DE4019239C2

DE4019239C2 - Insufflationsgerät

Info

Publication number: DE4019239C2
Application number: DE4019239A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl Ing Steiner; Volker Dipl Ing Walz
Original assignee: WALZ ELEKTRONIK GmbH
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1990-06-15
Filing date: 1990-06-15
Publication date: 1997-04-10
Anticipated expiration: 2010-06-16
Also published as: GB9110168D0; JP3136524B2; FR2663231B1; GB2246442B; FR2663231A1; US5152745A; DE4019239A1; GB2246442A; JPH04231931A

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine solche Vorrichtung ist aus der DE 30 00 218 C2 bekannt. Körperhöhlen im Sinne des Oberbegriffs sind vor allem Höhlen im Körper des Menschen und der Tiere, insbesondere z. B. der Bauchraum. Körperhöhlen sind aber auch Bereiche, die an sich keine Höhlen sind, wie z. B. der Spalt im Kniegelenk, der durch Aufpumpen zu einer Körper höhle erweitert werden kann.

Vorrichtungen dieser bekannten Art benötigen eine große Anzahl an Bauelementen und Meßgliedern. Außerdem wird bei allen Geräten die Messung des Drucks in der Körperhöhle derart durchgeführt, daß der Gasdurchfluß auf Null abgesenkt wird. Dabei wird der maximal erreichbare Durchfluß erheblich geschmälert.

Aus der DE 25 44 467 B2 ist ein Insufflations-Gerät bekannt, bei dem aus einer Druck gasflasche mit Druckkontrolle durch einen Manometer und einen Druckminderer Gas in einen Zwischenbehälter strömt, dessen Druck durch ein Manometer ablesbar ist. Das niedergespannte Inflationsgas aus dem Zwischenbehälter durchströmt einen stufenlos einstellbaren Druckregler, durch den der gewünschte, für einen Patienten spezifisch er forderliche Gasdruck in der Körperhöhle vorwählbar ist und durch einen Manometer kontrollierbar ist. Zur Anlage einer Gasfüllung in der Körperhöhle wird mit einem Druck regler ein Ventil von Hand geöffnet, so daß das Gas nunmehr vorteilhaft über eine Durchströmkontrolle und eine Kanüle in die Körperhöhle strömt, wobei der vorgewählte Druck durch den Druckregler aufrechterhalten wird. Dadurch kann ein Pulsieren des Gasdruckes gegeben sein.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit anzugeben, während des konstanten Gasflusses einen Gasdruck in der Körperhöhle auf einfache Weise mit einer geringen Anzahl von Bauteilen zu ermitteln.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst.

Öffnet man die zweite Ventilvorrichtung, so nimmt der Druck im Zwischenspeicher mit bestimmter Gesetzmäßigkeit ab. Wären die Verhältnisse ideal - hierzu würde gehören, daß der Strömungswiderstand konstant ist - dann würde der Druck im Zwischenspeicher exakt nach einer e-Funktion abfallen. Kennt man von einer e- Funktion zwei Werte und ihre Abfallkonstante Tau, dann kann man ihren Verlauf bestimmen. Insbesondere kann man bestimmen, auf welchen niedrigsten Wert sie asymptotisch zu geht. Der asymptotische Wert ist gleich dem Druck in der Höhle.

Die Abfallkonstante Tau berechnet sich aus Widerstand _* Zwischenspeichervolumen. Der Widerstand ist jedoch aus verschiedenen Gründen nicht konstant. Zum Beispiel werden am Ende der Ausgangsleitung unterschiedliche Hohlnadeln verwendet, die für sich schon einen unterschiedlichen Widerstand haben. Je nach Lage der im Endbereich flexiblen Ausgangsleitung ist auch deren Widerstand unterschiedlich. Es kann auch sein, daß die Hohlnadel von Anfang an oder während ihrer Verwendung unterschiedliche Querschnittsverengungen erhält. Schließlich ist der Widerstand auch auf Grund von Turbulenzen unterschiedlich groß. Zum Beispiel kann er bei höherem Druck größer sein als bei niedrigerem Druck und so weiter.

Da die Abfallkonstante Tau also nicht, oder nur ungenau bekannt ist, benötigt man in der Praxis drei (oder mehr) Meßpunkte.

