DE3923079C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Füllstandshöhe von in der Medizintechnik verwendbaren elektrisch leitenden Flüssigkeiten, insbesondere Infusionsflüssigkeiten und Blut.The invention relates to a method for measuring the level of in medical technology usable electrically conductive liquids, especially infusion fluids and blood.
Die Messung von Füllstandshöhen ist bekannt und wird überall dort eingesetzt, wo es auf die exakte Erfassung von Füllmengen ankommt.The measurement of level heights is known and will used wherever there is an exact Detection of filling quantities arrives.
Ein spezielles Einsatzgebiet ist die Förderenderkennung bei Spritzeninfusionspumpen.A special area of application is End of delivery detection for syringe infusion pumps.
Spritzenpumpen werden im klinischen Bereich und in der medizinischen Forschung verwendet, um dem Patienten kleinere Flüssigkeitsmengen über einen längeren Zeitraum zu applizieren. Insbesondere werden die Spritzenpumpen zur kontinuierlichen und geregelten Infusion hochwirksamer Medikamente benutzt.Syringe pumps are used in the clinical field and in medical research used to Patients have smaller amounts of fluid over one to apply for a longer period. In particular the syringe pumps become continuous and regulated infusion of highly effective drugs used.
Da Spritzen ein beschränktes Volumen haben, muß die Spritze von Zeit zu Zeit gewechselt werden, um eine kontinuierliche Medikamentenabgabe zu garantieren. Dabei verbleiben Restmengen des Medikaments in der Spritze. Insbesondere bei der Verwendung von Morphinen bringt dieses Verfahren nicht nur erhöhte Kosten, sondern auch logistische Probleme mit sich, da der Verbrauch von Morphinen quantitativ erfaßt werden muß und Restmengen nicht einfach weggeworfen werden können.Since syringes have a limited volume, the Syringe to be changed from time to time guaranteeing continuous drug delivery. Remaining quantities of the drug remain in the Syringe. Especially when using Morphine not only brings this procedure elevated Costs, but also logistical problems, since the consumption of morphine is quantified must be discarded and residual quantities not simply thrown away can be.
Es wurde daher versucht, Einrichtungen zu schaffen, die das Leerwerden einer Spritze sicher erkennen können. Dazu gehören z.B. Positionsmelder, die die Position des Spritzenkolbens erfassen.An attempt was therefore made to create facilities that can safely recognize when a syringe is empty can. These include e.g. Position sensors that the Detect the position of the syringe plunger.
Aus der US-PS 37 01 345 ist eine Infusionsspritzenpumpe bekannt, die ein Positionssteuersystem aufweist, das ein Rückführspannungssignal verwendet, das der Spritzenkolbenposition zugeordnet ist. Dieses Rückführsignal wird durch ein mechanisch angetriebenes Potentiometer erzeugt, das durch den Antriebsmotor über eine zusätzliche Getriebeeinheit in Funktion gesetzt wird.From US-PS 37 01 345 is one Infusion syringe pump known to be a Position control system that a Feedback voltage signal used that the Syringe plunger position is assigned. This Feedback signal is generated by a mechanical driven potentiometer generated by the Drive motor via an additional gear unit is put into operation.
Weiterhin sind Infusionspritzenpumpen bekannt, bei der der Antriebsteil des Kolbens mit einem Absolutwegaufnehmer gekoppelt ist. Als Absolutwegaufnehmer wird ein Linearpotentiometer, ein induktives, kapazitives oder magnetisches positionsgebendes Element verwendet. Da aber die Spritze Toleranzen aufweist, kann dieser Positionsmelder die Endlage des Kolbens im Zylinder nur mit etwa 1-3 mm Toleranz erkennen.Infusion syringe pumps are also known at which is the driving part of the piston with one Absolute displacement sensor is coupled. As A linear potentiometer, an inductive, capacitive or magnetic positioning element used. But there Syringe has tolerances, this can Position detector the end position of the piston in the cylinder only recognize with about 1-3 mm tolerance.
