DE10210211B4

DE10210211B4 - Blood pressure and pulse rate driven and controlled implantable drug infusion pump

Info

Publication number: DE10210211B4
Application number: DE2002110211
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-03-01
Filing date: 2002-03-01
Publication date: 2013-09-12
Anticipated expiration: 2022-03-02
Also published as: DE10210211A1

Abstract

Medikamenteninfusionssystem, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Manschette, die zur Anbringung um eine Arterie herum vorgesehen ist, und eine an der Unterseite der Manschette befindliche Membran aufweist und durch den Blutdruck angetrieben und gesteuert bzw. geregelt wird.Drug infusion system, characterized in that it comprises a cuff provided for attachment around an artery and a membrane located on the underside of the cuff and driven and regulated by the blood pressure.

Description

Die Erfindung betrifft eine Infusionspumpe, bei der Energie, Druck, Verlauf und Frequenz der vom Herzen ausgehenden Blutdruckwelle dazu genutzt werden können, die Pumpe anzutreiben, zu steuern oder zu regeln, d. h. die Energie für die Flüssigkeits- bzw. Medikamentenförderung und die Ventilbetätigung zur Verfügung zu stellen, und die Fördermenge der Pumpe zu bestimmen. Beeinflußt ein hierbei gefördertes Medikament Blutdruck und/oder Herzfrequenz, so wird durch den sich hierdurch schließenden Regelkreis ein geregeltes System (closed loop) zur Medikamenteninfusion realisiert.The invention relates to an infusion pump in which the energy, pressure, course and frequency of the heart outgoing blood pressure wave can be used to drive, control or regulate the pump, d. H. to provide the energy for the fluid or drug delivery and the valve actuation, and to determine the delivery rate of the pump. If a medicament promoted in this case influences blood pressure and / or heart rate, then a closed-loop system for medicament infusion is realized by the closed-loop control circuit.

Die nach jedem Herzschlag durch die Blutgefäße sich ausbreitende Blutdruckwelle stellt eine Energiequelle dar, die entweder durch direkte mechanische Kopplung einer Pumpe oder eines Ventils mit der Druckwelle, oder durch Umwandlung der mechanischen Energie in elektrische Energie, z. B. durch ein piezoelektrisches Element, genutzt werden kann. Damit ergibt sich die Möglichkeit, implantierbare Mikroinfusionspumpen zu realisieren, die keine eigene Energieversorgung enthalten müssen, sondern teilweise oder vollständig blutdruckgetrieben arbeiten können.The blood pressure wave propagating through the blood vessels after each heartbeat constitutes an energy source which can be generated either by direct mechanical coupling of a pump or a valve to the pressure wave, or by conversion of the mechanical energy into electrical energy, e.g. B. by a piezoelectric element can be used. This results in the possibility of realizing implantable microinfusion pumps, which do not have to contain their own energy supply, but can work partially or completely with blood pressure.

Die Blutdruckwelle stellt aber nicht nur eine Energiequelle dar. Sie enthält auch diagnostisch wichtige Informationen, nämlich die Amplitude, d. h. den Blutdruck (Amplituden), den zeitlichen Verlauf des Blutdrucks, die Frequenz der Pulswelle, d. h. die Schlagfrequenz des Herzens, und in diesen Parametern enthalten, Information über das Schlagvolumen des Herzens. Liegen diese Parameter außerhalb ihres physiologischen Bereichs, wird in der Regel eine Therapie erforderlich. Bei Hypertonie z. B. ist es möglich, medikamentös eine Absenkung des Blutdrucks einzuleiten. Bei Rhythmusstörungen kann entsprechend mit antiarrhythmischen Medikamenten therapeutisch interveniert werden.The blood pressure wave is not only an energy source. It also contains diagnostically important information, namely the amplitude, d. H. the blood pressure (amplitudes), the time course of the blood pressure, the frequency of the pulse wave, d. H. heart rate of beat, and contained in these parameters, information on heart beat volume. If these parameters are outside their physiological range, therapy is usually required. For hypertension z. B. it is possible to initiate a lowering of blood pressure medication. In case of arrhythmia, therapy can be intervened therapeutically with antiarrhythmic drugs.

