DE2922037C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einer pneumatisch betriebenen Injektionsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche Vorrichtung ist aus der US-PS 37 27 614 bekannt. Diese Vorrichtung verschiebt den Spritzenkol­ ben mittels einer Balgeneinrichtung, die bei Anlegen von Unterdruck an den Balgen den Spritzenkolben in die Spritze drückt und bei Abstellen des Druckes bzw. Einströmenlassen von Luft in den Balgen durch Ausdehnung desselben die Spritze wieder "aufzieht". Bei Betätigung des Spritzen­ kolbens in Einspritzrichtung wird ein Ventil, welches nach dem Injektatreservoiranschluß in Richtung Spritzen­ nadel angeordnet ist, geöffnet. Bei Aufziehen der Spritze wird das Ventil durch Auftreten eines Drucks in umgekehrter Richtung geschlossen, während gleich­ zeitig ein Ventil im Injektatreservoiranschluß geöff­ net wird, um Injektat nachströmen zu lassen.

Nachteilig an dieser Vorrichtung ist ihre begrenz­ te maximale Arbeitsgeschwindigkeit, also der Abstand zwischen zwei möglichen Spritzvorgängen, durch die Aus­ dehnung des Balgens bzw. dessen Geschwindigkeit des Zusammenziehens bei Anlegen von Vakuum. Darüber hinaus ist die Ventilanordnung störanfällig, da die Ventile leicht bei Verschmutzung hängenbleiben können; ferner ist die Injektionsgeschwindigkeit nicht ein­ stellbar.

Während die DE-AS 14 91 883 lediglich die Verwendung eines Drehwegehahns und des­ sen Vorteile betrifft, wird in der FR-PS 14 19 229 die Ausgestaltung einer Fluidleitvorrichtung beschrieben; GB-PS 14 65 797 und CH-PS 3 32 668 betreffen jeweils die Ausgestaltung einer Injektionsspritze bezüglich einer präzisen Kolbenbewegung, wobei die diesbezüg­ lichen Lösungen sehr aufwendig sind.

Bei Verwendung der bekannten Vorrichtung im Thermodilutionsverfahren muß die Injektionsspritze aus einem Kühlbad in die In­ jektionsvorrichtung überführt werden, wobei norma­ lerweise bereits eine Erwärmung erfolgt, die die Ungenauig­ keit der Meßwerte erhöht. Bei Messung und Registrierung der Meßwerte bei Bestimmung des Herzvolumens nach dem Thermodilutionsverfahren in Verbindung mit einem Herz­ volumencomputer gibt dieser, nachdem er zur Aufnahme der Meßwerte bereit ist, ein, meist akustisches Signal, worauf der Arzt mit der Injektion beginnt; hierdurch er­ geben sich Verzögerungen. Daher besteht der Wunsch, pro Zeiteinheit eine gegenüber den herkömmlichen In­ jektionsverfahren erheblich höhere Anzahl von Meßwerten, beispielsweise bei fortlaufenden Messungen an Risiko­ patienten, zu erhalten.

Die Flußmessung mittels Indikatorverdünnungsmetho­ de nach Stewart Hamilton, bei der ein Indikator (Farb­ stoff, Isotopen bzw. eine kalte, physiologisch ver­ trägliche Lösung) in die Blutbahn injiziert und die Kon­ zentration bzw. die Temperaturänderung flußwärts re­ gistriert wird, und die insbesondere auch zur Bestim­ mung des Herzzeitvolumens verwendet wird, hat in den letzten Jahren zunehmend Verbreitung gefunden. Dieses gilt insbesondere für das Thermodilutionsverfahren, bei dem als Indikator eine abgekühlte, physiologisch ver­ trägliche Lösung in die Blutbahn eingegeben und die Temperaturänderung flußabwärts registriert, und, bei­ spielsweise bei Herzzeitvolumenmessungen, in Herzvo­ lumenwerte umgerechnet werden kann (z. B. The American Journal of Cardiology, Bd. 29, Febr. 1972, Seite 241 bis 246). Zur Registrierung und Auswertung dieser Meß­ werte zur Bestimmung des Herzzeitvolumens sind sogenann­ te Herzzeitvolumencomputer auf dem Markt.

