DE2802993C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen von Flüssigkeit, insbesondere einer gekühlten Flüssigkeit, wie Blut, auf eine vorbestimmte Nenntemperatur von der Verabreichung von Infusionen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Blut wird üblicherweise in Blutbänken bis zur Verabreichung an einen Patienten bei einer Temperatur von 4° C aufbewahrt. Zur Verabreichung muß das Blut auf 37° C, d. h. auf Körpertemperatur oder geringfügig darunter, erwärmt werden; andernfalls besteht die Gefahr einer Hypothermie (Untertemperatur) und das damit verbundene Risiko für eine ventrikuläre Faserbildung und Kontraktionsstörung des Herzens. In Fällen, in denen beträchtliche und unvorherbestimmbare Blutmengen benötigt werden, beispielsweise nach starkem Blutverlust eines Patienten während eines chirurgischen Eingriffs, sollte das gelagerte Blut dem Patienten unmittelbar zugeführt werden, so daß ein Aufwärmen des anschließend nicht verwendeten Bluts vermieden werden kann.

Durch die US-PS 39 50 215 ist eine Vorrichtung zum Erwärmen von Flüssigkeit, nämlich Blut, auf Körpertemperatur vor Verabreichung derselben bekannt. Diese Vorrichtung umfaßt ein Gehäuse mit einer Heizkammer zum Erwärmen der Flüssigkeit innerhalb der Vorrichtung, wobei die Flüssigkeit die Heizkammer mit einer Eingangs- und einer Ausgangstemperatur durchströmt. Der Heizkammer sind mehrere, voneinander getrennte Heizelemente zur Erwärmung des Bluts beim Durchlauf durch die Vorrichtung zugeordnet. Ferner ist eine Steuerschaltung zur Lieferung von Steuersignalen für die elektrische Beheizung der Heizelemente vorgesehen, wobei die Beheizung der einzelnen Heizelemente in Abhängigkeit von der durch die Heizelemente abgegebenen Wärmemenge erfolgt. Zu diesem Zweck sind den Heizelementen bzw. -platten Steuerthermostate zugeordnet. Diese Thermostate arbeiten ausschließlich in Abhängigkeit von der Temperatur der Heizelemente, d. h. nicht in unmittelbarer Abhängigkeit von der Temperatur des die Vorrichtung durchströmenden Bluts. Insofern läßt die Genauigkeit der bekannten Vorrichtung hinsichtlich der Temperatur des austretenden und dem Patienten zu verabreichenden Bluts zu wünschen übrig.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den aufgezeigten Mangel der bekannten Vorrichtung zu vermeiden, d. h. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der Blut oder andere parentherale Flüssigkeiten vor deren Infusion in den menschlichen Körper präzise auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt werden kann, und zwar weitgehend unabhängig von Schwankungen der Strömungs- oder Durchsatzmenge der zu verabreichenden Flüssigkeit.

Diese Aufgabe wird in denkbar einfacher Weise durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird eine wirkungsvolle und wirtschaftliche Vorrichtung für die Trockenerwärmung von Blut und anderen parentheralen Flüssigkeiten auf Körpertemperatur während der Infusion solcher Flüssigkeiten in einen Patienten geschaffen. Ein besonderes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Temperatur des verabreichten Bluts unabhängig von der Strömungs- oder Durchsatzmenge, die je nach dem Bedarf des Patienten zwischen 0 und 150 ml/min schwanken kann, praktisch konstant auf 37° C gehalten wird.

Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Details der Erfindung, durch die z. B. die Arbeitsweise der Vorrichtung sowie die Temperatur des aus der Vorrichtung austretenden Bluts ständig überwacht werden und im Fall einer Störung der Betrieb beendet und ein hörbarer Alarm ausgelöst wird. In der Vorrichtung vorgesehene Eigenprüfeinrichtungen ermöglichen einer Bedienungsperson eine einwandfreie Überprüfung der Arbeitsweise dieser Überwachungsschaltung vor der Inbetriebsetzung der Vorrichtung. In diesem Zusammenhang sei auch darauf hingewiesen, daß nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ein Alarm ausgelöst wird für den Fall, daß ein Blutbehandlungsbeutel, der in thermischer Verbindung mit den erfindungsgemäßen Heizelementen steht, versehentlich aus der Vorrichtung entnommen wird.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Blutwärmvorrichtung, die an einer Tragsäule montiert ist und ein einmal benutzbares Blutwärm- Strömungssystem umfaßt,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der auf einer Standfläche aufgestellten Vorrichtung mit geöffneter Wärmekammer-Zugangstür, die teilweise weggebrochen dargestellt ist, um die Innenanordnung eines Blutwärmbeutels und die Lage der Heizelemente innerhalb dieser Tür zu verdeutlichen,

Fig. 3 eine von der Rückseite her gesehene perspektivische Darstellung der Vorrichtung zur Veranschaulichung der einklappbaren Befestigungsklemmen und der in der Rückseite vorgesehenen Betriebs-Prüfknöpfe,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3 zur Darstellung des Innenaufbaus der Vorrichtung und der Benutzung der Befestigungsklemmen zur Anbringung der Vorrichtung an einer Tragsäule,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 4 zur Darstellung der Anordnung und der Konstruktion der Heizelemente und der Heizvorrichtung sowie der Anordnung von Eingangs- und Ausgangs-Bluttemperaturmeßelementen,

Fig. 6 eine Teil-Stirnseitenansicht der Vorrichtung, zur Verdeutlichung von Konstruktion und Arbeitsweise der Riegelanordnung für die Zugangstür der Wärmekammer teilweise aufgeschnitten,

Fig. 7 ein vereinfachtes Blockschaltbild der Blutwärmvorrichtung zur Darstellung ihrer hauptsächlichen betrieblichen Elemente,

Fig. 8 ein funktionelles Blockschaltbild der Bauteile der Vorrichtung,

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Arbeitsweise der Blutwärmvorrichtung zur Veranschaulichung der Auswirkung von Änderungen der Blutausgangstemperatur auf den Arbeitszyklus bzw. das Tastverhältnis der Heizelemente der Vorrichtung,