Wird nun eine Infusionspumpe, die ein blutdrucksenkendes Medikament fördert, derart an die Blutdruckwelle angekoppelt, daß ansteigender Blutdruck das Auslaßventil der Pumpe ab einem definierten Blutdruckwert frei gibt, und dies möglicherweise erst, nachdem eine definierte Anzahl an aufeinanderfolgenden Pulsen diesen Schwellwert überschreitet, dann erfolgt eine dem Blutdruckanstieg entgegenwirkende Ausschüttung des Medikaments. Nach erfolgter Wirkung des Medikaments, d. h. bei Rückgang des Blutdrucks wird dann die Medikamentenförderung wieder unterbunden (negative Rückkopplung). Über die Wirkung des Medikaments kommt somit ein vollständiger Regel- bzw. Kontrollkreis zur Vermeidung von Bluthochdruck zustande. Ebenso kann ein zu niedriger Blutdruck durch Infusion eines blutdrucksteigernden Medikaments verhindert werden, wenn das Auslaßventil blockiert wird, solange ein ausreichend hoher Blutdruckwert vorliegt.Now, if an infusion pump, which promotes a blood pressure-lowering drug, coupled to the blood pressure wave that rising blood pressure, the exhaust valve of the pump from a defined blood pressure value releases, and possibly only after a defined number of successive pulses exceeds this threshold, then there is a the blood pressure increase counteracting distribution of the drug. After the effect of the drug, d. H. If the blood pressure drops, the medication is then stopped again (negative feedback). About the effect of the drug thus comes a complete rule or control circuit for the prevention of hypertension. Also, too low a blood pressure can be prevented by infusing a blood pressure increasing drug if the outlet valve is blocked as long as a sufficiently high blood pressure value is present.

Wird die Infusionspumpe von der Blutdruckwelle so gesteuert, daß eine Medikamentenförderung abhängig ist davon, daß die Druckwellen mit nicht zu großem oder nicht zu kleinem zeitlichem Abstand eintreffen, oder der zeitliche Abstand keinen großen Schwankungen unterliegt, d. h. es liegt ein gleichmäßiger Rhythmus vor, und die Pumpe ein entsprechendes Medikament gegen erhöhte bzw. erniedrigte Schlagfrequenz oder Arrhythmien fördert, erfolgt eine vom pathophysiologischen Parameter selbst gesteuerte oder geregelte Therapie.If the infusion pump is controlled by the blood pressure wave so that a drug delivery depends on the fact that the pressure waves arrive with not too large or too short a time interval, or the time interval is not subject to large fluctuations, d. H. If there is a uniform rhythm, and the pump promotes a corresponding medication for increased or decreased beat frequency or arrhythmias, a therapy controlled or regulated by the pathophysiological parameter takes place.

Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn der Blutdruck die Energie für die Förderung des Medikaments bzw. zum Öffnen oder Schließen des Ventils liefert und gleichzeitig die Fördermenge durch den Blutdruck oder die physiologischen Parameter der Blutdruckwellen bestimmt wird. Ebenso ist es bei der beschriebenen Pumpe besonders vorteilhaft, wenn über die Wirkung des Medikaments ein quasi-physiologischer Regelkreis zustande kommt. Natürlich können neben Blutdruck und Herzfrequenz auch andere physiologische Signale oder Parameter zur Steuerung oder Regelung der Pumpe zur Anwendung kommen.It is particularly advantageous if the blood pressure provides the energy for the promotion of the drug or to open or close the valve and at the same time the flow rate is determined by the blood pressure or the physiological parameters of the blood pressure waves. Likewise, it is particularly advantageous in the case of the described pump when a quasi-physiological control loop is established via the effect of the medicament. Of course, in addition to blood pressure and heart rate, other physiological signals or parameters may be used to control or regulate the pump.

Das beschriebene Verfahren zur Infusion von Medikamenten mit einer Steuerung oder Regelung durch Blutdruck und/oder Herzfrequenz kann auf unterschiedliche Arten, elektrisch bzw. elektronisch und mechanisch bzw. elektro-mechanisch (MEMS), realisiert werden. Die Erfindung betrifft insbesondere die besonders vorteilhafte Realisierung einer rein mechanischen, implantierbaren Mikropumpe, bei der die notwendige „Intelligenz” im wesentlichen mittels geeigneter Mikroventile und Flußwiderstände realisiert wird.The described method for infusion of drugs with a control or regulation by blood pressure and / or heart rate can be realized in different ways, electrically or electronically and mechanically or electro-mechanically (MEMS). The invention particularly relates to the particularly advantageous realization of a purely mechanical, implantable micropump, in which the necessary "intelligence" is essentially realized by means of suitable microvalves and flow resistances.

