DE3611018C1 - Vorrichtung zum Insufflieren von Gas - Google Patents
Vorrichtung zum Insufflieren von GasInfo
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Description
Die Erfindung eignet sich zum
Insufflieren von CO2 und insb. zur Laparoskopie.
Bei einer aus der DE-OS 34 13 631 vorbekannten Vorrichtung der im
Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art sind zwei festeingestellte Druckminderer vorge
sehen, die den Gasdruck z. B. auf 50 mmHg festeingestellt
vorgeben. Ein nachgeschalteter Durchflußregler regelt die
Strömung in der Gasleitung z. B. auf 1 l/min. Das Gas strömt
durch ein Magnetventil in einen Durchflußmesser, wobei der
hier infolge Reibungswiderständen entstehende Druckabfall
mit Hilfe des Durchflußreglers konstant gehalten wird. Der
Druckabfall dient zugleich der Durchflußregelung im
Durchflußregler. Das Gas durchströmt sodann eine optische
Durchflußanzeigeeinrichtung, bevor es in das Insufflations
instrument einströmen kann. Unmittelbar davor ist der
Druckmesser an die Gasleitung angeschlossen. Die bekannte
Vorrichtung umfaßt ferner neben der Haupt-Gasleitung eine
Zweigleitung, die den Durchflußregler über ein Magnet
ventil mit dem optischen Durchflußanzeiger verbindet. Die
beiden Magnetventile, das Druckmeßgerät und der Durch
flußmesser sind mit einer elektronischen Auswerte- und
Steuerschaltung verbunden, welche mit einer Anzeigevor
richtung für den Gesamtdruck, den intraabdominalen
statischen Druck, die Gasströmungsgeschwindigkeit und die
insgesamt verbrauchte Gasmenge versehen ist.
Die bekannte Vorrichtung ist aufgrund der Vielzahl von
Bauelementen aufwendig und teuer in der Herstellung. Ferner
befinden sich die beiden Magnetventile, die beiden Durch
flußmesser bzw. -regler und der optische Durchflußanzeiger
in der Gasleitung, wodurch Störungen, insbesondere erheb
liche Widerstände in der Gasströmung, verursacht werden.
Schließlich ist das mit dieser Vorrichtung durchzuführende
Verfahren der Druckmessung und der Flowregelung sehr kompli
ziert. Zunächst muß beim Einschalten der Vorrichtung der
Strömungswiderstand des gesamten Leitungssystemes ermittelt
werden, welcher Widerstandsdruck zur Bestimmung des intra
abdominalen statischen Druckes von momentan am Druck
meßgerät gemessenen Druckwert abgezogen werden muß, so daß
die Differenz beider Druckwerte den intraabdominalen
statischen Druck angibt. Ferner wird bei Erreichen eines
vorgewählten Solldrucks der Gasfluß automatisch durch die
elektronische Steuerschaltung gestoppt, wobei die durch den
Durchflußmesser führende Haupt-Gasleitung geschlossen und
die Zweigleitung synchron geöffnet wird. Dabei bleibt der
am Durchflußregler anstehende Druckwert erhalten. Beim
Erreichen des vorgewählten Solldruckes wird der momentane
Durchfluß-Meßwert in der elektronischen Steuerschaltung
gespeichert und zur Bestimmung des intraabdominalen
Druckes nach einer bestimmten Formel verwendet, in welche
mehrere Meßparameter eingehen. Diese Ermittlung des intra
abdominalen Druckes über die Flowgröße und den Rückstau
druck am Vorrichtungsausgang ist besonders bei kleinem Druck
und großem Flow am unsichersten. Gerade dies ist aber die
häufigste Situation in der normalen Anwendung dieser Vor
richtung.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung der gattungsgemäßen Art ohne geräuscherzeugende
Magnetventile und mit möglichst wenigen, in der Gasleitung
angeordneten Bauelementen zu schaffen, mit welcher der intraab
dominale Druck ohne aufwendige Umschaltung genauestens
gemessen und der Flow genauestens gesteuert werden kann.
Gegenüber der bekannten Vorrichtung
bestehen Wirtschaftlichkeits- und Sicherheits-Vorteile im
genauen, unmittelbaren Messen des intraabdominalen Druckes
ohne aufwendige Umschaltung und ohne geräuscherzeugende
Magnetventile. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist die kontinuierliche, automatisierte Insuf
flation, wozu nicht, wie bei den bisher bekannten Vor
richtungen, die Gaszufuhr abgestellt, sondern der System
druck variiert wird. Dadurch werden der intraabdominale
Solldruck schneller erreicht und plötzliche Gasverluste
besser abgefangen.
