DE69421627T2

DE69421627T2 - Durch eine infusionspumpe geregeltes injektionsverfahren

Info

Publication number: DE69421627T2
Application number: DE69421627T
Authority: DE
Inventors: Fabien Viallet
Original assignee: Zambon SpA
Current assignee: Zambon SpA
Priority date: 1993-12-29
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 2000-05-31
Anticipated expiration: 2014-12-29
Also published as: NO962754L; CA2179276A1; DE69421627D1; NO310061B1; AU1419995A; US5695464A; PT737080E; JP3589300B2; WO1995017914A1; GR3032588T3; KR970700043A; EP0737080B1; ATE186465T1; KR100335881B1; ES2141327T3; JPH09508821A; FR2714293A1; FR2714293B1; EP0737080A1; DK0737080T3

Description

Technischer Bereich

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gesteuerten Injizieren von Flüssigkeit in einen Schlauch, der in einem System verwendet wird, das folgendes aufweist: eine Quelle für die zu injizierende Flüssigkeit, die mit dem Schlauch eingangsseitig von diesem verbunden ist, eine Pumpe, die durch auf den Schlauch ausgeübten Druck wirkt, um die von der Flüssigkeitsquelle kommende Flüssigkeit auf die Ausgangsseite des Schlauchs zu zu injizieren, einen rotierenden Gleichstrommotor zum Betätigen der Pumpe und zum Erhalten einer Menge von injizierter Flüssigkeit, die von dem Winkel abhängig ist, um dem sich der Motor gedreht hat, und eine Einheit zur Steuerung des Motors, wobei dieser Motor auf die Steuereinheit Impulse überträgt, deren Frequenz zu seiner Geschwindigkeit proportional ist.

