DE3138478C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum intermittieren­ den Ausgeben einer medizinischen Lösung in kleinen Dosen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art sowie eine Vorrichtung zum intermittierenden Ausgeben einer medizinischen Lösung in kleinen Dosen der im Oberbegriff des Anspruchs 2 angegebenen Art.

Medizinische Lösungen werden aus einer Vielzahl von Gründen intermittierend und nicht kontinuierlich verab­ reicht. Ein Grund besteht darin, daß eine kontinuier­ lichen Zufuhr eine Überdosis an medizinischen Lösungen zur Folge hätte. Außerdem wäre ein äußerst komplizierter Mechanismus erforderlich, um die medizinischen Lösungen in kleinen Dosen kontinuierlich zuzuführen. Daneben sind solche Verabreichungsvorrichtungen heutzutage weitgehend tragbar und batteriebetrieben. Durch einen intermittierenden Betrieb dieser Vorrichtungen wird auch erreicht, daß der Stromverbrauch so gering wie mög­ lich gehalten wird.

Eine eingangs genannte Vorrichtung ist aus der DE-OS 26 51 962 bekannt. Ein Nachteil dieser bekannten Vor­ richtung besteht im pulsierenden Betrieb der peristal­ tischen Pumpe, wobei ein erheblicher Fehler in der Dosis pro einzelner Ausgabe auftritt, wenn der Pulsierzyklus ungenau gewählt ist. Dieser Fehler ist bezüglich der beabsichtigten Dosis nur dann zu vernachlässigen, wenn die Zeitdauer einer einzigen Ausgabe ausreichend länger ist als die Pulsierperiode. Wenn hingegen die Zeitdauer einer einzelnen Ausgabe kürzer oder nur einige Male länger als die Pulsierperiode ist, ergibt sich ein erheb­ licher Dosierungsfehler.

Aus der US-PS 34 98 228 ist eine batteriebetriebene und kontinuierlich arbeitende Infusionspumpe bekannt. Um unabhängig vom Ladungszustand der den Pumpenmotor antreibenden Batterien in jedem Betriebsintervall stets die gleiche Flüssigkeitsmenge auszugeben, erfolgt die Ausgabe in konstanten Intervallschritten, die von der Umdrehung der Pumpenantriebswelle abgeleitet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausgeben einer medizinischen Lösung in kleinen Dosen über eine längere Zeitdauer unter Verwendung eines peristaltischen Ausgabesystems zu schaffen, wobei die Dosis pro einzelner intermit­ tierender Ausgabe immer auf einem konstanten Wert ge­ halten wird.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Verfahrensmerkmale des Anspruchs 1 und durch die kenn­ zeichnenden Vorrichtungsmerkmale des Anspruchs 2.

Der Erfindung liegt also die Erkenntnis zugrunde, daß das Pulsieren bei peristaltischen Pumpe bei der Frei­ gabe des Schlauchs vom Druck auftritt, und zwar unmittel­ bar nachdem der Druckpunkt das Ausgabeende erreicht hat. Die Lösungsmenge, die durch die Bewegung eines Druckpunktes vom Ansaugende bis zum Ausgabeende aus­ gegeben wird, ist dabei immer konstant. Da die Bewegung eines Druckpunkts vom Ansaugende bis zum Ausgabeende exakt wiederholt wird, ist die Lösungsmenge, die zwi­ schen dem Beginn der Bewegung eines Druckpunkts von einer bestimmten Stelle aus und dem Ende der Bewegung an der Anfangsstelle transportiert wird, konstant. Daraus folgt, daß die während einer Pulsierperiode ausgegebene Lösungsmenge konstant ist. Wenn nun die Dosis pro einzel­ ner intermittierender Ausgabe auf ein ganzzahliges Viel­ faches einer Pulsierperiode eingestellt ist, sind nach­ folgende Dosen unabhängig vom Pulsieren in der peristal­ tischen Pumpe gleich.