In Abhängigkeit vom vorgewählten Solldruck und dem elektrischen
Signal des Durchflußmessers wird der elektrisch steuer
bare Druckminderer mittels der elektronischen Steuer
schaltung gesteuert. Der Druckminderer erhält seinen Vor
druck aus einem Druckbehälter oder aus einem weiteren vor
geschalteten Druckminderer mit höherem Ausgangsdruck als
50 mmHg, wobei der Steuerbereich des elektrisch steuerbaren
Druckminderers zwischen 0 und 50 mmHg liegt. Nach dem Ein
schalten der Vorrichtung wird der steuerbare Druckminderer
mittels der elektronischen Steuerschaltung auf den einge
stellten Solldruck gefahren. Übersteigt das am Durchfluß
messer ermittelte Flowsignal einen in der Steuerschaltung voreingestellten Wert, so
steuert die elektronische Steuerschaltung den Ausgangs
druck des Druckminderers auf den Maximalwert von 50 mmHg.
Nach dem Ende einer vom Taktgenerator vorgegebenen Takt
periode wird der Ausgangsdruck des Druckminderers, gesteuert
von der elektronischen Steuerschaltung, wieder auf den
Sollwert heruntergefahren. Das vom Durchflußmesser erhaltene
Flowsignal wird daraufhin überprüft, ob der Flow beim
Solldruck noch den vorgegebenen Wert übersteigt. Sofern
der Flow beim vorgegebenen Wert den Solldruck übersteigt,
fährt die elektronische Steuerschaltung den elektrisch
steuerbaren Druckminderer wieder für eine Taktperiode auf
den Ausgangsdruck von 50 mmHg hoch. Sofern der Flow beim
Solldruck den vorgegebenen Wert nicht übersteigt, steuert
die elektronische Steuerschaltung den elektrisch steuer
baren Druckminderer weiter nur auf den Sollwert und über
wacht das Signal des Durchflußmessers im Hinblick darauf,
ob dieses den vorgegebenen Wert übersteigt. Sofern dieser
Wert gelegentlich überstiegen wird, wird der steuerbare
Druckminderer wieder über eine Taktperiode bis auf einen
Ausgangsdruck von 50 mmHg hochgefahren. Der entstehende
intraabdominale Druck wird mit dem Druckmesser dann gemessen,
wenn der steuerbare Druckminderer in seinem Ausgangsdruck
wert so weit heruntergefahren ist, daß der mit dem Durch
flußmesser gemessene Flow gerade den Wert Null erreicht
hat. Dann ist der intraabdominale Druck gleich dem ge
steuerten Druck. Dieser wird optisch angezeigt. Auch der
Flow wird sowohl optisch als auch akustisch angezeigt.
Die Meßtaktfrequenz des Taktgenerators ist unabhängig
von der Regelfrequenz der Vorrichtung. Zur simultanen
Eigenkontrolle wird der vom Druckmesser gemessene Druck
in der elektronischen Steuereinrichtung mit dem Druckwert
verglichen, der beim Flow vom Wert Null angezeigt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Fig. 1 bis 6
dargestellten Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung zum
Insufflieren von Gas näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Schaltschema der gesamten Vorrichtung,
Fig. 2 die elektronische Steuerschaltung der
Vorrichtung,
Fig. 3 einen Axialschnitt durch den elektrisch
steuerbaren Druckminderer,
Fig. 4 A bis C Kurvenverläufe des Ausgangsdruckes P a
des Druckminderers über der Zeit in verschiede
nen Betriebszuständen,
Fig. 5 ein Regelzyklus-Flußdiagramm und
Fig. 6 ein Meß- und Selbstüberwachungs-Flußdiagramm.
Die Vorrichtung
umfaßt entlang
einer Gasleitung 12 hintereinander einen steuerbaren Druck
minderer 1, einen Durchflußmesser 2 und einen, in einer
abgezweigten Gasleitung 13 geschalteten Druckmesser 5.
Zwischen dem Durchflußmesser 2, welcher insbesondere auf
Differenzdruckbasis arbeitet, und die zum Druckmesser 5
führende Abzweigleitung 13 kann ein nicht näher dargestelltes
Überdruckventil eingeschaltet sein. Weitere Bauelemente
sind in der Gasleitung 12 nicht vorgesehen, so daß diese
geringste Strömungswiderstände aufweist.