Hieraus läßt sich die Asymptote errechnen. Liegt der vorausberechnete asymptotische Verlauf unter dem erwünschten Druck in der Höhle, dann muß nachgepumpt werden, bis die Asymptote dem gewünschten Druck entspricht.

Die Logikvorrichtung kann aus einem Mikroprozessor bestehen. Er ist durch Rechen- und Steueraufgaben dieser Art auch dann nicht ausgelastet, wenn man den einfachsten Mikroprozessortyp verwendet.

Durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 erhält man am Eingang einfache Verhältnisse, es kann billig sein und es bereitet kein Problem, durch mehrere parallele Zweige den Fluiddurchfluß zu verbessern.

Sinngemäß das gleiche gilt für die Ausgestaltung gemäß Anspruch 3.

Durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 4 hat der Zwischenspeicher ein konstantes Volumen, was die Berechnungen erleichtert.

Durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 5 kommt man zu einer besonders praxisfähigen Form. Auch große Körperhöhlen, wie zum Beispiel der Bauch eines Menschen, können dann vernünftig schnell aufgeblasen werden. Sollte es sich allerdings um Körperhöhlen von großen Tieren, wie zum Beispiel Elefanten handeln, dann ist es ratsam, eine größere Anzahl von Zweigen vorzusehen.

Durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 6 kann man auch in diesen Fällen die Durchfluß menge errechnen.

Durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 7 kann man diese Zeit den verschiedenen Arbeits phasen anpassen. Zum Beispiel kann man beim Füllen des Zwischenspeichers anfangs, solange der Zwischenspeicher noch nicht voll ist, die Ventilvorrichtung am Eingang längere Zeit auf "AUF" steuern und diese Zeit kürzer werden lassen, je mehr man an den Enddruck kommt. Auch kann man - wenn man die Asymptote berechnen will - die Meßzeiten kürzer oder länger machen, die dazu dienen, den asymptotischen Verlauf der e-Funktion oder e-Funktion-ähnlichen Funktionen auszurechnen.

Durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 8 erreicht man, daß man sich optimal an den Solldruck im Zwischenspeicher herantasten kann. Ist der Solldruck erreicht, dann kann man die Befüllung überhaupt abschalten.

Durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 9 erhält man nicht nur eine Druckmessung, sondern ohne weiteren apparativen Aufwand auch noch eine Mengenmessung.

Durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 10 kann der Medienfluß in der Hohlnadel geglättet werden, so daß man einen stetigen Fluß hat.

Die Erfindung wird nunmehr anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 das Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 3 die Darstellung einer Abklingkurve samt Formeln zum Berechnen der interessierenden Größen,

Fig. 4 ein Druck/Zeitdiagramm für den Zwischenspeicher 23,

Fig. 5 ein Zeitdiagramm für den Druck im Bauch,

Fig. 6 ein Zeitdiagramm für das geflossene Gasvolumen.

Gemäß Fig. 1 folgt auf eine Gasflasche 11 ein Absperrhahn 12. Dieser ist mit einem Druckminderer 13 verbunden. Zwischen beiden zweigt ein Gasmengen-Vorratsanzeiger 14 ab. Auf den Druckminderer 13 folgt ein Rückschlagventil 16. Während der Druckminderer 13 den Druck auf einige bar (z. B. 4) reduziert, setzt diesen Druck ein Druckminderer 17 auf 50 mmg Hg herab. Zwischen 16 und 17 zweigt ein Zwischenspeicher 18 ab, der seinerseits an ein Überdruckventil 19 angeschlossen ist. Versagt 13, dann bläst 19 Überdruck ab. 17 ist an ein Wechselventil 21 angeschlossen, das einen Eingang und zwei Ausgänge hat. Es wird jedoch - je nach Stellung des Ventils - nur nach dem einen oder dem anderen Ausgang Gas durchgeleitet.

