DE3009012A1 - Electronically controlled heart machine - has microprocessor which maintains constant ratio of pump pressure to systole time - Google Patents

Electronically controlled heart machine - has microprocessor which maintains constant ratio of pump pressure to systole time

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DE3009012A1 DE19803009012 DE3009012A DE3009012A1 DE 3009012 A1 DE3009012 A1 DE 3009012A1 DE 19803009012 DE19803009012 DE 19803009012 DE 3009012 A DE3009012 A DE 3009012A DE 3009012 A1 DE3009012 A1 DE 3009012A1
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Abstract

The pump of this heart machine has an electronic control circuit which maintains constant the slope of a curve relating pump pressure to systole time. For this purpose the fill/empty phases of the pump and its energy levels are measured and the differential quotient of the related curve is computed continually by a microprocessor, the result then being compared with pre-set reference values. This avoids the need for measuring biological parameters and makes possible optimisation during the filling and emptying phases. The optimisation circuit (9) includes a monitor (8, 17) which indicates max. displacement of the pump membrane, and amplifiers (19) for the operation of the dose control circuit (2, 7). Circuits (12, 3) measure the pump phases and power respectively. These circuits provide the data for the processor (4) the output of which is compared in a comparator (5) which provides the feed-back for the dose control (2).

Description

Vorrichtung zum Betrieb automatisch gesteuerter Kreislaufpumpen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Betrieb automatisch gesteuerter Kreislaufpumpen, bestehend aus einer Energiequelle, einer zur Kreislaufpumpe führenden Energieübertragungseinrichtung und einer innerhalb dieser liegenden Dosiereinrichtung. Device for operating automatically controlled circulation pumps the The invention relates to a device for operating automatically controlled Circulation pumps, consisting of an energy source, one leading to the circulation pump Energy transfer device and a metering device lying within this.

Die Probleme beim automatischen Betrieb künstlicher Kreislaufpumpen lassen sich in drei Gruppen teilen: 1. Einstellung der Steuerzeiten, 2. Einstellung der Antriebsgrößen und 3. Regelung eines, eventuell zweier Kreislaufparameter.The problems with the automatic operation of artificial circulation pumps can be divided into three groups: 1. Setting the control times, 2. Setting the drive variables and 3. control of one, possibly two circuit parameters.

Nur bei der unter Punkt 3 genannten Gruppe ist es per definitionem notwendig, biologische Kreislaufgrößen meßtechnisch zu verarbeiten. Betrachtet man den Stand der Technik, so sind Leistungen insbesondere in der nach Punkt 1 genannten Gruppe zu erkennen. Die automatische Regelung der Steuerzeiten - das englische Schlagwort lautet Timlng - wird aus mehreren Gründen bevorzugt durchgeführt. Zunächst ist in der Praxis der Bedienungsaufwand einer Anlage für den Betrieb von künstlichen Kreislaufpumpen insbesondere durch die ständige Einstellung der Steuerzeiten bedingt. Weiters ist für die wissenschaftliche Forschung gerade die Erarbeitung der Regelprozesse im Körper von besonderer Bedeutung und schließlich gibt es Unterstützungsmethoden des Kreislaufes, deren Funktion notwendigerweise von der richtigen Einstellung der Steuerzeiten abhängt. Letztgenannte Gruppe betrifft Methoden der ~Gegenpulsation", die insbesondere durch Einführung des intraaortalen Ballons besondere Bedeutung gewonnen hat. So beschreibt beispielsweise die AT-PS-Nr. 287175 eine spezielle Vorrichtung in Zusammenhang mit einer Ballonpumpe. Die Methode der Gegenpulsation ist dadurch gekennzeichnet, daß die Aktion der Pumpe während der Erschlaffungsphase des Herzens, der sogenannten Diastole, erfolgt. Daher ist es notwendig, eine solche Pumpe mit der natürlichen Herzaktion zu synchronisieren. Zu dem Zweck wird fast ausschließlich der QRS-Komplex aus dem EKG analysiert (siehe beispielsweise die AT-PS 334518).By definition, it is only for the group named under point 3 necessary to process biological cycle variables by measurement. If you look at the state of the art, services are in particular those mentioned in point 1 Recognize group. The automatic regulation of the control times - the English catchphrase reads Timlng - preferred for several reasons. First of all, in the practice of the operating effort of a system for the operation of artificial circulation pumps in particular due to the constant adjustment of the timing. Furthermore is for scientific research especially the development of the control processes in Bodies of special importance and finally there are support methods of the Circuit whose function necessarily depends on the correct setting of the timing depends. The latter group concerns methods the ~ counter pulsation ", which is particularly important due to the introduction of the intra-aortic balloon and the winner is. For example, the AT-PS no. 287175 a special device in connection with a balloon pump. The method of counter pulsation is thereby characterized that the action of the pump during the relaxation phase of the heart, the so-called diastole. Hence it is necessary to use such a pump synchronize the natural heart action. This is done almost exclusively for this purpose the QRS complex is analyzed from the EKG (see, for example, AT-PS 334518).