Ein wesentliches Problem der Indikatorverdünnungs­ methode besteht darin, daß das Gesamt-Volumen des In­ dikators praktisch ohne jegliche Verzögerung an der Eingabestelle in die Blutbahn gegeben werden sollte, um möglichst genaue und reproduzierbare Meßwerte fluß­ abwärts zu erhalten; diesem Idealfall sind naturgemäß physiologische und technische Grenzen gesetzt; die hier­ für maßgebende Injektionsdauer, bei der beispielsweise ein Indikatorvolumen von 10 ml eingespritzt wird, be­ trägt bei manueller Durchführung etwa 3 Sekunden, wo­ bei dieser Wert nur bei erheblicher Übung erreichbar ist. Darüber hinaus werden Meßwerte, die bei manueller Injektion des Indikators erhalten werden, dadurch un­ genau, daß verschiedene Personen unterschiedlich schnell injizieren, und daß nicht einmal die gleiche Person gleichmäßig injiziert.

Diesen Nachteilen wurde bisher insoweit Rechnung getragen, als automatische Injektionsvorrichtungen ent­ wickelt wurden, bei denen der Injektionskolben pneu­ matisch betrieben wird; die Injektionsgeschwindigkeit beträgt hier etwa 2,0 bis 4,0 ml/sec.

Untersuchungen haben nun gezeigt, daß eine opti­ male Durchmischung des Indikators mit dem Blut dann stattfindet, wenn die Injektionsgeschwindigkeit, bezogen auf den gleichen Strömungsquerschnitt, etwa das 15fache der Blutflußgeschwindigkeit ist, weil bei dieser Ein­ spritzgeschwindigkeit noch keine physiologischen Schä­ den, wie beispielsweise Zerstörung von Blutkörperchen, auftreten.

Die entsprechenden Werte, die von einem geübten Arzt durch manuelle Betätigung, oder durch Verwendung der geschilderten Injektionspistole erreichbar sind, entsprechen jedoch nur etwa der 7fachen Blutflußgeschwindigkeit.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Injektionsvorrichtung zu schaffen, die eine hohe, stufenlos einstellbare, reproduzier­ bare Injektionsgeschwindigkeit bei gut reproduzierbaren Injektatdosen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die In­ jektionsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Die An­ sprüche 2 bis 7 gehen vorteilhafte Ausgestaltungen der Injektionsvorrichtung nach An­ spruch 1 an.

Durch die Injektionsvorrichtung nach dem Anspruch 1 wird es darüber hinaus ermöglicht, mit geringeren Injektatormengen zu besseren Ergebnissen als bisher zu gelangen.

Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 3 näher er­ läutert. In der Fig. 1 ist mit 1 das Gehäuse bezeichnet, in dessen hinterer Abteilung ein Druckzylinder 2 ange­ ordnet ist, in dessen hinterem Bereich eine pneumatische Leitung 21 und in dessen vorderem Bereich eine pneuma­ tische Leitung 22 einmünden; in dem Druckzylinder ist der bewegliche Kolben 23 angeordnet. Zur Einstellung des langsamen Kolbenrückzugs ist eine hydraulische Kolbendämpfung (3) vorgesehen. Mit 4 ist ein auf der Kolbenstange des Kolbens 23 angeordneter Kolbenweggeber bezeichnet, der zur kontinuierlichen Veränderung des zurückzulegenden Kolbenweges im Zusammenwirken mit dem mit 5 bezeichneten Kolbenwegmesser (siehe unten) ausge­ bildet ist, wobei der Kolbenwegmesser in an sich bekann­ ter Weise elektronisch gesteuert wird. Als Injektions­ spritze 6 wird eine normale handelsübliche Einmalspritze verwendet. Zur Übertragung von Zug- und Druckkräften des Kolbens 23 auf den Spritzkolben 62 der Injektionsspritze 6 dient das Kol­ benführungsteil 61, über das die beiden Kolben mitein­ ander verbunden sind, und das zur lösbaren Verriegelung mit dem Griff des Injektionskolbens ausgebildet ist. Die Spritze 6 befindet sich in einem Kühlblock 7, der in an sich bekannter Weise zur Thermostatisierung des Injek­ tionsspritzeninhalts ausgebildet ist. Der Ausgang der Injektionsspritze 63 mündet in einen Dreiwegehahn 12, der entweder den Weg zum Anschlußstück 64 oder den Weg zum Anschluß 8 für das Injektatreservoir freigibt. An der Zuleitung zum Injektatreservoir ist ein Durchfluß­ messer 9 zur Kontrolle auf Luftblasenfreiheit des In­ jektats angeordnet, der vorzugsweise zur elektrischen Durchflußmessung (z. B. kapazitiv, vorzugsweise über Wi­ derstandsmessung) ausgebildet ist, und dazu dient, zu verhindern, daß beim Füllen der Injektionsspritze 6 aus dem Injektatreservoir Luftblasen eintreten können.

Der Dreiwegehahn 12 ist fest, wenn auch gegebenen­ falls lösbar, mit einem Zahnrad verbunden, so daß der Hahn durch Drehung des Zahnrads unmittelbar verstellt wird. Eine Kolbenstange 143 ist in ihrem Endbereich als Zahnstange ausgebildet, die mit dem Zahnrand des Dreiwegehahns im Eingriff steht. Aus dieser Verbindung resultiert die Verstellung des Dreiwegehahnes 12 durch Vor- oder Rück­ wärtsbewegung der Kolbenstange 143, die wiederum inner­ halb eines zweiten Druckzylinders 14 gleitend gelagert ist. Die beiden Enden des Zylinders 14 sind mit jeweils einer Druckluftleitung 141 bzw. 142 verbunden. Die Spritze 6, der Dreiwegebahn 12, die Zuleitungen zum Injektatreser­ voir und die Verbindungen dieser Bauteile untereinan­ der oder mit dem angeschlossenen Katheter sind alle han­ delsüblich; als Verbindungsverschluß ist der sogenannte Luer Look-Verschluß, ein spezieller Schraubverschluß, be­ vorzugt.

Die pneumatischen Leitungen 21 und 22 weisen an ihrem anderen Ende jeweils ein elektromagnetisch vorge­ steuertes pneumatisches 3/2-Wegeventil (131 und 132) auf; die pneumatischen Leitungen 141 und 142 weisen an ihrem anderen Ende ein 5/2-Wegeventil auf; durch diese Ventile wird die Druckluft aus der Zubringerleitung 18 innerhalb des Systems ausgesteuert.

Der Hubweg des Druckzylinders 14 wird rein mechanisch begrenzt. Die Endlagenschalter 17 dienen zur Abfrage der Momentanstellung des Kolbens, d. h., zur Kontrolle, ob sich der Dreiwegehahn in der für den anschließenden Arbeits­ vorgang (Auffüllung oder Injektion) richtigen Position be­ findet. Die Steuerung der Ventile 13, des Kolbenweges über den Kolbenweggeber 4 und den Kolbenwegmesser 5, ent­ sprechend dem benötigten Volumen, und damit die Steuerung der Injektionsmenge und der Injektionsdauer sowie der Stellung des Dreiwegehahns 12 erfolgt in an sich bekannter Weise elektronisch. Mit dieser elektronischen Steuerung ist ebenfalls der Durchflußmesser 9 zur Kontrolle auf Luftblasenfreiheit des Injektats derart verbunden, daß bei Durchtritt von Luftblasen, beispielsweise bei Entleerung des Reservoirs, der Auffüllvorgang der Injektionsspritze unterbrochen wird.

