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Hintergrund
der Erfindung
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Die Erfindung betrifft die Angiographie
und insbesondere den Injektor, der dafür eingesetzt wird, eine medizinische
Flüssigkeit,
wie zum Beispiel ein radiographisches Kontrastmittel in lebende
Organismen einzuführen.
Ein Injektor gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 ist aus der Druckschrift US-A-4 854 324 bekannt.
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Eines der wichtigsten Systeme im
menschlichen Körper
ist das Kreislaufsystem. Die Hauptkomponenten des Kreislaufsystems
sind das Herz, die Blutgefäße und das
Blut, die alle eine wesentliche Rolle beim Transport von Materialien
zwischen der externen Umgebung und den unterschiedlichen Zellen
und Geweben des menschlichen Körpers
spielen.
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Die Blutgefäße sind das Leitungsnetzwerk, durch
die das Blut im menschlichen Körper
fließt.
Insbesondere die Arterien tragen mit Sauerstoff beladenes Blut weg
vom letzten Ventrikel des Herzens. Diese Arterien sind von der Aorta
aus mit zunehmend kleinerem Durchmesser und Druckbelastbarkeit angeordnet,
wobei die Aorta das Blut unmittelbar aus dem Herzen heraus zu den
anderen Hauptarterien leitet, zu kleineren Arterien, zu Arteriolen
und schließlich
zu winzigen Kapillaren, die die Zellen und das Gewebe des menschlichen
Körpers
ernähren.
In ähnlicher
Weise tragen Venen sauerstoffarmes Blut zurück zum rechten Atrium des Herzens,
wobei ein Netzwerk aus Venolen und Venen mit zunehmend größerem Durchmesser
eingesetzt wird.
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Wenn die Herzkammern, die Ventile,
die Arterien, die Venen oder andere damit verbundene Kapillaren
entweder anormal (wie bei einem Geburtsfehler), verengt (wie bei
atherosklerotischer Belagbildung) oder gestört sind (wie bei Bildung von
Arterienerweiterung), kann eine Notwendigkeit bestehen, dass ein
Arzt das Herz und das damit verbundene Netzwerk der Gefäße untersuchen
muss. Der Arzt muss möglicherweise
die bei der Untersuchung mit einem Katheter oder einem ähnlichen
medizinischen Gerät
angetroffenen Probleme korrigieren.
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Die Angiographie ist ein Verfahren,
welches zur Erfassung und Behandlung von Anomalitäten oder
Verengungen in Blutgefäßen eingesetzt
wird. Bei der Angiographie wird ein radiographisches Bild einer
vaskulären
Struktur durch Injizieren eines radiographischen Kontrastmittels
mit einem Katheter in eine Vene oder Arterie erhalten. Die vaskulären Strukturen,
die mit der Vene oder Arterie in Fluidverbindung stehen, in die
die Injektion erfolgte, werden mit dem Kontrastmittel gefüllt. Dann
wird Röntgenstrahlung
durch den Körperbereich
geleitet, in den das Kontrastmittel eingespritzt wurde. Die Röntgenstrahlung
wird vom Kontrastmittel absorbiert, wodurch eine radiographische
Darstellung oder ein radiographisches Bild der Blutgefäße entsteht,
die das Kontrastmittel enthalten. Die Röntgenbilder der mit Kontrastmittel
gefüllten
Blutgefäße werden
normalerweise auf Film oder Videoband aufgezeichnet und auf einem
Fluroskopmonitor angezeigt.
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Die Angiographie liefert dem Arzt
ein Bild der fraglichen vaskulären
Strukturen. Dieses Bild kann lediglich für diagnostische Zwecke verwendet
werden, oder es kann bei einem Verfahren wie der Angioplastie eingesetzt
werden, wo ein Ballon in das vaskuläre System eingeführt und
aufgeblasen wird, um eine durch atherosklerotische Belagbildung
verursachte Stenose zu öffnen.
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Nachdem der Arzt einen Katheter in
eine Vene oder Arterie platziert hat (durch direktes Einschieben
in das Gefäß oder durch
eine Punktierungsstelle in der Haut), wird derzeit der angiographische Katheter
bei der Angiographie entweder mit einer manuell oder automatisch
arbeitenden Vorrichtung zur Kontrastmittelinjektion verbunden.
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Eine einfache manuelle Vorrichtung
zur Kontrastmittelinjektion hat typischerweise eine Verbindung zu
einer Spritze und zu einem Katheter. Die Spritze weist eine Kammer
auf, in der sich ein Kolben befindet. Das radiographische Kontrastmittel
wird in die Kammer eingesaugt. Durch Betätigen des Kolbens wird Luft
entfernt, wobei die Katheterverbindung nach oben gerichtet ist,
so dass Luft, die auf dem radiographischen Kontrastmaterial schwimmt, aus
der Kammer in die Außenluft
ausgetrieben wird. Die Katheterverbindung wird dann mit einem Katheter
verbunden, der in einer Vene oder Arterie des Patienten positioniert
ist.
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Der Kolben wird manuell betätigt, so
dass das radiographische Kontrastmittel aus der Kammer durch den
Katheter und in eine Vene oder Arterie ausgestoßen wird. Der Anwender der
manuellen Vorrichtung zur Kontrastmittelinjektion kann die Geschwindigkeit
und das Volumen der Injektion einstellen, indem er die manuell auf
den Kolben ausgeübte Kraft
verändert.
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Oft ist die Injektion mehr als eines
Fluids erforderlich, wie zum Beispiel eine Spülung mit Kochsalzlösung nach
einem radiographischen Kontrastmittel. Eine der derzeit am häufigsten
eingesetzten manuellen Injektionsvorrichtungen umfasst eine Ventileinrichtung,
mit der gesteuert wird, welches der Fluide in die Ventileinrichtung
hinein und aus dem im Patienten liegenden Katheter herausfließt. Die
Ventileinrichtung enthält
mehrerer manuelle Ventile, die der Benutzer manuell betätigt, um
den jeweiligen Fluidkanal zu öffnen
und zu schließen.
Wenn der Benutzer Kontrastfluid in die Kammer saugt oder daraus
injiziert, wird das Fluid durch die Ventileinrichtung über die
offenen Ventile gezogen. Durch Veränderung der Ventilpositionen
kann ein anderes Fluid injiziert werden.
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Diese manuellen Injektionsvorrichtungen werden
typischerweise von Hand betätigt.
Dies gestattet es dem Benutzer, die Menge und dem Druck der Injektion
zu steuern. Jedoch sind alle manuellen Systeme nur in der Lage,
das radiographische Kontrastmittel mit dem Maximaldruck zu injizieren,
der von der menschlichen Hand aufgebracht werden kann (d. h. 150
psi). Ebenso ist die Menge des radiographischen Kontrastmittels
typischerweise auf maximal etwa 12 cm3 begrenzt.
Schließlich
gibt es bei diesen manuellen Vorrichtungen zur Kontrastmittelinjektion
keine Sicherheitsgrenzen, die Injektionen begrenzen oder stoppen,
die außerhalb
vernünftiger Parameter
liegen (beispielsweise die Geschwindigkeit oder der Druck) und keine
aktiven Sensoren, die Luftblasen oder andere Gefahren erfassen.
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Die derzeitig eingesetzten motorbetriebenen Injektionsvorrichtungen
bestehen aus einer Spritze, die mit einem linearen Betätigungselement
verbunden ist. Das lineare Betätigungselement
ist mit einem Motor verbunden, der elektronisch gesteuert wird. Der
Benutzer gibt in die elektronische Steuerung ein festes Volumen
des Kontrastmittels ein, welches mit fester Injektionsgeschwindigkeit
zu injizieren ist. Die feste Injektionsgeschwindigkeit besteht aus
einer spezifizierten Anfangsgeschwindigkeit bei zunehmendem Fluss
und einer festen Endgeschwindigkeit, bis das Gesamtvolumen des Kontrastmittels
injiziert ist. Es gibt zwischen dem Benutzer und dem Gerät keine
interaktive Steuerung außer
dem Start oder dem Beenden der Injektion. Jede Veränderung
der Flussgeschwindigkeit muss durch Anhalten des Geräts und Neueinstellung
der Parameter erfolgen.