Die Freigabe der Medikamentenförderung bei Erreichen eines Blutdruckschwellwerts kann dadurch erreicht werden, daß ein Auslaßventil der Pumpe, z. B. durch eine Druckmanschette, so an eine Arterie des Patienten angekoppelt wird, daß das Ventil bei einem Blutdruck, der von den mechanischen Parametern wie dem Öffnungsdruck abhängt, öffnet, und nach Unterschreiten des eingestellten Grenzwerts wieder schließt. Soll nun die Öffnung des Ventils erst erfolgen, wenn eine bestimmte Anzahl an aufeinanderfolgender Blutdruckwellen den Grenzwert überschreiten, oder der Mittelwert des Spitzendrucks, bestimmt über eine definierte Zeit, einen Grenzwert überschreitet, dann muß in einem elastischen Flüssigkeitsreservoir (Druckbehälter), das über ein definiertes Leck verfügt, der erforderliche Öffnungsdruck für das Ventil durch eine Serie einlaufender Druckwellen ausreichender Stärke aufgebaut werden. Dabei bestimmt die Abflußrate durch das Leck die Zeitkonstante für den Druckabbau des Reservoirs. Bei geeigneter Ausgestaltung und Dimensionierung von Zufluß und Abfluß des „Druckbehälters” öffnet das Ventil nicht bei Erreichen eines bestimmten Druckwerts, sondern bei Erreichen einer Mindestherzfrequenz, oder aber einer gewählten Addition von Werten für Blutdruck und Herzfrequenz.The release of the drug promotion upon reaching a blood pressure threshold can be achieved that an outlet valve of the pump, z. B. by a pressure cuff, is coupled to an artery of the patient, that the valve at a blood pressure, which depends on the mechanical parameters such as the opening pressure opens, and closes again after falling below the set limit. If now the opening of the valve only take place when a certain number of successive blood pressure waves exceed the limit, or the mean value of the peak pressure, determined over a defined time, exceeds a limit, then in an elastic liquid reservoir (pressure vessel), which has a defined Leak has, the required opening pressure for the valve by a series of incoming pressure waves of sufficient strength are built. The outflow rate through the leak determines the Time constant for the pressure reduction of the reservoir. With a suitable design and dimensioning of inflow and outflow of the "pressure vessel", the valve does not open when a certain pressure value is reached, but when a minimum heart rate is reached or a selected addition of values for blood pressure and heart rate.

Stand der TechnikState of the art

Implantierbare Medikamenteninfusionssysteme sind seit langem bekannt. Anwendungen erfolgen in erster Linie in der Schmerzbekämpfung, Tumorbehandlung und der Infusion von Insulin bei Diabetikern. Bei diesen Infusionspumpen handelt es sich um Open-Loop Systeme, da geeignete, implantierbare Sensoren zur Messung der zu beeinflussenden physiologischen Größen, und des Einflusses der Medikamenteninfusion auf diese Größen bisher entweder nicht zur Verfügung stehen, oder sich nicht für den Langzeiteinsatz im Körper eignen. Nachteil der Open-Loop Systeme ist, daß sie entweder unbeeinflußt von physiologischen Änderungen fest vorgegebene Infusionsraten fördern, oder von außen gesteuert werden müssen. Demgegenüber kann das der Erfindung zugrunde liegende Infusionssystem als ein Closed-Loop System realisiert werden, da sich der Regelkreis durch Erfassung des zu regelnden Blutdrucks bzw. Herzfrequenz schließen läßt.Implantable drug infusion systems have been known for a long time. Applications are primarily in the treatment of pain, tumor treatment and infusion of insulin in diabetics. These infusion pumps are open-loop systems because suitable implantable sensors for measuring the physiological variables to be influenced and the influence of drug infusion on these quantities are either not yet available or are not suitable for long-term use in the body. Disadvantage of open-loop systems is that they either unaffected by physiological changes promote fixed infusion rates, or must be controlled from the outside. In contrast, the infusion system on which the invention is based can be realized as a closed-loop system, since the control loop can be closed by detecting the blood pressure or heart rate to be controlled.

Zur Energieversorgung implantierbarer Infusionspumpen sind unterschiedliche Möglichkeiten bekannt. Dabei kommen sowohl interne (z. B. Batterien) als auch externe Stromversorgungen (meist induktiv, drahtlos) zur Verwendung. Zur Förderung von Medikamenten, die in flüssiger Form vorliegen, werden unterschiedliche physikalische Prinzipien verwandt, insbesondere Kapillareffekte, elektrohydrodynamisches Pumpen und Elektrophorese und Membranpumpen. Besonders bewährt hat sich der in gezeigte Faltbalg, der durch Verdampfung eines Kältemittels bei konstanter Körpertemperatur eine konstante Kraft zur Infusion des Medikaments zur Verfügung stellt, und somit bei unveränderlicher Förderrate ohne weitere Energiequelle betrieben werden kann. Lediglich zur Ansteuerung eventuell vorhandener Sicherheitsventile oder einer Steuerung oder Regelung der Förderrate ist eine zusätzliche Energieversorgung erforderlich. Werden Steuerung der Ventile und Veränderung der Förderrate wie bei dem der Erfindung zugrunde liegenden System vom Blutdruck angetrieben, dann entfällt die Notwendigkeit dieser zusätzlichen Energieversorgung.For the energy supply of implantable infusion pumps different possibilities are known. Both internal (eg batteries) and external power supplies (mostly inductive, wireless) are used. To promote medicaments that are in liquid form, different physical principles are used, in particular capillary effects, electrohydrodynamic pumping and electrophoresis and membrane pumps. Has proven particularly useful in shown bellows, which provides a constant force for infusion of the drug by evaporation of a refrigerant at a constant body temperature, and thus can be operated at constant rate without further energy source. Only to control any existing safety valves or a control or regulation of the delivery rate an additional power supply is required. If control of the valves and change in the delivery rate, as in the system on which the invention is based, are driven by the blood pressure, then the necessity of this additional energy supply is eliminated.