Eine elektronische Auswerte- und Steuerschaltung 3 ist über
eine Steuerleitung 14 mit dem Druckmesser 5 und über
eine Steuerleitung 15 mit dem Durchflußmesser 2 sowie ferner
über Steuerleitungen 16 mit dem steuerbaren Druckminderer 1
elektrisch verbunden. Die Steuerschaltung 3 ist ferner
über Steuerleitungen 17 mit einem taktgebenden Taktgenerator
4 und über eine Steuerleitung 18 mit einem Solldruckgeber
11 verbunden. Ferner führen Steuerleitungen 19 zu LED-
Anzeigeelementen 8, 9 und 10 für den Druck bzw. den Flow
bzw. das Volumen. Schließlich führt eine Steuerleitung 20
von der elektronischen Steuerschaltung 3 über einen Audio-
Verstärker 6 zu einem Lautsprecher 7 zur Ausgabe von
akustischen Flow-Signalen.
Die elektronische Auswerte- und Steuerschaltung 3 ist in
Fig. 2 in einem Blockschaltbild näher dargestellt. Die
Steuerschaltung 3 weist eine zentrale Prozessorschaltung
(CPU) 23 auf, an welche eingangsseitig über Steuerleitungen
27 ein Programmspeicher 21, über die Steuerleitung 17 der
taktgebende Taktgenerator 4 und ein mit dem Durchflußmesser
2 über die Steuerleitung 15 und dem Druckmesser 5 über die
Steuerleitung 14 sowie mit dem Solldruckgeber 11 über die
Steuerleitung 18 verbundener 3-kanaliger A/D-Konverter 22
über die Steuerleitung 29 angeschlossen sind. Ausgangsseitig
sind an die elektronische Auswerte- und Steuerschaltung 23
über eine Steuerleitung 28 ein LED-Treiber 24 zur Anzeige
von Druck, Flow und Volumen an den LED-Anzeigen 8, 9
bzw. 10 über die Steuerleitung 19 und über die Steuer
leitung 30 ein 2-kanaliger D/A-Konverter 25 mit angeschlossener
Endstufe 26 angeschlossen, welche zur Steuerung des elek
trisch steuerbaren Druckminderers 1 über die Steuerleitungen
16 und zur Ausgabe von Signalen über den mittels der
Steuerleitung 20 angeschlossenen Lautsprecher 7 dient.
Der elektrisch steuerbare Druckminderer 1 ist in seiner
konstruktiven Bauart in Fig. 3 dargestellt. Innerhalb
eines zweiteiligen Gehäuses 38, 39 ist eine Steuermembrane
36 eingespannt, deren Unterseite ein in die Gasleitung 12
eingesetztes Steuerventil 46 über einen mittig am Gehäuse
teil 39 gelagerten zweiarmigen Hebel 45 steuert, welcher
mit einem Ende an einer Membranenplatte 47 und mit seinem
anderen Ende am nicht näher dargestellten Steuerteil des
Steuerventiles 46 angreift. Der untere Gehäuseteil 39 wird
eingangsseitig über eine Gasleitung 44 von einem nicht
dargestellten Druckbehälter über einen eventuell vorge
schalteten weiteren Druckminderer mit höherem Ausgangsdruck
als 50 mmHg gespeist. Der Steuerbereich des elektrisch
steuerbaren Druckminderers 1 liegt bei einem in die Gas
leitung 12 eingespeisten Ausgangsdruck P a zwischen 0 und
50 mmHg. Im oberen Gehäuseteil 38 ist eine der Steuer
membrane 36 zugewandte Aufnahmeöffnung für eine Druck
mindererfeder 35 vorgesehen, welche mit einem Federgegen
lager 43 an der Steuermembrane 36 anliegt. Das von der
Steuermembrane 36 abgewandte Federgegenlager 40 ist von
der Achse 37 eines Magnetkernes 33 beaufschlagt, welche
Achse 37 in oberen und unteren axialen Gleitlagern 31
geführt ist. Der Magnetkern 33 ist von einer im oberen
Gehäuseteil 38 gelagerten Magnetspule 34 umgeben, welche
über die Steuerleitungen 16 mit der elektronischen Aus
werte- und Steuerschaltung 3 elektrisch verbunden ist.
Die Achse 37 ist ferner über eine sich zwischen einem
Gehäusebund 42 und einem an der Achse 37 festgelagerten
Federgegenlager 41 erstreckende Rückstellfeder 32 beauf
schlagt. Der elektrisch steuerbare Druckminderer 1 arbeitet
nach dem Prinzip Druckgaskraft gleich Federgegenkraft. Der
resultierende Weg der Steuermembrane 36 öffnet und schließt
das Steuerventil 46. Der aus Magnetkern 33 und Magnetspule
34 gebildete Elektromagnet positioniert die Druckminderer
feder 35 über deren Federgegenlager 40. Daraus resultierend
ändert sich die auf die Steuermembrane 36 wirkende Kraft der
Druckmindererfeder 35.
