DE3932718C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Ermitteln des Füllungsgrades der menschlichen Harnblase nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention is based on a device for determining the degree of filling the human bladder according to the preamble of claim 1.
Bei einem querschnittsgelähmten Patienten ist die Informations übertragung zwischen seiner Blase und seinem Gehirn unterbrochen. Dennoch ist in den meisten Fällen die Blasenfunktion sowohl hinsichtlich der Kontinenz als auch hinsichtlich des Entleerungs reflexes in gewissem Umfang erhalten, da die neuronalen Regelkreise für die Blasenkontrolle zum Teil auch ohne Verbindung zum Gehirn funktionieren. Solche Patienten benötigen keinen Blasenkatheter und haben nach einer speziellen Ausbildung gelernt, ihre Blase durch bestimmte Manipulationen zu entleeren. Ein wesentliches Problem besteht für diese Patienten jedoch darin, daß sie keine ausreichende Information über den Füllungs zustand ihrer Blase haben. Sie versuchen daher, in Abhängigkeit von ihrer Flüssigkeitszufuhr in mehr oder weniger regelmäßigen Abständen ihre Blase zu entleeren, oft umsonst, weil die Blase noch nicht ausreichend gefüllt ist. Nicht selten, vor allem nachts, wird eine solche Entleerung jedoch nicht rechtzeitig durchgeführt. Es kommt dann entweder zu einer für den Patienten und sein Pflegepersonal sehr unerwünschten spontanen Blasen entleerung oder zu einem Harnanstau, durch den die Nieren des Betroffenen schwer geschädigt werden können. Aus den genannten Gründen wäre es sehr wünschenswert, ein Gerät zur permanenten Registrierung der Blasenfüllung verfügbar zu haben.For a paraplegic patient, the information is transmission between his bladder and his brain interrupted. Still, in most cases, bladder function is both in terms of continence as well as in terms of emptying reflexes received to some extent since the neural Control circuits for bladder control sometimes without connection to the brain work. Such patients do not need one Bladder catheters and have special training learned to empty her bladder through certain manipulations. However, there is a major problem for these patients in that they do not have sufficient information about the filling condition of your bladder. They therefore try to be dependent from their hydration in more or less regular Intervals to empty your bladder, often for nothing because of the bladder is not yet sufficiently filled. Not infrequently, especially at night, however, such emptying will not be in time carried out. Then there is either one for the patient and his nurses very unwanted spontaneous blisters emptying or causing a build up of urine through which the kidneys Those affected can be seriously harmed. From the above For reasons it would be very desirable to have a permanent device Have bubble filling registration available.
Zur Ermittlung der Blasenfüllung sind bisher folgende Methoden bekannt geworden: Die Registrierung des Drucks in der Blase über einen Harnröhrenkatheter und die Bestimmung des Durchmessers mittels Ultraschall A- oder B-Bild-Geräten (US-Z: IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Vol. BME-26, No. 12, 1979, S. 709-711), deren Signale mit analoger und digitaler Elektronik ausgewertet werden (WO 88/03 390 A1 und WO 86/06 606 A1). Diese Verfahren sind jedoch für jahrelange Daueranwendungen wenig geeignet, denn ein Katheter hat ein erhebliches Infektions risiko, ein permanent auf der Bauchhaut befestigter Ultraschallkopf führt zu Hautreizungen und ergibt bei geringen Lage veränderungen relativ zur Blase falsche Meßwerte. Beide, Katheter wie Ultraschallgerät, sind zudem für den Betroffenen lästig und einschränkend sowohl bei der Bewegung, speziell bei sportlichen Aktivitäten, als auch im Schlaf.The following methods have so far been used to determine the bubble filling became known: The registration of the pressure in the bladder over a urethral catheter and the determination of the diameter using ultrasound A or B-image devices (US-Z: IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Vol. BME-26, No. 12, 1979, pp. 709-711), whose signals with analog and digital Electronics are evaluated (WO 88/03 390 A1 and WO 86/06 606 A1). However, these procedures are for years of continuous use not very suitable because a catheter has a considerable infection risk, an ultrasound head permanently attached to the abdominal skin leads to skin irritation and results in low locations changes relative to the bladder incorrect measured values. Both, catheters such as ultrasound devices, are also annoying for those affected and restrictive both in movement, especially in sports Activities, as well as during sleep.