Zur automatischen Regelung einer solchen synchronisierten Steuerung sind Lo#sungsvorschläge bekannt, beispielsweise durch die AT-PS 333938. Freilaufende, also mit dem natürlichen Herz nicht synchronisierte Kreislaufpumpen müssen jedoch auch geregelt werden, einerseits aus Gründen der Effizienz solcher Pumpen - Totzeiten sollen vermieden werden - andererseits als Anpassung an die Notwendigkeit der Kreislaufversorgung, insbesondere dann, wenn das natürliche Herz entfernt wird. Zur automatischen Steuerung solcher freilaufender Kreislaufpumpen wurde in den letzten Jahren ein System entwickelt, bei dem Füll- und Auswurfdauer vom jeweiligen Abschlußwiderstand abhängen. Die Pumpe wird zyklisch stets voll gefüllt und entleert, eine fixe Pumpfrequenz gibt es dabei nicht. Diese Methode, die in der AT-PS 352 858 beschrieben wird. ist Voraussetzung für die vorliegende Erfindung, sie wird im folgenden als "Optimalsteuerung" bezeichnet.For the automatic regulation of such a synchronized control solution proposals are known, for example from AT-PS 333938. However, circulatory pumps that are not synchronized with the natural heart must also be regulated, on the one hand for reasons of the efficiency of such pumps - dead times should be avoided - on the other hand, as an adaptation to the need for circulatory supply, especially when the natural heart is removed. For automatic control A system of such free-running circulation pumps has been developed in recent years, the filling and ejection times depend on the respective terminating resistor. The pump is always full and emptied cyclically, there is a fixed pumping frequency not. This method, which is described in AT-PS 352 858. Condition for the present invention, it is hereinafter referred to as "optimal control".

Zu der unter Punkt 2 genannten automatischen Einstellung von Antriebsgrößen gibt es wesentlich weniger Ideen. Eine Vorrichtung zur Druckversorgung ventilgesteuerter Kreislaufpumpen wird beispielsweise in der AT-PS 289290 beschrieben. Automaten sind jedoch weitgehend unbekannt. Es entspricht jedoch dem Stand der Technik, daß die Leistung einer solchen Pumpe durch Verringerung der Energie variiert wird. Bei elektrischen oder elektrohydraulischen Antrieben wird die Energie ganz einfach durch Regelung des elektrischen Stromes durchgeführt, bei den pneumatischen oder hydraulischen Antriebssystemen läßt sich die Energie durch Variation des Treibdruckes dosieren.To the automatic setting of drive sizes mentioned under point 2 there are far fewer ideas. A device for pressure supply valve-controlled Circulation pumps is described, for example, in AT-PS 289290. Automatons are however largely unknown. However, it corresponds to the prior art that the The performance of such a pump is varied by reducing the energy. With electrical or electrohydraulic drives, the energy is simply regulated of the electric current, with the pneumatic or hydraulic Drive systems, the energy can be metered by varying the driving pressure.