Die Injektionsvorrichtung hat gegebenenfalls in ihrem elektronischen Steuerungsteil einen Eingang 16, mit dem ein Meßgerät, beispielsweise ein Herzzeitvolumencom­ puter eine Injektion anfordern kann, sofern das Start­ signal nicht manuell durch Tastendruck eingegeben wird. Ist der Injektor nicht arbeitsbereit oder sind eventuelle Störungen aufgetreten, wird dieses Signal unterdrückt.

Zur weiteren Erläuterung der Vor­ richtung wird im folgenden ein vollständiger Auffüll- und Injektionszyklus beschrieben.

Im Ruhezustand ist der Druckkolben im Druckzylinder 2 entlastet, d. h., daß die Ventile 131 und 132 abgeschaltet sind. Die Kolben­ stange des Kolbens 23 ist ausgefahren, so daß die leere Spritze 6 in dem Kühlblock 7 bzw. der Spritzenkolbengriff in die Füh­ rung bzw. Halterung 61 eingelegt werden kann. Der Drei­ wegehahn ist in dieser Ruhestellung so geschaltet, daß die Spritze über den Anschluß 8 mit dem Reservoir verbunden ist.

Der Füllvorgang der Spritze kann entweder von einem Herzzeitvolumencomputer, sofern dieser einen entsprechen­ den Ausgang besitzt, über den elektronischen Steuerungs­ teil oder aber manuell per Tastendruck eingeleitet werden. Der Endlagenschalter 17 prüft, ob der Dreiwegehahn das Reservoir mit der Spritze verbindet. Ist dies der Fall, so wird das 3/2-Wegeventil 131 tätig und somit Kolben 23 in Zugrichtung mit Druck beaufschlagt. Die Füllung wird beendet, d. h., das Ventil 131 wieder entlastet, wenn die voreingestellte Injektatmenge in der Spritze aufgezogen ist. Die Messung des Injektatvolumens wird mittels der Kombination Kolbenweggeber 4 und Kolbenwegmesser 5 be­ werkstelligt.

Der Kolbenwegmesser 5 ist ein optoelektronisches Bauelement das einen Infrarotsender und -empfänger ent­ hält. Es reagiert als Meßeinheit auf Änderungen der Reflektionseigenschaften des Kolbenweggebers; der Kolben­ weggeber 4 ist deshalb so ausgeführt, daß in Abständen, die einer Füllmenge von 1 ml entsprechen, sehr schlecht re­ flektierende Marken aufgebracht sind. Die elektronische Steuerung zählt die Anzahl der vorbeigewanderten 1 mm- Striche und vergleicht sie mit dem voreingestellten ge­ wünschten Volumen, wobei bei Ablesung der gewünschten Injektatmenge der Füllvorgang beendet wird. In gleicher Weise wie bei Einleitung des Füllvorgangs kann der In­ jektionsvorgang sowohl von einem externen Computer als auch manuell per Tastendruck eingeleitet werden. Steht der Dreiwegehahn in der Stellung "Füllung", so wird das 5/2-Wegeventil 133 betätigt und die Kolbenstange 143 von dem Kolben 14 ausgestoßen; durch Übertragung auf das Zahn­ rad am Dreiwegehahn wird damit die Stellung "Injektion" eingestellt. Diese Dreiwegehahnstellung wird durch den zweiten Endlagenschalter 17′ an die elektronische Steuerung gemeldet, die nun das 3/2-Wegeventil 132 schaltet und da­ mit den Druckkolben 2 in Druckrichtung mit Druck beauf­ schlagt. Das Injektat wird damit aus der Spritze in den Katheter (11) gedrückt. Eine Zeitschaltung entlastet nach einer gewissen Zeit die beiden Ventile 132 und 133 wieder, wobei erstens der Dreiwegehahn wieder in Stellung "Füllung" umgeschaltet wird und zweitens der Druckkolben 2 wieder drucklos ist. Der Injektor befindet sich damit wieder im Ruhezustand.