Diese Nachteile werden vermieden, wenn der Ultraschallkopf direkt auf der Blasenwand befestigt wird (siehe die gattungsbildende DE 35 26 164 A1). Wird, wie in diesem Fall, ein Impuls-Echo-Verfahren verwendet, so muß der Blasendurchmesser durch Analyse des registrierten Echos ermittelt werden. Hierzu muß entweder die gesamte Information des registrierten Echos nach außerhalb des Körpers transferiert werden oder die Musteranalyse muß im Körperinneren erfolgen. In beiden Fällen ist ein entsprechend großer Elektronikaufwand mit daraus folgend relativ hohem Energie verbrauch im Körperinneren nötig.These disadvantages are avoided if the ultrasound head is direct is attached to the bladder wall (see the generic DE 35 26 164 A1). Becomes, as in this case, uses a pulse-echo method so the bubble diameter must be analyzed by analyzing the Echoes can be determined. To do this, either the entire Information of the registered echo to the outside of the body transferred or the pattern analysis must be inside the body respectively. In both cases, one is correspondingly large Electronics effort with the resulting relatively high energy consumption necessary inside the body.
Ein in die Blasenwand implantierter Dehnungsmesser ist in US-Z: IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Vol. BME-19, 1972. S. 247-248 beschrieben. Beim Überschreiten einer bestimmten Dehnung öffnet sich ein Reed-Relais. Durch Vernarbungen nach der Implantation läßt sich jedoch keine langfristig zuverlässige Funktion erreichen.In US-Z, a strain gauge implanted in the bladder wall is: IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Vol. BME-19, 1972. Pp. 247-248. When exceeding a certain one A reed relay opens. By scarring after the However, implantation cannot be reliable in the long term Achieve function.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine teilweise implantierbare Vorrichtung, mit deren Hilfe der Füllungszustand der Harnblase gemessen werden kann, anzugeben, welche bei Minimierung der Baugröße und des Energiever brauchs des Implantates ohne zusätzliche Elektronikkom ponenten zur Mustererkennung und zur Informationsüber tragung zum Körperäußeren auskommt.The object of the present invention is to provide a partially implantable device, with the help of the filling state of the bladder can be measured to indicate which while minimizing the size and energy consumption need of the implant without additional electronics comm components for pattern recognition and information transfer wear to the outside of the body.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.The object is achieved according to the invention by the features specified in claim 1 solved.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Figuren beschrieben. Auf der Außenwand 2 der Blase 1 wird durch einen chirurgischen Eingriff ein aus zwei Komponenten 3 und 4 bestehendes Modul aufgenäht. Die beiden Komponenten sind durch einen flexiblen Kabelstrang 5 miteinander verbunden. Komponente 3 enthält einen Ultraschallgeber 6, Komponente 4 einen Ultraschall sensor 7. In einer Komponente, z. B. in 3, ist eine Versorgungs batterie 8 mit untergebracht. Weiterhin wird eine Elektronik baugruppe 9, z. B. ebenfalls in 3, mit eingebaut. Die Blasenfüllung wird nun gemessen durch die Laufzeit des Ultraschalls von 6 nach 7. Diese Laufzeit wird mit zunehmender Blasenfüllung immer länger. Die Komponenten 3 und 4 sowie das Verbindungskabel 5 müssen auf ihrer Außenseite vollständig aus Materialien bestehen, die für die Implantation in den menschlichen Körper geeignet sind, z. B. rostfreier Stahl, Silikongummi oder Teflon.Embodiments of the invention are described with reference to the figures. A module consisting of two components 3 and 4 is sewn onto the outer wall 2 of the bladder 1 by a surgical intervention. The two components are connected to one another by a flexible cable harness 5 . Component 3 contains an ultrasound transmitter 6 , component 4 an ultrasound sensor 7 . In one component, e.g. B. in 3 , a supply battery 8 is housed with. Furthermore, an electronics module 9 , for. B. also in 3 , with built. The bubble filling is now measured from 6 to 7 by the ultrasound time. This runtime becomes longer and longer with increasing bladder filling. The components 3 and 4 and the connecting cable 5 must consist entirely of materials on their outside that are suitable for implantation in the human body, for. B. stainless steel, silicone rubber or Teflon.