Fig. 10 eine Fig. 9 ähnelnde graphische Darstellung zur Verdeutlichung des Einflusses von Änderungen der Strömungs- oder Durchsatzmenge auf den Arbeitszyklus bzw. das Tastverhältnis der Heizelemente,

Fig. 11 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer Temperaturmeßanordnung zur Bestimmung und Einstellung der Arbeitsweise der Blutwärmvorrichtung,

Fig. 12 eine perspektivische Darstellung der Stirnseite der Vorrichtung zur Veranschaulichung des Einbauzustands der Temperaturmeßanordnung gemäß Fig. 11 und

Fig. 13A und 13B Schnitte längs der Linie 13-13 in Fig. 12 zur Veranschaulichung des Einbauzustands der Temperaturmeßanordnung nach Fig. 11 bzw. der in die Tür eingebauten Heizelemente der Blutwärmvorrichtung.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 weist die Blutwärmvorrichtung 10 ein im wesentlichen rechteckiges Gehäuse 11 mit einem Handgriff 12 am oberen Ende und einem Bodenteil 13 am unteren Ende auf. Im Gebrauch kann diese Vorrichtung entweder gemäß Fig. 2 auf einer flachen Standfläche aufgestellt, wobei der breite Bodenteil 13 einen hohen Grad an Stabilität gewährleistet, oder aber gemäß Fig. 1 an einer lotrechten Trag- oder Klemmsäule 14 montiert werden, wobei zwei an der Rückseite der Vorrichtung vorgesehene Klemmen 15 und 16 die nötige Stabilität gewährleisten.

Im oberen Abschnitt ihres Gehäuses weist die Vorrichtung 10 eine Schalttafel 17 auf, die etwas vertieft in das Gehäuse eingelassen sein kann, um bei Transport und Aufbewahrung der Vorrichtung geschützt zu sein. Die Schalttafel 17 umfaßt einen Temperaturanzeiger in Form eines Meßgeräts 18, das vorzugsweise zur Ermöglichung einer unmittelbaren Ablesung der Blutausgangstemperatur geeicht ist, und einen Ein/Aus- bzw. Hauptschalter 19, mit dessen Hilfe die Vorrichtung ein- und ausschaltbar ist.

Unter der Schalttafel 17 weist die Vorrichtung 10 eine im folgenden einfach als Tür bezeichnete Wärmekammer-Zugangstür 20 auf, die gemäß Fig. 2 an Angel-Zapfen 21 an der einen Seite am Gehäuse 11 angelenkt und somit gemäß Fig. 2 in eine Offenstellung schwenkbar ist, in welcher sie einen Zugang zu einer Wärme- oder Heizkammer 24 (Fig. 4) bietet, die im Inneren der Vorrichtung 10 zwischen der Innenfläche 22 der Tür 20 und der dahinter liegenden Wand oder Platte 23 des Gehäuses 11 vorgesehen ist.

Die Blutwärmvorrichtung 10 ist zur Verwendung in Verbindung mit einem sterilen, wegwerfbaren bzw. einmal benutzten Flüssigkeitsströmungssystem vorgesehen, durch welches das zu erwärmende Gesamtblut entweder im Fallstrom, durch Druckförderung oder mittels einer Pumpe zu einem Patienten oder einer anderen Benutzungseinrichtung gefördert wird. Ein solches Strömungssystem ist von der Firma Fenwal Laboratories unter der Bezeichnung Modell Nr. 4C2416 erhältlich. Dieses System ist zur Verwendung bei Blutinfusionsvorrichtungen vorgesehen, bei denen das Blut von einem Vorratsbehälter unmittelbar einem Patienten verabreicht wird. Das Strömungssystem umfaßt einen flachen, im wesentlichen rechteckigen Wärmebeutel 26 (Fig. 2), der in der Kammer 24 mittels mehrerer Tragstifte bzw. -zapfen 27 aufgehängt ist. Der Wärmebeutel 26 ist mit inneren Trenn- bzw. Leitwänden versehen, die eine gewundene Strömungsbahn 25 (Fig. 5) für das Blut bei seiner Strömung von einem Einlaß 28 am unteren Ende des Beutels zu einem Auslaß 29 an seinem oberen Ende festlegt. Der Einlaß 28 ist mittels eines Schlauchstücks 30 mit einem nicht dargestellten Behälter für gekühltes bzw. tiefgekühltes Blut verbunden, während der Auslaß 29 über eine Kammer 31 und ein Schlauchstück 32 mit einem nicht dargestellten Nadelanschluß verbunden ist, an den eine Nadel zur Durchführung der Venenpunktur angeschlossen ist. Wenn die Tür 20 gemäß Fig. 1 geschlossen ist, ist der Beutel 26 zwischen die Platte 22 der Tür 20 und die Platte 23 des Gehäuses 11 eingefügt. Bei geschlossener Tür 20 wird eine Verbindung mit Einlaß 28 und Auslaß 29 über Ausnehmungen bzw. Öffnungen 33 bzw. 34 vorgenommen, die in den Kanten von Tür und Gehäuse vorgesehen sind und welche das Schließen der Tür dicht an den Wärmebeutel heran ermöglichen.

Gemäß Fig. 3 weist das Gehäuse 11 an seiner Rückseite eine flügelartige Platte 35 auf, die eine Aufwickelspule bildet, auf welche die Stromzuleitung 36 der Vorrichtung bei Nichtgebrauch aufgerollt werden kann. Diese Platte 35 in Form einer Halterung bildet außerdem an ihrer Rückseite ein offenes U-Profil 37, in welches Befestigungsklemmen 15 und 16 einklappbar sind, wenn sie nicht benutzt werden. Außerdem sind an der Rückseite des Gehäuses zwei Tastschalter 38 und 39 vorgesehen, mit deren Hilfe zwei getrennte Prüfungen der Sicherheitsüberwachungsschaltungen der Vorrichtung durchgeführt werden können.