Die unter Punkt 3 angegebene Problematik bei der automatischen Regelung wird von fast allen Arbeitsgruppen bearbeitet.The problem with the automatic control specified under point 3 is processed by almost all working groups.

Voraussetzung ist dabei die Meßmöglichkeit eines oder mehrerer Kreislaufparameter. Es entspricht dies der physiologischen Realität, da bekanntlich im Körper Druckrezeptoren insbesondere zur Registrierung des arteriellen Druckes bekannt sind. Da die Ankoppelung an ein biologisches Objekt grundsätzlich mit schweren Problemen verbunden ist, sind solche Forschungen in der Praxis noch wenig wirksam geworden. Es muß daher als besonderer Vorteil gelten, wenn Automaten in diesem Bereich o h n e Messung eines Kreislaufparameters arbeiten können.The prerequisite for this is the ability to measure one or more circulatory parameters. This corresponds to the physiological reality, since pressure receptors are known in the body are known in particular for registering arterial pressure. Because the docking a biological object is generally associated with serious problems such research has not yet become ineffective in practice. It must therefore be considered special Advantages apply when machines in this area without measurement of a circuit parameter can work.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine einfache Vorrichtung zur optimalen Eiinstellung der Antriebsgrößen einer künstlichen Kreislaufpumpe anzugeben, die ohne Messung eines Kreislaufparameters auskommt. Das zitierte Optimum ist schon aus plausiblen Gründen so zu verstehen, daß mit minimalem Energieaufwand und damit geringster mechanischer Belastung der künstlichen Blutpumpe ein maximaler Effekt erzeugt wird. Diese Aussage läßt sich wie folgt physikalisch definieren. Betrachtet man den Zusammenhang zwischen der Auswurfdauer einer künstlichen Kreislaufpumpe und der den Auswurf erzeugenden Energie, beispielsweise repräsentiert durch den Pumpdruck, so ist gemäß Fig. 1 ein hyperbelähnlicher Zusammenhang zwischen den beiden Parametern zu erkennen. Die Pumpenergie wirkt letztlich an die Membran der Kreislaufpumpe, die Energie ist notwendig, um das Pumpmembran zu bewegen und diese Kraft hängt bekanntlich von der Größe des Kreislauf widerstandes ab. Obwohl es, wie schon im letzten Absatz beschrieben, verschiedene Möglichkeiten der Aufbringung von Energie auf die Pumpmembran gibt (mechanische, hydraulische, pneumatische), gilt die im letzten Satz gesagte Aussage und damit der Bereich der im folgenden beschriebenen Erfindung für a 1 1 e Antriebsmethoden. Die Fig. 1 zeigt, daß je nach Höhe des Kreislaufwiderstandes unterschiedliche Energie zur Erzielung der gleichen Auswurfdauer erforderlich ist.The aim of the invention is to provide a simple device for optimal setting of the drive sizes a artificial circulatory pump indicate that does not require measurement of a circulatory parameter. The quoted optimum is to be understood for plausible reasons, that with minimal expenditure of energy and thus the lowest mechanical load on the artificial blood pump a maximum Effect is created. This statement can be physically defined as follows. If one considers the connection between the ejection time of an artificial circulatory pump and the energy producing the ejection, for example represented by the Pump pressure, according to FIG. 1, there is a hyperbola-like relationship between the two To recognize parameters. The pump energy ultimately acts on the membrane of the circulation pump, the energy is necessary to move the pump diaphragm and this force is known to depend on it on the size of the circulatory resistance. Although, as in the previous paragraph described various ways of applying energy to the pump membrane (mechanical, hydraulic, pneumatic), what was said in the last sentence applies Statement and thus the range of the invention described below for a 1 1 e drive methods. Fig. 1 shows that depending on the level of the circuit resistance different energy is required to achieve the same ejection time.