In einer anderen Ausführung der Erfindung werden die Batterie 8 und ein Teil der Elektronikbaugruppe 9 in ein weiteres, separates Gehäuse eingebaut, das nicht auf der Blase, sondern unmittelbar unter der Haut befestigt und mit den Komponenten 3 und 4 durch Kabel verbunden ist. Dadurch kann ein leichteres Auswechseln der Batterie 8 ermöglicht werden.In another embodiment of the invention, the battery 8 and part of the electronic assembly 9 are installed in a further, separate housing, which is not attached to the bladder, but directly under the skin and is connected to the components 3 and 4 by cables. This makes it easier to replace the battery 8 .
Zum Betrieb wird ein weiteres Modul 10 benötigt, das außerhalb des Körpers, vorzugsweise am Handgelenk, getragen wird. Dieses Modul enthält einen Ultraschallgeber 11, einen Ultraschallsensor 12, der mit 11 identisch sein kann, eine Batterie 13 und eine Elektronikbaugruppe 14, die die gesamte Ablaufsteuerung und Auswertung, einschließlich des Eliminierens von Artefakten sowie die Ansteuerung einer weiter unten beschriebenen Warneinrichtung vornimmt. Der Ultraschallgeber 11 und der Sensor 12 müssen auf der Haut aufliegen, so daß eine akustische Ankopplung gegeben ist, an die jedoch keine hohen Anforderungen gestellt werden. Das Modul 10 enthält außerdem einen vorzugsweise taktilen Signalgeber 15, der mit Hilfe eines elektromagnetischen Tauchspulenantriebs im Infraschallbereich oder im niederfrequenten Schallbereich ein Vibrationssignal auf der Haut erzeugt. Ein solcher Vibrations geber ist z. B. in der DE 28 41 680 A1 in einem ganz anderen Zusammenhang erwähnt. Anstelle dieses Vibrationsgebers kann auch ein die Haut berührendes rotierendes oder parallel zu ihr schwingendes aufgerauhtes oder mit kleinen Zähnchen versehenes Element verwendet werden, das einen taktil wahrnehmbaren Reiz erzeugt. Eine Ausführung eines solchen taktilen Signalgebers wird z. B. in DE-GM 80 23 589 mit verwendet. Zusätzlich kann noch ein akustischer Signalgeber 16 mit in das Modul 10 eingebaut werden, wie er in handelsüblichen Armbanduhren eingesetzt wird. Über einen Stecker anschluß 17 kann ein externer Computer angeschlossen werden, mit dessen Hilfe die gesamte Einrichtung getestet, geeicht und auf die individuellen Bedürfnisse des jeweiligen Patienten programmiert werden kann. Mit Hilfe von zwei Bedienungsschaltern 18 und 19, die als Druckschalter ausgeführt sein können, und eines kleinen LC-Displays 20 kann der Patient selbst bestimmte Funktionen einstellen oder abfragen. Mit Hilfe von Solarzellen 21 kann die Batterie 13 nachgeladen werden.A further module 10 is required for operation and is worn outside the body, preferably on the wrist. This module contains an ultrasound transmitter 11 , an ultrasound sensor 12 , which can be identical to 11 , a battery 13 and an electronic module 14 , which carries out the entire sequence control and evaluation, including the elimination of artifacts, and the activation of a warning device described below. The ultrasound transmitter 11 and the sensor 12 must rest on the skin, so that there is an acoustic coupling, to which, however, no high demands are made. The module 10 also contains a preferably tactile signal transmitter 15 which generates a vibration signal on the skin in the infrasound range or in the low-frequency sound range with the aid of an electromagnetic plunger coil drive. Such a vibrator is such. B. mentioned in DE 28 41 680 A1 in a completely different context. Instead of this vibrator, a rotating element or a roughened element or a toothed element that vibrates parallel to the skin and that generates a tactile perceptible stimulus can also be used. An execution of such a tactile signal generator is, for. B. in DE-GM 80 23 589 used with. In addition, an acoustic signal transmitter 16 can also be installed in the module 10 , as is used in commercially available wristwatches. Via a connector 17 , an external computer can be connected, with the help of which the entire facility can be tested, calibrated and programmed to the individual needs of the respective patient. With the help of two operating switches 18 and 19 , which can be designed as pressure switches, and a small LC display 20 , the patient can set or query certain functions himself. The battery 13 can be recharged with the aid of solar cells 21 .