Stand der Technik

Immer mehr Krankheiten der Menschen werden durch Injizieren einer Arzneimittelsubstanz in den Körper des Patienten behandelt. So ist es bei der Behandlung der Diabetes notwendig, dem Patienten regelmäßige Insulin-Injektionen zu verabreichen. Andere Krankheiten wie Krebs werden ebenfalls durch Injizieren von Arzneimittelsubstanzen behandelt. Regelmäßige Injektionen mit der Nadel und der Spritze stellen jedoch zahlreiche Probleme wie die zu gewährleistende Regelmäßigkeit der Injektionen und vor allem die Hautschäden, die verursacht werden, wenn viele Injektionen vorgenommen werden.
Die Lösung war deshalb für den Patienten die Durchführung einer kontinuierlichen Behandlung mit einer Infusionsnadel, die am Eintritt des dem Patienten implantierten Katheters bleibend angeordnet ist, und zwar im allgemeinen mit Hilfe einer an eine Pumpe angeschlossenen implantierten Kammer.
Die durch diese Technik erzielte Verbesserung bestand darin, daß der Patient die Pumpe in einer Tasche oder an einem Gürtel eingehängt bei sich trägt. Die durch einen kleinen Elektromotor angetriebene Pumpe injiziert kontinuierlich die Arzneimittelsubstanz in den Katheter und liefert damit dem Patienten die erforderliche Chemotherapie, ohne fortwährend Injektionen mit Nadel und Spritze vornehmen zu müssen.
Welches mechanische System auch immer für Pumpen zum Injizieren einer Arzneimittelsubstanz verwendet wird (Peristaltik, Nutation, Finger, Nocken...), eine kontinuierliche Injektion besteht in einer Fragmentierung des abzugebenden Volumens in kleine Mengen, die in regelmäßigen Abständen injiziert werden. Diese Fragmentierungstechnik ist erforderlich, da die injizierten Volumen bei im all gemeinen langen Zeitdauern klein sind, und zwar vor allem wenn es sich um ambulante tragbare Systeme handelt. Das Verfahren zur Annäherung an einen kontinuierlichen Betrieb ist immer dasselbe: die Pumpe injizert in den mit der Infusionsnadel verbundenen Schlauch eine stets identische Menge Arzneimittelsubstanz, Bolus genannt, beispielsweise 25 um oder 50 um. Nur die Fragmentierungsperiode kann geändert werden, so daß man eine mehr oder wenige lange Behandlungszeit erhält.
Diese Methode hat den Vorteil, daß sie eine relativ einfache Steuerung des Motors erfordert. Aber sie hat den Nachteil, daß die pharmakokinetischen Ergebnisse nicht immer an die Behandlung angepaßt sind. Da nämlich der Minimumbolus feststeht, erfordert eine Injektion eines kleinen Volumens (50, 100 ml) einer Arzneimittelsubstanz, die über eine lange Zeit hinweg (4 oder 5 Tage) stattfinden soll, notwendigerweise lange Fragmentierungszeiten. Wenn die Behandlung eine Injektion von 100 ml während 5 Tagen verlangt, beträgt der theoretische Durchsatz 0,83 ml/h oder 13,88 ul/min. Da das System aber einen Bolus von 50 ul liefert, ist eine Zeit von 3 min 36 s erforderlich, d. h. das System liefert alle 3 min 36 s eine Menge von 50 ul.
Diese Steuerungsart ergibt in pharmakokinetischer Hinsicht keine guten Ergebnisse, da die Infusion sich in einer starken Fluktuation der Konzentration des injizierten Produkts zwischen zwei Injektionen äußert, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Hei jeder Injektion, die auf der ersten Graphik durch Impulse dargestellt wird, die durch eine Fragmentierungszeit getrennt sind, nimmt die Konzentration der in den Organismus des Patienten injizierten Arzneimittelsubstanz bis zu einem Maximumwert Cmax zu. Dann nach dieser Injektion und bis zur folgenden, nimmt die Konzentration bis zu einer Minimumkonzentration Cmin ab.
Um das Verhältnis Cmax/Cmin maximal zu verringern, muß man die Injektionen so weit wie möglich, einander nähern, was die Injizierung von kleineren Einzelboli und eine kürzere Fragmentierungszeit ergibt. Dies ist nur mit mechanischen Systemen vom "kontinuierlichen Typ" erreichbar, die eine Motorsteuerung besitzen, die so ausgebildet ist, daß annehmbare Genauigkeiten erreicht werden. In Abhängigkeit von den verlangten Durchsätzen muß man die beiden Parameter Bolus und Fragmentierungszeit oder nur den Bolus variieren können, wenn die gewählte Zeit in allen Fällen akzeptabel ist.
Dieser Steuerungstyp erfordert aber bei jeder Injektion eine hohe Genauigkeit, was die Notwendigkeit mit sich bringt, über eine Hardware mit großen Abmessungen und eine komplizierte Software (vom Typ PID) für eine Stellungs- und/oder Geschwindigkeitsregelung zu verfügen. Die Hardware, da sie schwer ist und große Abmessungen hat, und die Software, da sie viel CPU-Zeit benötigt, sind beide große Energieverbraucher, was absolut nicht an tragbare Pumpen angepaßt ist, die für die Versorgung der gesamten Anlage nur über Batterien verfügen.
Aus diesem Grund hat man versucht, Infusionsmethoden mit Hilfe von ambulanten Pumpen zu verwenden, die eine Steuerung und Regelung der Injizierung der Flüssigkeit gestatten, indem in jeder Betriebsphase eine Korrektur vorgenommen wird, die auf der während der vorhergehenden Betriebsphase injizierten Flüssigkeitsmenge basiert. So beschreibt das Patent EP-A-285.403 eine Infusionspumpe, bei der ein Verfahren verwendet wird, bei dem man die Anzahl von Impulsen zählt, wenn der Motor versorgt wird, und die Anzahl von Impulsen nach Unterbrechung der Versorgung bis zum vollständigen Stillstand des Motors. Man addiert diese beiden Zahlen, um die tatsächlich erhaltene Gesamtzahl von Impulsen mit der theoretischen Impulszahl zu vergleichen, die bei der betreffenden Betriebsphase hätte erhalten werden sollen. Die Differenz wird dann bei der darauffolgenden Betriebsphase berücksichtigt. Leider gestattet diese Methode jedoch nicht die Reduzierung der absoluten Abweichung auf null oder einen Wert nahe null, da man keine zeitlich homogene Abgabe der vom Motor auf die Pumpe übertragenen Impulse erhält.