In einem ersten Zweig 22 liegt nach dem oberen Ausgang von 21 ein zweiter Zwischenspeicher 23 und auf diesen folgt ein Ausgangsventil 24, das eine ZU-Stellung und eine AUF-Stellung hat. Parallel hierzu und genau identisch aufgebaut liegt ein zweiter Zweig 26 mit einem Zwischenspeicher 27 und einem Ausgangsventil 28. Die Zwischenspeicher 23, 27 sind starr und haben einen Inhalt von z. B. 0,25 Liter. Der Ausgang von 24, 28 führt zu einem Vereinigungspunkt 29, der zu einem Gapmeter 31 führt. An diesem sieht man, ob überhaupt Gas fließt. Es ist dies kein Durchflußmengenmesser. Zwischen 29 und 31 zweigt ein Überdruckventil 32 ab, das der Sicherheit dient und verhindert, daß der Druck in der Körperhöhle über ein bestimmtes Maß steigen kann. Nach 31 folgt ein biegsamer Schlauch 33 und an diesen ist eine Hohlnadel 34 angeschlossen.

Sowohl an 23 als auch an 27 ist je ein Wandler 35, 40 angeschlossen, der den in 23, 27 herrschenden Druck in eine Spannung umwandelt. Diese Spannungen werden über elektrische Leitungen 36, 37 einer Steuerung 38 zugeführt. Über elektrische Leitungen 39, 41, 42 steuert die Steuerung 38 das Wechselventil 21 und die Ausgangsventile 24, 28 in ihre eine oder andere Lage. Ist für den Zweig 22, 21 AUF, dann ist 24 ZU. Für 22 gilt auch, daß wenn 24 AUF ist, 21 für 22 ZU ist. Sinngemäß das gleiche gilt für den Zweig 26. In der Steuerung 38 befindet sich ein Mikroprozessor mit später noch zu erläuternden Funktionen.

Ein Pufferspeicher (nicht abgebildet) kann nach dem Vereinigungspunkt 29 vorgesehen sein.

Die Steuerung 38 steuert einen Druckanzeiger 43 und einen Volumenanzeiger 44.

Im Blockschaltbild nach Fig. 2 erkennt man sehr viele Bauelemente wieder. Unterschiede bestehen darin, daß das Rückschlagventil 16 fehlt. Auch fehlt der Zwischenspeicher 18, der die Aufgabe hat, einen Gasflaschenwechsel zu ermöglichen ohne den Betrieb der Vorrichtung zu unterbrechen. Es fehlt auch der Gapmeter 31 und statt des teureren Überdruckventils 32 ist hier ein Überdruckschalter 46 vorgesehen, der den Gasfluß zur Hohlnadel bei Überdruck unterbricht und nicht etwa Druck abläßt wie das Überdruckventil 32.

Vor allem sind beim zweiten Ausführungsbeispiel statt des Wechselventils 21 zwei Eingangsventile 47, 48 vorgesehen, die lediglich eine AUF- und eine ZU-Stellung haben und die in ihrer Lage durch elektrische Leitungen 49, 51 durch die Steuerung 38 gesteuert werden. Man hat also hier Eingangs- und Ausgangsventile identischer Bauart, was Ansprechverhalten, Preis oder dergleichen verbessert. In Fig. 2 sind gleiche Teile mit dem gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet.

Es sei (Fig. 3) der Zwischenspeicher 23 auf einen Druck von 50 mm Hg aufgepumpt worden, wobei (Fig. 2) 24 geschlossen und 47 offen war. Nunmehr wird durch 38 das Eingangsventil 47 geschlossen und 24 geöffnet. Dies geschieht zum Zeitpunkt 52.

Es strömt nun Gas über 34 in den nicht dargestellten Bauch und der Druck in 23 fällt gemäß der Kurve 53 ab. Allerdings wird im tatsächlichen Verlauf das Ausgangsventil 24 nach der Messung von Pc wieder geschlossen. Ließe man es aber weiterhin geöffnet, so würde der Druck weiter wie in Fig. 3 dargestellt abfallen. Bei einem ersten Zyklus liegt P2 auf der t-Achse und je mehr Volumen aus 23 in den Bauch gelangt, desto größer wird P2. Die durch P2 gehende, zur t-Achse parallele Linie, kann man als Asymptote betrachten.