In einer anderen Ausführung der Erfindung wird nur ein Teil der Komponenten 10-21 (z. B. die Komponenten 11, 12, 15, 18, 19, 20) in einem Gehäuse am Handgelenk getragen, die anderen werden in einem weiteren Gehäuse an irgendeiner Stelle am Körper getragen, wobei dieses Gehäuse mit dem am Handgelenk getragenen durch ein Kabel verbunden ist. Der Sinn dieser Trennung ist der, daß das am Hand gelenk getragene Modul 10 nicht zu schwer wird.In another embodiment of the invention, only a portion of components 10-21 (e.g. components 11, 12, 15, 18, 19, 20 ) are worn in a housing on the wrist, the others are carried in another housing on any one Place worn on the body, this housing is connected to the wrist by a cable. The purpose of this separation is that the module 10 carried on the wrist does not become too heavy.
Der Meßbetrieb verläuft folgendermaßen: Der Ultraschallgeber 11 sendet einen Ultraschallimpuls ab. Dieser wird im Körperinneren zum Sensor 7 geleitet und dort registriert. Daraufhin sendet der Geber 6 einen Ultraschallimpuls, der wiederum vom Sensor 7 registriert wird. Unmittelbar nach dessen erneutem Empfang durch den Sensor 7 sendet der Geber 6 einen weiteren Impuls ab. Die Zeitdifferenz der beiden vom Geber 6 abgesendeten Impulse ist also bis auf vernachlässigbare elektronische Laufzeiten genau die Laufzeit des Ultraschalls vom Geber 6 zum Sensor 7. Die beiden Ultraschallimpulse werden nun ebenfalls vom Sensor 12 registriert und die Laufzeit in der Elektronikbaugruppe 14 gemessen. Die Meßwerte werden vorzugsweise digitalisiert und digital abgespeichert. Auf diese Weise können mit Hilfe eines in der Baugruppe 14 integrierten Mikroprozessors Artefakte, die z. B. durch äußere Bewegungen des Patienten oder durch Darmbewegungen entstehen können, erkannt werden. In solchen Fällen können z. B. Messungen wiederholt werden. Außerdem kann die Zahl der Messungen minimiert werden, um die Batterie 8 zu schonen.The measuring operation proceeds as follows: The ultrasound transmitter 11 sends an ultrasound pulse. This is passed inside the body to the sensor 7 and registered there. The transmitter 6 then sends an ultrasound pulse, which in turn is registered by the sensor 7 . Immediately after it has been received again by the sensor 7 , the transmitter 6 sends another pulse. The time difference between the two pulses sent by the transmitter 6 is, with the exception of negligible electronic transit times, the exact transit time of the ultrasound from the transmitter 6 to the sensor 7 . The two ultrasonic pulses are now also registered by the sensor 12 and the transit time is measured in the electronic assembly 14 . The measured values are preferably digitized and stored digitally. In this way, with the help of an integrated in the assembly 14 microprocessor artifacts that z. B. can be caused by external movements of the patient or by bowel movements. In such cases, e.g. B. measurements can be repeated. In addition, the number of measurements can be minimized in order to protect the battery 8 .