Die zur Förderung der Flüssigkeit erforderliche Energie kann auch dem Blutdruckpuls entzogen und der Pumpe zugeführt werden, wie dies in schematisch dargestellt ist. Der Blutdruckpuls (7) verformt dabei eine Membran (13) wodurch in der Pumpe (14) ein Druck aufgebaut wird, und über das Ventil (8) einen Teil der sich in der Pumpe befindlichen Flüssigkeit auswirft.The energy required to convey the fluid may also be withdrawn from the blood pressure pulse and delivered to the pump, as shown in FIG is shown schematically. The blood pressure pulse ( 7 ) deforms a membrane ( 13 ) whereby in the pump ( 14 ) a pressure is built up, and via the valve ( 8th ) ejects a portion of the liquid in the pump.

Zur Realisierung von Ventilen in mikrofluidischen Systemen sind unterschiedliche Strukturen bekannt, insbesondere Membranen, Biege- und Torsionselemente, aber auch teils asymmetrische Flußwiderstandsbauelemente wie z. B. Diffusoren oder Düsen ( ), die, soweit erforderlich und möglich, von entsprechenden Steuerungen betrieben werden. In der US 4,871,351 wird eine implantierbare Pumpe zur Infusion von Medikamenten beschrieben. Aus der US 3,563,245 ist ein System zur Energieversorgung für implantierbare Vorrichtungen bekannt. Gegenstand der DE 91 90 202 U1 ist eine implantierbare Infusionsvorrichtung zur Ermöglichung eines Medikamentenflusses. Eine Kombination aus Ventil und Sensor zur Erfassung physiologischer Parameter, wie sie der Erfindung zugrunde liegt, ist bisher nicht bekannt.For the realization of valves in microfluidic systems different structures are known, in particular membranes, bending and torsion elements, but also partly asymmetric Flußwiderstandsbauelemente such. B. diffusers or nozzles ( ), which, as far as necessary and possible, are operated by appropriate controls. In the US 4,871,351 An implantable pump for infusion of drugs is described. From the US 3,563,245 For example, a system for powering implantable devices is known. Subject of the DE 91 90 202 U1 is an implantable infusion device for facilitating drug flow. A combination of valve and sensor for detecting physiological parameters, as the invention is based, is not yet known.

Ausgestaltung der ErfindungEmbodiment of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine implantierbare Mikropumpe zur Dosierung und Infusion von Medikamenten, wobei Energie und Steuergröße unmittelbar aus dem Körper entnommen und zum Antrieb sowie zur Steuerung oder Regelung des Infusionssystems benutzt werden. Die Steuerung oder Regelung erfolgt mechanisch. Als Realisierung wurde die Steuerung oder Regelung des Blutdrucks und/oder der Pulsfrequenz gewählt, wobei der Blutdruck als Energiequelle und Regelgröße dient. Zur Erhöhung der Patientensicherheit dient ein aufgrund seiner Konstruktionsmerkmale rückflußsicheres Ventil. Die Blutdruckmessung kann von der Pumpe entfernt an einer anderen Stelle des Körpers erfolgen. Als Medikamentenreservoir bieten sich die aus der intrakorporalen Infusionstechnik bekannten Überdrucksysteme ( ) an, die mittels Faltbalg aus dem Dampfdruck eines Kältemittels einen konstanten Betriebsdruck erzeugen.The invention relates to an implantable micropump for dosing and infusion of drugs, wherein energy and control variable are taken directly from the body and used for driving and for controlling or regulating the infusion system. The control or regulation is mechanical. As an implementation, the control or regulation of the blood pressure and / or the pulse rate was selected, wherein the blood pressure serves as an energy source and controlled variable. To increase patient safety is due to its design features reflux-safe valve. The blood pressure measurement can be done remotely from the pump at a different location on the body. As a drug reservoir, the known from intracorporeal infusion technology overpressure systems ( ), which produce a constant operating pressure by means of bellows from the vapor pressure of a refrigerant.