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Die fehlende Möglichkeit, die Injektionsgeschwindigkeit
bei der Injektion zu verändern,
führt zu einer
suboptimalen Qualität
angiographischer Untersuchungen. Dies ist so, weil die optimale
Injektionsgeschwindigkeit zwischen Patienten beträchtlich
variiert. Beim kardiovaskulären
System hängen
Geschwindigkeit und Volumen der Kontrastmittelinjektion von der
Größe und der
Blutflussgeschwindigkeit in der Kammer oder im Blutgefäß ab, in
die injiziert wird. In vielen oder in den meisten Fällen sind
diese Parameter nicht genau bekannt. Außerdem kann sich die optimale
Injektionsgeschwindigkeit schnell verändern, wenn sich aufgrund von
Arzneimitteln, Krankheit oder normaler Physiologie der Zustand des
Patienten verändert.
Die Anfangsinjektion des Kontrastmittels kann infolgedessen eine
Flussgeschwindigkeit haben, die unzureichend ist, um bei der Röntgenbilderzeugung
die Kontur der Struktur anzuzeigen, wodurch eine weitere Injektion
erforderlich wird. Eine übermäßige Flussgeschwindigkeit
kann andererseits die Kammer oder das Blutgefäß, in die Injiziert wird, verletzten,
dazu führen,
dass der Katheter verschoben wird (durch den Strahl des die Katheterspitze verlassenden
Kontrastmittels) oder kann aufgrund einer Überdosis im Kontrastmittel
zu toxischen Effekten führen
(wie z. B. zu Merzrhythmusstörungen).
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Derzeit kann der Benutzer aus zwei
Systemen zur Injektion des Kontrastmittels auswählen; einem manuellen Injektionssystem,
mit dem eine veränderliche,
mit dem Benutzer interaktive Flussgeschwindigkeit möglich ist,
die jedoch eine begrenzte Flussgeschwindigkeit hat, und einem vorprogrammierten
motorbetriebenen System ohne interaktive Wechselwirkung mit dem
Benutzer (davon abgesehen, dass der Benutzer das Verfahren Starten/Anhalten
kann).
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ist ein
angiopraphisches Injektorsystem, welches ein radiographisches Kontrastmittel
einem Katheter mit vom Benutzer bestimmter, variabler Flussgeschwindigkeit
zuführt
und welches augenblicklich und kontinuierlich variiert werden kann
und sowohl Hochdruck- und Niederdrucksysteme umfasst. Das Injektorsystem umfasst
eine Pumpe, die ein radiographisches Kontrastmittel einem Anschluss
zuführt,
der mit einem Katheter verbunden ist. Ein Benutzer (typischerweise ein
Arzt) steuert die Flussgeschwindigkeit des radiographischen Kontrastmittels
von der Pumpe zum Katheter mit einer vom Benutzer betätigten Proportionalsteuerung.
Durch Bedienen der Proportionalsteuerung kann der Benutzer ein Steuerungssignal
variieren, um beim Betrieb der Pumpe die Flussgeschwindigkeit des
radiographischen Kontrastmittels von der Pumpe zum Anschluss einzustellen.
Die Proportionalsteuerung ist bevorzugt eine handbediente oder fußbediente
Fernsteuerung, mit der der Benutzer die Flussgeschwindigkeit (und
so das an dem Patienten abgegebene Materialvolumen) interaktiv einstellen kann,
während
er das angiographische Verfahren überwacht (beispielsweise auf
einem Fluoroskopmonitor).
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Das Injektorsystem umfasst eine Steuerung, die
auf das Steuersignal der vom Benutzer bedienten Proportionalsteuerung
anspricht. Nach Maßgabe
des Steuerungssignals steuert die Steuerung die Flussgeschwindigkeit
des radiographischen Kontrastmittels von der Pumpe zum Anschluss.
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Das Hochdrucksystem des Injektorsystems weist
eine motorbetriebene Injektorpumpe auf, die einem Katheter radiographisches
Kontrastmittel unter hohem Druck zuführt. Das Niederdrucksystem
weist beispielsweise einen Druckwandler zur Blutdruckmessung auf
und eine Pumpe, die sowohl zur Zufuhr von Kochsalzlösung zum
Patienten und zum Absaugen von Abfallfluid eingesetzt wird. Mit
der Spritzenpumpe, dem Niederdrucksystem und dem in den Patienten
eingeführten
Katheter ist ein Verteiler verbunden. Zum Verteiler gehört ein Ventil,
welches normalerweise in einem ersten Zustand gehalten wird, der das
Niederdrucksystem über
den Verteiler mit dem Katheter verbindet. Wenn der Druck der Spritzenpumpe
einen bestimmten Wert erreicht hat, schaltet sich das Ventil in
einen zweiten Zustand, der die Spritzenpumpe mit dem Katheter verbindet
und dabei die Verbindung zwischen Niederdrucksystem und dem Katheter
unterbricht.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen angiographischen
Injektorsystems zeigt.
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2A–2G sind Diagramme, die Betriebszustände des
Systems von 1 zeigen.
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3 ist
ein elektrisches Flussdiagramm des Injektorsystems von 1.
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4 erläutert die
Bedienungselemente und -anzeigen einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Injektorsystems.
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5A und 5B sind eine Seitenansicht
und eine teilweise Draufsicht der Fernsteuerung des Systems von 1.
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6 ist
eine perspektivische Ansicht einer fußbetätigten Fernsteuerung.
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7A–7D erläutert den Betrieb des Eingangsprüfventils
und des Verteilers beim Füllen
mit Kontrastmittel, Austreiben von Luft und bei der Injektion in
den Patienten.
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8A–8C erläutern den Betrieb des Einlasssperrventils
in weiteren Einzelheiten.
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Detasilbeschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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1 zeigt
ein angiographisches Injektorsystem 10 für die Injektion
von radiographischem Kontrastmittel in Blutgefäße mit interaktiver Kontrolle durch
einen Arzt. Das System 10 umfasst ein Hauptpaneel 12,
eine handbetriebene Fernsteuerung 14, einen Spritzenhalter 16,
einen Spritzenkörper 18,
einen Spritzenkolben 20, ein Reservoir (Flasche) 22 für radiographisches
Kontrastmittel, ein Einwegventil 24, einen Verteiler 26,
ein Hochdruckrohr 28, einen Katheter 30, einen
Medikationsanschluss 32, einen Dreiwegehahn 34,
ein T-Stück 36,
einen Druckwandler 38, einen Hahn 40, Schlauchmaterial 42,
eine peristaltische Pumpe 44, ein Prüfventil 46 für Kochsalzlösung, ein
Absperrventil 48 für
Abfall, einen Beutel 50 für Kochsalzlösung, einen Beutel 52 für Abfall
und eine Ständer 54 zur
Aufnahme der Beutel.
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Das Paneel 12 dient zur
Aufnahme der elektrischen Steuerung für das System 10 zusammen
mit den Motoren, die den Kolben 20 und die peristaltische
Pumpe 44 antreiben. An der Vorderseite des Panels 12 befindet
sich das Benutzerinterface 54 mit den Steuerungsschaltern 56 und
der Anzeige 58, mit der der Benutzer Steuerungswerte eingeben
und den Betriebszustand des Systems 10 überwachen kann.
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Die Fernsteuerung 14 ist über das
Kabel 60 mit dem Paneel 12 verbunden (jedoch kann
bei anderen Ausführungsformen
die Fernsteuerung drahtlos verbunden sein, wie zum Beispiel durch
Funk, eine Infrarotoptik oder durch Ultraschall. Die Fernsteuerung 14 ist
bei der in 1 gezeigten
Ausführungsform
eine handbetätigte
Steuerung mit Druckknopfschaltern 62 bzw. 64 zum
Zurücksetzen
und für Kochsalzlösung sowie
einen Hebel oder Triggerschalter 66 zur Steuerung der Flussgeschwindigkeit. Durch
Zusammendrücken
des Triggerschalters 66 schickt der Benutzer einen Befehl
an das Paneel 12 zum Erzeugen einer kontinuierlich variablen
Injektionsgeschwindigkeit.
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Der Spritzenhalter 16 steht
von der linken Seite des Paneels 12 ab. Der Spritzenhalter 16 besteht
bevorzugt aus einem klaren Material und weist eine halbzylindrische
Rückenschale 68,
eine halbzylindrische Vordertür 70 (die
in 1 in offener Stellung
gezeigt ist) und einen Reservoirhalter 72 auf.
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Die Spritze 18 ist ein transparenter
oder durchscheinender Kunststoffzylinder, dessen offenes Ende 74 mit
dem Paneel 12 verbunden ist. Das geschlossene Ende 76 der
Spritze 18 weist zwei Anschlüsse auf, den oberen Anschluss 78 und
den unteren Anschluss 80.