Gemäß Fig. 4A wird nach dem Einschalten der Vorrichtung
der Ausgangsdruck P a des steuerbaren Druckminderers 1 auf
den mit dem Solldruckgeber 11 eingestellten Solldruck
P SOLL gefahren. Sofern das vom Durchflußmesser 2 ermittelte
Flowsignal einen in der Steuerschaltung voreingestellten Wert übersteigt, so steuert
die Steuerelektronik 3 den Ausgangsdruck des steuerbaren
Druckminderers 1 auf den maximalen Ausgangsdruck P a = 50 mmHg.
Nach dem Ende einer vom taktgebenden Taktgenerator 4
vorgegebenen Taktperiode (Zeit) steuert die Steuerschaltung 3
den Druck P a wieder auf den Sollwert P SOLL herunter. Das
Flowsignal wird wiederum vom Durchflußmesser 2 überprüft.
Es wird geprüft, ob der Flow beim Erreichen des Solldrucks
P SOLL den vorgegebenen Wert noch übersteigt. Sofern der
vorgegebene Wert noch überstiegen wird, fährt die Steuer
elektronik 3 den steuerbaren Druckminderer 1 wieder auf
den maximalen Ausgangsdruck von 50 mmHg für eine vom Takt
generator vorgegebene Taktperiode. Sofern der Flow beim
Solldruck P SOLL den vorgegebenen Wert nicht übersteigt
(Fig. 4B), steuert die Steuerelektronik 3 den steuerbaren
Druckminderer 1 weiter nur auf den Sollwert und überwacht
das Signal des Durchflußmessers 2, ob dieses den vorgegebenen
Wert übersteigt. Sofern dieser Wert gelegentlich überstiegen
wird, wird der steuerbare Druckminderer 1 für eine weitere
Taktperiode des Taktgenerators 4 auf P a = 50 mmHg hochgefahren.
Der entstehende intraabdominale Druck wird mit dem Druck
messer 5 dann gemessen, wenn der steuerbare Druckminderer
1 soweit heruntergefahren ist, daß der mit dem Durchfluß
messer 2 gemessene Flow gerade den Wert Null erreicht hat,
wie es in Fig. 4B mit dem Wert gleich Null dargestellt
ist. Dann ist der intraabdominale Druck P IST gleich dem
am Anzeigeelement 8 optisch angezeigten Druck. Der Flow
wird sowohl am Anzeigeelement 9 angezeigt als auch akustisch
mittels des Lautsprechers 7 ausgegeben. Die Meßtaktfrequenz
der Vorrichtung ist unabhängig von der Regelfrequenz. Zur
simultanen Eigenkontrolle der Vorrichtung wird der mittels
des Druckmessers 5 gemessene Druck in der Steuerelektronik 3
mit dem Druckwert verglichen, der bei dem mit dem Durch
flußmesser 2 beim Flow vom Wert Null gemessenen Druckwert
entspricht.
Die Vorrichtung hat somit bei kontinuierlichem Flow drei
verschiedene Arbeitszustände:
Dieser läuft, wie vorher bereits beschrieben, gemäß Fig. 4A
ab, wobei ständig vom Durchflußmesser 2 die Werte für den
Druck, den Flow und das Volumen von der Steuerschaltung 3
abgenommen und angezeigt werden.
Diese erfolgt durch ein Herunterfahren des steuerbaren
Druckminderers 1 auf den Flow vom Wert Null gemäß Fig. 4B.
Dann entspricht der am Druckmesser 5 angezeigte Druck dem
tatsächlichen intraabdominalen Druck, d. h. dem Druck P IST .
Dies erfolgt nur zum Messen, nicht jedoch zum Regeln der
Insufflation.
Sobald der Ausgangsdruck P a des Druckminderers 1 auf den
Druckwert P IST heruntergefahren ist, kann die Steuerelek
tronik 3 den vom Druckmesser 5 ermittelten Druck und den
gemessenen Druck mit dem apparativen Druck vergleichen, es
erfolgt somit eine Eigenkontrolle des gemessenen Druckes
(Fig. 4C).
In den Fig. 5 und 6 werden Regelzyklus- bzw. Meß- und
Selbstüberwachungs-Flußdiagramme dargestellt. Hierzu werden
nachfolgend Erläuterungen gegeben. Block A "Start" bedeutet
Einschalten der Vorrichtung. Im Block B erfolgt die Über
prüfung des Taktes des taktgebenden Taktgenerators 4.