Eine weitere bekannte Möglichkeit, die Endlage des Kolbens zu detektieren, besteht in der Erfassung der Vortriebskraft. Liegt der Kolben am Zylinderende an, so steigt die Kraft in der Regel nicht sprungartig, sondern langsam an, da der Spritzenkolben eine kompressible Gummidichtung aufweist. In beiden genannten Fällen kommt es zu einer zeitlichen Verzögerung des Signals gegenüber dem tatsächlichen Infusionsende.Another known way to determine the end position of the Detecting pistons consists in detecting the Propulsive force. If the piston is at the end of the cylinder, so the force usually does not increase suddenly, but slowly, because the syringe plunger is one has compressible rubber seal. In both mentioned cases there is a temporal Delay of the signal compared to the actual one End of infusion.
Berücksichtigt man ferner, daß mit den üblichen 50 ml-Spritzen Infusionen mit Raten von typischerweise 3 ml pro Stunde und weniger appliziert werden, wobei 1 ml etwa einer Kolbenwegstrecke von 1 mm entspricht, so wird verständlich, daß es zu Verzögerungen bei der Alarmgabe von 30 Minuten bis zu 2 Stunden kommen kann. Dies ist zumindest bei der Verwendung von Medikamenten deshalb nicht zulässig.If you also take into account that with the usual 50 ml syringe infusions at rates of typically 3 ml per hour and less be applied, with 1 ml about one Corresponds to a piston travel distance of 1 mm understandable that there are delays in the Alarms come from 30 minutes to 2 hours can. This is at least when using Medications are therefore not permitted.
Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Niveauerfassung des Blutspiegels in Tropfkammern, die z.B. im extrakorporalen Kreislauf einer Hämodialysevorrichtung angeordnet sind. Eine Niveauerfassung kann beispielsweise mit Lichtschranken vorgenommen werden, womit aber nur diskrete Füllstandshöhen detektiert werden können. Die Messung mittels Ultraschalldetektoren ist technisch äußerst aufwendig.Another area of application is Level detection of blood levels in drip chambers, e.g. in the extracorporeal circulation one Hemodialysis device are arranged. A Level detection can, for example, with Photoelectric barriers are made, but with what discrete fill levels can be detected. The measurement using ultrasonic detectors is technically extremely complex.
Es ist darüber hinaus aus der DE-A1-32 48 449 eine Vorrichtung bekannt geworden zur Messung eines Flüssigkeitspegels von elektrisch leitenden Medien allgemein. Diese besteht im wesentlichen aus einem mit einer Isolierschicht ummantelten Kern, der aus einem elektrisch leitenden Werkstoff besteht und in das elektrisch leitende Medium getaucht einen Zylinderkondensator mit einer vom leitenden Medium gebildeten Massenelektrode bildet. It is also from DE-A1-32 48 449 Appeared for measuring a device Liquid level of electrically conductive media general. This essentially consists of one with an insulating layer encased core made of an electrically conductive material and in the electrically conductive medium submerges one Cylinder capacitor with one of the conductive medium formed ground electrode forms.
Bei der Messung des Flüssigkeitspegels mit dieser Vorrichtung wird die Änderung der Kapazität des Zylinderkondensators nicht durch die Änderung eines Dielektrikums bewirkt, sondern durch die Änderung der elektrisch wirksamen Fläche der Außenelektrode.When measuring the liquid level with this Device will change the capacity of the Cylinder capacitor not by changing one Dielectric caused, but by the change the electrically effective area of the outer electrode.
Weiterhin ist aus der DE-OS-28 32 908 eine Anordnung zur Abfrage des Füllstandes in einem Flüssigkeitsbehälter bekannt. Auch diese Anordnung macht sich die Messung des Füllstandes aufgrund einer Kapazitätsänderung zunutze, wobei hier vorgeschlagen wird, eine Elektrode so groß auszubilden, daß sie die gesamte Innenwand auskleidet, um so über die ganze Behälterbreite eine Änderung der Kapazität des gebildeten Kondensators erfassen zu können.Furthermore, from DE-OS-28 32 908 an arrangement to query the level in one Liquid container known. This arrangement too makes the measurement of the level due take advantage of a change in capacity, whereby here it is proposed to have an electrode as large train that they cover the entire inner wall lined, so that over the entire width of the container Change in the capacitance of the capacitor formed to be able to record.
Vor diesem Hintergrund ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Vorrichtungen der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei denen die Messung der Füllstandhöhe der elektrisch leitenden Flüssigkeit unter Anwendung des in vorerwähnten Druckschriften erläuterten Prinzips erfolgt. Insbesondere soll also eine Möglichkeit geschaffen werden, diese Art der Messung bei üblichen Spritzen und Tropfkammern vornehmen zu können.Against this background, it is now the task of present invention, devices of the introduction Specify the type mentioned, in which the measurement of the Level of the electrically conductive liquid using the in the aforementioned publications principle explained. So in particular should a way to be created this kind of Measurement with common syringes and drip chambers to be able to make.
Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung, bei der eine Spritze den Flüssigkeitsbehälter bildet, durch die Merkmale des Anspruchs 1.This problem is solved with a device at a syringe forms the liquid container, by the features of claim 1.
Demnach ist der elektrische Kontakt als ein auf den Spritzenkonus aufsteckbares, rohrförmiges Anschlußstück mit Innenkonus ausgebildet. Die andere Elektrode des Kondensators, dessen Kapazitätsänderungen infolge der Änderung der Füllstandshöhe erfaßt werden, erstreckt sich über die gesamte Füllstandshöhe an der Außenseite des Spritzenzylinders.Accordingly, the electrical contact is as one on the Attachable, tubular syringe cone Connection piece designed with an inner cone. The other Electrode of the capacitor whose Changes in capacity due to the change in Fill level can be detected, extends over the total level on the outside of the Syringe barrel.
Vorteilhaft ist diese Außenelektrode rohrförmig ausgebildet. Sie kann dann in einfacher Weise über den Zylinder einer üblichen Spritze geschoben werden.This outer electrode is advantageously tubular educated. You can then easily over the barrel of a conventional syringe is pushed.
Die erwähnte Aufgabe wird bei einer Vorrichtung, bei der eine Tropfkammer den Flüssigkeitsbehälter bildet, durch die Merkmale des Anspruchs 3 gelöst. Demnach ist der elektrische Kontakt hierbei als ein auf den Auslauf der Tropfkammer aufsteckbares Anschlußstück ausgebildet. Die andere Elektrode des Kondensators ist an der Außenseite der Tropfkammer angebracht. Sie kann als Ring ausgebildet sein.The above-mentioned task is carried out in a device the one drip chamber the liquid container forms, solved by the features of claim 3. So is the electrical contact here as one on the Outlet of the drip chamber attachable connector educated. The other electrode of the capacitor is attached to the outside of the drip chamber. It can be designed as a ring.
Da das Anschlußstück mit der elektrisch leitenden Flüssigkeit in Kontakt kommt, besteht dieses vorzugsweise aus einem physiologisch verträglichen Material, das gleichzeitig auch elektrisch leitfähig ist. Geeignete Materialien sind leitfähige Kunststoffe, leitfähige Kunstkohle und leitfähige Glaskohle.Since the connector with the electrically conductive If liquid comes into contact, it is there preferably from a physiologically tolerable Material that is also electrically conductive is. Suitable materials are conductive Plastics, conductive charcoal and conductive Glass coal.
Die Auswerteeinheit, an die das Anschlußstück und die Außenelektrode angeschlossen sind, weist entweder eine Meßbrücke oder einen Resonanzkreis zur Auswertung der Kapazitätsänderung des aus den beiden Elektroden gebildeten Kondensators auf. Vorzugsweise werden HF-Oszillatorschaltungen für die Auswertung eingesetzt. Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe evaluation unit to which the connector and the outer electrode is connected either a measuring bridge or a resonance circuit for Evaluation of the change in capacity of the two Electrode formed capacitor. Preferably become RF oscillator circuits for evaluation used. Exemplary embodiments of the Invention are described below with reference to the drawing explained in more detail. It shows
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung in Verbindung mit einer Infusionspritze,; Fig. 1 is a schematic representation of the device in connection with an infusion syringe;
Fig. 2 die Draufsicht auf eine Infusionsspritzenpumpe mit der Vorrichtung; Figure 2 is a plan view of a syringe driver with the device.
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Vorrichtung in Verbindung mit einer Tropfkammer. Fig. 3 is a schematic representation of the device in connection with a drip chamber.
In Fig. 1 ist die Vorrichtung in Verbindung mit einer Infusionsspritze 1a dargestellt. Im Spritzenzylinder 3 ist ein Spritzenkolben 2 geführt. An der Außenseite des Spritzenzylinders 3 ist im Bereich des Hubweges des Spritzenkolbens 2 die Außenelektrode 5 angeordnet.In Fig. 1 the device is shown in connection with an infusion syringe 1 a. A syringe plunger 2 is guided in the syringe barrel 3 . The outer electrode 5 is arranged on the outside of the syringe barrel 3 in the region of the stroke of the syringe plunger 2 .