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Der Kolben 20 ist im Spritzenkörper 18 beweglich.
Der Kolben 20 ist verbunden mit (und wird angetrieben von)
einem im Paneel 12 angeordneten Motor.
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Das Reservoir 22 für das radiographische Kontrastmittel
ist über
das Einwegabsperrventil 24 mit dem oberen Auslass 78 verbunden.
Das radiographische Kontrastmittel wird aus dem Reservoir 22 durch
das Absperrventil 24 und den oberen Anschluss 78 in
die Pumpkammer gezogen, die durch den Sprizenkörper 18 und dem Kolben 20 gebildet wird.
Das Absperrventil 24 ist bevorzugt ein Einwegventil, welches
Luft vom Spritzenkörper 18 zurück zum Reservoir 22 strömen lässt, jedoch
nicht zulässt, dass
radiographisches Kontrastmittel vom Spritzenkörper 18 zum Reservoir 22 fließt. Dies
ermöglicht das
automatische Austreiben von Luft aus dem System, wie später in weiteren
Einzelheiten beschrieben wird.
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Der untere Anschluss 80 des
Spritzenkörpers 18 ist
mit dem Verteiler 26 verbunden. Der Verteiler 26 umfasst
ein Kolbenventil mit Federvorspannung, welches normalerweise den
Anschluss 82 für Wandler/Kochsalzlösung und
den Patientenanschluss 84 miteinander verbindet. Wenn ein
radiographisches Kontrastmittel zu injizieren ist, verursacht der
Druck des radiographischen Kontrastmittels, dass das Kolbenventil
seinen Zustand verändert,
so dass der untere Anschluss 80 mit dem Patientenanschluss 84 verbunden
wird.
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Das Hochdruckrohr 28 ist
ein flexibles Rohr, welches den Patientenanschluß 84 mit dem Katheter 30 verbindet.
Der Dreiwegehahn 24 ist am distalen Ende des Rohrs 28 angeordnet.
Mit dem Absperrhahn 34 ist eine drehbare Luer-Verbindung 86 angeordnet,
die auf die Luer-Verbindung 88 am proximalen Ende des Katheters 30 passt.
Der Absperrhahn 34 blockiert entweder den Fluss vom Rohr 28 und vom
Katheter 30, erlaubt diesen Fluss oder verbindet den Medikationsanschluss 32 mit
dem Katheter 30.
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Neben der Injektion von radiographischem Kontrastmittel
in einen Patienten über
den Katheter 30 erlaubt das System 10 auch die
Durchführung
anderer, damit verwandter Funktionen. Mit dem Medikationsanschluss 32 kann
eine Einrichtung zur Abgabe von Medikamenten an den Patienten verbunden werden
(in 1 nicht gezeigt),
wenn dem Patienten über
den Katheter 30 Medikamente verabreicht werden sollen.
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Wenn der Katheter 30 im
Patienten vor Ort ist und eine Injektion von radiographischem Kontrastmittel
stattfindet, zeichnet der Druckwandler 38 über die
Fluidsäule
aus Katheter 30, Rohr 28, Patientenanschluss 84,
Verteiler 26, Anschluss 82 für Wandler/Kochsalzlösung, Schlauchmaterial 90,
T-Stück 36 und
Schlauchmaterial 92 den Blutdruck auf. Zum Wandler 38 gehört ein Absperrhahn 40,
mit dem der Wandler 38 beim Kalibrieren dem Atmosphärendruck ausgesetzt
werden kann und der auch Entfernen/Austreiben von eingeschlossener
Luft erlaubt, so dass die Domkammer des Wandlers 38 mit
Kochsalzlösung
gespült
werden kann.
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Die peristaltische Pumpe 44 liefert
Kochsalzlösung
vom Beutel 50 durch das Absperrventil 46 für Kochsalzlösung, das
Schlauchmaterial 42, das T-Stück 36 und das Schlauchmaterial 90 zum
Anschluss 82 für
Kochsalzlösung.
Wenn die peristaltische Pumpe 34 Kochsalzlösung zuführt, wird
die Kochsalzlösung
durch den Verteiler 26, den Patientenanschluss 84 und
dann durch das Rohr 28 dem Katheter 30 zugeführt.
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Die peristaltische Pumpe 44 arbeitet
auch in entgegengesetzter Richtung, um Fluid aus dem Katheter 30 und
durch das Rohr 28, den Verteiler 26, das Schlauchmaterial 90,
das T-Stück 36 und
das Schlauchmaterial 42 zum Absperrventil 48 für Abfall und
dann in den Abfallsammelbeutel 52 zu ziehen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind der Spritzenkörper 18,
der Verteiler 26, das Rohr 28, der Katheter 30,
das T-Stück 36, das
Schlauchmaterial 42, die Absperrventile 46 und 46,
die Beutel 50 und 52 sowie das Schlauchmaterial 90 und 92 alle
Einwegartikel. Sie müssen
bei jeder Angiographie mit einem neuen Patienten in das System 20 eingebaut
werden. Wenn in das System alle Einwegartikel eingebaut sind, wird
die Tür 70 geschlossen
und der Spritzenkörper 18 mit
Kontrastmittel gefüllt
und mit Luft gespült,
der Bediener (typischerweise ein Arzt) gibt in das System 10 die
Sicherheitsparameter für
dien Injektion von radiographischem Kontrastmittel ein. Diese Sicherheitsparameter
umfassen typischerweise die Maximalmenge des bei einer Injektion
zu injizierenden radiographischen Kontrastmittels, die maximale
Flussgeschwindigkeit bei der Injektion, den Maximaldruck, der sich im
Spritzenkörper 18 entwickelt
und den maximalen Zeitanstieg oder Beschleunigung der Injektion.
Um eine Injektion von Kontrastmittel auszulösen, betätigt der Benutzer die Fernsteuerung 14 durch
Drücken des
Triggerschalters 66. Das System 10 steigert innerhalb
der eingegebenen Sicherheitsparameter die Flussgeschwindigkeit der
Injektion in dem Ausmaß, wie
der Druck oder der Weg des Triggerschalters 66 gesteigert
wird.
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Typischerweise misst der Benutzer
Menge und Geschwindigkeit des injizierten Kontrastmittels unter
fortlaufender Überwachung
des Kontrastmittelausflusses aus der Struktur, in die injiziert
wird, wobei Fluoroskopie oder andere Abbildungsverfahren Einsatz
finden. Das System 10 gestattet es dem Benutzer, die Injektion
von Kontrastmittel maßgeschneidert
an die Bedürfnisse
des Patienten anzupassen, wobei die Qualität des Verfahrens maximiert
wird, die Sicherheit zunimmt und die Menge des zur Durchführung der
fluoroskopischen Untersuchung benötigten Kontrastmittels verringert
wird.
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Die 2A bis 2G sind Diagramme, die Fluidwege
bei sieben unterschiedlichen Betriebszuständen des Systems 10 beschreiben.
Diese Betriebszustände
sind das Einfüllen
von Kontrastmittel (2A),
das Austreiben von Luft (2B),
die Injektion in den Patienten (2C),
der Druck des Patienten (2D),
das Spülen
mit Kochsalzlösung (2E), das Ansaugen von Abfall
(2F) und die Medikation
des Patienten (2G).
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Der in 2A dargestellte
Betriebszustand des Einfüllens
von Kontrastmittel umfasst das Füllen des
Spritzenkörpers 18 mit
radiographischem Kontrastmittel aus dem Reservoir 22 (Zufuhr
von Kontrastmittel). Das Einfüllen
mit Kontrastmittel wird durchgeführt
beim anfänglichen
Vorbereiten des Systems 10 und kann beim Betrieb des Systems 10 immer
dann wiederholt werden, wenn der Spritzenkörper 18 neues radiographisches
Kontrastmittel benötigt.
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Beim anfänglichen Vorbereiten des Systems 10 wird
der Kolben 20 zuerst ganz nach vorne neben das geschlossene
Ende 76 des Spritzenkörpers 18 bewegt.
Dadurch wird der Hauptteil der Luft, die sich im Spritzenkörper 18 befindet,
an die Atmosphäre ausgestoßen.
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Der Kolben 20 wird dann
zurückgezogen, wodurch
im Spritzenkörper
ein Vakuum erzeugt wird, welches das Kontrastmittel aus dem Reservoir 22 durch
das Absperrventil 24 und durch den oberen Anschluss 78 in
den Spritzenkörper 18 zieht.