Demgemäß ist der erzielte Kreislaufdruck dann natürlich größer oder kleiner. In Kenntnis des in Fig. 1 angegebenen Zusammenhanges über die Dauer der Systole und der dafür notwendigen Energie kann es als unökonomisch bezeichnet werden, wenn eine Pumpe im fast waagrecht verlaufenden Teil des Zusammenhanges liegt. Das Kriterium der optimalen Energie liegt demgemäß in der Kenntnis des Anstieges (Tangens Alpha) im Zusammenhang zwischen Systolendauer und Pumpdruck. Die Erfindung besteht daher in einer Vorrichtung zur Konstanthaltung dieses Anstieges, repräsentiert durch den Differenzenquotienten zwischen Änderung der Systolendauer und Änderung der Pumpenergie mit Hilfe einer einfachen Regelungseinrichtung.Accordingly, the circuit pressure achieved is then of course greater or smaller. Knowing the relationship given in Fig. 1 over the duration of the Systole and the energy required for it can be described as uneconomical, if a pump is in the almost horizontal part the context lies. The criterion of the optimal energy is accordingly the knowledge of the increase (Tangent Alpha) in the relationship between the duration of the systole and the pump pressure. The invention therefore consists in a device for keeping this rise constant, represented by the difference quotient between the change in the systolic duration and the change the pump energy with the help of a simple control device.

Die Erfindung ist zunächst gekennzeichnet durch die schon zitierte Optimalsteuerung der Pumpe, weiters durch sowohl einen Teilzeitmesser zur Messung der Dauer der Füll-und/oder Auswurfphase, als auch ein elektrisches Meßgerät zur Messung der an der Pumpe wirksamen Energie. Diese beiden Meßwerte werden einer Rechnerschaltung zur Bildung des Differenzenquotienten zugeführt. Die Erfindung besteht weiters aus einem Regelkreis, bestehend aus einem Sollwertgeber zur manuellen Wahl eines bestimmten Differenzenquotiente einem den Sollwert mit dem Wert des gemessenen Differenzenquotienten vergleichenden Komparators, dessen Ausgänge die Dosiereinrichtung bei zu großem Differenzenquotienten hinsichtlich einer Energieerhöhung, bei zu kleinem Differenzenquotienten hinsichtlich einer Energieerniedrigung regeltechnisch steuern.The invention is initially characterized by that already cited Optimal control of the pump, furthermore by both a part-time meter for measuring the duration of the filling and / or ejection phase, as well as an electrical measuring device for Measurement of the effective energy at the pump. These two measured values are sent to a computer circuit supplied to form the difference quotient. The invention further consists of a control circuit consisting of a setpoint generator for manual selection of a specific one Difference quotient a setpoint with the value of the measured difference quotient comparative comparator, the outputs of which the metering device is too large Difference quotients with regard to an increase in energy, if the difference quotient is too small control with regard to an energy reduction.

Die Vorteile der Erfindung bestehen zunächst darin, daß zur Realisierung kein biologischer Parameter gemessen werden muß. Die vom Objekt dem Rechner mitgeteilte Information verläuft über die Dauer der FU oder Auswurfphase der Pumpe.The advantages of the invention are first of all that for implementation no biological parameter needs to be measured. The one communicated to the computer by the object Information runs over the duration of the FU or ejection phase of the Pump.