1. Ausführungsbeispiel1st embodiment

Gemäß der Erfindung arbeitet das in dargestellte Ausführungsbeispiel mittels eines dem Stand der Technik entsprechenden implantierbaren Medikamenteninfusionssystem mit einem durch ein Treibgas angetriebenen Faltbalg, an das ein erfindungsgemäß arbeitendes blutdruckgesteuertes Ventil angeschlossen ist. Das Ventil ist normal geschlossen. Erreicht der Blutdruck Werte, die zum Öffnen des Ventils ausreichen (Bluthochdruck), so wird das Medikament, normalerweise mit einer blutdrucksenkenden Wirkung, durch den Infusionskatheter an den Körper abgegeben, wobei das Ventil auch eine dosierende Funktion (Drosselung) übernehmen kann. Die Medikamentenförderung erfolgt dabei pulsweise mit jedem Herzschlag, so lange, bis das blutdrucksenkende Medikament zu einer Abnahme des Blutdrucks unter den Öffnungsdruck des Ventils geführt hat. Ein Ausführungsbeispiel für ein derartiges Mikroventil ist in dargestellt. Eine feste, unelastische Manschette (9) ist um eine Arterie (8) herum angebracht, und zwar so daß die Arterienwand (8) gleichmäßig an der Manschette anliegt. An der Unterseite der Manschette befindet sich eine Membran (6), die von der durch das Blut (7) laufenden Druckwelle nach unten gebogen wird. Der zu einer bestimmten Auslenkung erforderliche Druck und die Auslenkung bei einem vorgegebenen Druck werden im wesentlichen durch das Material und die Dicke der Membran sowie die Befestigung der Membran bestimmt. An der Membran ist eine Ventilplatte (10) so angebracht, daß sie vom Durchbiegen der Membran nicht beeinflußt wird. In der Ventilplatte befindet sich der Zuflußkanal (4), durch den das Medikament aber wegen der zwischen Ventilplatte und Membran vorhandenen Dichtfläche nicht fließen kann solange sich die Membran im unausgelenkten Ruhezustand befindet. Wird die Membran mm durch die Blutdruckwelle aus dem Ruhezustand ausreichend ausgelenkt, entsteht zwischen Membran und Ventilplatte ein Spalt, durch den das Medikament in den Ausflußkanal (5) abfließen kann. Durch einen an den Ausflußkanal angeschlossenen Katheter wird das Medikament an der vorgesehenen Stelle des Körpers ausgeschüttet. Durch entsprechende Gestaltung der Dichtfläche, deren Design dem Fachmann geläufig ist, kann das Ventil so ausgelegt werden, daß ein bestimmter Mindesthub der Membran zum Öffnen des Ventils erforderlich ist. Die Fördermenge des Medikaments ist eine Funktion der Drücke in Zufluß- und Ausflußkanal sowie der Öffnungsweite des Ventils. Soweit wünschenswert, kann die Fördermenge noch durch ein Drosselventil begrenzt werden. Bei dem angeführten Ventil, das einen Teil der Erfindung darstellt, ist die Gefahr eines Rückflusses, der bei den derzeit üblichen Ventilen bei erhöhtem Druck an der Auslaßseite des Katheters besteht, konstruktiv bedingt dadurch eliminiert, daß ein sich im Ausflußkanal aufbauender Druck das Ventil nicht öffnen kann, sondern im Gegenteil einen Schließdruck ausübt. In einer weiteren Ausführungsvariante sind Pumpe/Ventil und Blutdruckmanschette räumlich getrennt und durch einen geeignet dimensionierten Schlauch zur Druckübertragung miteinander verbunden.According to the invention, this works in illustrated embodiment by means of a prior art implantable drug infusion system with a driven by a propellant bellows, to which a blood pressure controlled valve according to the invention is connected. The valve is normally closed. If the blood pressure reaches values that are sufficient to open the valve (high blood pressure), the drug, normally with a hypotensive effect, is delivered to the body through the infusion catheter, whereby the valve can also take on a dosing function (throttling). The drug promotion takes place pulse by pulse with each heartbeat, as long as that hypotensive drug has led to a decrease in blood pressure below the opening pressure of the valve. An embodiment of such a microvalve is in shown. A firm, inelastic cuff ( 9 ) is an artery ( 8th ), so that the arterial wall ( 8th ) is evenly applied to the sleeve. At the bottom of the cuff is a membrane ( 6 ), which by the blood ( 7 ) current pressure wave is bent downwards. The pressure required for a given deflection and the deflection at a given pressure are determined essentially by the material and the thickness of the membrane as well as the attachment of the membrane. On the membrane is a valve plate ( 10 ) is mounted so that it is not affected by the bending of the membrane. In the valve plate is the inflow channel ( 4 ), but the drug can not flow because of the existing between the valve plate and diaphragm sealing surface as long as the membrane is in the undeflected state of rest. If the membrane mm is sufficiently deflected by the blood pressure wave from the resting state, a gap arises between the membrane and the valve plate, through which the medicament flows into the outflow channel (FIG. 5 ) can drain. By a connected to the outflow catheter, the drug is released at the intended location of the body. By appropriate design of the sealing surface, the design of which is familiar to the expert, the valve can be designed so that a certain minimum stroke of the membrane to open the valve is required. The delivery rate of the drug is a function of the pressures in the inflow and outflow channels as well as the opening width of the valve. If desirable, the flow rate can still be limited by a throttle valve. In the cited valve, which forms part of the invention, the risk of backflow, which in the presently conventional valves at elevated pressure on the outlet side of the catheter, constructively eliminated by the fact that a pressure building up in the outflow channel do not open the valve can, but on the contrary exerts a closing pressure. In a further embodiment, pump / valve and blood pressure cuff are spatially separated and connected to each other by a suitably sized hose for pressure transmission.