Zusammenfassung der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es zunächst, ein Verfahren zum Injizieren einer Flüssigkeit in einen Schlauch zu schaffen, mit dem eine im wesentlichen zeitlich homogene Abgabe der Flüssigkeit erreicht werden kann.
Ziel der Erfindung ist es ferner, ein Verfahren zum Injizieren von Flüssigkeit in einen Schlauch mit Hilfe eines Motors zu schaffen, der einer Pumpe Impulse liefert, indem in jeder Betriebsphase eine Korrektur angelegt wird, die eine Reduzierung der absoluten Abweichung auf einen Wert nahe null gestattet.
Ziel der Erfindung ist es ferner, ein Verfahren zum Injizieren einer Arzneimittelsubstanz mit Hilfe einer ambulanten Pumpe zu schaffen, mit der ein Verhältnis zwischen der maximalen Konzentration der Substanz im Organismus des Patienten und ihrer minimalen Konzentration von sehr nahe bei 1 erreicht werden kann.
Gegenstand der Erfindung ist deshalb ein Verfahren, das durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist, die in jeder Betriebsphase des Motors durchgeführt werden: die vom Motor übertragenen Impulse zählen und ein Signal zur Unterbrechung der Versorgung des Motors liefern, wenn die Impulszahl einen Sollwert Vn erreicht, die Anzahl m der vom Motor zwischen der Unterbrechung seiner Versorgung und seinem Stillstand übertragenen Impulse zählen, die Summe Vn + m bilden und sie zur Gesamtsumme Nn der seit der ersten Inbetriebnahme des Motors angesammelten Impulse addieren, von dieser so gefundenen Summe Nn einen theoretischen Wert abziehen, der gleich dem Produkt aus einer vorbestimmten Zahl und n ist, so daß man eine algebraische Abweichung erhält, und den Sollwert durch einen neuen Wert ersetzt, der von der Differenz zwischen dieser vorbestimmten Zahl und der algebraischen Abweichung abhängig ist, so daß diese algebraische Abwei chung in jeder Betriebsphase des Motors annähernd dieselbe ist. Dieser neue Wert ist in jeder Betriebsphase gleich der Differenz zwischen dieser vorbestimmten Zahl und einer Zahl, die gleich der Summe der algebraischen Abweichung und einer vorbestimmten Konstante ist, die definiert ist als die mittlere Anzahl von Impulsen, die von dem Motor zwischen der Unterbrechung seiner Versorgung und seinem Stillstand übertragen wurde, wenn die Gesamtzahl vom Motor übertragener Impulse gleich der vorbestimmten Zahl ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Zum besseren Verständnis der Ziele, der Gegenstände und der Merkmale der Erfindung folgt eine Beschreibung, in der auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird. In dieser Zeichnung zeigen:
Fig. 1 Zeitdiagramme der Impulse der Injektion einer Arzneimittelsubstanz und der daraus sich ergebenden Substanzkonzentration im Organismus des Patienten,
Fig. 2 eine Darstellung der Kurven der Bedienung des Motors, der vom Motor zurückübertragenen Impulse und der Geschwindigkeit des Motors in einem Zeitdiagramm,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung eines Mikrosteuergeräts und
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung eines Mikroprozessors.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Wie oben erwähnt wurde, besteht eines der Ziele der Erfindung darin, ein Verhältnis der Maximum- und der Minimumkonzentration der Arzneimittelsubstanz im Organismus des Patienten zu erreichen, das möglichst nahe bei 1 ist.
Um dieses Ergebnis zu erreichen, ist es zweckmäßig, zuvor die Arbeitsweise eines Gleichstrommotors zu verstehen, wie er zur Steuerung der Pumpe verwendet wird (Fig. 2). Ganz allgemein, wenn der Motor in der mit der Kurve 1 dargestellten Betriebsphase ist, überträgt er Kodiererimpulse auf die Steuereinheit.
