DE3617723A1 - Vorrichtung zur ueberwachung einer tropfinfusion - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur optischen Überwachung der Tropffrequenz in der Tropfenkammer eines lnfusionsgerätes.

Aus der US-Patentschrift 40 38 982 ist eine Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung der Tropffrequenz eines Infusionsgerätes, bei der die in eine Tropfenkammer aus einer Infusionsflüssigkeit enthaltenden Flasche fallen­ de Tropfen optisch registriert werden. Die optisch transparente Tropfenkammer ist hierzu in eine Aus­ sparung eines Tropfendetektors eingesetzt, der eine Lichtquelle und einen Lichtempfänger enthält, die der­ art einander gegenüber angeordnet sind, daß ein in der Tropfenkammer herabfallender Tropfen die Lichtaus­ breitung zwischen der Lichtquelle und dem Lichtempfän­ ger stört. Die am Lichtempfänger registrierte Signal­ verringerung wird elektrisch zu einem elektronischen Kontrollschaltkreis weitergeleitet, der zusätzlich ein in der Infusionsleitung angeordnetes elektromagne­ tisches Ventil zur Regelung der Tropffrequenz an­ steuert.

Aus der europäischen Patentanmeldung EP-A2- 01 21 406 ist ein optischer Tropfendetektor bekannt, der eben­ falls nach dem Prinzip einer Lichtschranke aufgebaut ist, bei dem jedoch anstelle eines an der Tropfen­ kammer angeordneten Lichtempfängers das von der Licht­ quelle emittierte Licht nach Durchlaufen der Tropfen­ kammer in einen Lichtwellenleiter eingekoppelt wird, der mit einem in einem Kontrollgerät befindlichen Lichtempfänger optisch verbunden ist. Durch diese Maß­ nahme wird die Einkopplung von elektrischen Feld­ siginalen während der Signalübertragung vom Tropfen­ detektor zum Kontrollgerät verhindert, und die bei medizinischen Anwendungen geforderte Potentialfreiheit gewährleistet.

Bei den bekannten Vorrichtungen sind Lichtquelle und Lichtempfänger außerhalb der Tropfenkammer angeordnet, so daß das von der Lichtquelle emittierte Licht die Gehäusewand der Tropfenkammer zweimal durchqueren muß, um zum Lichtempfänger zu gelangen. Dies führt zu Fehlerquellen, da sowohl Erschütterungen des Gehäuses, als auch eine Verringerung der Transparenz der Gehäuse­ wand, die entstehen kann, wenn die Innenwand mit Flüssigkeitsspritzern benetzt wird oder wenn sich ein Teil des in die Infusionslösung gelösten Stoffes an der Innenwand niederschlägt, eine Fehlanzeige auslösen können. Außerdem kann eine Neigung der Tropfenkammer dazu führen, daß sich der Fallweg des Tropfens mit dem Lichtweg des Lichtstrahls der Lichtschranke nicht mehr schneidet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zur optischen Überwachung der Tropffrequenz in der Tropfenkammer eines Infusionsgerätes anzugeben, die unabhängig von der optischen Transparenz der Gehäuse­ wand der Tropfenkammer und deren Empfindlichkeit gegen­ über einer Neigung und Erschütterung der Tropfenkammer verringert ist. Dabei soll der Einfluß von elektromagne­ tischen Fremdsignalen weitgehend eliminiert werden und Potentialfreiheit gewährleistet sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merk­ malen des Anspruchs 1. Der sich an der Austrittsöffnung des Tropfenformers bildende Tropfen benetzt das freie Ende des Lichtwellenleiters und verändert die Reflexionsbedingungen für das sich von der Lichtquelle zum Faserende ausbreitende Licht. Das Verhältnis zwischen den Brechungsindizes des Lichtleitermaterials und des das freie Ende umgebenden Mediums sowie die Form des freien Endes bestimmen den Anteil des in den Lichtwellenleiter zurückreflektierten Lichtes. Wird das freie Ende des Lichtwellenleiters von einem Tropfen be­ rührt, so ist dieses Verhältnis klein und ein großer Teil des ankommenden Lichtes tritt aus dem Lichtwellen­ leiter aus. Nachdem sich der Tropfen vom freien Ende des Lichtwellenleiters gelöst hat, ist der Anteil des in den Lichtwellenleiter zurückreflektierten Lichtes entsprechend dem höheren Verhältnis zwischen den Brechungsindizes größer. Mittels einer geeigneten elektronischen Einrichtung können die am Lichtempfänger gemessenen Intensitätsänderungen des reflektierten Lichtes gemessen und zur Überwachung der Tropffrequenz herangezogen werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Licht­ wellenleiter aus einem polymeren Werkstoff, insbeson­ dere Polymethacrylsäuremethylester PMMA und das freie Ende des Lichtwellenleiters hat die Gestalt eines Rotationskörpers mit gekrümmter Hüllkurve, dessen Höhe größer als der Radius des Lichtwellenleiters ist. Da­ durch wird erreicht, daß nach Ablösen des Tropfens vom freien Ende des Lichtwellenleiters im Falle einer Be­ netzung mit einem dünnen Flüssigkeitsfilm die geo­ metrische Form des Faserendes wenig verändert wird, da ein nach Ablösen eines Tropfens verbleibender dünner Flüssigkeitsfilm das freie Ende gleichmäßig umgibt.