Bei gegebener Energie ist verständlicherweise die Auswurfdauer dann größer, wenn der Widerstand im Kreislauf hoch ist und die Fülldauer dann groß, wenn zur Füllung der Kreislaufpumpe wenig Blut am Eingang vorhanden ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Vorrichtung sowohl für die Optimierung der Energie bei der Füllung als auch bei der Entleerung der Pumpe anwendbar ist. Eine Kreislaufpumpe läßt sich bekanntlich beispielsweise durch Über-und Unterdruck betreiben. Somit wird die im folgenden zitierte Dosiereinrichtung die Regelung der Auswurfenergie durch Variation der positiven Drucke beeinflussen, bei der Füllung der Pumpe wird der gegenüber Atmosphäre negative Druck geregelt. Ein besonderer Vorteil ist schließlich durch die Einfachheit gegeben. Die Erfindung wird durch elektronische Schaltungen realisiert, deren Organisation mit Hilfe eines Mikroprozessors sehr platzsparend durchgeführt werden kann. Sieht man von der Messung der Membranstellung ab, so besteht der einzige mechanische Teil der Erfindung aus der Dosiereinrichtung, die bei pneumatischer oder hydraulischer Energie aus einem elektrisch steuerbaren Druckregler besteht. Eine weitere .Erleichterung ergibt sich beim direkten elektrischen oder elektrohydraulischen Antrieb.With a given energy, the ejection time is understandably then greater when the resistance in the circuit is high and the filling time is greater when there is little blood at the entrance to fill the circulation pump. Another The advantage of the invention is that the device is used for both optimization the energy can be used for filling as well as for emptying the pump. As is known, a circulation pump can be operated, for example, by means of overpressure and underpressure operate. Thus, the metering device cited below is the control of the Influence the ejection energy by varying the positive pressures when filling the pump regulates the negative pressure compared to the atmosphere. A special Ultimately, the advantage is given by the simplicity. The invention is carried out by realized electronic circuits, their organization with the help of a microprocessor can be carried out in a very space-saving manner. You can see from the measurement of the diaphragm position from, the only mechanical part of the invention consists of the metering device, the one with pneumatic or hydraulic energy from an electrically controllable Pressure regulator exists. A further relief arises with the direct electrical or electro-hydraulic drive.

Bei diesen Methoden kann die Dosiereinrichtung durch einen elektronischen Regler der Stromstärke realisiert werden. Es besteht daher insgesamt die Möglichkeit, die Erfindung so klein zu bauen, daß sie letztlich im Objekt implantiert werden kann.With these methods, the metering device can be controlled by an electronic Regulator of the amperage can be realized. Overall, there is therefore the possibility of to build the invention so small that they are ultimately implanted in the object can.

Die Erfindung wird in zwei Zeichnungsfiguren beschrieben.The invention is described in two drawing figures.

Fig.2 zerfällt in 2 Teilfire a und b, welche das Blockschema einer Anord ng, diy für jeden beliebiaeri Antrieb gilt, zeigen. Fig. 3 zeigt eine Möglichkeit der Realisierung des Differenzenquotientenrechners mit nachfolgendem Regler. In der Zeichnung werden die Funktionen anhand von Blöcken angegeben. Aus dem funktionellen Zusammenhang der einzelnen Blöcke kann von einem einschlägigen Fachmann selbstverständlich auch ein Programm für einen Mikroprozessor entwickelt werden.Fig.2 is divided into 2 partial fire a and b, which is the block diagram of a Show the arrangement that applies to any drive. Fig. 3 shows one possibility the implementation of the difference quotient calculator with the following controller. In In the drawing, the functions are indicated by means of blocks. From the functional The connection between the individual blocks can of course be carried out by a person skilled in the art a program for a microprocessor can also be developed.

Die Erfindung besteht aus der zitierter Optimalsteuerung, einem Teilzeitmesser zur Messung der Auswurf-und/oder Fülldauer der Kreislaufpumpe, einem Meßgerät zur Messung der Pumpenergie, einem Rechner zur Berechnung des jeweiligen Differenzenquotienten zwischen Teilzeit und Energie sowie einem Regler zur regeltechnischen Beeinflussung der Dosiereinrichtung, bestehend aus einem Komperator und einem Sollwertgeber.The invention consists of the cited optimal control, a part-timer for measuring the ejection and / or filling time of the circulation pump, a measuring device for Measurement of the pump energy, a calculator to calculate the respective difference quotient between part-time and energy as well as a controller to influence the control technology the metering device, consisting of a comparator and a setpoint generator.