2. Ausführungsbeispiel2nd embodiment

Als weiteres Ausführungsbeispiel ist in ein Infusionssystem angegeben, bei dem die Förderung des Medikaments durch eine erhöhte Pulsfrequenz oder durch anhaltende Blutdrucksteigerung getriggert wird. Ein einmaliger, über dem erwarteten Normalwert liegender Blutdruckpuls oder ein einzelnes verkürztes Schlagintervall reichen zur Öffnung des Ventils nicht aus.As a further embodiment is in an infusion system is indicated in which the promotion of the drug is triggered by an increased pulse rate or by a sustained increase in blood pressure. A single blood pressure pulse above the expected normal value or a single shortened beat interval are not sufficient to open the valve.

Die eigentliche, vom Blutdruck angetriebene Pumpe (14) wird bei diesem Ausführungsbeispiel aus dem sich im Faltbalg (3) befindlichen Medikamentenreservoir (2), das über das Septum (4) befüllt werden kann, mit dem Medikament aufgefüllt. Ein Rückfloß wird durch das Rückschlagventil (3) verhindert. Somit herrscht ohne äußere Einwirkung in der Blutdruckpumpe der gleiche Druck vor, wie im Faltbalg. Steigt der Blutdruck in der Blutdruckmanschette bzw. der Verbindungsleitung zwischen Blutdruckmanschette und Blutdruckpumpe (7) über den Druck des Faltbalgs hinaus an, dann stellt sich über die Membran (13) dieser erhöhte Druck auch in der Blutdruckpumpe ein. Reicht der erhöhte Druck aus, das Druckventil (8) zu öffnen, das in weiteren Versionen der Pumpe auch durch ein einfaches Rückschlagventil oder einen wie in als Beispiel angegebenen Diffusor ersetzt werden kann, dann fließt das Medikament in den Druckbehälter (12) und erhöht dementsprechend den Druck im Druckbehälter ebenfalls. Bei Verwendung inkompressibler Flüssigkeiten dient die Membran (11) dazu, das Volumen des Druckbehälters um das Volumen des einströmenden Medikaments zu erhöhen. Bei Rückgang des Drucks in der Blutdruckpumpe nach Abklingen des Blutdruckpulses kann nun das Medikament nicht wieder durch das Ventil abfließen. Ebenso kann bei entsprechender Einstellung des Druckventils (6) zwischen Druckbehälter und Infusionskatheter (5) das Medikament noch nicht abfließen, weil sich wegen der geringen Flußmenge durch das Ventil (8) noch kein ausreichender Druck im Druckbehälter aufgebaut hat. Dahingegen kann durch ein definiertes Leck (9), das einen vorbestimmten Strömungswiderstand aufweist, oder aber auch aus einem Ventil mit entsprechend geringer Durchflußmenge besteht, eine geringe Menge des Medikaments wieder aus dem Druckbehälter in die Blutdruckpumpe zurückfließen. Ist das Volumen des zurückfließenden Medikaments kleiner als das durch das Ventil (8) zufließende Medikamentenvolumen, dann erhöht sich mit jedem Blutdruckpuls der im Druckbehälter herrschende Druck, wobei die Obergrenze des Drucks durch den Maximaldruck der Blutdruckwelle vorgegeben ist. Die Zeit, die zum Erreichen dieses Maximaldrucks benötigt wird, hängt ab von der Frequenz und Amplitude der Blutdruckwellen sowie den Durchlaßeigenschaften von Ventil (8) und Strömungswiderstand (13). Wegen des Rückflusses durch den Strömungswiderstand wird der Maximaldruck im Druckbehälter normalerweise nicht ganz erreicht. Bei Erreichen des zum Öffnen des Ventils (6) erforderlichen Drucks, der höher ist, als der zum Öffnen des Ventils (8) erforderliche Druck, wird das Medikament durch den Infusionskatheter (5) in den Körper ausgeschüttet.The actual pump driven by blood pressure ( 14 ) is in this embodiment of the bellows in ( 3 ) located drug reservoir ( 2 ) passing through the septum ( 4 ) can be filled with the drug. A backflow is through the check valve ( 3 ) prevented. Thus prevails without external influence in the blood pressure pump before the same pressure as in the bellows. Does the blood pressure in the blood pressure cuff or the connecting line between the blood pressure cuff and the blood pressure pump ( 7 ) beyond the pressure of the bellows, then rises above the diaphragm ( 13 ) this increased pressure also in the blood pressure pump. If the increased pressure is sufficient, the pressure valve ( 8th ), which in other versions of the pump also by a simple check valve or a like in replaced as an example diffuser can be replaced, then the drug flows into the pressure vessel ( 12 ) and accordingly increases the pressure in the pressure vessel as well. When using incompressible liquids, the membrane ( 11 ) to increase the volume of the pressure vessel by the volume of the inflowing drug. If the pressure in the blood pressure pump falls after the blood pressure pulse has subsided, the medication can not flow away through the valve again. Likewise, with appropriate adjustment of the pressure valve ( 6 ) between pressure vessel and infusion catheter ( 5 ) the drug does not flow away yet because of the small amount of flow through the valve ( 8th ) has not yet built up sufficient pressure in the pressure vessel. On the other hand, a defined leak ( 9 ), which has a predetermined flow resistance, or else consists of a valve with a correspondingly low flow rate, a small amount of the drug back flow back from the pressure vessel in the blood pressure pump. Is the volume of the returning medicine smaller than that through the valve ( 8th ) inflowing drug volume, then increases with each blood pressure pulse of the pressure prevailing in the pressure vessel, the upper limit of the pressure is predetermined by the maximum pressure of the blood pressure wave. The time needed to reach this maximum pressure depends on the frequency and amplitude of the blood pressure waves and the passage characteristics of the valve ( 8th ) and flow resistance ( 13 ). Because of the backflow through the flow resistance of the maximum pressure in the pressure vessel is usually not quite reached. Upon reaching the valve to open ( 6 ) required pressure, which is higher than that for opening the valve ( 8th pressure required, the drug is delivered through the infusion catheter ( 5 ) poured into the body.