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Beim Einfüllen von Kontrastmittel wird
typischerweise etwas Luft in den Spritzenkörper 18 eingezogen
oder verbleibt darin. Selbstverständlich ist es wichtig zu verhindern,
dass durch den Katheter 30 Luft in den Patienten injiziert
wird. Dies ist der Zweck des in 2B gezeigten
Austreibens von Luft. Die Anordnung von zwei Anschlüssen in
unterschiedlicher Höhe
führt auch
zu mehr Sicherheit, dass Luftblasen bei der Injektion vermieden
werden.
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Beim Austreiben von Luft bewegt sich
der Kolben 20 nach vorne und stößt die im Spritzenkörper 18 eingeschlossene
Luft aus. Weil die Luft leichter ist als das Kontrastmittel, sammelt
sie sich im oberen Teil des Spritzenkörpers 18 an. Wenn
sich der Spritzenkörper 20 vorwärts bewegt,
wird die Luft durch den oberen Anschluss 78 und das Einwegeventil 24 aus
dem Spritzenkörper 18 ausgestoßen. Bei
der in 2B dargestellten
Ausführungsform
ist das Einwegventil 24 ein gewichtsbelastetes Einwegventil,
welches den Fluss von radiographischem Kontrastmittel aus dem Reservoir 22 zum
oberen Anschluss 78 zulässt,
jedoch nicht zulässt,
dass radiographisches Kontrastmittel in entgegengesetzter Richtung
vom oberen Anschluss 78 zum Reservoir 22 fließt. Jedoch
erlaubt das Ventil 24 den Fluss von Luft vom Anschluss 78 zum
Reservoir 22. Wenn der Fluss des radiographischen Kontrastmittels
aus dem Spritzenkörper 18 durch
den oberen Anschluss 78 zum Ventil 24 beginnt,
schließt
das Ventil 24 und verhindert einen weiteren Fluss zu dem
Reservoir 22.
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Das Ventil 24 kann bei alternativen
Ausführungsformen
auch ein magnetisch betriebenes oder motorbetriebenes Ventil sein,
welches durch eine elektrische Schaltung im Panel 12 gesteuert
wird. In jedem Fall ist das Ventil 24 beständig gegen
die relativ hohen Drucke, denen es bei der Injektion ausgesetzt
ist. Bevorzugt ist das Ventil 24 beständig gegen einen statischen
Fluiddruck bis zu etwa 1.200 psi.
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2C erläutert die
Injektion in den Patienten. Der Kolben 20 bewegt sich nach
vorne unter interaktiver Kontrolle durch den Benutzer, der den Triggerschalter 66 und
die Fernsteuerung 14 bedient. Die Bewegung des Kolbens 20 erzeugt
einen hydraulischen Druck, der das Kontrastmittel durch den unteren
Anschluss 80 und durch den Verteiler 26 und das Hochdruckrohr 28 in
den Katheter 30 schiebt. Wie in 2C gezeigt ist, sind der untere Anschluss 80 und der
Patientenanschluss 84 miteinander verbunden, damit bei
der Injektion Fluid in den Patienten fließen kann.
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Der Verteiler 26 enthält ein Ventil
zur Steuerung der Wege der Fluidverbindung zwischen dem Patientenaschluss 84 und
entweder dem unteren Anschluss 80 der Spritze oder dem
Anschluss 82 für Druckwandler/Kochsalzlösung. Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung umfasst der Verteiler 26 ein Kolben- bzw.
Steuerventil, welches federbelastet ist, so dass der Patientenanschluss 84 normalerweise mit
dem Anschluss 82 für
Druckwandler/Kochsalzlösung
verbunden ist (gezeigt in den 2A und 2B). Wenn sich am unteren
Anschluss 80 der Spritze durch die Vorwärtsbewegung des Kolbens 20 der Druck
aufbaut, wird die Vorbelastung des Kolbenventils überwunden,
so dass der untere Anschluss 80 der Spritze mit dem Patientenanschluss 84 verbunden wird
und die Verbindung zum Anschluss 82 für Druckwandler/Kochsalzlösung unterbrochen
wird. Das Ventil im Verteiler 26 schützt den Druckwandler 38 davor,
dem hohen Druck ausgesetzt zu werden, der bei der Injektion in den
Patienten erzeugt wird.
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Das Kolbenventil öffnet sich automatisch bei der
Injektion in den Patienten nach Maßgabe der Druckzunahme, die
darauf durch den unteren Spritzenanschluss 80 ausgeübt wird.
Das Kolbenventil schließt
sich und kehrt in seine Ausgangsstellung zurück, womit eine Verbindung des
Patienten des Anschlusses 84 mit dem Druckwandler 38 ermöglicht wird,
wenn durch das Zurückziehend
es Kolbens 20 am Ende der Injektion des Patienten ein geringes
Vakuum angelegt wird.
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Bei einer alternative Ausführungsform
ist das Ventil im Verteiler 26 ein elektromechanisches
oder motorbetriebenes Ventil, welches zu geeigneten Zeiten betätigt wird,
um entweder den unteren Spritzenanschluss 80 oder den Anschluss 82 für Druckwandler/Kochsalzlösung mit
dem Patientenanschluss 84 zu verbinden. Die Kontrolle der
Betätigung
erfolgt durch das Paneel 12. Auch bei dieser alternativen Ausführungsform
schützt
das Ventil den Druckwandler 38 davor, dem hohen Druck ausgesetzt
zu werden.
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2D erläutert den
Betriebszustand für den
Patientendruck. Das System 10 gestattet das Aufzeichnen
des Blutdrucks des Patienten, der durch den Katheter 30 gemessen
wird. Der Blutdruck des Patienten kann mit dem Druckwandler 38 zu
jeder Zeit gemessen werden mit Ausnahme der Injektion in den Patienten,
des Spülens
mit Kochsalzlösung
und des Ansaugens von Abfall. Die vom Druckwandler 38 erzeugten
Druckwerte können
normalisiert werden durch manuelles Öffnen des Absperrhahns 40 und Schließen des
Absperrhahns 34, um den Druckwandler 38 dem Atmosphärendruck
auszusetzen.
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Beim Spülen mit Kochsalzlösung (dargestellt in 2E) wird Kochsalzlösung eingesetzt,
um alle internen Leitungen, die Kammer des Druckwandlers 38,
das Rohr 28 und den Katheter 38 zu spülen. Wie in 2E gezeigt ist, arbeitet
die peristaltische Pumpe 44 in eine Richtung, die dazu
führt,
dass Kochsalzlösung
aus dem Beutel 50 durch das Absperrventil 46 und
durch das Schlauchmaterial 42 zum Anschluss 82 für Kochsalzlösung gezogen
wird. Der Verteiler 26 verbindet den Anschluss 82 für Kochsalzlösung mit
dem Patientenanschluss 84, so dass Kochsalzlösung aus
dem Patientenanschluss 84 durch das Rohr 28 und
den Katheter 30 gepumpt wird.
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Beim Ansaugen von Abfall ist der
Patientenanschluss 84 wiederum mit dem Anschluss 82 für Kochsalzlösung verbunden.
Bei diesem Betriebszustand arbeitet die peristaltische Pumpe in
entgegengesetzter Richtung zur Rotation beim Spülen mit Kochsalzlösung. Infolgedessen
wird Patientenfluid vom Patientenanschluss 84 zum Anschluss 82 für Kochsalzlösung und
dann durch das Schlauchmaterial 42 und das Absperrventil 48 in
den Beutel 52 für das
Sammeln von Abfall angesaugt. Die peristaltische Pumpe 44 wirkt
als Ventil, welches das Schlauchmaterial 42 abschnürt/verschließt und zusammen
mit den Absperrventilen 46 und 48 den Rückfluss
zur/von Kochsalzlösung
und in Abfallbehältern 50 und 52 verhindert.
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Wenn sich der Katheter 30 im
Patienten vor Ort befindet, kann es wünschenswert sein, dem Patienten
Medikamente zu verabreichen. Das System 10 gestattet diese
Option durch den Anschluss 32 für die Patientenmedikation.
Wie in 2G gezeigt ist,
ist bei offenem Kolbenventil 34 ein Anschluss 32 für Medikamente
mit dem Patientenanschluss 84 und dadurch mit dem Katheter 34 verbunden.
Bei dieser Medikation des Patienten bewegen sich die peristaltische
Pumpe 44 und der Kolben 20 nicht.