Im folgenden wird eine beispielsweise Ausführungsform sowie Funktion anhand der zitierten Zeichnungsfiguren beschrieben: Die in der Energiequelle -1- gespeicherte Energie wird über die Energieübertragungseinrichtung -11- der Pumpmembran -10-zugeführt. Dazwischen liegt die Dosiereinrichtung -2- bzw.The following is an example embodiment and function described on the basis of the drawing figures quoted: The in the energy source -1- Stored energy is transferred to the pump membrane via the energy transfer device -11- -10- fed. In between is the metering device -2- or

-7-. Die Pumpmembran unterliegt einer Gegenkraft, hervorgerufen durch den Kreislaufwiderstand. Alle bekannten Antriebs methoden enthalten die bisher zitierten Merkmale. Als Energiequelle kann ein pneumatischer oder hydraulischer Über- oder Unterdruckbehälter verwendet werden. Demgemäß ist die Übertragungseinrichtung -11- ein Schlauch. Die Pumpmembran -10- bewegt das Blutvolumen der Blutkammer -13-, die im Normalfall über Ventile zur Richtung des Blutstromes mit dem Kreislauf (Körper) -14- verbunden ist. Die Energiequelle -1- kann auch aus einem Akkumulator zur Speicherung -elektrischer Energie bestehen, dann ist die tJbertragungseinrichtung -11- naturgemäß eine elektrische Leitung, zur Bewegung des Pumpmembrans -10- ist ein elektromechanischer Wandler (Motor) notwendig. Die Dosiereinrichtung -2-, -7-, besteht bei der elektrischen Übertragung aus einem elektronisch steuerbaren Stromregler, beim pneumatischen oder hydraulischen Betrieb besteht die Dosiereinrichtung aus zwei meist voneinander unabhängigen Teilen, erstens aus einem Druckregler >2- und zweitens aus einem Schaltventil -7-, welches meist als Elektromagnetsventil ausge#ührt xst.-7-. The pump membrane is subject to a counterforce caused by the circulatory resistance. All known drive methods contain those cited so far Characteristics. The energy source can be a pneumatic or hydraulic Above- or vacuum containers can be used. Accordingly, the transmission device is -11- a hose. The pump membrane -10- moves the blood volume of the blood chamber -13-, which are normally via valves to the direction of the blood flow with the circulation (body) -14- is connected. The energy source -1- can also be stored in an accumulator -electrical energy exist, then the transmission device -11- is natural an electrical line for moving the pump diaphragm -10- is an electromechanical one Converter (motor) necessary. The metering device -2-, -7-, is the electrical one Transmission from an electronically controllable current regulator, pneumatic or hydraulic operation, the metering device consists of two mostly independent ones Divide, firstly from a pressure regulator> 2- and secondly from a switching valve -7-, which is usually designed as an electromagnetic valve.

die Steuerung dieses Elektromagnetventils oder zent Stromreglers erfolgt folgendermaßen: Ein Membranstellungsmesser -8- mißt die jeweiligen Endpositionen der Pumpmembran -10-, diese Endstellungen steuern die sogenannte "Optimalsteuerung" -9-.the control of this solenoid valve or zent current regulator takes place as follows: A membrane position meter -8- measures the respective end positions the pump diaphragm -10-, these end positions control the so-called "optimal control" -9-.

Diese Optirnalsteuerung 9 bestehe im einfachsten Fall aus einer Triggerstufe -17-, einer bistabilen Umschaltung -18-, und einem eletrischen Verstärker -19-, beispielsweise zwecks Antrieb des Elektromagnetventils beim pneumatischen Betrieb.In the simplest case, this optimal control 9 consists of a trigger stage -17-, a bistable switch -18-, and an electrical amplifier -19-, for example, to drive the solenoid valve in pneumatic operation.