Wenn der Motor, wie mit der Kurve II dargestellt ist, in Gang gesetzt wird, beschleunigt er, bis er nach einer gewissen Zeit seine Nenngeschwindigkeit Vn erreicht, wie auf der Kurve III dargestellt ist. Dann bleibt er bis zur Unterbrechung der Versorgung auf dieser Nenngeschwindigkeit. Von dieser Unterbrechung an verlangsamt er bis zu seinem vollständigen Stillstand. Es findet also durch den Motor eine Übertragung von Impulsen während der ganz Zeit statt, in der er bedient wird, aber auch während seiner Verlangsamungsphase nach Unterbrechung der Versorgung. Um zu verhindern, daß die Konzentration der Arzneimittelsubstanz zu stark absinkt, muß logischerweise die Fragmentierungszeit verringert werden (vgl. Fig. 1), wobei gleichzeitig die bei jeder Inbetriebnahme des Motors injizierte Arzneimittelsubstanz verringert wird. Wie jedoch Fig. 2 zu entnehmen ist, besitzt der Motor nach dem Ende seiner Bedienung eine Verlangsamungsphase, wäh rend der die Pumpe weiterhin das Arzneimittel injiziert und die man unmöglich mit Genauigkeit kennen kann, es sei denn man setzt die bereits erwähnten komplizierten Mittel ein, die mit einer tragbaren Pumpe nicht vereinbar sind. Je mehr die Fragmentierungszeit reduziert wird, umso mehr erhöht sich die Inbetriebnahmefrequenz des Motors und umso mehr erhöht sich der durch die Verlangsamungsphasen des Motors verursachte Genauigkeitsabweichung in der injizierten Menge.
Das Prinzip der Erfindung besteht also darin, daß die Betriebsdauer des Motors bei jeder Inbetriebnahme so gesteuert wird, daß die zuvor kumulierte Abweichung kompensiert wird, und zwar durch die Übertragung der (durch einen optischen oder magnetischen Kodierer erzeugten) Impulse durch den Motor auf die Steuereinheit.
Zunächst legt man eine kurze Fragmentierungszeit fest, die ein zu starkes Absinken der Konzentration der Arzneimittelsubstanz verhindert. Im allgemeinen muß man diese Zeit deutlich unter der Halbwertzeit der injizierten Substanz wählen. In Kenntnis des zu injizierenden Gesamtvolumens bestimmt man das in jeder Periode zu injizierende Grundvolumen, d. h. den Bolus. Dieses Grundvolumen läßt sich leicht in eine Anzahl von Impulsen des Kodierers umwandeln, da man das pro Motorumdrehung abgegebene Volumen und damit das bei jedem Impuls injizierte Volumen kennt. Man kennt also die dem Betrieb des Motors entsprechende theoretische Impulszahl in jeder Fragmentierungsperiode. Das Verfahren besteht also darin, daß man bei jeder Inbetriebnahme des Motors die theoretische Impulszahl der Motorbedienung durch die absolute Abweichung der kumulierten Impulszahl berichtigt (eine Abweichung, die durch die Verlangsamungsphase des Motors erzeugt wird, deren Dauer unmöglich mit Genauigkeit bestimmt werden kann), so daß man einen Sollwert der Motorbedienung erhält (ausgedrückt in einer Impulszahl).
Das folgende Beispiel dient zum besseren Verständnis des Prinzips der Erfindung. Es sei angenommen, daß die für die Behandlung gewählte Fragmentierungsperiode die Festlegung einer theoretischen Anzahl von 10 Impulsen gestattet hat, während denen der Motor in jeder Betriebsphase M bedient werden muß.
Die einzelnen variablen Werte (Sollwert, relative Abweichung, absolute Abweichung...) während der Betriebsphasen sind in Tabelle I aufgeführt.
In jeder Betriebsphase ist der Sollwert gleich 10 (theoretische Zahl der Motorbedienung) minus der Abweichung von der für die Einhaltung der Chronotherapie gewünschten Gesamtimpulszahl. So beträgt in Phase 2 der Sollwert 6, da die Abweichung 4 betrug. In Phase 3 beträgt der Sollwert 7, da die Abweichung 3 betrug usw.. Betrachtet man die Tabelle, so sieht man, daß die kumulierte Abweichung bestrebt ist, sich auf 4 oder, allgemeiner, zwischen 3 und 5 zu stabilisieren. Eine solche Abweichung entspricht am Behandlungsende einigen hundert Nanolitern, was also, verglichen mit 50 oder 100 injizierten ml, vernachlässigbar ist. Es ist zu bemerken, daß diese Abweichung mit dem Trägheitsmoment des Motors, d. h. also mit der bei der Unterbrechung der Versorgung des Motors vom Motor erreichten Geschwindigkeit, direkt verbunden ist.
Die Zahlen des vorstehenden Beispiels zeigen, daß die absolute Abweichung faktisch gleich der relativen Abweichung ist (Anzahl der vom Motor während der Verlangsamungsphase zurückgesendeten Impulse). Dies ist auf folgendes zurückzuführen:
Wenn Nn die Anzahl der in der Phase n kumulierten Impulse, Vn der Sollwert und en die relative Abweichung in der Phase n ist, so ist die in der Phase n kumulierte Impulszahl gleich
Nn = Nn-1 + Vn + en
und damit ist die absolute Abweichung in der Phase n gleich
En = Nn - 10.n
das heißt
En = Nn-1 + Vn + en - 10.n
und da der Sollwert bei jeder neuen Phase errechnet wird, indem man die vorhergehende absolute Abweichung von 10 abzieht, erhält man
Vn = 10 - [Nn-1 -10.(n-1)]