Zum Erwärmen des durch den Wärmebeutel 26 fließenden Bluts weist die Vorrichtung gemäß Fig. 4 innerhalb des Gehäuses 11 ein erstes Heizelement 40 auf, das im wesentlichen in Flächenkontakt mit der Innenfläche der Platte 23 steht. Ein zweites Heizelement 41 ist in der Tür 20 unmittelbar hinter und an der Innenplatte 22 der Tür angeordnet. Die beiden Heizelemente sind dabei durch verhältnismäßig dicke und starre Platten 45 aus Isoliermaterial festgelegt. Die Stromzufuhr zu diesen Heizelementen erfolgt über elektrische Zuleitungen 42, die durch das obere Türscharnier 21 (Fig. 6) der Tür 20 in das Innere des Gehäuses 11 verlaufen. Die für den Betrieb der Blutwärmvorrichtung 10 erforderlichen elektrischen Bauteile und Schaltungen, einschließlich einer gedruckten Schaltungsplatte 43, befinden sich hinter dem Heizelement 40 im Gehäuse 11. Bei Abnahme der hinteren Platte 44 des Gehäuses 11 sind diese Teile ohne weiteres zur Justierung und Instandsetzung zugänglich.

Wenn die Tür 20 gemäß Fig. 5 geschlossen ist, ist der Blutwärmebeutel 26 so zwischen den Platten 22 und 23 eingefügt, daß das die Innenkanäle 25 des Beutels durchströmende Blut in Wärmeübertragungsverbindung mit den Heizelementen 40 und 41 gelangt. Die Temperatur des den Beutel 26 durchströmenden Bluts wird durch Temperaturmeßeinrichtungen in Form von zwei Thermistoren 46 und 47 gemessen, die gemäß Fig. 5 und 6 nahe an Ober- und Unterseite der Heizkammer 24 auf deren Mittellinie liegen. Der Thermistor 47 mißt die Temperatur des den Wärmebeutel durchströmenden Bluts nahe des Einlasses 28, während der Thermistor 46 die Temperatur des Bluts im Beutel 26 in der Nähe des Auslasses 29 mißt. Die Thermistoren 46 und 47 liefern dabei Signale entsprechend der Temperatur des aus der Vorrichtung austretenden Bluts sowie entsprechend dem Temperaturunterschied bzw. -gefälle, der bzw. das zwischen dem in die Vorrichtung eintretenden Blut und dem aus ihr ausströmenden Blut besteht. Die entsprechende Information wird von einer in der Vorrichtung vorgesehenen Steuer- bzw. Regelschaltung für die Steuerung der Arbeitsweise der Heizelemente 40 und 41 und somit zur Regelung der Temperatur, auf welche das Blut erwärmt wird, benutzt.

Zum Versperren der Tür 20 in der Schließstellung ist eine Riegelanordnung 48 vorgesehen, die einen durch den Benutzer bedienbaren Handgriff 49 an der Außenfläche der Tür umfaßt, welcher einen im Inneren der Tür angeordneten Winkelhebel 50 betätigt. Letzterer ist über Gestänge 51 und 52 mit Sperrzapfen 53 bzw. 54 an Ober- und Unterseite der Tür verbunden. Wenn der Handgriff 49 aus der dargestellten, ganz nach links verdrehten Stellung vollständig im Uhrzeigersinn bzw. nach rechts gedreht wird, werden die Sperrzapfen 53 und 54 aus zugeordneten, im Gehäuse 11 ausgebildeten Bohrungen 55 bzw. 56 herausgezogen, so daß die Tür 20 ohne weiteres geöffnet werden kann.

Wenn die Tür in ihrer Schließstellung verriegelt ist, greift der Sperrzapfen 53 an einem Betätigungsstift bzw. Stößel eines im Gehäuse 11 vorgesehenen Schalters 57 an. Dieser Schalter löst im Zusammenwirken mit der zugeordneten Schaltung einen Alarm aus, falls der Benutzer bzw. die Bedienungsperson versucht, die Tür zu entsperren, während die Blutwärmvorrichtung in Betrieb steht. Zu diesem Zweck ist der Schalter 57 so angeordnet, daß er erst bei voll ausgefahrenem Sperrzapfen 53 betätigt wird, so daß der Alarm bereits beim ersten Drehbewegungsstück des Handgriffs 49 und vor dem Herausziehen der Sperrzapfen aus den zugeordneten Bohrungen im Gehäuse 11 ausgelöst wird.

Gemäß Fig. 7 erfolgt die Regelung der Temperatur des aus der Vorrichtung 10 ausströmenden Bluts durch eine für die Heizelemente vorgesehene Tastverhältnis- bzw. Arbeitszyklus- Regelschaltung 60, welche die Heizelemente 40 und 41 in Abhängigkeit von den durch die Thermistoren 46 und 47 ermittelten Temperaturen periodisch in einem Arbeitszyklus an Spannung legt. Das Ausgangssignal dieser Schaltung in Form eines Ein/Aus-Regelsignals für die Heizelemente wird über einen optischen Isolator 61 an einen Heizerschaltkreis 62 angelegt, welcher die Stromzufuhr zu den Heizelementen 40 und 41 steuert. Der Strom für die Speisung der Heizelemente 40 und 41 wird dem Heizerschaltkreis 62 von einer Wechselstrom-Netzleitung über einen Schutzschalter 63 zugeführt, der auch als vom Benutzer betätigbarer Hauptschalter sowie als Einrichtung zur automatischen Unterbrechung der Stromzufuhr zur Einheit im Falle einer Störung dient. Der optische Isolator 61 in Form eines handelsüblichen Bauteils dient zur elektrischen Isolierung bzw. Trennung der Arbeitszyklus-Steuerschaltung 60 von der aktivierten Wechselstromleitung und von anderen Steuer- bzw. Regelschaltungen der Blutwärmvorrichtung, um Streuströme zwischen der Wechselstromleitung und dem zu behandelnden Patienten weitgehend auszuschließen.