Sollte durch einen mechanischen Defekt die Umschal­ tung des Dreiwegehahns nicht möglich sein, so unterbleibt eine Meldung durch den zweiten Endlagenschalter 17 an die elektronische Steuerung, so daß auch die Injektion unter­ bleibt und der Injektor nach einer gewissen Zeit wieder in den Ruhestand zurückgeht. Die Anforderung einer Injek­ tion bei einem nicht einsatzbereiten Injektor, d. h., bei einer nicht gefüllten Spritze, hat keinerlei schädigende Auswirkungen auf den Patienten, weil eine Injektion nicht stattfindet, und verursacht deshalb nur ein nicht zu verwendendes Meßergebnis des Herzzeitvolumencomputers.

In Fig. 2 wird schematisch die Stellung der Ventile 133, 132, 131 der Pneumatik in der Ruhestellung der In­ jektionsvorrichtung nach Füllung der Injektionsspritze 6 wiedergegeben.

Die Steuerung des Systems erfolgt durch den Elek­ tronikteil in der beschriebenen Weise, wobei die dem Zu­ stand der Vorrichtung gemäß Fig. 2 entsprechende schema­ tische Schaltskizze des Elektronikteils der Vorrichtung in Fig. 3 wiedergegeben ist.

Claims (7)

1. Pneumatisch betriebene Injektionsvorrichtung mit einer Injektionsspritze (6) mit Kolben (62), einem Injektatreservoir­ anschluß (8) und einer Dreiwegefluidleitvorrichtung (12), um wahlweise den Injektatreservoiranschluß (8) und einen Injektionsspritzenausgang (63) oder einen Injektionsvorrichtungsanschluß (64) und den Injektionsspritzenausgang (63) zu verbinden, gekennzeichnet durch

• a) einen ersten Druckzylinder (2) mit einem Kolben (23), der starr mit dem Kolben (62) der Injektionsspritze (6) verbindbar ist;
• b) einen zweiten Druckzylinder (14) mit einem Kolben und einer Kolbenstange (143), die mit der als Dreiwegehahn (12) ausgebildeten Dreiwegefluidleit­ vorrichtung derart zusammenwirkend verbunden ist, daß eine Bewegung des Kolbens des zweiten Druckzylinders (14) den Dreiwege­ hahn (12) dreht;
• c) Druckluftleitungen (21, 22, 141, 142) zum pneumatischen Betätigen der Druckzylinder (2, 14) mit elektrisch steuerbaren Be- und Entlüftungsventilen (131, 132, 133) und
• d) eine elektrische Steuerung (15).

2. Injektionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, ge­ kennzeichnet durch einen Kolbenwegmesser (5) neben der Kolbenstange des ersten Druckzylinders (2), umfassend ein optoelektronisches Bauele­ ment, und einen auf der Kolbenstange des ersten Druckzylinders (2) angebrachten, mit diesem zusammenwirken­ den Kolbenweggeber (4).

3. Injektionsvorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kolbenweggeber (4) auf der Kolbenstange (23) mit regelmäßigem Eichabstand an­ geordnete, schlecht reflektierende Marken sind, die durch den Kolbenwegmesser (5) registriert und in elektrische Sig­ nale umgewandelt zur elektrischen Steuerung (15) geleitet wer­ den.

4. Injektionsvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Durchflußmesser (9) am Injektatreservoiranschluß (8), zur Kontrol­ le auf Luftblasenfreiheit des Injektats.

5. Injektionsvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch im zweiten Druckzylinder (14) angeordnete Endlagenschalter (17, 17′), die durch den Kolben beaufschlagbar sind und der Stel­ lung des Dreiwegehahns (12) entsprechende elektrische Signale zur elektrischen Steuerung (15) leiten.

6. Injektionsvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Injektionsspritze (6) und Dreiwegehahn (12) sterile Einmal­ artikel sind.

7. Injektionsvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kühlblock (7) die Injektionsspritze (6) zumindest teilweise umgebend, vorge­ sehen ist.