Man mißt nun - beim Ausführungsbeispiel in Abständen von 100 msec zur Zeit t=0, zur Zeit t=t1 und zur Zeit t=t1+dt den Druck, wobei die Zeitabstände alle gleich sind. Über die Leitung 36 erfährt die Steuerung 38 die fallenden Drücke P_a, P_b und P_c. Gemäß Fig. 3, Formel (1) erhält man den Druck P₂. Die Formel (2) gibt den Wert für x an. Die Formel (3) ist der Formel (2) gleichwertig. Da an der Steuerung 38 vorher der Solldruck im Bauch eingestellt wurde, kann die Steuerung 38 ermitteln, ob dieser mit P2 erreicht ist oder nicht erreicht ist. Die notwendigen Rechen- und Vergleichsarbeiten kann der einfachste Mikroprozessor übernehmen ohne überlastet zu werden. Auch die Programmierung an sich bereitet keinerlei Schwierigkeiten.

Gemäß der Formel (4) kann man auch den Widerstand berechnen, wobei V das Volumen des Zwischenspeichers 23 ist.

Mit der Formel (5) kann die durchgeflossene Gasmenge berechnet werden. Dabei ist Pv der Druck im befüllten Zwischenspeicher (Fig. 4, Nr. 56, 58, 61), P1 der Druck im (teilweise) entleerten Zwischenspeicher (Fig. 4, Nr. 57, 59), Pu der Umgebungsdruck und V wiederum das Volumen des Zwischenspeichers.

Fig. 6 zeigt, daß das Gasvolumen im Patienten nach vier Minuten bei etwas mehr als drei Litern stehen bleibt. Um ein Maß über die ungefähr vom Patienten absorbierte Gasmenge zu haben, ist eine Durchflußmengenmessung wichtig.

Fig. 5 hat den gleichen Zeitmaßstab wie Fig. 6. Man sieht, wie hier der Druck im Bauch auf etwa 12 mm Hg zuläuft.

Die am meisten interessierende Fig. 4 hat nicht den gleichen Zeitmaßstab wie Fig. 5 und 6. Vielmehr wurden hier die Zeitbereiche 1, 2, 3, 4, 5 - jeweils mit einem Kreis umschlossen - vergrößert dargestellt und jeweils die Zeitachse an einer Unterbrechung 54 unterbrochen. Im Zeitraum 1 wird am Punkt 55 das Ausgangsventil 24 geschlossen und das Eingangsventil 47 geöffnet. Nach 110 msec wird im Punkt 56 nunmehr 47 geschlossen und 24 geöffnet und der Druck in 23 gemessen. Es fließt nun Gas in den Bauch. Am Punkt 57, nach der gleichen Zeit, nämlich nach 110 msec wird wiederum gemessen, 24 geschlossen und 47 geöffnet. Es steigt nun der Druck in 23. Beim Punkt 58 wird 47 geschlossen und 24 geöffnet, der Druck fällt. Am Punkt 59 geschieht das gleiche wie am Punkt 57 und am Punkt 61 das gleiche wie am Punkt 58. Die Gipfelpunkte rücken immer näher an die 50-mm-Hg-Linie 62. Der zeitliche Abstand für das Messen und Umschalten ist immer das gleiche, nämlich 110 msec. In der Zeitperiode 2 sind die Täler sehr flach geworden. Nach dem Punkt 63 wird der Zwischenspeicher 23 nicht mehr aufgepumpt, sondern nur noch längs der Kurve 53 entleert. Im Abstand von 100 msec werden P_a, P_b und P_c gemessen und die Steuerung 38 zieht die oben erwähnten Schlüsse. Es wird nun wieder nach der Messung P_c wie vorher beschrieben bis zur 50-mm-Hg-Linie nahezu aufgepumpt und wieder P_a, P_b und P_c gemessen. Natürlich sind die Zyklen wesentlich zahlreicher als in Fig. 4 gezeichnet, was sich auch aus dem Vergleich mit Fig. 5 ergibt.

Ist man im Zeitbereich 4, dann muß man den Zwischenspeicher nur noch wenige Male aufpumpen. Zum Beispiel muß man im Zeitbereich 1 den Zwischenspeicher 23 zehnmal an den Druckminderer 17 anschalten, im Zeitbereich 4 noch fünfmal und im Zeitbereich 5 gar nicht mehr. Mißt man im Zeitbereich 5 P_a, P_b und P_c, so stellt man fest, daß man den Solldruck im Bauch erreicht hat. Wieviel Gas dann noch in den Bauch fließen muß wird nur durch die Gasabsorption des Patienten und eines eventuellen Lecks bestimmt. Zu viel Gas darf nicht in den Körper diffundieren, sofern es sich um einen menschlichen oder tierischen Körper handelt, weil sonst zu viel Gas dieser Art in das Blut gelangt. Im Zeitraum 5 wird über lange Zeitspannen hin der Zwischenspeicher 23 gar nicht mehr oder nur noch sehr gering geladen, das heißt, in diesem Bereich gibt es große Zeitabschnitte in denen 47 geschlossen und 24 offen bleibt. Während dieser Zeit wird P2 statisch gemessen.