Beim erfindungsgemäßen Betrieb einer peristaltischen Ausgabevorrichtung läßt sich die Gesamtdosis pro Zeitein­ heit durch Ändern des ganzzahligen Vielfachen der Pul­ sierperiode und/oder des Zeitintervalls der intermittieren­ den Ausgabe ändern.

Als periodische Pumpe zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens eignet sich sowohl eine Rollen- wie auch eine Fingerpumpe. Eine Rollenpumpe weist dabei vor­ teilhafterweise einen fest an einer drehbaren Antriebs­ welle angebrachten Rotor auf, der eine Vielzahl von in gleichen Abständen angeordneten Rollen aufweist, die an dem Rotor in wechselseitig symmetrischer Anordnung be­ züglich der Antriebswelle angebracht sind.

Vorteilhafterweise ist außerdem mit der drehbaren An­ triebswelle der Rollenpumpe oder der Fingerpumpe ein Drehzahlfühler zum Feststellen der Umdrehungszahl der Welle kombiniert, um Fühlimpulse im Verhältnis zu der festgestellten Umdrehungszahl zu bilden.

Der Motor zum Betrieb der peristaltischen Pumpe ist vorteilhafterweise ein Schrittmotor.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeich­ nungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer peristal­ tischen Rollenpumpe,

Fig. 2 ein Diagramm, in welchem die Wellenform des Pulsierens der peristaltischen Pumpe dargestellt ist,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Ausführungs­ beispiels der Erfindung, bei dem ein Gleichstrommotor verwendet wird, und

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem ein Schrittmotor verwendet wird.

Das Verfahren zum intermittierenden Ausgeben einer medizinischen Lösung in kleinen Dosen nach der Erfindung wird im einzelnen unter Bezugnahme auf die dargestellten Ausführungsbeispiele, bei denen eine peristaltische Rollenpumpe verwendet wird, beschrieben.

Es wird Bezug genommen auf Fig. 1. Die dargestellte typische peristaltische Rollenpumpe weist eine drehbare Antriebswelle 3, einen fest an der Welle angebrachten Rotor 1 und eine Vielzahl (bei die­ sem Ausführungsbeispiel 4) von in gleichen Ab­ ständen angeordneten Rollen 2 auf, die drehbar an dem Rotor 1 in einer wechselseitig symmetrischen Anordnung in Bezug auf die Welle 3 angebracht sind. Ein Stator 4 hat eine halbkreisförmige Aussparung, die konzentrisch um den Rotor an­ geordnet ist. Ein Schlauch 5 mit einem an einen Behälter für die medizinische Lösung angeschlossenen Einlaß und einem an eine Nadel (nicht darge­ stellt) angeschlossenen Auslaß verläuft zwi­ schen dem Rotor 1 und dem Stator 4. Der Schlauch 5 ist fest an zwei oder drei Punkten durch die Rollen 2 zusammengedrückt, die sich an der Statoraussparung über den Schlauch abstützen. Wenn sich der Rotor 1 in der durch einen Pfeil gezeigten Richtung dreht, wird medizini­ sche Lösung in einer Dosis, die in dem Schlauch 5 zwischen den beiden benachbarten, durch die Rollen zusammengedrückten Punkte bestimmt ist, transportiert. Ein pulsierender Flüssigkeitsstrom oder eine peristaltische Zufuhr entwickelt sich, wenn die vordere Rolle 2 außer Berührung mit dem Stator 4 an dem Ausgabeende gebracht sind. Da bei diesem Ausführungsbeispiel vier Rollen an dem Rotor 1 sind, tritt das Pulsieren vier­ mal pro Umdrehung des Rotors 1 auf. Die sym­ metrische Anordnung der Rollen führt zu pulsierenden Strömen derselben Wellenform. Die Wellenform des pulsierenden Flüssigkeitsstromes ist in Fig. 2 gezeigt. Wenn die intermittierende Ausgabe in gleichen Abschnitten der Pulsier­ periode, die bei t und t′ dargestellt ist, nach dem bekannten Verfahren durchgeführt wird, ändert sich der Betrag oder die Dosis der ausgegebenen Lösung jedesmal unter dem Einfluß des Pulsierens, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Erfindungsgemäß wird das intermittierende Ausgeben in einer Dosis durchgeführt, die einer Pulsierperiode, die bei T oder T′ dargestellt ist, oder einem ganzzahligen Vielfachen einer Periode entspricht. Dann wird jede Dosis immer auf einer vorbestimmten Dosis über eine längere Zeitdauer gehalten.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in dem Blockschaltbild der Fig. 3 dargestellt. Der Aufbau des Blockschaltbildes wird in Ver­ bindung mit seinem Betrieb beschrieben. Ziffer 8 ist eine peristaltische Rollenpumpe, wie in Fig. 1 gezeigt. Die drehbare Antriebswelle des Pumpenrotors ist mit der Endausgangswelle eines Untersetzungsgetriebes 7 verbunden, das eine Haupteingangswelle hat, die mit einem Gleich­ strommotor 6 verbunden ist. Die Drehung des Motors 6 bewirkt, daß die Welle die Pumpe 8 an­ treibt. Mit der Antriebswelle der Pumpe 8 ist ein Drehzahlfühler 9 zum Feststellen der Um­ drehungen der Pumpenwelle verbunden, um Fühlimpulse im Verhältnis zur Umdrehungszahl zu bilden. Der Drehzahlfühler 9 kann z. B. ein Impulsverschlüssler sein.