Bei konstanter Pulsfrequenz, aber variabler Amplitude der Blutdruckwellen hängt die Medikamentendosierung vom Druck der Pulswellen ab, wobei die speichernde Wirkung des Druckbehälters (12) zusätzlich zur Proportional- eine Integralkomponente in die Steuerung oder Regelung einführt, die im Ausführungsbeispiel 1 nicht gegeben ist. Ist zusätzlich zur Amplitude die Frequenz der Pulswellen veränderlich, dann gehen beide Parameter in die Bestimmung der Dosierung mit ein. Dies entspricht näherungsweise einer Steuerung durch das Schlag- bzw. Minutenvolumen des Herzens. Wird nun durch ein geeignetes weiteres Bauelement der von der Blutdruckmanschette auf die Pumpenmembran (13) einwirkende Druck auf einen konstanten Wert begrenzt, dann wird der Einfluß des Blutdrucks eliminiert, die Steuerung oder Regelung des Infusionssystems wird dann nur noch von der Pulsfrequenz bestimmt. Durch entsprechende Dimensionierung der Komponenten des Infusionssystems lassen sich sämtliche gewünschte Steuerungs- bzw. Regelungsvarianten in Abhängigkeit von Blutdruck, Pulsfrequenz und Schlagvolumen realisieren. Hat das ausgeschüttete Medikament einen Einfluß auf den oder die benutzten Kreislaufparameter, dann liegt eine Regelung vor, andernfalls handelt es sich um eine Steuerung.At constant pulse rate, but variable amplitude of the blood pressure waves, the dosage of medication depends on the pressure of the pulse waves, wherein the storage effect of the pressure vessel ( 12 ) introduces, in addition to the proportional, an integral component in the control or regulation, which is not given in the embodiment 1. If, in addition to the amplitude, the frequency of the pulse waves is variable, then both parameters are included in the determination of the dosage. This corresponds approximately to a control by the beat or minute volume of the heart. Now, by a suitable further component of the blood pressure cuff on the pump diaphragm ( 13 ) limits the pressure applied to a constant value, then the influence of the blood pressure is eliminated, the control or regulation of the infusion system is then determined only by the pulse rate. By appropriate dimensioning of the components of the infusion system, all desired control or regulation variants depending on blood pressure, pulse rate and stroke volume can be realized. If the dispensed drug has an effect on the circulating parameter (s) used then there is regulation, otherwise it is a control.

