll-Ist-Wertabweichungen des durch den Drucksensor gemessenen Druckes geregelt.

Erfindungsgemäß wird somit beim Voreinstellen des Tropfen­ infusionsreglers ein Druck-Sollwert bestimmt, welcher der gesamten nachfolgenden Infusion zugrundegelegt wird.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbei­ spiele beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungs- und Modifika­ tionsmöglichkeiten.

Claims (12)

1. Tropfeninfusionsregler mit einem Infusionsgefäß, einer mit diesem verbundenen Tropfkammer, einer Regelklemme und einer Patientenleitung, dadurch gekennzeichnet, daß stromab der Regelklemme ein Drucksensor angeordnet ist, welcher mit einer Regeleinheit betriebsverbunden ist, mittels welcher die Regelklemme betätigbar ist.

2. Tropfeninfusionsregler nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Regeleinheit einen Vergleicher umfaßt, mittels dessen Änderung des durch den Drucksensor er­ mittelten Ist-Wertes von einem vorgegebenen Sollwert er­ mittelbar sind.

3. Tropfeninfusionsregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelklemme voreinstellbar ist.

4. Tropfeninfusionsregler nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tropfeninfusionsregler mit mehreren Tropfeninfusionsreglern parallel angeordnet ist und daß die Tropfeninfusionsregler in einer einzigen Patientenleitung münden.

5. Tropfeninfusionsregler nach einem der Ansprüche 1-4, gekennzeichnet durch eine mit der Regeleinheit betriebs­ verbundenen Alarmeinrichtung.

6. Verfahren zur Betätigung des Tropfeninfusionsreglers, insbesondere nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in einem ersten Verfahrensschritt nach Verbindung eines Infusionsgefäßes mit einer Tropfkammer und einer eine Regelklemme umfassenden und stromab mit einem Drucksensor versehenen, stromab des Drucksensors in eine Patientenleitung mündenden Leitung die Regel­ klemme in Abhängigkeit einer vorgegebenen Tropfrate auf einen Ausgangswert eingestellt wird, daß in einem zwei­ ten Verfahrensschritt der am Drucksensor ermittelte Druck-Ist-Wert einer Regeleinheit zugeführt und mit ei­ nen Soll-Druckwert verglichen wird und daß in einem dritten Verfahrensschritt mittels der Regeleinheit er­ forderlichenfalls eine Einstellung der Regelklemme er­ folgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck-Sollwert nach Einstellen der vorgegebenen Tropfrate an der Tropfkammer durch Ermittlung des an den Drucksensor vorliegenden Drucks festgelegt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einstellung der Regelklemme auf den Aus­ gangswert in dem ersten Verfahrensschritt in Abhängig­ keit von einer in einem Speicher der Regeleinheit ge­ speicherten Schätztabelle erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß nachfolgend auf den dritten Verfah­ rensschritt die Regelklemme jeweils in Abhängigkeit von Abweichungen des Druck-Ist-Wertes von dem Druck-Sollwert eingestellt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6-9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einstellung der Regelklemme unter Berücksichtigung der Bauart der Klemme, deren Antriebs und des Infusionsgerätes dadurch erfolgt, daß der Strö­ mungswiderstand der Leitung zwischen der Tropfkammer und dem Drucksensor ermittelt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand durch Division der Druckdiffe­ renz zwischen der Tropfkammer und dem Drucksensor durch die Tropfrate ermittelt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen einer vorgegebenen Differenz zwischen dem Druck-Sollwert und dem Druck-Ist-Wert über eine längere Zeitdauer eine Alarmeinrichtung betätigt wird.