Ziffer 12 ist eine Dosiseinstellvorrichtung, bei der die Dosis z. B. mittels eines digitalen Vor­ wählschalters eingestellt wird, und der einge­ stellte Wert wird als BCD (Binärcode-Dezimalzahl) Digitalsignal an dem Ausgang gebildet. Die Dosis­ einstellvorrichtung 12 ist elektrisch mit einer Steuereinrichtung 11, z. B. in der Form eines einstell­ baren Abwärtszählers, verbunden. Die Steuereinrichtung 11 ist elektrisch mit einem Zeitschalter 13 zum Übertragen eines vorgewählten Signals an die Steuereinrichtung 11 jedesmal dann verbunden wenn die inter­ mittierende Ausgabe durchgeführt werden soll. Beim Empfang des vorgewählten Signals von dem Zeitschalter 13, führt die Steuereinrichtung 11 das BCD-Digitalsignal von der Dosiseinstellvor­ richtung 12 in den Zähler, um den Inhalt des Zählers auf den eingestellten Wert zu bringen. Der Zähler ist derart ausgebildet, daß sein "0"-Ausgang dem Motorantriebskreis 10 ein An­ triebssignal liefert, um den Motor in Gang zu setzen, wenn der Inhalt des Zählers einen anderen Wert hat als "0". Da der vorgewählte Inhalt des Zählers gleich dem Dosiseinstellwert ist, liefert der "0"-Ausgang des Zählers ein Motorantriebssignal, und der Motor 6 beginnt sich zu drehen. In Abhängigkeit von der Dre­ hung des Motors erzeugt der Drehzahlfühler 9 Fühlimpulse. Ein Teiler 14 mit einem Frequenz­ teilverhältnis von 1/n ist zwischen den Fühler 9 und die Steuereinrichtung 11 geschaltet, wenn das Verhältnis der Pulsierzahl zu den Fühlimpulsen 1 : n ist. Der Teiler 14 kan weggelassen werden, wenn dieses Verhältnis 1 : 1 ist.