Am vorderen Ende besitzt der Spritzenzylinder einen Spritzenkonus 4, an den üblicherweise die Spritzenleitung 7 angeschlossen ist. In der hier gezeigten Ausführungsform ist zwischen dem Spritzenkonus 4 und der Spritzenleitung 7 ein Anschlußstück 6a angeordnet, das einen Innenkonus 25 aufweist und somit auf den Spritzenkonus 4 aufsteckbar ist.At the front end, the syringe barrel has a syringe cone 4 , to which the syringe line 7 is usually connected. In the embodiment shown here, a connector 6 a is arranged between the syringe cone 4 and the syringe line 7 , which has an inner cone 25 and can therefore be plugged onto the syringe cone 4 .
Dieses Anschlußstück 6a ist aus einem physiologisch verträglichen leitfähigen Material hergestellt. Über eine elektrische Anschlußleitung 8 ist dieses Anschlußstück 6a mit der Auswerteeinheit 10 verbunden. Die Außenelektrode 5 ist über die Leitung 9 ebenfalls an die Auswerteeinheit 10 angeschlossen. Zwischen der Außenelektrode 5 und dem Spritzenkolben 3 kann noch eine Schutzabdeckung vorgesehen sein.This connector 6 a is made of a physiologically compatible conductive material. This connector 6 a is connected to the evaluation unit 10 via an electrical connecting line 8 . The outer electrode 5 is also connected to the evaluation unit 10 via the line 9 . A protective cover can also be provided between the outer electrode 5 and the syringe plunger 3 .
Die Auswerteeinheit 10 weist eine HF-Oszillator-Schaltung auf, so daß aufgrund der Anschlüsse der Außenelektrode 5 und des Anschlußstücks 6a ein kapazitiver Hochfrequenzkreis geschlossen wird, der von der Elektrode 5, der Wand der Spritze 1a, der leitfähigen Infusionslösung 15, dem leitfähigen Anschlußstück 6a sowie den beiden Leitungen 8 und 9 gebildet wird. Das impedanzbestimmende Teil ist dabei die Wand des Spritzenzylinders 3. Alle anderen Beiträge sind vergleichsweise niederimpedant. Die leitfähige Infusionslösung 15 bildet dabei eine Elektrode eines Kondensators und die Elektrode 5 die andere. Die Kapazität dieses Kondensators und damit seine Hochfrequenzimpedanz verändert sich während des Betriebes mit der Elektrodenfläche, die durch die Infusionslösung 15 gebildet wird, da alle anderen Parameter konstant bleiben. Wird daher z.B. eine Hochfrequenzspannung an die Elektrode 5 und das Anschlußstück 6a gelegt, so wird der Strom in diesem Kreis mit abnehmendem Flüssigkeitsvolumen in der Spritze 1a abnehmen und schließlich nahe Null werden, wenn die Spritze 1a leer ist. Der bei diesem Zustand fließende HF-Strom ist bedingt durch Restkapazitäten, die einmalig bestimmt und in die Auswertung einbezogen werden können.The evaluation unit 10 has an RF oscillator circuit, so that due to the connections of the outer electrode 5 and the connector 6 a, a capacitive high-frequency circuit is closed, the electrode 5 , the wall of the syringe 1 a, the conductive infusion solution 15 , the conductive connector 6 a and the two lines 8 and 9 is formed. The impedance-determining part is the wall of the syringe barrel 3 . All other contributions are comparatively low impedance. The conductive infusion solution 15 forms one electrode of a capacitor and the electrode 5 the other. The capacitance of this capacitor and thus its high-frequency impedance changes during operation with the electrode surface which is formed by the infusion solution 15 , since all other parameters remain constant. If, for example, a high-frequency voltage is therefore applied to the electrode 5 and the connector 6 a, the current in this circuit will decrease as the volume of liquid in the syringe 1 a decreases and will eventually be close to zero when the syringe 1 a is empty. The HF current flowing in this state is due to residual capacities which can be determined once and included in the evaluation.