Vn = 10.n - Nn-1
daraus zieht man
En = en
In jeder Phase ist also die absolute Abweichung gleich der relativen Abweichung, d. h. der Impulszahl der Verlangsamungsphase des Motors.
Wie oben erwähnt wurde, ist die vom Motor zurückübertragene Impulszahl kein Wert, der mit Sicherheit festgelegt werden kann. Es ist jedoch möglich, den annähernden Wert zu kennen. Deshalb kann das oben beschriebene Verfahren verbessert werden, indem in die Berechnung des Sollwerts ein vorbestimmter Berichtigungswert eingeführt wird. Der Sollwert ist in jeder Phase gleich der theoretischen Impulszahl minus der vorhergehenden absoluten Abweichung, zu der man eine vorbestimmte Konstante addiert, mit der eine Gesamtimpulszahl (einschließlich der Verlangsamungsphase) erreicht werden kann, die annähernd gleich der theoretischen Zahl ist. Geht man wieder von einem theoretischen Wert von 10 Impulsen in jeder Betriebsphase aus und nimmt eine Berichtigungskonstante von 4, so ergeben sich die in der nachstehenden Tabelle II angeführten Werte der verschiedenen Variablen (Sollwert, relative Abweichung, absolute Abweichung...) während der Betriebsphasen.
Auch hier stellt man bei der Berechnung der absoluten Abweichung fest, daß diese sich direkt von der relativen Abweichung ableitet.
Wenn Nn die in der Phase n kumulierte Impulszahl ist, W der Sollwert und en die relative Abweichung in der Phase n, so ist die in der Phase n kumulierte Impulszahl gleich
Nn = Nn-1 + Vn + en
und damit ist die absolute Abweichung in der Phase n gleich
En = Nn - 10.n
d. h.
En = Nn-1 + Vn + en - 10.n
und da der Sollwert in jeder neuen Phase berechnet wird, indem man die vorhergehende absolute Abweichung plus der Konstante 4 von 10 abzieht, erhält man
Vn = 10 - [Nn-1 -10.(n-1)] - 4
Vn = 10.n - Nn-1 - 4
daraus zieht man
En = en - 4
Man stellt also fest, daß es auch hier genügt, die relative Abweichung der vorhergehenden Phase zu betrachten, um den Sollwert für jede Phase zu berechnen, außer bei der ersten Phase, in der der Sollwert gleich der theoretischen Impulszahl minus der vorbestimmten Konstante ist.
Zur Verbesserung des Verfahrens können mehrere Versorgungsspannungen des Motors vorgesehen werden, die ausgewählt werden können, was einen größeren Verwendungsbereich ergibt. Je kleiner nämlich die Spannung ist, um so weniger groß ist infolge einer niedrigeren Nenngeschwindigkeit die Abweichung.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung steuert der mit 5 V versorgte Gleichstrommotor die Pumpe mit einer Untersetzung von 1/27 und einen optischen Kodierer, der 16 Impulse pro Motorumdrehung liefert.
Bei solchen Kenngrößen der Pumpe, daß die bei jeder Pumpenumdrehung injizierte Flüssigkeitsmenge 25 ul beträgt, beträgt nun die bei jedem Impuls injizierte Menge 25 ul/27 · 16 = 57,87 nl.
Wenn man eine Fragmentierungsperiode von 5 s wählt, d. h. wenn der Motor alle 5 s in Betrieb gesetzt wird, und wenn man eine theoretische Impulszahl von gleich 10 in jeder Betriebsphase nimmt, beträgt die pro Stunde injizierte Arzneimittelsubstanzmenge
57,87 nl · 720 = 416,66 ul
Mit derselben Pumpe, jedoch mit einer theoretischen Impulszahl von gleich 20, erhält man eine Stundenmenge von 883,32 ul. So ist es bei gleichbleibender Fragmentierungsperiode, jedoch mit der Wahl einer anderen theoretischen Impulszahl, möglich, die Chronotherapie an die gewünschte Behandlung anzupassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann allgemein mit Hilfe des in Fig. 3 gezeigten Systems implementiert werden. Die Steuereinheit ist ein Mikrosteuergerät, das dem Motor 12 die Versorgung V über einen Schalter 14 liefert. Im Mikrosteuergerät ist der Wert der in jeder Betriebsphase des Motors abzugebenden theoretischen Impulszahl gespeichert. Bei Beginn einer Betriebsphase sendet das Mikrosteuergerät auf der Leitung 16 ein Freigabesignal, um den Schalter 14 zu schließen und den Motor 12 zu versorgen. Der Kodierer 18 sendet dem Mikrosteuergerät 10 Impulse zurück. Diese werden vom Sollwert bis zum Wert 0 abgezählt. Bei diesem Wert hört das Mikrosteuergerät auf, auf der Leitung 16 das Freigabesignal zu senden, und der Motor ist nicht mehr versorgt. Während der Verlangsamungsphase werden die vom Kodierer übertragenen Impulse gezählt, um die relative Abweichung zu bestimmen, die dazu dient, die absolute Abweichung und den neuen Sollwert zu berechnen, die bei der folgenden Betriebsphase anzuwenden sind.
Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kann mit dem in Fig. 4 gezeigten System ausgeführt werden. Bei dieser Ausführung ist die Steuereinheit einfach ein Mikroprozessor 20. Auf dieselbe Weise wie im vorhergehenden wird die Versorgungsspannung dem Motor 22 über einen Schalter 24 geliefert. Ein Vorwärts- Rückwärts-Zähler 26 erhält seine Daten vom Mikroprozessor 20 oder überträgt sie auf diesen über einen 8-Bit-Bus 28, wobei das Lesen oder Schreiben mit Hilfe von Steuerleitungen 30 gesteuert wird. Beim Anlauf einer Betriebsphase des Motors wird der Sollwert von gleich einer theoretischen Impulszahl minus einer vorbestimmten Konstante in den Vorwärts-Rückwärts-Zähler 26 geladen. Da der Ausgang 32 dieses Zählers nur aktiviert ist, wenn der Zähler leer ist, ist er also auf 0 und am Ausgang des Umkehrgliedes 34 wird eine 1 geliefert, was die Schließung des Schalters 24 bewirkt, der die Versorgung des Motors 22 gestattet. Infolgedessen überträgt der Kodierer 36 Impulse. Da der Ausgang des Umkehrglieds 34 auf 1 ist, ist das UND-Glied 38 leitend, während das UND-Glied 40, das von der Leitung 32 eine 0 empfängt, gesperrt ist. Die vom Kodierer 36 übertragenen Impulse werden als über das UND-Glied 38 dem Abzähleingang DEC des Vorwärts-Rückwärts- Zählers 26 zugeführt. Wenn der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 26 den Wert 0 erreicht, wird auf der Leitung 32 ein Signal 1 gesendet, das das UND-Glied 40 leitend macht, aber das UND-Glied 38 sperrt, da der Ausgang des Umkehrgliedes 34 auf 0 ist. Außerdem öffnet, der auf 0 befindliche Ausgang des Umkehrglieds 34 den Schalter 24 und unterbricht die Versorgung des Motors 22. Die Impulse, die der Kodierer 36 während der Verlangsamungsphase des Motors liefert, werden also über das UND-Glied 40 dem Zähleingang COM des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 26 geliefert. Am Ende der Verlangsamungsphase wird der vom Zähler 26 erreichte Wert, der vom Mikroprozessor 20 über den Bus 28 gelesen wird, von der theoretischen Impulszahl (in den vorstehenden Beispielen 10) abgezogen, so daß man einen neuen Sollwert erhält, der beim Anlaufen der darauffolgenden Phase in den Vorwärts- Rückwärts-Zähler 26 zu laden ist.
Die zur Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in das in Fig. 4 dargestellte System erforderliche Software ist sehr einfach. Zunächst werden nämlich die Konstanten des Systems geliefert, und zwar:
- das pro Motorumdrehung injizierte Volumen
- die Anzahl Impulse pro Motorumdrehung.
Ausgehend von diesen Konstanten bestimmt die Software einfach in Abhängigkeit von der Dauer der Behandlung und von dem während der Behandlung abzugebenden Gesamtvolumen die in jeder Periode zu erzeugende Impulszahl, d. h. den Sollwert
IZP = Impulszahl pro Periode
Die Software setzt sich dann einfach aus den folgenden Befehlen zusammen, die in jeder Betriebsphase des Motors ablaufen:
- Lesen des Zählers → Abweichung (ABW)
- Nullstellen des Zählers
- Errechnen IZP - ABW = SW (Sollwert)
- Laden von SW in den Rückwärtszähler
Wenn man den Sollwert in der ersten Phase um einen Berichtigungswert verringert, um den Wert der Abweichung zu verringern, wie oben erwähnt wurde, muß man den Sollwert der Variablen IZP nicht mehr auf einen Wert bringen, der gleich der pro Periode zu erhaltenden Impulszahl ist, sondern gleich dieser Zahl minus dem Berichtigungswert.
Zur Verbesserung des mit Hilfe des Systems von Fig. 4 ausgeführten Verfahrens kann man eine Selbstanpassungssoftware einfügen. Da nämlich die Parameter je nach Anwendung verschieden sein können (großer Durchsatz, kleiner Durchsatz...) und da die verwendeten Bauteile (Silikonschlauch, Motor, Untersetzungsverhältnis...) verschieden sein können, erhält man eine Reaktion des Motors, die sich in einer Impulszahl nach der Unterbrechung der Versorgung äußert, die je nach Fall verschieden ist.
Die Selbstanpassungssoftware besitzt zunächst eine Lernsequenz, in deren Verlauf man die nach der Unterbrechung der Versorgung des Motors erzeugte Impulszahl für ansteigende Sollwerte bestimmt.