Die von dem Teiler 14 oder direkt von dem Dreh­ zahlfühler 9 kommenden Fühlimpulse werden dem Zähleingang des einstellbaren Abwärtszählers 11 zugeführt. Der Zähler 11 zieht jedesmal "1" von seinem Inhalt ab, wenn er einen Fühl­ impuls empfängt. Wenn der Inhalt des Zählers 11 letztlich auf "0" vermindert ist, wird kein Motorantriebssignal mehr ge­ liefert, wodurch der Motor 6 gestoppt wird. Der Drehzahlfühler 9 erzeugt dadurch keinen Fühlimpuls mehr, so daß der Inhalt des Zählers auf "0" gehalten wird. Als Folge wird der Motor und somit die peristaltische Pumpe bis zur nachfolgenden Ausgabezeitdauer ange­ halten. Bei der nachfolgenden Ausgabezeit­ dauer bildet der Zeitschalter 13 ein vorge­ wähltes Signal an seinem Ausgang, und dann wiederholt sich der oben beschriebene Vorgang.

Bei der oben genannten Anordnung empfängt der Zähleingang des vorwählbaren Abwärtszählers 11 Fühlimpulse an den Stellen, die denselben Stel­ len an den Wellenformen des durch die Pumpe 8 erzeugten Pulsierens entsprechen. Demgemäß fallen Start und Stoß der peristaltischen Rollen­ pumpe 8 immer auf dieselben Stellen der Pulsierwellenform (Fig. 2), unabhän­ gig von dem eingestellten Wert in der Dosis­ einstellvorrichtung. Die zwischen dem Start und dem Stoppen der Pumpe 8 ausgegebene Lö­ sungsdosis ist immer ein ganzzahliges Viel­ faches der Lösungsmenge, die während eines Pulsierzyklus ausgegeben wird, wodurch je­ der Fehler infolge Pulsierens ausgeschaltet wird. Bei dem oben beschriebenen Ausführungs­ beispiel ist die Minimaldosiseinheit, auf deren Grundlage jede gewünschte Dosis ein­ gestellt ist, gleich der Lösungsmenge, die während eines Pulsierzykluses ausgegeben wird. Wenn die Minimaldosiseinheit m-mal größer ist als die Lösungsmenge, die während eines Pulsierzykluses ausgegeben wird, muß der Teiler 14 ein Teilverhältnis von 1/nm haben, wobei m ein ganzzahliger Faktor von 2 oder mehr ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung ist in dem Blockschaltbild der Fig. 4 dargestellt. Die Anordnung nach Fig. 4 ist ähnlich der von Fig. 3, außer daß der Drehzahlfühler 9 der Anordnung nach Fig. 3 weggelassen worden ist, weil der herkömmliche Gleichstrommotor 6 durch einen Schrittmotor 6′ ersetzt worden ist, und daß ein Antriebsimpuls­ erzeuger 15 zusätzlich eingefügt ist. Anders wie der herkömmliche Gleichstrommotor erfordert der Schrittmotor eine spezielle Antriebsschaltung 10′, weil einfaches Anlegen von Spannung zum Betreiben eines Schrittmotors nicht ausreicht. Da der Schrittmotor sich um einen Schritt als Ant­ wort auf einen an seinem Eingang empfangenen Impuls dreht, kann die Zahl der Umdrehungen auf der Grundlage der Anzahl der Eingangsim­ pulse gesteuert werden. Der Antriebsimpulser­ zeuger 15 erzeugt bei einer konstanten Frequenz Impulse, wenn der Inhalt des vorwählbaren Ab­ wärtszählers 11 nicht "0" ist, hört aber auf mit der Impulserzeugung, wenn der Zählerinhalt "0" ist. Der Teiler 14 teilt die Zahl der An­ triebsimpulse und schickt den geteilten Wert zu dem Zählereingang des Zählers 11.