In Fig. 2 ist die Draufsicht auf eine Spritzeninfusionspumpe 20 dargestellt. Die Spritzenpumpe 20 weist ein Gehäuse 21 auf, dessen Oberseite eine den Spritzenzylinder 3 am Umfang teilweise umfassende Halterung 22 vorgesehen ist. In dieser durch die Halterung 22 gebildeten Mulde ist die rohrförmig ausgebildete Außenelektrode 5 angeordnet, in die die Spritze 1a eingesteckt ist, so daß der gesamte Spritzenzylinder 3 von der Außenelektrode 5 umgeben ist. Beim Einstecken der Spritze 1a greift der Konus in das Anschlußstück 6a, an dem der Schlauch 7 befestigt ist. Die Auswerteeinheit, die sowohl an das Anschlußstück 6a als auch an die Außenelektrode 5 angeschlossen ist, ist ein integriertes Bauteil der Infusionsspritzenpumpe 20 und im Gehäuse 21 angeordnet. Die Auswerteeinheit ist mit einem an der Spritzeninfusionspumpe 20 angeordneten Positionsmelder 23 verbunden, der dann ein Signal abgibt, wenn die Spritze 1a leer ist.In FIG. 2, the plan view is displayed on a syringe infusion pump 20. The syringe pump 20 has a housing 21 , the upper side of which is provided with a holder 22 which partially surrounds the syringe barrel 3 on the circumference. In this trough formed by the holder 22 , the tubular outer electrode 5 is arranged, into which the syringe 1 a is inserted, so that the entire syringe barrel 3 is surrounded by the outer electrode 5 . When inserting the syringe 1 a, the cone engages in the connector 6 a, to which the hose 7 is attached. The evaluation unit, which is connected both to the connector 6 a and to the outer electrode 5 , is an integrated component of the infusion syringe pump 20 and arranged in the housing 21 . The evaluation unit is connected to a position detector 23 arranged on the syringe infusion pump 20 , which then emits a signal when the syringe 1 a is empty.
In Fig. 3 ist im Schnitt eine Tropfkammer 1b dargestellt. Diese Tropfkammer 1b ist mit einer Kappe 14 versehen, in der drei Nippel 11, 12 und 13 angeordnet sind. Über den Nippel 12 wird das dialysierte Blut zugeführt, während über den Nippel 13 die in der Tropfkammer 1b befindliche Luft entweichen kann. Der Nippel 11 dient als Anschluß an ein Druckmeßgerät. An der Außenwand ist die Außenelektrode 5 als Ring oder als Teilring angeordnet und über die Leitung 9 mit der Auswerteeinheit 10 verbunden. Am Auslauf 16 der Tropfkammer 1b ist das Anschlußstück 6b aufgesteckt, das wie in der Ausführungsform der Fig. 1 aus einem physiologisch verträglichen, leitfähigen Material hergestellt ist. Über die elektrische Leitung 8 ist dieses Anschlußstück 6b ebenfalls mit der Auswerteeinheit 10 verbunden. Am unteren Ende des Anschlußstücks 6b ist die Schlauchleitung 7 befestigt. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die jeweilige Füllstandshöhe der elektrisch leitenden Flüssigkeit 15 zu jedem Zeitpunkt exakt ermittelt werden, so daß entsprechende Steuersignale beispielsweise an die angeschlossene Hämodialysevorrichtung gegeben werden können.In Fig. 3, a drip chamber 1 b is shown in section. This drip chamber 1 b is provided with a cap 14 in which three nipples 11 , 12 and 13 are arranged. Over the nipple 12, the dialyzed blood is supplied while the b can escape in the drip chamber 1 air located over the nipple. 13 The nipple 11 serves as a connection to a pressure measuring device. The outer electrode 5 is arranged on the outer wall as a ring or as a partial ring and is connected to the evaluation unit 10 via the line 9 . At the outlet 16 of the drip chamber 1 b, the connector 6 b is attached, which, as in the embodiment of FIG. 1, is made of a physiologically compatible, conductive material. This connector 6 b is also connected to the evaluation unit 10 via the electrical line 8 . At the lower end of the connector 6 b, the hose 7 is attached. With the device according to the invention, the respective fill level of the electrically conductive liquid 15 can be determined exactly at any time, so that corresponding control signals can be given, for example, to the connected hemodialysis device.
Die Steuersignale können auch dazu verwendet werden, durch Be- bzw. Entlüften den Flüssigkeitsspiegel in der Tropfkammer zu regeln.The control signals can also be used to by ventilating the liquid level in to regulate the drip chamber.
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