Durch die Steuerschaltung 60 wird das Tastverhältnis bzw. den Betriebszyklus der Heizelemente 40 und 41 sowohl als Funktion der vom Temperaturfühler 46 gemessenen Ausgangstemperatur als auch als Funktion des Unterschieds zwischen Eingangs- und Ausgangstemperatur des Bluts, der von den Temperaturfühlern 46 und 47 ermittelt wird, variiert. Wenn die Ausgangstemperatur des Bluts über den Sollwert ansteigt, verringert die Steuerschaltung 60 das Tastverhältnis, d. h. die Einschaltperiode der Heizelemente 40 und 41, so daß die Ausgangstemperatur auf den gewünschten bzw. Sollwert herabgesetzt wird. Wenn die Ausgangstemperatur des Bluts dagegen unter den Sollwert abfällt, verlängert die Steurschaltung 60 die Einschaltperiode der Heizelemente zur Erhöhung der Bluttemperatur auf den gewünschten Wert. Falls sich gleichzeitig das Gefälle zwischen den gemessenen Temperaturen vergrößert, was eine Vergrößerung der Blutströmungsmenge anzeigt, wird das Tastverhältnis bzw. die Einschaltperiode der Heizelemente 40 und 41 automatisch vergrößert, um einen Ausgleich für die erhöhte Strömungsmenge zu schaffen und dadurch zu vermeiden, daß die Ausgangstemperatur des Bluts unter den Sollwert absinkt. Wenn sich dagegen der Unterschied zwischen den gemessenen Eingangs- und Ausgangstemperaturen verringert und dadurch eine verringerte Strömungsmenge anzeigt, wird das Tastverhältnis bzw. die Einschaltperiode der Heizelemente automatisch verkürzt, um eine Erwärmung des Bluts über den Sollwert hinaus zu verhindern.

Ein Schutz vor Störung der Steuerschaltung wird durch eine erste Alarmschaltung geboten, die einen Temperaturüberwachungskreis 64 (für Über- und Untertemperatur) aufweist, der ein Ausgangssignal liefert, wenn die vom Temperaturfühler 46 gemessene Blutausgangstemperatur über einen vorbestimmten Höchstwert ansteigt oder unter einen vorbestimmten Mindestwert abfällt. In der Praxis wird der Temperaturhöchstwert geringfügig über die Nenn-Körpertemperatur von 37° eingestellt, um eine mögliche Beschädigung des behandelten Bluts zu vermeiden. Der Temperaturmindestwert wird auf etwa 30° C eingestellt, um ein Versagen des Ausgangstemperaturfühlers 46 feststellen zu können.

Bei einem vom Temperaturüberwacher 64 abgegebenen Ausgangssignal, das entweder einen Über- oder Untertemperaturzustand anzeigt, wird eine Alarmeinheit 65 betätigt, die der Bedienungsperson das Auftreten einer Störung meldet. Gleichzeitig wird die Anlegung der Steuer- bzw. Regelsignale von der Steuerschaltung 60 an den Heizerschalterkreis 62 unterbrochen, um eine weitere Erwärmung des Bluts durch die Heizelemente 40 und 41 zu verhindern.

Die Blutwärmvorrichtung 10 weist einen zweiten Überwachungskreis 66 auf, welcher den den Heizelementen 40 und 41 zugeführten Strom überwacht. Im Normalbetrieb wird dieser Strom mit einer durch die Steuerschaltung 60 bestimmten Frequenz periodisch ein- und abgeschaltet. Falls eine Störung auftritt, bei der ein Dauerstrom an die Heizelemente 40 und 41 angelegt wird, liefert der Tastverhältnis-Überwachungskreis 66 ein Ausgangssignal, das an eine entsprechende Auslösevorrichtung im Schutzschalter 63 angelegt wird, um die Stromzufuhr zur Vorrichtung zu unterbrechen. Für die Praxis ist der Überwachungskreis 66 so ausgelegt, daß er den Betrieb unterbricht, sobald die Stromzufuhr zu den Heizelementen nicht in Abständen von drei Sekunden ein- und abgeschaltet wird.

Ein weiteres Merkmal der Steuer- bzw. Regelanordnung gemäß Fig. 7 besteht darin, daß die Stromzufuhr zu dem betreffenden Heizelement nur während der Nulldurchgangsabschnitte des zugeführten Netzwechselstroms eingeschaltet wird. Hierdurch werden Übergänge vermindert, die anderenfalls beim Umschalten während Perioden des Stromflusses durch die Heizelemente entstehen würden, und es wird hierbei auch die aufgrund solcher Übergänge hervorgerufene Hochfrequenzstörung weitgehend unterdrückt.

Weiterhin wird das dem Heizerschalterkreis 62 eingegebene Heizelement-Steuersignal in der Steuerschaltung 60 durch ein neuartiges Steilheitabfang- bzw. -schnittsystem erzeugt. Gemäß Fig. 8 weist die Steuerschaltung 60 einen Oszillator 70 auf, der ein Rechteckwellensignal von etwa 20 kHz erzeugt. Dieses Signal wird gleichzeitig an die Thermistoren 46 und 47 sowie an ein Bezugswerteinstellpotentiometer 71 angelegt. Der Thermistor 46 ist in eine nicht dargestellte Spannungsteilerschaltung eingeschaltet, so daß am Eingang des Verstärkers 72 ein von der Ausgangstemperatur des behandelten Bluts amplitudenabhängiges Rechteckwellensignal erscheint. Dieses Signal wird im Verstärker 72 verstärkt und an eine Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlerstufe 73 angelegt, in welcher es in ein die Ausgangstemperatur des Bluts angebendes Analogsignal umgewandelt wird. Auf ähnliche Weise liefert der Thermistor 47 ein Rechteckwellensignal variabler Amplitude, das im Verstärker 72 verstärkt und in einer ähnlichen Wandlerstufe 75 in ein die Eingangstemperatur angebendes Analogsignal umgewandelt wird.