Jede Endposition der Pumpmembran betätigt den bistabilen Umschalter, der über den Verstärker das Elektromagnetventil direkt @@@@@@@@@. In der jeweiligen Endposition des Membrans, beispielsweise am Ende der Füllung, entsteht ein Triggerimpuls, welcher über die bistabile Umschaltung das Elektromagnetventil in die entgegengesetzte Arbeitsphase (Füllen auf Entleeren und umgekehrt) umschaltet. Die Arbeitsphase (Dauer von Auswurf und Dauer von Füllung) hängt vom Gegendruck bzw. Angebot des Blutes am Eingang der Blutpumpe ab. Diese Dauer wird in Teilzeitmesser -12- gemessen, die gemessenen Werte über einige Zyklen gemittelt (Mittelwertrechner -15-) und dem Rechner über die Leitung -29- zugeführt. Der Rechner hat die Aufgabe der Berechnung des Differenzenquotienten zwischen Teilzeit und Energie. In Fig. 2 ist die Teilzeit als Systolendauer (SD), die Energie als Pumpdauer (PD) symbolisch dargestellt. Die Energie wird über ein Energiemeßgerät -3-, beispielsweise ein Druckmesser, fortlaufend gemessen, die gemessenen Werte werden unter Umständen ebenfalls gemittelt (Mittelwertrechner -15-) und danach über die Leitung -28- dem zweiten Eingang des Rechners -4- zugeführt. Der Ausgang des Rechners -4- enthält den jeweiligen Differenzenquotienten, der auf den einen Eingang des Komperators -5- gelegt wird. Der zweite Eingang des Komparators ist wie üblich vom Sollwert, welcher im Sollwertgeber -6- vorgewählt wurde, beschaltet. Der Ausgang des Komparators besteht aus zwei Leitungen, die Leitung -23-beeinflußt die Dosiereinrichtung hinsichtlich Vergrößerung einer Energie, die Leitung -24- beeinflußt die Dosiereinrichtung hinsichtlich einer Verringerung der Energie. Um den Regelprozeß bei Auftreten von Artefakten in Grenzen zu halten, ist ein Energie-Grenzwertwächter -16- vorgesehen, welcher bei Uberschreitung vorgewählter Energiewerte Alarm gibt. Der Rechner samt Regler wird in Fig. 3 beschrieben. Die in Fig. 3 zitierten Nummern korrespondieren mit denen der Fig. 2. In Fig. 3 wird als Beispiel die Regelung des Treibdruckes besprochen, demgemäß erscheint am Eingang -29- das Signal der Auswurfphase. Bei Regelung des Vakuums würde am Eingang die Dauer der Füllphase aufscheinen. Jedes Setzen der bistabilen Umschaltung -21- löst den Speichervorgang des Speichers -20- zur Speicherung der Dauer der Auswurfphase aus. Der gemessene Wert wird in dem den Sollwertgeber repräsentierenden Multiplizierglied -6-mit einem Faktor über 1, beispielsweise 1,1 multipliziert, und dem invertierenden Eingang des Komperators -5- zugeführt.Each end position of the pump membrane activates the bistable switch, the solenoid valve via the amplifier directly @@@@@@@@@. In the respective End position of the membrane, for example at the end of the filling a trigger pulse, which via the bistable switchover the solenoid valve switches to the opposite working phase (filling to emptying and vice versa). The working phase (duration of expulsion and duration of filling) depends on the counter pressure or supply of blood at the entrance of the blood pump. This duration is measured in part-timers -12- measured, the measured values averaged over a few cycles (mean value calculator -15-) and fed to the computer via line -29-. The computer does the job the calculation of the difference quotient between part-time and energy. In Fig. 2 the part time as systole duration (SD), the energy as pumping duration (PD) is symbolic shown. The energy is measured by an energy meter -3-, for example a pressure gauge, continuously measured, the measured values may also be averaged (Mean value calculator -15-) and then via line -28- to the second input of the Computer -4- supplied. The output of the computer -4- contains the respective difference quotient, which is applied to one input of the comparator -5-. The second entrance of the As usual, the comparator is from the setpoint which is preselected in the setpoint generator -6- was wired. The output of the comparator consists of two lines, the line -23-influences the metering device in terms of increasing an energy, the Line -24- influences the metering device in terms of reducing the Energy. To keep the control process within limits when artifacts occur keep, An energy limit value monitor -16- is provided, which, if the value is exceeded, preselected Energy values gives an alarm. The computer and controller are described in FIG. 3. the Numbers quoted in FIG. 3 correspond to those in FIG. 2. In FIG As an example, the regulation of the motive pressure was discussed, accordingly appears at the entrance -29- the signal of the ejection phase. When regulating the vacuum, the The duration of the filling phase will appear. Each setting of the bistable switch -21- triggers the storage process of the memory -20- for storing the duration of the ejection phase the end. The measured value is stored in the multiplier representing the setpoint generator -6- multiplied by a factor greater than 1, for example 1.1, and the inverting one Input of the comparator -5- supplied.