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3 ist
ein elektrisches Blockschaltbild des Steuersystems, welches den
Betrieb des angiographischen Injektorsystems steuert. Das elektrische Steuersystem
umfasst einen Digitalrechner 100, der über das Interface 102 von
der Fernsteuerung 14 und den Steuerelementen 56 des
vorderen Paneels Eingangssignale erhält und Signale an die Anzeige 58 abgibt,
um Betriebsdaten, Warnungen, Statusinformationen und Anforderungen
an den Benutzer anzuzeigen.
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Der Rechner 100 steuert
die Bewegung des Kolbens 20; dies erfolgt über eine
Motorantriebsschaltung, die den Motor 104, einen Motorverstärker 106,
einen Tachometer 108, ein Potentiometer 110, einen
Verstärker 112,
eine Druckmesszelle 114 und einen AD-Wandler 160 aufweist.
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Der Motorverstärker 106 erzeugt ein
Antriebssignal 1 an den Motor 104 nach Maßgabe der Steuerspannung,
vorwärts/rückwärts und
von Bremssignalen des Rechners 100 sowie über den Verstärker 112 ein
Geschwindigkeitsrückkopplungssignal
vom Tachometer 108. Die Ausgangssignale des Tachometers 108 und
des Potentiometers 110 werden über den AD-Wandler als Geschwindigkeitsanzeige-
und Lageanzeigesignale an den Rechner 100 abgegeben. Damit
kann der Rechner 100 die Motorgeschwindigkeit, die Motorrichtung
und die Lage überprüfen (das
Volumen wird berechnet).
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Der Drucksensor 114 ermittelt
den Motorstrom oder die Kolbenkraft, um den Druck zu messen, der
im Spritzenkörper 18 auf
das radiographische Kontrastmittel einwirkt. Das Druckanzeigesignal wird über den
AD-Wandler 116 und das Interface 102 an den Rechner 100 abgegeben.
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Der Antrieb der peristaltischen Pumpe 44 erfolgt
durch Steuerung des Rechners 100 über den Pumpenmotor 120,
den Motortreiber 120 und den optischen Codierer 124.
Der Rechner 100 erzeugt Antriebssignale für Kochsalzlösung (vorwärts) und
für Abfall
(rückwärts) an
den Motortreiber 122, um den Pumpenmotor 120 in
Vorwärtsrichtung
anzutreiben, wenn mit Kochsalzlösung
gespült
wird, und in entgegengesetzter Richtung, wenn Abfall angesaugt wird. Der
optische Codierer 124 gibt an das Interface 102 das
Signal zur Anzeige der Geschwindigkeit an, welches sowohl die Geschwindigkeit
als auch die Drehrichtung des Pumpenmotors 120 angibt.
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3 erläutert eine
Ausführungsform
des Steuersystems, bei der der Ventilmotor 130 dazu benutzt
wird, Ventile wie zum Beispiel das Einwegeventil 24 und
das Ventil im Verteiler 26 zu betätigen. Bei dieser Ausführungsform
steuert der Rechner 100 über den Motortreiber 132 den
Ventilmotor 130 und zeigt über ein Positionsanzeigerückkopplungssignal vom
Potentiometer 134 die Lage an. Bei dieser besonderen Ausführungsform
ist der Ventilmotor 130 ein Schrittmotor.
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Der Rechner 100 zeigt nach
Maßgabe
eines Temperaturüberwachungssignals
vom Temperatursensor 140 die Temperatur des Kontrastmittels
an. Der Temperatursensor ist bevorzugt neben dem Spritzenkörper 18 angeordnet.
Wenn die vom Temperatursensor 140 gemessene Temperatur
zu hoch ist, blockiert der Rechner 100 den Betrieb des
Motors 104 und bricht die Injektion in den Patienten ab. Wenn
die Temperatur zu niedrig ist, gibt der Rechner 100 an
den Heizungstreiber 150 ein Temperaturaktivierungstreibsignal
ab, welches den Heizer 152 anschaltet. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform
ist der Heizer 152 ein Schichtwiderstandsheizer, der im Spritzenhalter 116 neben
dem Spritzenkörper 18 angeordnet
ist.
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Der Rechner 100 erhält noch
Rückkopplungssignale
vom Kontrastflaschensensor 160, vom Vorwärtsbegrenzungssensor 162,
vom Rückwärtsbegrenzungssensor 164,
vom "keine Spritze"-Sensor 166,
vom "Kammer offen"-Sensor 168,
vom "kein Kontrast"-Blasendetektor 170 und
vom "Luft in der Leitung"-Blasendetektor 172.
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Der Kontrastflaschensensor 160 ist
ein Miniaturschalter, der im Reservoirhalter 72 angeordnet ist.
Der Status des Signals "Kontrast,
Flasche vorhanden" vom
Sensor 160 zeigt an, ob sich im Halter 72 ein
Reservoir 22 befindet. Wenn das Reservoir 22 nicht
vorhanden ist, blockiert der Rechner 100 das Füllen.
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Die Vorwärtsbegrenzungs- und Rückwärtsbegrenzungssensoren 162 und 164 erfassen
die Endbegrenzungslage des Kolbens 20. Wenn der Kolben 20 seine
vordere Grenzposition erreicht, wird keine weitere Vorwärtsbewegung
des Kolbens 20 zugelassen. Wenn ähnlich der Rückwärtsbegrenzungssensor 144 anzeigt,
dass der Kolben seine hintere Grenzposition erreicht hat, wird keine
weitere Rückwärtsbewegung
zugelassen.
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Der "keine Spritze"-Sensor 166 ist ein Miniaturschalter
oder ein Infrarot/-Emitter-Detektor,
der anzeigt, wenn der Spritzenkörper 18 sich
nicht im Spritzenhalter 16 in Position befindet. Wenn sich
der Spritzenkörper 18 nicht
in Position befindet, werden alle Bewegungsfunktionen blockiert,
mit Ausnahme, dass sich der Kolben 20 in seine Rückwärtsbegrenzungslage
bewegen kann (dies bedeutet Rückkehr zur
Nulllage).
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Der "Kammer offen"-Sensor ist ein Miniaturschalter oder
ein Infrarot-Emitter/-Detektor,
der anzeigt, wenn die Tür 70 des
Spritzenhalters 16 offen ist. Wenn das Signal vom Sensor 168 anzeigt,
dass die Tür 70 offen
ist, werden alle Bewegungsfunktionen blockiert. Nur wenn die Tür 70 geschlossen
und verriegelt ist, wird eine Bewegung zugelassen. Wenn angezeigt
wird, dass die Tür 70 geschlossen
ist und der Sensor 166 anzeigt, dass der Spritzenkörper 18 sich
in Position befindet, können
andere Normalfunktionen des Systems 10 ablaufen.
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Der Blasendetektor 170 ist
zwischen dem Reservoir 22 und dem oberen Anschluss 78 angeordnet
und ist bevorzugt ein Infrarot/Emitter-Detektor, der Luftblasen
ermittelt. Wenn im Strömungsweg
zwischen dem Reservoir 22 und dem oberen Anschluss 78 bei
einer Füllung
eine Luftblase erfasst wird, wird das Füllen blockiert, bis ein neues
Reservoir angeschlossen ist.
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Der Blasendetektor 122 ist
angeordnet, um in der Hochdruckleitung 28 Luftblasen zu
erfassen. Er ist bevorzugt ein Infrarot/Emitter-Detektor. Das Erfassen
einer Luftblase in der Hochdruckleitung 28 führt zum
Blockieren aller Funktionen der Fluidbewegung, wenn das Fluid entweder
die Kochsalzlösung von
der peristaltischen Pumpe 44 ist oder das Kontrastmittel
vom Spritzenkörper 18.
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Das Steuerungssystem von 3 ist auch in der Lage, über das
vom Rechner 100 gesteuerte Relais 180 ein Steuersignal
an die Röntgeneinrichtung zu
erzeugen. Zusätzlich
erhält
der Rechner 100 Daten vom Blutdruckwandler 38 und
von einem elektrokardiographischen System (ECG); letzteres ist vom Injektorsystem
getrennt. Die Druck- und ECG-Signale werden über Signalkonditionierer und
AD-Wandler 190 erhalten
und an den Rechner 100 weitergeleitet. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform
werden die ECG-Signale vom Rechner 100 zur Synchronisation des
Betriebs des Motors 104 (und somit der Injektion in den
Patienten) verwendet, wenn dessen Herz schlägt.
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Der Blutfluss zum Herzen erfolgt
hauptsächlich
bei der Diastole (wenn sich das Herz zwischen Kontraktion befindet).