Die Analogsignale von den Wandlerstufen 73 und 75 werden an die invertierenden und nicht-invertierenden Eingänge eines ersten Differentialverstärkers 76 angelegt, der ein für den Unterschied zwischen den beiden Eingangssignalen repräsentatives Ausgangssignal erzeugt. Dieses Ausgangssignal wird einem Sägezahnwellen-Generator 77 eingegeben, der aufeinanderfolgende Sägezahn- bzw. Anstiegsspannungsfunktionen erzeugt, deren Anstiegsflanke bzw. Steilheit jeweils umgekehrt mit der Amplitude des angelegten Signals variiert. Der Generator 77, der aus einer beliebigen, an sich für diesen Zweck bekannten Vorrichtung bestehen kann, umfaßt eine Schaltung 78 zur Einstellung der Anfangssteilheit der Sägezahnwelle bei Nichtvorhandensein eines Eingangs-Differentialsignals sowie eine Schaltung 79 zur Bestimmung des Rückstellspannungspegels, bei dem der Sägezahnwellen-Generator rückläuft. In der Praxis werden die Steilheit der Sägezahnwelle und der Rücklaufpegel so gewählt, daß sich die Sägezahnwellenfunktion nominell alle 600 ms wiederholt. Dies stellt eine vergleichsweise lange Steuerperiode gegenüber der 16,7 ms betragenden Periode der 60-Hz-Netzwechselspannung dar, welche den Strom für die Heizelemente liefert und die ein- und ausgeschaltet werden muß, während diese Periode eine vergleichsweise kurze Zeitspanne gegenüber der thermischen Trägheit der Blutwärmvorrichtung darstellt, so daß sie für die Leistung des Systems keinen Begrenzungsfaktor bildet.

Das Bezugseinstellpotentiometer 71 liefert ein Rechteckwellensignal einstellbarer Amplitude, das sich nach einmaliger Einstellung nur mit Änderungen der Amplitude des vom Oszillator 70 gelieferten Rechteckwellensignals ändert. Dieses Signal wird in einem Verstärker 80 verstärkt und einer Wechselstrom/ Gleichstrom-Wandlerstufe 81 eingespeist, in welcher es in ein amplitudenabhängiges Analogsignal des temperaturabhängigen Oszillators umgewandelt wird. Dieses Analogsignal wird dem nicht-invertierenden Eingang eines zweiten Differentialverstärkers 82 eingegeben. Das Analogsignal von der Wandlerstufe 73 wird dem anderen bzw. invertierenden Eingang des Verstärkers 82 eingespeist, um diesen ein Ausgangssignal liefern zu lassen, welches ein von den Amplitudenänderungen im Oszillator 70 unabhängiges, die Temperatur anzeigendes Ausgangssignal darstellt.

Das die Temperatur angebende Ausgangssignal des Differentialverstärkers 82 wird an den nicht-invertierenden Eingang eines Spannungskomparators 83 angelegt, während die vom Sägezahnwellen-Generator 77 erzeugte, sich wiederholende Sägezahnwellenfunktion variabler Steilheit dem invertierenden Eingang dieses Komparators aufgeprägt wird. Da sich der jeweilige augenblickliche Spannungspegel dieser Sägezahnwellenfunktion zeitabhängig erhöht, wird schließlich ein Punkt erreicht, an dem die Sägezahnwellen- und die Temperaturanzeigefunktion gleich groß sind. An diesem Punkt wird vom Komparator 83 ein Ausgangssignal geliefert, welches das gewünschte Heizelement-Steuersignal darstellt.

Dieses Steuersignal wird dem einen Eingang eines UND-Glieds 84 eingespeist, dessen Ausgang an eine lichtemittierende Diode (LED) 85 angeschlossen ist, die ihrerseits vorzugsweise einen einheitlichen Bauteil einer üblichen optischen Isolatorkomponente 86 bildet. Das von der lichtemittierenden Diode 85 ausgestrahlte Licht stellt in an sich bekannter Weise innerhalb des Isolators 86 (Trennstufe) eine Verbindung bzw. einen Leitzustand in einer nachgeschalteten optischen Halbleitervorrichtung 87 her. Die Halbleitervorrichtung ist an den Nulldurchgang-Heizerschalterkreis 62 angeschlossen, so daß sie im Durchschaltzustand den Schalterkreis zum Speisen der Heizelemente 40 und 41 durchschaltet. Wie erwähnt, erfolgt das Schalten des den Heizelementen zugeführten Wechselstroms vorzugsweise nur dann, wenn die Wechselstromwellenform ihre Nullachse durchläuft, weil in diesem Augenblick der Stromfluß durch das betreffende Heizelement am kleinsten ist und daher die geringste Hochfrequenzstörung bzw. -interferenz hervorgerufen wird. Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieser Aufgabe ist an sich bekannt, so daß sie nicht näher erläutert zu werden braucht.

Da der Komparator 83 nur dann ein Ausgangssignal liefert, wenn die an seinen Eingängen liegenden Spannungspegel gleich groß sind oder in einem positiven Verhältnis vorliegen, ist der Arbeitszyklus bzw. das Tastverhältnis des vom Komparator 83 abgegebenen Ausgangssignals sowohl von der Absoluttemperatur des ausströmenden Bluts, welche durch das vom Differentialverstärker 82 zugeführte Analogsignal bezeichnet wird, als auch vom Unterschied zwischen Eingangs- und Ausgangsbluttemperatur abhängig, welcher durch die Steilheit der vom Sägezahnwellen-Generator 77 gelieferten, aufeinanderfolgenden Sägezahnwellenspannungssignale dargestellt wird. Diese Beziehung ist in den Fig. 9 und 10 veranschaulicht. Aus Fig. 9 ist ersichtlich, daß die Wellenform 90, welche die vom Sägezahnwellen-Generator 77 erzeugte Sägezahnwellenfunktion darstellt, bei einem konstanten Temperaturunterschied den höheren Spannungspegel 92 entsprechend einer Anfangsausgangstemperatur später schneidet als einen Spannungspegel 91, der einer erhöhten Ausgangstemperatur entspricht. Infolgedessen vergrößert sich der durch die Wellenform 93 dargestellte Heizelement-Einschaltzyklus mit erhöhten Spannungspegeln entsprechend einer Abnahme der Blutausgangstemperatur.