Die elektronische Einrichtung zur Ermittlung und Über­ wachung der Tropffrequenz enthält in einer bevorzugten Ausführungsform einen Pulsgenerator, der die Licht­ quelle ansteuert. Die Lichtquelle emittiert somit ge­ pulstes Licht. Ein Pulsbetrieb, bei dem die Pulsdauer klein ist gegenüber dem zeitlichen Pulsabstand, ist zu­ lässig, da es sich um langsame Vorgänge handelt und keine kurzen Reaktionszeiten erforderlich sind. Damit werden bei kleiner mittlerer Verlustleistung die An­ forderungen an die optoelektronischen Komponenten ver­ ringert. Mittels einer Gleichspannungsauskopplung des am Lichtempfänger gemessenen Signals wird außer­ dem ein durch Umgebungslichtquellen hervorgerufener Gleichlichtanteil eliminiert. Durch die Koinzidenz­ stufe, die die Ausgänge des Schmitt-Triggers und des Pulsgenerators miteinander verknüpft kann außerdem der Wechsellichtanteil von externen Lichtquellen, bei­ spielsweise der Wechsellicht-Anteil von Leuchtstoff­ röhren, unterdrückt werden.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in deren

Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung im Schnitt schematisch dargestellt ist.

Fig. 2 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des freien Endes des Lichtwellenleiters eben­ falls im Schnitt und in

Fig. 3 ist die elektronische Einrichtung zur Ermitt­ lung und Überwachung der Tropffrequenz schematisch veranschaulicht.

Gemäß Fig. 1 ist ein mit einer Infusionsflüssigkeit 2 gefüllter Behälter 4, beispielsweise eine Infusions­ flasche, über einen Tropfenformer 8 mit einer Tropfen­ kammer 6 verbunden. Die Tropfenkammer 6 ist annähernd senkrecht unterhalb des Behälters 4 angeordnet. Die Ge­ häusewand der Tropfenkammer 6 besteht aus einem optisch transparenten Werkstoff, beispielsweise einem Polymer, vorzugsweise aus Polymethacrylsäuremethylester PMMA oder Polycarbonat PC. Die Tropfenkammer 6 ist mit einem Infusionsschlauch 60 verbunden, der die Infusions­ flüssigkeit 2 zur Vene des Patienten transportiert. An der in der Tropfenkammer 6 befindlichen Austritts­ öffnung 80 des Tropfenformers 8 bilden sich Tropfen 82. Das freie Ende 12 des Lichtwellenleiters 10 be­ findet sich unmittelbar unterhalb der Austrittsöffnung 80 des Tropfenformers 8. Dadurch ist gewährleistet, daß auch bei einer gegen die Vertikale geneigten Tropfen­ kammer 6 der sich an der Austrittsöffnung 80 bildende Tropfen 82 mit dem freien Ende 12 des Lichtwellenlei­ ters 10 in Berührung kommt. In einer bevorzugten Aus­ führungsform ist der Lichtwellenleiter mittels einer optischen Durchführung 14 an der Gehäusewand befestigt. Die optische Durchführung ist vorzugsweise zugleich als lösbare Verbindung ausgebildet, an die ein Lichtleiter­ kabel 16 angeschlossen werden kann. In einer vorteil­ haften Ausführungsform besteht der Lichtwellenleiter 10 und der Lichtwellenleiter des Lichtleiterkabels 16 aus einem polymeren Lichtleitermaterial, vorzugsweise Polymethacrylsäuremethylester PMMA. Das Lichtleiter­ kabel 16 ist über einen Faserkoppler 18 mit einer Licht­ quelle 20 und einem Lichtempfänger 22 verbunden. Die lichtleitenden Teile des Faserkopplers 18 bestehen in einer bevorzugten Ausführungsform ebenfalls aus einem Polymer. Zur Steuerung der Lichtquelle 20 und zur Auswertung der am Lichtempfänger 22 registrierten Signale ist eine elektronische Überwachungseinrichtung 19 vorgesehen.

Das von der Lichtquelle 22 zum freien Ende 12 des Lichtwellenleiters 10 emittierte Licht wird dort teilweise total reflektiert und gelangt über den Faserkoppler 18 zum Lichtempfänger 22 zurück. Das am Lichtempfänger 22 gemessene Signal hängt sowohl vom Brechungsindex des das freie Ende 12 umgebenden Mediums als auch von der Oberflächengestalt des freien Endes 12 ab. Innerhalb des Zeitraums, in dem ein Tropfen 82 dieses freie Ende 12 berührt, ist das Signal kleiner als während des Zeitraums, in dem das freie Ende 12 nicht von Infusionsflüssigkeit 2 umgeben ist.