Vorausgesetzt, die Zahl der Schritte, die bei dem Schrittmotor 6′ erforderlich sind, um eine Drehung zu machen, ist P, das Untersetzungsver­ hältnis des Untersetzungsgetriebes 7 ist Q und die Zahl der Impulse, die pro Umdrehung der peristaltischen Pumpe 8 gebildet werden, ist R, dann hat der Teiler 14 ein Teilungsver­ hältnis von R/PQ. Dann wird die Minimaldosis­ einheit, auf deren Grundlage jede gewünschte Dosis in der Dosiseinstellvorrichtung 12 ein­ gestellt wird, gleich der Lösungsmenge, die während eines Pulsierzykluses ausgegeben wird, wodurch Fehler in der Dosis infolge Pulsierens, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, nach Fig. 3 ausgeschaltet sind.

Obgleich bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen eine peristaltische Rollenpumpe verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt. Peristaltische Fin­ gerpumpen oder andere peristaltische Pumpen können ebenso bei der Erfindung verwendet wer­ den, solange sie einen pulsierenden Strom auf eine zyklische Art und Weise erzeugen können.

Wie aus dem Vorhergehenden deutlich wird, kann die Dosis einer medizinischen Lösung pro einzelner intermittierender Ausgabe auf einem gewünschten festen Wert über eine längere Zeit­ dauer gemäß der Erfindung gehalten werden. Die Dosis kann frei, je nach der Therapie und den Symptomen eines Patienten, geändert werden. Das Steuersystem ist einfach und verläßlich. Die vorliegende Erfindung hat große Vorteile über den Stand der Technik.

Claims (6)

1. Verfahren zum intermittierenden Ausgeben einer medizinischen Lösung in kleinen Dosen über eine längere Zeitperiode mittels einer peristaltischen Ausgabevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosis pro einzelner intermittierender Ausgabe so eingestellt wird, daß sie gleich einer Dosis ist, die einer Periode entspricht, die ein ganz­ zahliges Vielfaches der Pulsierperiode der peristal­ tischen Ausgabevorrichtung ist, wodurch die einzelne Dosis unabhängig vom Pulsieren konstant ist, und daß eine Gesamtdosis pro Zeiteinheit durch Ändern des ganzzahligen Vielfachen der Pulsierperiode und/oder des Zeitintervalls der intermittierenden Ausgabe änderbar ist.

2. Vorrichtung zum intermittierenden Ausgeben einer medizinischen Lösung in kleinen Dosen über eine längere Zeitdauer durch den intermittierenden Be­ trieb einer peristaltischen Pumpe, mit einem Motor zum Antreiben der peristaltischen Pumpe, gekenn­ zeichnet durch eine Steuereinrichtung (11) zum intermittieren­ den Betreiben des Motors für eine Zeitdauer, die einem ganzzahligen Vielfachen der Pulsierperiode der peristaltischen Pumpe (8) entspricht, und durch Mittel (12) zum wahlweisen Einstellen des ganz­ zahligen Vielfachen der Pulsierperiode der peristal­ tischen Pumpe (8) und/oder Mittel zum Einstellen des Zeitintervalls des Motorbetriebs für den Be­ trieb der peristaltischen Pumpe, wodurch eine Ge­ samtdosis pro Zeiteinheit frei änderbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die peristaltische Pumpe eine Rollenpumpe ist, die einen Rotor (1), der fest an einer drehbaren Antriebswelle (3) angebracht ist, und eine Vielzahl von in gleichen Abständen ange­ ordneten Rollen (2) aufweist, die an dem Rotor (1) in wechselseitig symmetrischer Anordnung bezüglich der Antriebswelle (3) angebracht sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die peristaltische Pumpe (8) eine Fingerpumpe ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wei­ terhin gekennzeichnet durch einen mit der dreh­ baren Antriebswelle (3) der peristaltischen Pumpe (8) kombinierten Drehzahlfühler (9) zum Feststellen der Umdrehungszahl der Welle (3), um Fühlimpulse im Verhältnis zu der festgestellten Umdrehungszahl zu bilden.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Motor zum Betrieb der peristaltischen Pumpe ein Schrittmotor (6′) ist.