Die Wirkung bzw. der Einfluß von Änderungen des Temperaturunterschieds ist in Fig. 10 veranschaulicht. Bei einem anfänglichen Temperaturunterschied schneidet die Wellenform 90 der Sägezahnwellenfunktion den Spannungspegel 94 entsprechend der Blutausgangstemperatur unter Beendigung des Heizelement- Einschaltzyklus zu einem früheren Zeitpunkt als dann, wenn sich die Steilheit, die durch die Wellenform 95 angedeutet, aufgrund eines vergrößerten Temperaturunterschieds verringert hat. Infolgedessen wird das durch die Wellenform 93 dargestellte Tastverhältnis des Heizelements erhöht, so daß die Blutwärmvorrichtung 10 sich an die erhöhte Blutströmungsmenge anpassen kann, die durch den vergrößerten Temperaturunterschied herbeigeführt wird.

In der Praxis variieren sowohl der Temperaturunterschied als auch die Blutausgangstemperatur zeitabhängig, wobei das resultierende Tastverhältnis bzw. der resultierende Arbeitszyklus von diesen beiden Veränderlichen gemeinsam abhängig ist. Von besonderem Vorteil ist die kurze Ansprechzeit, welche diese Schaltungsanordnung im Vergleich zur bisherigen, thermostatgesteuerten Blutwärmvorrichtung gewährleistet, bei welcher die Heizelemente nur bei Bedarf an Spannung gelegt werden.

Um den Benutzer bzw. der Bedienungsperson eine Anzeige für die Temperatur des aus der Blutwärmvorrichtung austretenden Bluts zu liefern, wird das vom Differentialverstärker 82 erzeugte Analogausgangssignal an ein Meßgerät 18 angelegt, das, wie erwähnt, eine zur Temperaturanzeige unterteilte Skala besitzt. Damit das Meßgerät 18 eine unmittelbare Temperaturanzeige liefern kann, enthält seine Schaltungsanordnung vorzugsweise einen Meßgerät-Abgleichschaltkreis 96, welcher die dem Meßgerät aufgeprägte Spannung teilweise ausgleicht bzw. aufhebt und mit welcher das Meßgerät in an sich bekannter Weise geeicht bzw. abgeglichen werden kann.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung wird die Temperatur des austretenden Bluts mittels einer durch Differentialverstärker 100 und 101 gebildeten Vergleichsschaltung für oberen und unteren Grenzwert ständig überwacht. Das die Temperatur angebende Ausgangssignal des Differentialverstärkers 82 wird dem invertierenden Eingang des Differentialverstärkers 100 aufgeprägt, während ein in einer Übertemperatur-Bezugssignalquelle 102 erzeugtes Bezugssignal dem nicht-invertierenden Eingang dieses Verstärkers aufgeprägt wird. Der Ausgang des Verstärkers 100 umfaßt ein Rückkopplungsnetz, so daß er dann, wenn die gemessene Temperatur den Übertemperatur- Bezugswert übersteigt, in einem Durchschaltzustand arretiert bzw. gesperrt wird, bis er anschließend durch Unterbrechung der Stromzufuhr zur Vorrichtung wieder rückgestellt wird.

Das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 82 wird auch an den nicht-invertierenden Eingang des Differentialverstärkers 101 angekoppelt, dessen invertierender Eingang mit einer Untertemperatur-Bezugsspannungsquelle 103 verbunden ist. Der Ausgang dieses Verstärkers ist an den Ausgang des Verstärkers 100 angeschlossen, so daß dann, wenn der durch den Differentialverstärker 82 erzeugte Spannungspegel unter den Spannungspegel der Bezugsspannungsquelle 103 abfällt, vom Verstärker 101 ein Ausgangssignal abgegeben wird, welches den Verstärker 100 in einem Einschalt- bzw. Durchschaltzustand in der Weise sperrt, als ob dieser Verstärker einen Übertemperaturzustand festgestellt hätte. Beim Auftreten eines Über- oder eines Untertemperaturzustands wird daher jedesmal ein Ausgangssignal erzeugt, das bis zur Unterbrechung der Stromzufuhr zur Vorrichtung erhalten bleibt.

Das von den Verstärkern 100 und 101 gelieferte Alarmsignal wird einer Alarmeinheit 104 eingegeben, die daraufhin einen hörbaren Alarm auslöst, um den Benutzer bzw. die Bedienungsperson davon zu unterrichten, daß die Blutausgangstemperatur außerhalb der Grenzwerte liegt. Die Alarmeinheit 104 wird auch durch den Türschalter 57 betätigt, falls die Bedienungsperson versuchen sollte, die Tür der Vorrichtung in deren Betrieb zu öffnen.

Das von den Differentialverstärkern 100 und 101 erzeugte Alarmsignal wird außerdem über einen Umsetzer 105 an den anderen Eingang des UND-Glieds 84 angelegt, um dieses UND- Glied nach Auftreten eines Alarmzustands zu sperren. Da durch das Sperren dieses UND-Glieds eine Übertragung des Heizelement- Steuersignals zum optischen Isolator 86 und zum Heizerschaltkreis 62 verhindert wird, wird hierdurch die Stromzufuhr zu den Heizelementen 40 und 41 beendet. Eine Anfahr- Sperrschaltung 98 liefert eine Alarmsperr- bzw. -unterdrückungsspannung am Ausgang des Verstärkers 82 während einer kurzen Zeitspanne, typischerweise in der Größenordnung von einigen Sekunden, bei der Inbetriebnahme der Blutwärmvorrichtung zur Verhinderung einer Auslösung des Temperaturalarms.