Die kontinuierliche Injektion von Kontrastmittel führt bei
der Systole (bei Kontraktionen) zum Übertritt von Kontrastmittel
in die Aorta. Wenn man hauptsächlich
bei der Diastole injiziert, kann die Kontrastmitteldosierung verkleinert
werden, ohne die Vollständigkeit
der Kontrastmittelinjektion in die koronare Arterie zu beeinträchtigen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Injektion des radiographischen Kontrastmittels mit dem
Blutfluss in der koronaren Arterie synchronisiert. Die Zeiten von
Systole und Diastole werden ermittelt mit einem elektrokardiographisch
(ECG)/elektrischen Signal, der Analyse der Wellenform des arteriellen
Blutdrucks oder einem anderen Zeitprogramm, welches auf der Herzgeschwindigkeit
aufbaut. Durch Steuerung der Geschwindigkeit des Motors 114,
der Geschwindigkeit und somit der Bewegung des Kolbens 20,
wird die Injektion von Kontrastmittel bei der Systole unterbrochen,
wodurch die Kontrastmittelinjektion zu dieser Zeit vermindert oder gestoppt
wird. In Kombination mit der Fernsteuerung 14 kann der
Benutzer die Geschwindigkeit der Kontrastmittelinjektion in die
koronare Arte rie variieren, wobei der Rechner 100 automatisch
die Kontrastmittelinjektion zum Herzzyklus pulst.
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Die Anfangskraft des sich bewegenden
Kontrastmittels und der Expansion des Behälters und des Rohrsystems,
welches das Kontrastmittel enthält
und zum Patienten überträgt, kann
zu einer Phasenverschiebung zwischen der Bewegung des Kolbens im Spritzenkörper und
der Bewegung von Kontrastmittel aus dem Katheter in den Patienten
führen.
Um die Phasenverschiebung zwischen der Bewegung des Kolbens 20 und
dem Austreiben von Kontrastmittel in den Patienten einzustellen,
kann über
das Steuerungspaneel 54 ein veränderliche Zeitversatz eingegeben
werden; beispielsweise kann das Zeitprogramm des Herzzyklus um eine
bestimmte Zeit verschoben werden. Weil die Größe der Phaseverschiebung von
der Herzfrequenz abhängen
kann, justiert ein Algorithmus im Rechner 100 fortlaufend
und automatisch die Größe des Zeitversatzes;
dies basiert auf der augenblicklichen Herzgeschwindigkeit bei der Injektion
von Kontrastmittel.
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4 zeigt
eine Ausführungsform
des Steuerpaneels 54, welches die Steuerschalter 56 des
Vorderpaneels und die Anzeige 58 bei einer Ausführungsform
einer Erfindung zeigen. Die Steuerschalter 56 des Vorderpaneels
umfassen den Schalter 200 "Set up/Füllen/Ende", den Schalter 202 "Austreiben", den Schalter 204 "Ansaugen", den Schalter 206 „Kochsalzlösung", den Schalter 208 "Betrieb OK", die Schalter 210a und 210b für die Volumenbegrenzung der
Injektion, die Schalter 212a und 212b für die Strömungsgeschwindigkeitsbegrenzung
der Injektion, die Schalter 214a und 214b für die Druckbegrenzung
der Injektion, die Schalter 216a und 216b für den Zeitanstieg,
den Schalter 218 "OK", den Kippschalter 220 für den Injektionsbereich,
den Schalter 222 "große Injektion
OK" und den Stoppschalter 224.
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Der Schalter 200 "Set up/Füllen/Ende" ist ein nicht gehaltener
Druckknopfschalter. Wenn er das erste Mal aktiviert wird, wird der
Benutzer gebeten, die Spritze 18 in den Spritzenhalter 16 zu
setzen. Wenn die Spritze 18 in den Spritzenhalter 16 gesetzt wurde
(dies wird vom Rechner 100 den Sensor 166 angezeigt),
wird der Benutzer gebeten, die Kammer zu schließen und zu verriegeln (d. h.
die Tür 70 zu schließen). Der
Kolben 20 wird in seine äußerste Vorwärtsposition bewegt und treibt
alle Luft aus der Spritze. Die Anzeige 58 zeigt dann dem
Benutzer an, dass das Kontrastmittelreservoir anzuschließen 22 ist.
Wenn das Kontrastmittelreservoir 22 eingesetzt wurde, wird
der Benutzer gebeten, den Schalter 218 "OK" zu
drücken,
wodurch der Kolben 20 mit eingestellter Geschwindigkeit
(bevorzugt nach Maßgabe einer
Flußgeschwindigkeit
von 10 ml pro Sekunde) zum maximalen Spritzenvolumen zurückgezogen wird.
Wenn die tatsächliche
Geschwindigkeit (sie wird durch Rückkopplung an den Rechner 100 vom AD-Wandler 116 angezeigt)
größer ist
als die gesetzte Geschwindigkeit, stoppt das System 10.
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Wenn sich der Kolben 20 in
hinterster Lage befindet, wird der Motor 104 eingeschaltet,
um den Kolben 20 nach vorne zu bewegen und alle Luftblasen
auszutreiben. Der Drucksensor 114 zeigt an, wenn das Einwegventil 27 geschlossen
ist und sich der Druck im Spritzenkörper 18 aufbaut. Wenn
das Austreiben beendet ist, werden das injizierte Gesamtvolumen
und der Zähler
für die
Anzahl der Injektionen zurückgesetzt.
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Das Betätigen des Schalters 200 gestattet auch
ein vollständiges
Zurückziehen
und ein mechanisches Abkoppeln des Kolbens 20 vom Spritzenkörper 18.
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Der Schalter 202 "Austreiben" ist ein geschützter ungehaltener
Druckknopfschalter. Beim Betätigen
löst der
Schalter 202 für
das Austreiben eine Vorwärtsbewegung
des Kolbens aus, um Luft aus dem oberen Anschluss 78 auszustoßen. Die
Vorwärtsbewegung
des Kolbens 20 ist begrenzt und wird gestoppt, wenn in
der Spritze 18 ein bestimmter Druck erreicht ist. Dieser
wird vom Drucksensor 114 gemessen. Das vom Schalter 202 ausgelöste Austreiben
führt dazu,
dass Luft in der Spritze 20 ausgestoßen wird. Der Benutzer kann
den Schalter 202 "Austreiben" auch dazu verwenden,
Fluid durch den Patientenaschluss 84 auszutreiben, indem
er den Schalter 202 drückt
und kontinuierlich hält.
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Der Schalter 204 "Ansaugen" ist ein ungehaltener
Druckschalter, durch den der Rechner 100 dem Pumpenmotor 120 der
peristaltischen Pumpe 44 einschaltet. Der Pumpenmotor 120 wird
so betrieben, dass der Katheter 30 mit einer eingestellten
Geschwindigkeit ansaugt, wobei das angesaugte Fluid im Abfallbeutel 52 gesammelt
wird. Alle anderen Bewegungsfunktionen sind beim Ansaugen abge schaltet.
Wenn die tatsächliche
Geschwindigkeit des Motors 120 größer ist als die eingestellte
Geschwindigkeit, stoppt der Rechner 100 den Motor 120.
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Der Schalter 206 "Kochsalzlösung" ist ein Wechselschalter.
Wenn der Schalter 206 eingeschaltet wird, wird der Pumpenmotor 120 eingeschaltet und
Kochsalzlösung
mit der eingestellten Geschwindigkeit aus dem Beutel 50 in
den Verteiler 26 und den Katheter 30 eingeführt. Wenn
der Schalter 206 "Kochsalzlösung" kein zweites Mal
gedrückt
wird, um den Fluss der Kochsalzlösung
innerhalb von 10 Sekunden zu stoppen, stoppt der Rechner 100 automatisch
den Pumpenmotor 120. Bei Zeitüberlauf muss der Schalter 206 für Kochsalzlösung in
seinen ursprünglichen
Zustand zurückgesetzt
werden, bevor weitere Aktionen ausgelöst werden können.
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Der Schalter 208 "Betrieb OK" ist ein ungehaltener
Druckknopfschalter. Wenn das System am Ende einer Injektion eine
Blockierungsfunktion festgestellt hat, die keine Begrenzung ist,
muss der Schalter 208 "Betrieb
OK" betätigt werden,
bevor der Schalter 218 "OK" betätigt wird
und weitere Funktionen ausgelöst
werden.