Statt des Ventils (8) und des definierten Strömungswiderstands (13) kann als Verbindung zwischen Blutdruckpumpe und Druckbehälter auch ein in beispielhaft dargestellter Mikrodiffusor benutzt werden. Der Diffusor zeichnet sich aufgrund seiner Formgebung dadurch aus, daß der Strömungswiderstand für Flüssigkeiten von der Durchflußrichtung abhängt. Bei Fluß in Richtung des sich erweiternden Durchmessers, d. h. in der Abbildung von (2) nach (1), liegt ein niedrigerer Flußwiderstand vor als bei Fluß in Richtung des sich verengenden Querschnitts. Ohne bewegte Teile läßt sich damit der Diffusor (in der anderen Richtung gesehen eine Düse) als Ventil einsetzen, wenn das vollständige Schließen des Ventils nicht erforderlich ist, oder, wie im vorliegenden Fall, ein definiertes Leck gerade erwünscht ist.Instead of the valve ( 8th ) and the defined flow resistance ( 13 ) can also be used as a connection between the blood pressure pump and the pressure vessel exemplified microdiffuser can be used. The diffuser is characterized by its shape in that the flow resistance for liquids depends on the flow direction. When flowing in the direction of the expanding diameter, ie in the figure of ( 2 ) to ( 1 ), there is a lower flow resistance than when flowing in the direction of the narrowing cross-section. With no moving parts, the diffuser (a nozzle seen in the other direction) can be used as a valve when full valve closure is not required or, as in the present case, a defined leak is desired.

3. Ausführungsbeispiel3rd embodiment

Durch entsprechende Gestaltung eines Mikroventils kann das Infusionssystems so ausgeführt werden, daß eine Medikamentenausschüttung nicht bei erhöhtem, sondern bei erniedrigtem Druck der Pulswellen erfolgt. Wie in angegeben, wird dabei das Ventil durch den auf die Membran (6) wirkenden Blutdruck geschlossen gehalten, solange dieser über dem vom Faltbalg aufgebauten Druck des Medikaments (2) liegt. Dabei kann der dem Blutdruck entgegen wirkende Medikamentendruck nach Bedarf auch durch eine entsprechende Vorrichtung reduziert werden. Fällt nun der Blutdruck ab, so reicht dieser nicht mehr aus, das Ventil gegen den Medikamentendruck geschlossen zu halten. Durch Biegen der Membran (6) entsteht eine Öffnung zwischen Zuflußkanal (4) und Ausflußkanal (5), das Medikament wird ausgeschüttet, solange, bis das Ventil durch erhöhten Blutdruck wieder geschlossen wird.By appropriate design of a microvalve, the infusion system can be designed so that a drug distribution is not at elevated, but at a reduced pressure of the pulse waves. As in indicated, the valve is passed through the on the membrane ( 6 ), as long as it is above the pressure of the medicament built up by the bellows ( 2 ) lies. In this case, the pressure of the medicament, which counteracts the blood pressure, can also be reduced as required by a corresponding device. Now falls off the blood pressure, it is no longer enough to keep the valve closed against the drug pressure. By bending the membrane ( 6 ) creates an opening between the inflow channel ( 4 ) and outflow channel ( 5 ), the drug is released until the valve is closed by increased blood pressure.

Die in den Ausführungsbeispielen dargestellten Varianten des Medikamentensystems stellen nicht sämtliche Modifikationsmöglichkeiten dar. Bei entsprechender Kombination unterschiedlicher Pumpenauslegungen, Mikroventile, und ähnlicher Bauelemente können weitere Systeme, wie z. B. zur Behandlung von Arrhythmien (Brady- und Tachyarrhythmien), realisiert werden.The variants of the medicament system shown in the exemplary embodiments do not represent all possible modifications. With a suitable combination of different pump designs, microvalves, and similar components, further systems, such as, for B. for the treatment of arrhythmias (brady and tachyarrhythmias) can be realized.

Claims

Drug infusion system, characterized in that it comprises a cuff provided for attachment around an artery and a membrane located on the underside of the cuff and driven and regulated by the blood pressure.

Medicament infusion system according to claim 1, characterized in that it comprises a medicament reservoir, in particular an overpressure system.

Medicament infusion system according to claim 1 or 2, characterized in that it has a backflow-proof microvalve.

Drug infusion system according to one of the preceding claims, characterized in that the cuff is a solid, inelastic cuff.

Medicament infusion system according to one of the preceding claims, characterized in that on the membrane, a valve plate is mounted so that it is not affected by a bending of the membrane.

Medicament infusion system according to claim 5, characterized in that there is an inflow channel in the valve plate through which a drug can not flow because of a sealing surface present between the valve plate and membrane, as long as the membrane is in an undeflected state of rest.

Medicament infusion system according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises an outflow channel through which a drug can flow.

Medicament infusion system according to claim 7, characterized in that a catheter is connected to the outflow channel.