Wie erwähnt, überwacht der Tastverhältnis-Überwachungskreis 66 den an die Heizelemente 40 und 41 angelegten Wechselstrom zur Sicherstellung der einwandfreien Arbeitsweise der Heizelement- Steuerschaltung 60, des optischen Isolators 86 und des Nulldurchgang-Heizerschalterkreises 62. Dies geschieht mittels einer Stromsonde 99 zur Vermeidung einer unmittelbaren elektrischen Verbindung zwischen dem Überwachungskreis und der Wechselstromleitung, um Streuströme von der Leitung zum Patienten auszuschließen. Da der Überwachungskreis nur dann ein Ausgangssignal liefert, wenn der Strom zu den Heizelementen während einer Zeitspanne von 3 s nicht unterbrochen wird, und die Nenn-Betriebsperiode der Heizelemente 600 ms beträgt, wird der Überwachungskreis normalerweise nur im Fall einer Störung betätigt. Während der Anfahrzeitspanne der Blutwärmvorrichtung ist es jedoch möglich, insbesondere im kalten Zustand der Vorrichtung, daß die Tastverhältnis- Steuerschaltung aufgrund der Messung einer niedrigen Ausgangstemperatur eine Dauerbetätigung der Heizelemente verlangt. Um den Überwachungskreis 66 daran zu hindern, diesen normalen Warmlaufbetrieb als Störung auszulegen, enthält die Blutwärmvorrichtung vorzugsweise eine Warmlauf-Sperrschaltung 106, welche die Betätigung des Überwachungskreises 66 während einer bestimmten Zeitspanne nach dem anfänglichen Anfahren der Vorrichtung verhindert. Diese Zeitspanne wird typischerweise auf etwa 2 min eingestellt, was sich als ausreichend erwiesen hat, um die Platten 22 und 23 auch aus einem ungewöhnlichen kalten Zustand auf Betriebstemperatur zu bringen.

Wenn der Tastverhältnis-Überwachungskreis 66 nach Ablauf der anfänglichen Warmlaufperiode eine Störung feststellt, wird ein dem Schutzschalter 63 zugeordnetes Solenoid 107 mit einem Signal beaufschlagt, um dadurch den Schutzschalter zum Öffnen auszulösen, so daß die gesamte Stromzufuhr von der Vorrichtung abgeschaltet wird. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Schutzschalter 63 dieser Vorrichtung gemäß einem anderen Merkmal in dreifach verschiedener Weise ausgelöst werden kann, nämlich erstens von Hand durch die Bedienungsperson, zweitens elektrisch durch das Solenoid 107 und drittens durch einen Kurzschluß oder einen Masseschluß innerhalb der Vorrichtung oder in den Heizelementen, bei dem der Schutzschalter aufgrund des davon herrührenden Überstroms auslöst.

Die Heizelemente 40 und 41, die vorzugsweise als plattenförmige Einheiten mit 350 W Leistung vorliegen, sind vorteilhaft so in Reihe geschaltet, daß bei der Stromunterbrechung zu einem Heizelement auch das andere Heizelement unwirksam wird.

Zur Ermöglichung einer einwandfreien Überprüfung der Betriebsfähigkeit der verschiedenen Überwachungsschaltungen umfaßt die Blutwärmvorrichtung vorzugsweise eine Schutzschalter- Prüffunktion, die durch den Tastschalter 38 an der rückwärtigen Platte des Gehäuses 11 eingeleitet wird. Nach einer 2 min langen Verzögerung nach dem Einschalten der Stromzufuhr wird bei Betätigung dieses Tastschalters ein Dauersignal an den optischen Isolator 86 und folglich an den Heizerschalterkreis 62 geliefert. Da hierbei die Heizelemente 40 und 41 ständig mit Strom gespeist werden, wird dann, wenn der Überwachungskreis 66 betriebsfähig ist, nach ungefähr 3 s ein Steuersignal erzeugt, welches den Stromkreisunterbrecher bzw. Schutzschalter 63 auslöst und die Stromzufuhr zur Blutwärmvorrichtung unterbricht.

Zur Ermöglichung einer einwandfreien Prüfung ihrer Alarmschaltung umfaßt die Blutwärmvorrichtung eine Alarmprüffunktion, die durch Betätigung des an der rückwärtigen Platte des Gehäuses 11 angeordneten Tastschalters 39 eingeleitet wird. Bei Betätigung dieses Tastschalters wird ein Dauerstrom an die Heizelemente angelegt, während gleichzeitig der Tastverhältnis- Überwachungskreis 66 gesperrt wird. Dabei wird der Schutzschalter 63 nicht ausgelöst, und die Heizelemente bleiben an Spannung, so daß ihre Temperatur ansteigt, bis sie die durch die Bezugsspannungsquelle 102 bestimmte obere Grenztemperatur übersteigt. An diesem Punkt wird der Differentialverstärker 100 im Einschaltzustand gesperrt, so daß ein Ausgangssignal geliefert wird, welches die Alarmeinheit 104 betätigt und das UND-Glied 84 sperrt, um die Stromzufuhr zu den Heizelementen zu beenden. Die Vorrichtung umfaßt somit Vorkehrungen zur Ermöglichung einer vollständigen und zweckmäßigen Überprüfung ihrer eingebauten Überwachungsschaltkreise, um sicherzustellen, daß eine Störung der Heizelement-Steuerschaltung keine Lieferung von Blut mit einer Temperatur außerhalb eines vorgesehenen Temperaturbereichs zur Folge hat.