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Die Tasten 210a und 210b für die Injektionsvolumenbegrenzung
werden gedrückt,
um das maximale Injektionsvolumen zu vergrößern oder zu verkleinern, welches
bei einer Injektion vom System injiziert wird. Die Taste 210a löst eine
Vergrößerung des maximalen
Volumens aus, die Taste 210b eine Verkleinerung. Wenn die
Grenze für
das maximale Injektionsvolumen eingegeben wurde und das gemessene
Volumen den angegebenen Wert erreicht, stoppt der Rechner 100 den
Motor 104 und startet ihn nicht erneut, bis der Schalter 218 "OK" gedrückt wurde. Wenn
eine große
Injektion ausgewählt
wurde (d. h. größer als
10 ml), müssen
sowohl der Schalter 218 und der Schalter 220 "große Injektion
OK" zurückgesetzt
werden, bevor mit der großen
Injektion begonnen wird.
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Mit den Tasten 212a und 212b "Grenze der Injektionsflussgeschwindigkeit" kann der Arzt die
maximale Flussgeschwindigkeit auswählen, die das System bei einer
Injektion erreichen kann. Wenn die gemessene Geschwindigkeit (die
ermittelt wird durch Rückkopplungssignale
vom Tachometer 108 und Potentiometer 110) den
gesetzten Wert erreicht, steuert der Rechner 100 den Motor 104 so,
dass die Flussgeschwindigkeit auf den gesetzten Wert begrenzt wird.
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Mit den Tasten 214a und 214b "Grenze des Injektionsdrucks" kann der Arzt den
Maximaldruck auswählen,
den das System bei einer Injektion erreichen kann. Wenn der gemessene
Druck (gemessen von Drucksensor 114) den gesetzten Wert
erreicht, steuert der Rechner 100 den Steuermotor 104 so, das
der Druck auf die Druckgrenze begrenzt wird. Als Ergebnis wird ausserdem
die Injektionsgeschwindigkeit begrenzt.
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Mit den Tasten 216a und 216b "Zeitanstieg" kann der Arzt den
Zeitanstieg auswählen,
den das System zulässt,
wenn bei einer Injektion die Flussgeschwindigkeit verändert wird.
Der Rechner 100 steuert den Motor 104 so, dass
der Zeitanstieg auf den gesetzten Wert begrenzt wird.
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Bei alternativen Ausführungsformen
können die
Tasten 210a bis 210b, 212a bis 212b, 214a bis 214b und 216a bis 216b durch
andere Einrichtungen zur Eingabe von numerischen Werten ersetzt
werden. Dies sind z. B. Sensorbildschirme.
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Der Schalter 218 "OK" ist ein ungehaltener Druckknopfschalter,
der Funktionen und Hardwaresensoren zurücksetzt. Nach Maßgabe des
Aktivierungszustandes des Schalters 218 "OK" steuert der Rechner 100 die
Anzeige 58 und bittet den Benutzer um Bestätigung,
dass die richtige Funktion ausgewählt wurde. Das Betätigen des
Schalters 218 "OK" führt dazu,
dass der Status auf "betriebsbereit" gesetzt wird.
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Der Schalter 220 "Injektionsbereich" ist ein Kippschalter.
In Abhängigkeit
davon, ob der Schalter 220 sich in der Stellung "klein" oder "groß" befindet, wird für die nächste Injektion
entweder eine großer oder
ein kleiner Injektionsvolumenbereich ausgewählt.
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Der Schalter 222 "große Injektion
OK" ist ein ungehaltener
Druckknopfschalter. Wenn mit dem Schalter 220 "Injektionsbereich" der große Injektionsbereich
ausgewählt
wurde, muss der Schalter 222 "große
Injektion OK" betätigt werden,
um den Schalter 218 "OK" einzuschalten. Der
Schalter 218 "OK" muss vor jeder Injektion
betätigt
werden. Bei Injektionen mit großem
Volumen muss der Benutzer das ausgewählte Volumen bestätigen, indem
er zuerst den Schalter 222 "große
Injektion OK" und
dann den Schalter 218 "OK" betätigt.
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Der Schalter 224 "Stopp" ist ein ungehaltener
Druckknopfschalter. Wenn der Schalter 224 "Stopp" gedrückt wird,
werden alle Funktionen blockiert. Die Anzeige 58 bleibt
aktiv. Das Anzeigepaneel 58 umfasst die Set-up Anzeige 250,
die Statusanzeige 252, die Gefahrenanzeige 254,
die Begrenzungsanzeige 256, die Anzeige 260 für die Gesamtanzahl
der Injektionen, die Anzeige 252 für das Gesamtvolumen der Injektion,
die Anzeige 264 für die
Flussgeschwindigkeit, die Anzeige 266 für das Injektionsvolumen, die
Anzeige 268 für
die Grenze des Injektionsvolumens, die Anzeige 270 für die Grenze der
Injektionsgeschwindigkeit, die Anzeige 272 für die Druckgrenze,
die Anzeige 274 für
den minimalen Zeitanstieg, die Anzeige 276 für große Injektionen und
die Anzeige 278 für
die Uhr in Echtzeit.
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Die Set-up Anzeige 250 enthält eine
Reihe von Nachrichten, die angezeigt werden, wenn sich der Benutzer
durch die Verfahrensschritte bewegt. Die Nachrichtenanzeige in der
Set-up Anzeige 250 werden wie beschrieben durch Betätigen des
Set-up Schalters 200 ausgelöst.
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Die Statusanzeige 252 erzeugt
eine Blinkanzeige einer von mehreren unterschiedlichen Betriebszuständen. Bei
der in 4 gezeigten Ausführungsform
sind die angezeigten Betriebszustände "Fertig", "Set-up", "Injektion", "Füllen", "Spülen" und "Ansaugen".
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Die Anzeige 254 für Gefahren
und die Anzeige 256 für
Grenzen melden dem Benutzer die Bedingungen, bei denen das System 10 einen
kritischen Steuerparameter angetroffen hat und der Betrieb blockiert
wird, oder einen oberen oder unteren Grenzwert erreicht hat und
den Betrieb mit einer Begrenzung fortführt, oder einen oberen oder
unteren Grenzwert erreicht hat und weiterarbeitet.
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Die Anzeige 260 für die Gesamtanzahl
von Injektionen zeigt (kumulativ) die Gesamtanzahl der für den derzeitigen
Patienten verabreichten Injektionen. Das dem derzeitigen Volumen
verabreichte kumulative Gesamtvolumen wird in der Anzeige 262 für das Gesamtvolumen
ausgegeben. Die Anzeigen 264 und 266 enthalten
Informationen über
die derzeitige oder letzte Injektion. Die Anzeige 264 zeigt
den digitalen Wert der Flussgeschwindigkeit zum Patienten bei der
Injektion in Echtzeit. Wenn die Injektion beendet ist, stellt der
in der Anzeige 264 dargestellte Wert die Spitzenflussgeschwindigkeit
dar, die bei der Injektion erreicht wurde. Die Anzeige 266 zeigt
den digitalen Wert des bei der letzten Injektion injizierten Volumens.
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Die Anzeige 268 zeigt den
digitalen Wert eines maximalen Injektionsvolumens, welches mit den Knöpfen 210a und 210b ausgewählt wurde. Ähnlich zeigt
die Anzeige 270 den digitalen Wert des maximalen Flussgeschwindigkeit
die das System nach Auswahl durch den Schalter 212a und 212b zulässt.
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Die Anzeige 272 zeigt den
digitalen Wert des Maximaldrucks, den das System in der Spritze 18 zulässt. Die
Druckgrenze wird durch die Schalter 214a und 214b ausgewählt.
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Die Anzeige 274 zeigt den
minimalen Zeitanstieg an, den das System zulässt, wenn sich die Flussgeschwindigkeit ändert. Der
minimale Zeitanstieg wird durch die Schalter 216a und 216b ausgewählt.
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Die Anzeige 276 für große Injektionen
gibt einen deutlichen Hinweise, wenn der große Injektionsbereich vom Benutzer
ausgewählt
wurde.
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Die Anzeige 288 für die Uhrzeit
in Echtzeit zeigt die augenblickliche Zeit in Stunden, Minuten und
Sekunden.
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Die 5A und 5B zeigen die Fernsteuerung 14 mit
dem Hauptgehäuse 300,
welches passend zur Hand des Benutzers gestaltet ist. Der Triggerschalter 66 ist
relativ zum Gehäuse 300 beweglich,
wobei die Lage des Triggerschalters 66 ein Kommandosignal
erzeugt, welches eine Funktion der Triggerposition ist. Bei ei ner
Ausführungsform
ist der Triggerschalter 66 mit einem Potentiometer im Gehäuse 300 verbunden.