Aufgrund des beschriebenen Meßverfahrens kann die Elektronik baugruppe 9 relativ einfach und damit auch für geringen Strom verbrauch ausgelegt werden. In ihr muß allerdings dafür gesorgt werden, daß der Geber 6 innerhalb eines bestimmten Zeit intervalls, das wesentlich größer als die maximale Laufzeit vom Geber 6 zum Sensor 7 ist (z. B. 0,0001 s), nur zwei Impulse abgeben kann, da sich sonst der Zyklus zwischen 6 und 7 ständig wiederholen würde.Due to the measurement method described, the electronics module 9 can be designed relatively simply and thus also for low power consumption. In it, however, it must be ensured that the encoder 6 can only emit two pulses within a certain time interval, which is significantly greater than the maximum transit time from the encoder 6 to the sensor 7 (e.g. 0.0001 s), since otherwise the cycle between 6 and 7 would repeat itself continuously.
Die Verwendung von Ultraschall zur Informationsübertragung vom Körperinneren nach außen und umgekehrt hat gegenüber einer Übertragung auf elektromagnetischem Weg den Vorteil, daß die Signale auf den Körper des Anwenders beschränkt bleiben, so daß keine Störungsmöglichkeit zwischen verschiedenen Personen gegeben ist, die die gleiche Einrichtung benutzen. Außerdem verringert sich die Zahl der Komponenten, da dieselben Komponenten zum Messen und zur Informationsübertragung verwendet werden.The use of ultrasound to transmit information from Body inside out and vice versa compared to one Electromagnetic transmission the advantage that Signals remain confined to the user's body, so that no possibility of interference between different people who use the same facility. Also reduced the number of components, since the same components for Measure and be used for information transfer.
Nach der chirurgischen Implantation der Komponenten 3 und 4 bzw. nach der daran anschließenden Einheilung wird die Blase durch einen Katheter zunächst entleert und anschließend mit definierten Volumina gefüllt. Dabei wird eine individuelle Eichkurve für die Laufzeit zwischen 6 und 7 als Funktion des Füllungsvolumens erstellt. Dieser Vorgang kann zu einem späteren Zeitpunkt nach Bedarf (z. B. nach deutlicher Gewichtszu- oder -abnahme oder nach Bauchoperationen) wiederholt werden. Die Eichung wird vorteil hafterweise durch einen über den Stecker 17 angeschlossenen externen Computer durchgeführt, in dem die "endgültige" Eichkurve ermittelt wird. Diese wird dann z. B. in einem EEPROM in der Elektronikbaugruppe 14 abgespeichert, in dem auch das Ablaufprogramm für den Betrieb gespeichert sein kann.After the surgical implantation of components 3 and 4 or after the subsequent healing, the bladder is first emptied through a catheter and then filled with defined volumes. An individual calibration curve for the running time between 6 and 7 is created as a function of the filling volume. This process can be repeated at a later time as required (e.g. after a significant weight gain or loss or after abdominal surgery). The calibration is advantageously carried out by an external computer connected via the connector 17 , in which the "final" calibration curve is determined. This is then z. B. stored in an EEPROM in the electronics module 14 , in which the sequence program for operation can also be stored.
Das Kriterium für die Abgabe eines Alarmsignals kann sowohl das Überschreiten eines bestimmten Füllungsvolumens (z. B. 80% des Maximalwertes) als auch das Überschreiten eines bestimmten Zuflusses pro Zeiteinheit bzw. eine Kombination von beiden sein, wie es auch beim physiologischen Harndrang des Gesunden in dessen Nervensystem realisiert ist. Ein "optimaler Betrieb" kann durch reine Softwaremaßnahmen durch Modifikation des Ablaufprogramms eingestellt werden.The criterion for issuing an alarm signal can be both that Exceeding a certain filling volume (e.g. 80% of the Maximum value) as well as exceeding a certain value Inflow per unit of time or a combination of both, as is the case with the physiological urge to urinate in the healthy person Nervous system is realized. An "optimal operation" can pure software measures through modification of the sequence program can be set.