Entsprechend Fig. 2 hat das freie Ende 12 des Licht­ wellenleiters 10 die Gestalt eines Rotationskörpers um die Symmetrieachse 50 des Lichtwellenleiters 10, dessen Hüllkurve 52 im Bereich ihres Schnittpunktes mit der Symmetrieachse 50 einen glatten Verlauf hat. Die Höhe h des Rotationskörpers ist in einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform größer als der Radius r des Lichtwellenlei­ ters 10. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die für die Reflexionseigenschaften relevante geometrische Form des freien Endes 12 im trockenen und im mit einem dünnen Flüssigkeitsfilm benetzten Zustand, der sich nach Ablösen des Tropfens vom freien Ende 12 ergibt, annähernd gleich ist.

Die elektronische Einrichtung gemäß Fig. 3 zur Über­ wachung der Tropffrequenz enthält einen Pulsgenerator 28, der über einen elektronischen Schalter die Licht­ quelle 20 ansteuert. Die von der Lichtquelle 20 emittierten Lichtimpulse gelangen teilweise zurück in den Lichtempfänger 22, der über ein Gleichspannungs-Ent­ koppelglied 24 mit einem Schmitt-Trigger 26 verbunden ist. Die am Ausgang des Schmitt-Triggers 26 anstehenden Pulse, die ausgelöst werden, wenn der am Lichtempfänger 22 gemessene AC-Anteil des Signals einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, werden zusammen mit den Ausgangssignalen des Pulsgenerators 28 einer Koinzidenz­ stufe 30 zugeführt. Auf die Koinzidenzstufe 30 folgt ein nachtriggerbares Monoflop 32, das ein Ausgangs­ signal liefert, das angibt, ob das freie Ende von In­ fusionsflüssigkeit umgeben ist oder nicht. Das Mono­ flop 32 ist mit einem Pulsformer 34 verbunden, der beispielsweise aus der Flanke des Ausgangssignals des Monoflops 32, die dem Ablösen eines Tropfens ent­ spricht, einen Rücksetzimpuls für einen Zähler 36 lie­ fert. Ein einstellbarer Referenzoszillator 38, der die Soll-Tropffrequenz vorgibt, liefert ein Taktsignal, das den Zähler 36 inkrementiert. In einer bevorzugten Aus­ führungsform wird in einem Flip-Flop 40 ein Signal generiert, wenn der Zähler überläuft. In diesem Falle ist die Tropffrequenz zu klein. In einem Flip-Flop 42 wird ein Signal generiert, wenn die Tropfenablösung beispielsweise vor Erreichen des halben Zählbereiches erfolgt. Dieses Signal entspricht einer zu hohen Tropf­ frequenz. In einer mit den Ausgängen der Flip-Flop 40, 42 verbundenen Anzeigeeinheit 44 kann sowohl optischer als auch akustischer Alarm ausgelöst werden, wenn die Tropffrequenz zu hoch oder zu niedrig ist.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur optischen Überwachung der Tropf­ frequenz in der Tropfenkammer (6) eines Infusionsge­ rätes, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) In der Tropfenkammer (6) ist ein Lichtwellenleiter (10) mit seinem freien Ende (12) unterhalb der Aus­ trittsöffnung (80) eines Tropfenformers (8) ange­ ordnet,
• b) der Lichtwellenleiter (10) ist mittels einer optischen Durchführung (14) durch das Gehäuse der Tropfenkam­ mer (6) mit einem Lichtleiterkabel (16) über einen Faserkoppler (18) sowohl mit einer Lichtquelle (20) als auch mit einem Lichtempfänger (22) optisch ver­ bunden,
• c) der Lichtempfänger (22) und die Lichtquelle (20) sind mit einer elektronischen Einrichtung (19) zur Überwachung der Tropffrequenz verknüpft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sowohl die lichtleiten­ den Teile des Faserkopplers (18), als auch der Licht­ wellenleiter (10) und der Lichtwellenleiter des Licht­ leiterkabels (16) aus einem polymeren Werkstoff be­ steht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekenn­ zeichnet durch ein als Rotationskörper mit ge­ krümmter Hüllkurve (52) gestaltetes freies Ende (12) des Lichtwellenleiters (10), dessen Höhe (h) größer als der Radius des Lichtwellenleiters (10) ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ge­ kennzeichnet durch eine als lösbare optische Verbindung ausgebildete optische Durchführung (14).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Lichtquelle (20) ein Pulsgenerator (28) vorgesehen ist und daß der Lichtempfänger (22) über ein Gleichspannungsentkoppelglied (24) mit einem Schmitt- Trigger (26) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ausgang des Schmitt-Triggers (26) und ein Ausgang des Pulsgene­ rators (28) mit einer Koinzidenzstufe (36) verbunden sind, deren Ausgang über ein Monoflop (32) und einen Pulsformer (34) mit dem Rücksetz-Eingang eines Zählers (36) verknüpft ist, an dessen Zähl-Eingang der Im­ puls-Ausgang eines einstellbaren Referenzoszillators (38) angeschlossen ist.