Sollwert Impulszahl während der Verlangsamung

1 Impuls n&sub1;
10 Impulse n&sub1;&sub0;
50 Impulse n&sub5;&sub0;
100 Impulse n&sub1;&sub0;&sub0;
200 Impulse n&sub2;&sub0;&sub0;
500 Impulse n&sub5;&sub0;&sub0;
Man bestimmt den Wert ni für eine so große Anzahl i von Impulsen, daß der Motor seine Nenngeschwindigkeit erreicht. Die maximale Impulszahl kann 200, 500 oder auch 1000 sein,
Dann nimmt die Software ausgehend von den Werten n&sub1;, n&sub1;&sub0;, n&sub5;&sub0;... eine lineare Interpolation bei jedem Paar von zwei aufeinanderfolgenden Sollwerten vor, so daß eine Zahl n für einen beliebigen Sollwert bestimmt wird.
Die auf diese Weise bestimmten Werte ni werden bei einer Infusion benutzt, um die vom theoretischen Sollwert abzuziehende Konstante zu bestimmen, um daraus den tatsächlichen Sollwert zu erhalten, der bei jeder Betriebsphase des Motors anzuwenden ist.
Man kann jedoch auch noch eine dritte Phase der Selbstanpassungssoftware vorsehen, die darin besteht, daß eine Tabelle aufgestellt wird, in der der anzuwendende Sollwert bestimmt wird, indem man vom theoretischen Sollwert die entsprechende Impulszahl abzieht, die man in der Lernsequenz der Software erhalten hat. Auf diese Weise enthält die erhaltene Tabelle den Wert der relativen Abweichung, der für jeden theoretischen Sollwert anzuwenden ist, wie er in der vorstehenden Tabelle II aufgeführt ist.
Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren in der bevorzugten Ausführungsform zum Teil mit Hilfe einer Software (im Mikroprozessor von Fig. 4) und zum Teil mit Hilfe von Hardware implementiert ist, liegt es im Bereich des Fachmanns, dieses Verfahren nur mit Hilfe von logischen Schaltungen zu implementieren. Angesichts des Fortschritts der Miniaturisierung von Halbleiter-Vorrichtungen ist es jedoch zweckmäßiger, die Leistung eines Mikroprozessors zu verwenden, um gewisse Funktionen mit Hilfe einer Software auszuführen.

Claims

1. Verfahren zum gesteuerten Injizieren von Flüssigkeit in einen Schlauch in einem Injektionssystem, das folgendes aufweist: eine Quelle für die zu injizierende Flüssigkeit, die mit dem Schlauch eingangsseitig verbunden ist, eine peristaltische Pumpe, die durch Druck auf den Schlauch einwirkt, um die von der Flüssigkeitsquelle kommende Flüssigkeit auf die Ausgangsseite des Schlauchs zu zu injizieren, einen rotierenden Gleichstrommotor (12, 22) zum Betätigen der Pumpe während der aufeinanderfolgenden Betriebsphasen und zum Erhalten einer Menge von in den Schlauch injizierter Flüssigkeit, die von dem Winkel abhängig ist, um den sich der Motor gedreht hat, und eine Einheit (10, 20) zur Steuerung des Motors, wobei dieser Motor auf die Steuereinheit Impulse überträgt, deren Frequenz zu seiner Geschwindigkeit proportional ist, wobei dieses Verfahren aus den folgenden Schritten besteht, die von der Steuereinheit bei jeder Betriebsphase n des Motors ausgeführt werden:

die vom Motor übertragenen Impulse zählen und ein Signal zur Unterbrechung der Versorgung des Motors liefern, wenn die Impulszahl einen Sollwert Vn erreicht,

die Anzahl m der vom Motor zwischen der Unterbrechung seiner Versorgung und seinem Stillstand übertragenen Impulse zählen,

die Summe Vn + m bilden und sie zur Gesamtsumme Nn der seit der ersten Inbetriebnahme des Motors angesammelten Impulse addieren,

von dieser so gefundenen Summe Nn einen theoretischen Wert abziehen, der gleich dem Produkt aus einer vorbestimmten Zahl und n ist, so daß man einen algebraischen Fehler erhält, und

den Sollwert durch einen neuen Wert ersetzen, der von der Differenz zwischen dieser vorbestimmten Zahl und dem algebraischen Fehler abhängig ist, so daß dieser algebraische Fehler bei jeder Betriebsphase des Motors annähernd derselbe ist,

dadurch gekennzeichnet, daß dieser neue Wert bei jeder Betriebsphase gleich der Differenz zwischen dieser vorbestimmten Zahl und einer Zahl ist, die gleich der Summe des algebraischen Fehlers und einer vorbestimmten Konstante ist, die definiert ist als die mittlere Anzahl von Impulsen, die von dem Motor (12, 22) zwischen der Unterbrechung seiner Versorgung und seinem Stillstand übertragen wurde, wenn die Gesamtzahl vom Motor übertragener Impulse gleich der vorbestimmten Zahl ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Sollwert m bei der ersten Ingangsetzung des Motors (12, 22) auf einen Wert eingestellt wird, der gleich dieser vorbestimmten Zahl abzüglich der vorbestimmten Konstante ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die vorbestimmte Konstante durch die Steuereinheit (10, 20) vor der Injektion der Flüssigkeit automatisch bestimmt wird, wobei die Parameter der durchzuführenden Injektion und die Merkmale der Pumpe und des rotierenden Motors zum Zeitpunkt der Injektion berücksichtigt werden.

4, Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Steuereinheit (10, 20) eine Selbstanpassungssoftware besitzt, die während einer der Infusion vorangehenden Lernsequenz die Anzahl von Impulsen, die vom Motor zwischen der Unterbrechung seiner Versorgung und seinem Stillstand übertragen werden, für alle möglichen theoretischen Sollwerten bestimmt.

5. Infusionssystem zum Injizieren einer Arzneimittelsubstanz in einen in den Körper eines Patienten implantierten Katheter mit Hilfe einer Pumpe, die durch Druck auf einen Schlauch wirkt, der einerseits mit einem die Arzneimittelsubstanz enthaltenden Behälter und andererseits mit dem Katheter verbunden ist, und die durch einen Gleichstrommotor (12, 22) angetrieben wird, um eine in den Katheter injizierte Flüssigkeitsmenge zu erhalten, die von dem Winkel abhängig ist, um den sich der Motor gedreht hat, und zwar unter der Steuerung durch eine Steuereinheit (10, 20), wobei dem Motor ein Kodierer (18, 36) zugeordnet ist, der während des Betriebs des Motors auf die Steuereinheit Impulse überträgt, deren Frequenz zur Geschwindigkeit des Motors proportional ist, gekennzeichnet durch Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4.

6. Infusionssystem nach Anspruch 5, in dem die Steuereinheit einen Mikroprozessor (20) und einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler (26) aufweist, der bei Anlaufen des Motors (22) mit einem Sollwert geladen wird und der die vom Kodierer (36) übertragenen Impulse zurückzählt, bis sein Inhalt 250 erreicht, so daß ein Signal zur Unterbrechung der Versorgung des Motors geliefert wird, wobei der Vorwärts- Rückwärts-Zähler (26) die vom Kodierer gelieferten Impulse zählt, so daß man einen Fehler erhält, der vom Sollwert abzuziehen ist, um einen neuen Sollwert zu erhalten, der bei dem folgenden Anlauf des Motors verwendet wird.

7. System nach einem der Ansprüche 5 oder 6, in dem die Pumpe eine peristaltische Pumpe ist.