Im Block C erfolgt die Einstellung des Ausgangsdruckes
P a des elektronisch steuerbaren Druckminderers 1 auf maximalen
Ausgangsdruck P a gleich 50 mmHg. Im Block D erfolgt wiederum
eine Prüfung des Taktes des Taktgenerators 4. Im Block E
erfolgt die Einstellung des Ausgangsdruckes P a des einstell
baren Druckminderers 1 auf den am Sollwertgeber 11 einge
stellten Solldruck P SOLL . Im Block F erfolgt wieder eine
Überprüfung des Taktes des Taktgenerators 4. Im Block H
erfolgt eine Überprüfung des Flow . Ist dieser größer
als der kleinste Flow MIN , wenn der Istdruck P IST ein
wenig kleiner ist als der Solldruck P SOLL , so erfolgt eine
Rückstellung zu Block C. Ist kleiner MIN , so erfolgt
eine Rückstellung zu Block E. Der Druck P IST bedeutet
den aktuellen Druck im Abdomen, d. h. den intraabdominalen
Druck. Der Block G bezieht sich auf das Meß- und Selbst
überwachungs-Flußdiagramm gemäß Fig. 6.
Die Auslösung der Selbstüberwachung erfolgt im Block I.
Im Block K erfolgt eine Reduzierung des Ausgangsdruckes P a
des steuerbaren Druckminderers 1 um eine Druckdifferenz
P DIV von ca. 2 mmHg. Im Block L erfolgt eine Über
prüfung, ob der Flow den Wert Null erreicht hat. Wenn ja,
wird im Block M der Ausgangsdruck P a des regelbaren Druck
minderers 1 angezeigt. Im Block N wird überprüft, ob
der angezeigte Ausgangsdruck P a dem mit dem Druckmesser 5
gemessenen Druck P gemessen entspricht. Wenn dies nicht
zutrifft, erfolgt der Schritt zum Block O, gemäß welchem
die Vorrichtung gestoppt und ein Alarm ausgelöst wird. Wenn
der Ausgangsdruck P a am regelbaren Druckminderer 1 dem vom
Druckmesser 5 gemessenen Druck P gemessen entspricht, so er
folgt der Schritt zum Block G, d. h. zurück zum Hauptprogramm
gemäß dem Regelzyklus-Flußdiagramm nach Fig. 5.
Die Voreinstellung des Wertes für den gewünschten Flow er
folgt in dem Programmspeicher 21 der Steuerschaltung 3.
Claims (3)
1. Vorrichtung zum Insufflieren von Gas,
in den menschlichen oder tierischen Körper
mittels eines Insufflationsinstrumentes,
z. B. einer einläufigen Veress-Nadel, mit entlang
einer Gasleitung hintereinander angeordnetem Druckminderer,
Durchflußmesser und Druckmesser und mit einer mit dem Durch
fluß- und dem Druckmesser über eine Steuerleitung verbundenen
Steuerschaltung,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Druckminderer (1) zur Variation des Arbeits
druckes (P a ) in der Gasleitung (12) von der Steuer
schaltung (3) über eine Steuerleitung (16) in Abhän
gigkeit von einem Taktgeber (4) und einem Solldruck
geber (11) steuerbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswerte- und Steuerschaltung (3) eine zentrale
Prozessorschaltung (CPU) (23) aufweist, an welche eingangs
seitig ein Programmspeicher (21), der Taktgeber (4) und
ein mit dem Durchflußmesser (2), dem Druckmesser (5) und
dem Solldruckgeber (11) verbundener 3-kanaliger A/D-
Konverter (22) und ausgangsseitig ein LED-Treiber (24)
zur Anzeige von Druck, Flow und Volumen an LED-Anzeigen
(8 bzw. 9 bzw. 10) und ein 2-kanaliger D/A-Konverter (25)
mit angeschlossener Endstufe (26) zur Steuerung des elek
trisch steuerbaren Druckminderers (1) und zur Ausgabe von
Signalen über einen angeschlossenen Lautsprecher (7) ange
schlossen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der steuerbare Druckminderer (1) eine Steuer
membran (36) aufweist, deren Unterseite ein in die Gas
leitung (12) eingesetztes Steuerventil (46) betätigt und
deren Oberseite mit einer Druckmindererfeder (35) ver
bunden ist, deren der Membrane (36) abgewandtes Federgegen
lager (40) von der Achse (37) eines in eine von der
Steuerschaltung (3) steuerbare Magnetspule (34) ein
tauchenden, mit einer Rückstellfeder (32) versehenen Magnet
kerns (33) beaufschlagt ist.
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