Das Kommandosignal steuert die Flussrate oder Flussgeschwindigkeit
der Injektion. Die Flussgeschwindigkeit ist direkt proportional zur
Triggerposition.
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Der Rücksetzungschalter 62 ist
ein ungehaltener Druckknopfschalter, dessen Funktion identisch ist,
mit der des Schalters 218 "OK".
Der Rücksetzungschalter 62 kann
alternativ mit "OK" beschriftet sein.
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Der Schalter 64 für die Kochsalzlösung der Fernsteuerung 14 ist
ein Wechseldruckknopfschalter, der zum Einschalten gedrückt und
zum Abschalten erneut gedrückt
wird. Die Funktion des Schalters 62 für Kochsalzlösung ist die gleiche wie die
des Schalters 206 für
Kochsalzlösung
am vorderen Paneel 54.
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Bei einer anderen Ausführungsform
der Erfindung wird an Stelle der in 1 und
den 5A und 5B gezeigten handbetätigten Fernsteuerung 14 eine
alternative Fernsteuerung 14' in
Form eines Fußpedals
eingesetzt. Die als Fußpedal
gestaltete Fernsteuerung 14' umfasst
ein fußbetätigtes Geschwindigkeitspedal
oder Triggerschaltung 66' zum Erzeugen
eines Kommandosignals sowie einen Rücksetzungs- oder OK-Schalter 62' und einen Schalter 64' für Kochsalzlösung. Die
Deckel 310 und 312 schützen die Schalter 62' und 64', so dass sie nur
durch die Hand und nicht unbeabsichtigter Weise durch den Fuß betätigt werden
können.
Die Fußpedalfernsteuerung 14' ist über das
Kabel 60' mit
dem Panel 12 verbunden, könnte jedoch alternativ kabellos
verbunden sein.
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Die 7A bis 7D und 8A bis 8C zeigen
die Konstruktion und den Betrieb des Einwegventils 24 und
des Verteilers 26 beim Einfüllen von Kontrastmitteln, Austreiben
von Luft und der Injektion in den Patienten.
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Die 7A und 8A zeigen das Einweg- oder Absperrventil 24,
den Verteiler 26, den Spritzenkörper 18 und den Kolben 20 beim
Betriebszustand "Kontrastmittel
einfüllen". Das Einlassabsperrventil des
Einwegventils 24 weist eine gewichtsbelastete Kugel 350 auf,
die in seiner unteren Sitzposition in der Ventilkammer 352 der 7A und 7B angeordnet ist. Kontrastmittel wird
durch die Rückwärtsbewegung
des Kolbens 20 in den Spritzenkörper 18 eingezogen.
Das Kontrastmittel fließt
durch die Durchgänge 354 um
die Kugel 350 herum zum oberen Anschluss 78.
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Der Verteiler 26 enthält ein federbelastetes Kolbenventil 360,
welches einen Kolbenkörper 362, einen
Stab 364, O-Ringe 366, 368 und 370,
eine Belastungsfeder 372 sowie eine Arretierung 374 aufweist.
Wie in 7A gezeigt ist,
schiebt die Belastungsfeder 372 den Spulenkörper 362 in
seine am weitesten rechts gelegene Position gegen den Spritzenkörper 18.
In dieser Position blockiert der Spulenkörper 362 den unteren
Anschluss des Spritzenkörpers 18 und
verbindet über
den diagonalen Durchgang 376 den Anschluss 82 für Wandler/Kochsalzlösung mit
dem Patientenaschluss 84. Die O-Ringe 366 und 368 einerseits
und der O-Ring 370 andererseits
sind an gegenüberliegenden
Seiten des diagonalen Durchgangs 376 angeordnet, um eine
Fluidabdichtung zu bilden.
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Die 7B und 8B zeigen den Betriebszustand "Austreiben von Luft" der Spitzenkörper 18 ist mit
Kontrastmittelfluid gefüllt,
jedoch auch mit eingeschlossener Luft. Der Kolben 20 wird
vorangetrieben, um die Luft durch den oberen Anschluss 78 und
das Rückschlagventil 24 aus
dem Spritzenkörper 18 herauszuschieben.
Die Kraft der Luft kann die Kugel 350 des Rückschlagventils
geringfügig
anheben. Die Kugel 350 ist jedoch ausreichend schwer, so
dass die Luft, die aus dem Spritzenkörper 18 heraus und
zurück
zum Reservoir 22 geschobene Luft die Kugel 350 nicht
in ihre oberste Sitzposition anheben kann, wo sie den Fluss der
Luft aus dem Spritzenkörper 18 blockieren
würde.
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Beim Austreiben von Luft befindet
sich das Kolbenventil 360 in der gleichen Position wie
bei 7A. Der diagonale
Durchgang 376 verbindet den Anschluss für Wandler und Kochsalzlösungen mit dem
Patientenanschluss 84. Als Ergebnis kann beim Austreiben
von Luft (wie auch beim Befüllen
mit Kontrastmittel) mit dem Druckwandler 38 die Druckmessung
erfolgen.
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Die 7C und 8C zeigen den Status des Verteilers 26 und
des Absperrventils 24 beim Ende des Austreibens von Luft
und zu Beginn einer Injektion in den Patienten.
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In 7C wurde
alle Luft aus dem Spritzenkörper
ausgetrieben. Die Kugel 350 schwimmt auf dem radiographischen
Kontrastmittel auf, so dass dann, wenn alle Luft entfernt wurde
und das Kontrastmittel aus dem Spritzenkörper 18 heraus und
durch den oberen Anschluss 78 zur Ventilkammer 352 strömt, die
Kugel 350 nach oben in ihre obere Sitzposition bewegt wird.
Die Kugel 350 blockiert jeden weiteren Fluss des radiographischen
Kontrastmittels nach oben, wie in den 7C und 8C dargestellt.
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Bei dem in 7C gezeigten Zustand hat der Druck im
Spritzenkörper 18 und
insbesondere der Druck im oberen Anschluss 80 noch nicht
einen Wert erreicht, bei dem die Vorspannung der Feder 372 überwunden
wird. Als Ergebnis hat sich der Kolbenkörper 362 noch nicht
nach links bewegt, und der diagonale Durchgang 376 verbindet
weiterhin den Anschluss 82 für Kochsalzlösung mit dem Patientenanschluss 84.
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7D zeigt
die Injektion in den Patienten. Der Kolben 20 bewegt sich
weiter, und das Einlassabsperrventil 24 wird geschlossen.
Der Druck am unteren Anschluss 80 reicht aus, um die Vorspannung der
Feder 372 zu überwinden.
Der Kolbenkörper 362 wurde
nach links geschoben, so dass der untere Anschluss 80 mit
dem Patientenanschluss 84 verbunden ist. Zur gleichen Zeit
blockiert der Kolbenkörper 362 den
Anschluss 82 für
Wandler/Kochsalzlösung.
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Durch die Funktion des Kolbenventils 360 wird
der durch die Bewegung des Kolbens 20 und des Spritzenkörpers 18 erzeugte
hohe Druck direkt mit dem Patientenanschluss 84 verbunden,
wobei der Anschluss 82 für Kochsalzlösung und Druckwandler 38 vor
dem hohen Druck geschützt
werden. Der Betätigungsdruck
kann variabel sein und nach der Herstellung ermittelt werden, indem
die Spritzenvorbelastung vergrößert oder
verkleinert wird.
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In Conclusio ist festzustellen, dass
das erfindungsgemäße angiographische
Injektorsystem eine interaktive Kontrolle der Zufuhr von radiographischem
Kontrastmittel zu einem Katheter durch eine benutzerbetätigte Proportionalsteuerung
zur Verfügung
stellt. Damit kann der Benutzer die Flussgeschwindigkeit des Kon trastmittels
interaktiv einstellen, wie es Veränderungen im Zustand des Patienten erfordern.
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Obwohl die Erfindung anhand von bevorzugten
Ausführungsformen
beschrieben wurden, erkennt der Fachmann, dass Veränderungen
in Bezug auf die Form und die Einzelheiten möglich sind, ohne den Schutzumfang
der Erfindung zu verlassen. Ähnlich
kann der Verteiler 26 andere Ausgestaltungen annehmen und
kann beispielsweise einen Teil der Anschlüsse 78 und 80 enthalten.