Zur Betätigung oder Überprüfung der Genauigkeit der vom Meßgerät 18 angezeigten Temperatur und zur Ermöglichung einer unabhängigen Prüfung der Arbeitsweise oder Betriebsfähigkeit der Heizelemente kann die Blutwärmvorrichtung eine Temperaturmeßanordnung 110 enthalten, die in die Heizkammer 24 dieser Vorrichtung eingebaut sein kann. Gemäß Fig. 11 umfaßt diese Anordnung einen Thermometerblock 111 und ein Thermometer 112. Der Thermometerblock 111 ist vorzugsweise mit rechteckigem Querschnitt und keilförmig ausgebildet, so daß er eine Berührungsfläche mit den Platten 22 und 23 herstellt, wenn er gemäß Fig. 12 bei teilweise geöffneter Tür in die Heizkammer 24 eingeführt wird. In der Praxis geschieht diese Temperaturmessung mit auf der Rückseite liegender Blutwärmvorrichtung, so daß Thermometerblock 111 und Thermometer 112 sicherer in ihrer Betriebslage verbleiben. Ein am Außenende des Thermometerblocks vorgesehener Flanschteil 113 erleichtert die Ausrichtung des Thermometerblocks innerhalb der Heizkammer, und am selben Ende des Thermometerblocks ist eine Bohrung 114 zur Aufnahme des Thermometers 112 vorgesehen, bei dem es sich um ein gewöhnliches, orales Thermometer handeln kann.

Damit mit Hilfe des Thermometerblocks selektiv die Temperatur entweder der Türheizplatte 22 oder der Gehäuseheizplatte 23 gemessen werden kann, ist der Thermometerblock vorzugsweise längs seiner einen Fläche mit einer Schicht eines wärmeisolierenden Materials 115 versehen. Wenn diese Isolierschicht gemäß Fig. 13A der Platte 23 zugewandt ist, zeigt das Thermometer 112 die Temperatur der der Tür 20 zugeordneten Heizplatte 22 an, während es die Temperatur der dem Gehäuse 11 zugeordneten Platte 23 anzeigt, wenn die Isolierschicht gemäß Fig. 13B der Platte 22 zugewandt ist.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Erwärmen von Flüssigkeit, insbesondere einer gekühlten Flüssigkeit, wie Blut, auf eine vorbestimmte Nenntemperatur vor der Abreichung von Infusionen, enthaltend ein Gehäuse mit einer Heizkammer zum Erwärmen der Flüssigkeit, mindestens ein elektrisches Heizelement, das zur Erwärmung der Flüssigkeit beim Durchfluß durch die Heizkammer dient, eine abhängig von der Temperatur der Flüssigkeit den Stromfluß durch das Heizelement steuernde Schaltung und ein zwischen dem/den Heizelement/en und einer elektrischen Stromquelle angeordnetes Schaltelement, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (60) einen ersten Temperaturfühler (47) zum Messen der Einlauftemperatur der Flüssigkeit und zur Abgabe eines entsprechenden ersten Signals, einen zweiten Temperaturfühler (46) zur Messung der Auslauftemperatur der Flüssigkeit und zur Abgabe eines davon abhängigen zweiten Signals, sowie einen Differentialverstärker (76) aufweist, der mit den beiden Signalen beaufschlagt ein Differentialsignal abgibt, wodurch die Beheizung der Flüssigkeit in der Weise geregelt wird, daß unabhängig von Schwankungen ihrer Strömungs- oder Durchsatzmenge eine vorbestimmte Nenn- oder Solltemperatur erreicht wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (60) in sich wiederholendem Ein/Aus-Betriebszyklus Spannung an das/die Heizelement/e (40, 41) legt, und zwar in Abhängigkeit von der Ausgangstemperatur und vom Temperaturgefälle der Flüssigkeit in der Vorrichtung (10).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (60) einen Sägezahn-Generator (77) zur Erzeugung einer sich wiederholenden Spannungs-Sägezahnwellenfunktion mit einer sich umgekehrt zum Differentialsignal ändernden Steilheit und eine Spannungs-Vergleichseinrichtung (83) zum Vergleichen der Sägezahnwelle mit dem zweiten, die Temperatur angebenden Ausgangssignal zwecks Erzeugung eines Heizelement- Steuersignals aufweist, das einen von Ausgangstemperatur und Temperaturunterschied abhängigen Ein/Aus-Betriebszyklus für das/die Heizelement/e (40,41) bedingt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Betriebszyklus-Überwachungskreis (66) zur Auslösung eines Alarmzyklus-Überwachungskreis (66) zur Auslösung eines Alarmzustands (Schutzschalter 63) vorgesehen ist, wenn das/die Heizelement/e (40, 41) während einer vorbestimmten, die Nennperiode des Betriebszyklus übersteigenden Zeitspanne unter Strom steht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebszyklus-Überwachungskreis (66) eine Stromsonde zur Überwachung des Stromflusses zum/zu den Heizelement/en (40, 41) ohne Herstellung einer unmittelbaren elektrischen Verbindung damit aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltkreis (106) zum Sperren des Betriebs des Betriebszyklus-Überwachungskreises (66) während einer bestimmten Zeitspanne nach Beginn des Anfahrens der Vorrichtung (10) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das/die Heizelement/e (40, 41) mit Wechselstrom speisbar ist/sind, und daß ein Heizerschalterkreis (62) dem/den Heizelement/en (40, 41) Strom während der Nulldurchgangsabschnitte der Wechselstromperiode aufschaltet.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das/die Heizelement/e (40, 41) mit Wechselstrom speisbar ist/sind, und daß der Ausgang der Steuerschaltung optisch (optischer Isolator 61) an den Heizerschalterkreis (62) angekoppelt und somit elektrisch von diesem getrennt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dessen Heizkammer zur Aufnahme eines von der zu erwärmenden Flüssigkeit durchströmten Wärmebeutels (26) dient und innerhalb eines Gehäuses (11) durch eine Zugangstür (20) zugänglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugangstür (20) Sperrmittel (53) zum Verriegeln in Schließstellung aufweist, und daß diesen Sperrmitteln (53) eine Alarmeinrichtung (57) zugeordnet ist, derart, daß bei Betätigung der Sperrmittel (53) aus der Sperrstellung ein Alarm ausgelöst wird.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturüberwachungskreis (64) vorgesehen ist, der auf die Ausgangstemperatur der Flüssigkeit anspricht und einen Alarm (65) auslöst, wenn die Ausgangstemperatur einen vorbestimmten Wert über- oder unterschreitet.