Der Patient kann mit Hilfe der Schalter 18 und 19 und des Displays 20 selbst bestimmte Funktionen einstellen, z. B. Abfragen der gerade bestehenden Blasenfüllung (etwa vor Antritt einer Autofahrt), Umstellen vom taktilen Signalgeber 15 auf den akustischen Signalgeber 16 (etwa bei einer Sportveranstaltung, bei der wegen der mit der körperlichen Aktivität verbundenen zahlreichen taktilen Reize die taktile Aufmerksamkeit reduziert ist) etc. Für solche Einstellungen genügen zwei Schalter, z. B. 18 zum Durchfahren von beliebig vielen, im Display 20 jeweils durch Zahlen- oder Buchstabencodes angezeigten Möglichkeiten, und 19 zum jeweiligen Auslösen. Der Schalter 19 wird insbesondere auch benötigt, um den Alarmzustand wieder zurückzusetzen. Eine bevorzugte Betriebsweise wird darin bestehen, daß ein taktiler Alarm einige Male periodisch wiederholt wird, und, wenn dann der Alarmzustand nicht vom Patienten erkannt und durch Drücken des Schalters 19 zurückgesetzt wird, vom taktilen Geber 15 auf den akustischen Geber 16 umgeschaltet und ein akustischer Alarm ausgegeben wird.The patient can use the switches 18 and 19 and the display 20 himself to set certain functions, e.g. B. Querying the currently existing bladder filling (e.g. before starting a car journey), switching from the tactile signal transmitter 15 to the acoustic signal transmitter 16 (for example at a sporting event where tactile attention is reduced due to the numerous tactile stimuli associated with physical activity), etc. Two switches are sufficient for such settings, e.g. B. 18 for driving through any number, shown in the display 20 each by number or letter codes, and 19 to trigger each. The switch 19 is in particular also required to reset the alarm state. A preferred mode of operation will be that a tactile alarm is repeated a number of times periodically, and if the alarm condition is not recognized by the patient and is reset by pressing the switch 19 , the tactile transmitter 15 switches to the acoustic transmitter 16 and an acoustic alarm is issued.
Bei Fehlfunktionen, z. B. schlechtem Sitz des Moduls 10 am Handgelenk, Unterschreiten einer bestimmten Batteriespannung der Batterie 13 oder Ausfall im Bereich der implantierten Komponenten 3 und 4 wird ebenfalls ein Alarmsignal abgegeben und der Zustand im Display 20 angezeigt.In the event of malfunctions, e.g. B. bad fit of the module 10 on the wrist, falling below a certain battery voltage of the battery 13 or failure in the area of the implanted components 3 and 4 , an alarm signal is also issued and the state shown on the display 20 .
Claims (12)
daß der Ultraschallsensor an einer anderen Stelle als der Ultraschallgeber an oder in der Blasenwand befestigt ist, so daß sich der Abstand zwischen dem Ultraschallgeber und dem Ultraschallsensor mit dem Füllungsvolumen der Blase ändert, und daß von dem Ultraschallgeber zwei Ultra schallimpulse erzeugt werden, von denen der zweite abge geben wird unmittelbar nach Registrierung des ersten durch den Ultraschallsensor an der Blase, so daß der zeitliche Abstand der beiden Impulse gleich der Laufzeit des Ultraschalls in der Blase ist.1. Device for determining the degree of filling of the human urinary bladder, with an implantable device for determining the transit time of an ultrasound signal between an ultrasound transducer attached to or in the bladder wall to an ultrasound sensor also attached to or in the bladder wall as a measure of the filling of the urinary bladder and with a signaling device, characterized in that
that the ultrasonic sensor is attached to a location other than the ultrasonic transmitter on or in the bladder wall, so that the distance between the ultrasonic transmitter and the ultrasonic sensor changes with the filling volume of the bladder, and that two ultrasonic pulses are generated by the ultrasonic transmitter, one of which second is given immediately after registration of the first by the ultrasonic sensor on the bladder, so that the time interval between the two pulses is equal to the transit time of the ultrasound in the bladder.
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