Dies gilt für den Zweig 22.

Für den Zweig 26 gilt genau das gleiche, jedoch um die Hälfte des Meßtaktes phasenverschoben. Man muß sich also das gleiche Gebirge von Fig. 4 um 55 msec verschoben nochmals vorstellen. Dadurch würde eine Glättungswirkung in bezug auf den Vereinigungspunkt 29 entstehen und der Rest an Spannungsrauhigkeit kann dann durch den nicht dargestellten Pufferspeicher geglättet werden.

Bei 3 Zweigen hat man 3, jeweils um eine Drittel Periode verschobene Gebirge. Mehr als ein Zweig bewirkt, daß die Kurve gemäß Fig. 5 steigt, so daß der Solldruck früher erreicht wird und dies wiederum bedeutet gemäß Fig. 6, daß das benötigte Gasvolumen eher insuffliert ist.

Claims

1. Insufflationsgerät,
mit dem der Druck eines in eine Körperhöhle insufflierten Gases meßbar und steuerbar ist,
mit einer Eingangsleitung,
mit einer der Eingangsleitung nachgeschalteten ersten Ventilvorrichtung 21; 47),
mit einem Zwischenspeicher (23) für das Gas,
mit einer Ausgangsleitung (22) stromab von der Ventilvorrichtung (21; 47) und dem Zwischen speicher (23),
mit einer Druckanzeige (43) für den Druck in der Körperhöhle,
mit einer stromab von der ersten Ventilvorrichtung (21; 47) vorgesehenen zweiten Ventil vorrichtung (24)
und mit einer Logikvorrichtung(38),
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Zwischen der ersten (21; 47) und zweiten Ventilvorrichtung (24) ist der Zwischenspeicher (23) vorgesehen;
b) ein Druck-/Spannungswandler (35) liegt zwischen dem Zwischenspeicher (23) und der Logikvorrichtung (38);
c) sowohl die erste (21; 47) als auch die zweite Ventilvorrichtung (24) ist von der Logik vorrichtung (38) steuerbar;
d) die Logikvorrichtung (38) berechnet aus mindestens zwei zeitlich hintereinander liegenden, fallenden Drücken des Zwischenspeichers (23) den Druck in der Körperhöhle;
e) die Druckanzeige (43) ist von der Logikvorrichtung (38) gesteuert.

2. Insufflationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ventil vorrichtung (21; 47) ein ZU-AUF-Ventil ist.

3. Insufflationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ventil vorrichtung (24) ein ZU-AUF-Ventil ist.

4. Insufflationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenspeicher (23) starr ist.

5. Insufflationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsleitung zu einem Verzweigungspunkt führt, daß mindestens zwei Zweige aus Ventilvor richtungen (21; 47, 24; 21; 48, 28) und Zwischenspeicher (23; 27) parallel zueinander liegen und über einen Ver einigungspunkt (29) in die Ausgangsleitung übergehen und daß die Ventilvorrichtungen auch der zweiten, dritten usw. Zweige mit der Logikvorrichtung (38) verbunden sind und daß die Ventilvorrichtungen der Zweige zeitperiodenmäßig versetzt ansteuerbar sind.

6. Insufflationsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Zwischen speicher (27) des zweiten, dritten usw. Zweigs über Druck-Spannungswandler (40) mit der Logikvorrichtung (38) verbunden sind.

7. Insufflationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die AUF-ZU-Zeit der Ventilvorrichtung (21; 47 bzw. 24) variabel ist.

8. Insufflationsgerät nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß um so mehr Befüllzyklen für den Zwischenspeicher (23) vorgesehen sind, je weniger der in der Körperhöhle zu erreichende Druck erreicht ist (und umgekehrt).

9. Insufflationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikvorrichtung (38) eine Gas-Mengenanzeige (44) steuert.

10. Insufflationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der zweiten Ventilvorrichtung (24) ein Pufferspeicher vorgesehen ist.