Aktuelle Werte der Auswurfdauer stehen jeweils am nicht invertierenden Eingang des Komperators. Bei Gleichheit der Spannungen am Komperator wird die bistabile Umschaltung -21-zurückgesetzt, der invertierende Ausgang führt über die Leitung -23- zur Dosiereinrichtung zwecks Erhöhung des Treibdruckes. Die Umschaltung am invertierenden Ausgang der bistabilen Umschaltung -21- betreibt auch einen monostabilen Multivibrator -27- zwecks Speicherung der vom Druckmesser kommenden Spannungen. Analog dem Vergleich der Auswurfdauer wird im Komperator -5- der jeweils ankommende Treibdruck mit dem im Speicher gespeicherten Wert verglichen. Bei Spannungsgleichheit wird die bistabile Umschaltung -21-gesetzt, der nicht invertierende Ausgang öffnet das UND- gatter -25-. Dadurch können Impulse des astabilen Multivibrators -22- der Leitung -24- zugeführt werden, die die Dosiereinrichtung -2- mit der vom astabilen Multivibrator -22- vorgegebenen Frequenz hinsichtlich einer schrittweisen Verkleinerung des Treibdruckes beeinflussen.Current values of the ejection time are always on the non-inverting one Input of the comparator. If the voltages at the comparator are the same, the bistable becomes Switchover -21- reset, the inverting output leads via the line -23- to the metering device to increase the driving pressure. The changeover on inverting output of the bistable switch -21- also operates a monostable Multivibrator -27- for storing the voltages coming from the pressure gauge. Analogous to the comparison of the ejection duration, the respective incoming one is in the comparator -5- Driving pressure compared with the value stored in memory. If the voltage is equal if the bistable switch -21-is set, the non-inverting output opens this and- gate -25-. This allows pulses from the astable multivibrator -22- are fed to the line -24-, which the metering device -2- with the from astable multivibrator -22- predetermined frequency in terms of a step-wise Affect reduction of the driving pressure.

Voraussetzung für das Durchschalten der Impulse am UND-gatter ist noch der Ablauf der im monostabilen Multivibrator -26- vorgegebenen Zeit von etwa 10 Sekunden.This is a prerequisite for switching through the pulses at the AND gate nor the expiry of the time specified in the monostable multivibrator -26- of about 10 seconds.

Während dieser Zeit ist keine Treibdruckerniedrigung möglich.No lowering of the driving pressure is possible during this time.

Die Notwendigkeit dieses monostabilen Multivibrators -26-ergibt sich aus dem Phänomen, daß nach einer Treibdruckerhöhung zunächst ein Ausgleich im Kreislauf zufolge dieser Erhöhung notwendig ist, bevor der nächste Regelungssrhritt beginnt. Der invertierende Ausgang des monostabilen Multivibrators -26- betreibt darüber hinaus auch die Ansteuerung des zur Speicherung notwendigen monostabilen Multivibrators -27-. Im Grenzwertwächter -16- werden die ankommenden Druckwerte mit den eingestellten Werten verglichen, b«^i Überschreitung der Grenzwerte wird ein Alarm generiert. #um besseren Verständnis der Schaltung, die wie schon erwähnt, auch durch einen Mikroprozessor organisiert werden kann, wird abschließend festgehalten, daß die in Fig. 3 erklärte Schaltung über den invertierenden Ausgang der bistabilen Umschaltung -21- den Treibdruck solange erhöht, bis am Komparator -5- ein Gleichgewicht zwischen dem gespeicherten und dem aktuellen Druckwert besteht. Dieser Vorgang ist zeitlich nicht limitiert und erfolgt sehr rasch.The need for this monostable multivibrator -26- arises from the phenomenon that after an increase in motive pressure there is initially a balance in the circuit according to this increase is necessary before the next step in regulation begins. The inverting output of the monostable multivibrator -26- operates over it In addition, the control of the monostable multivibrator required for storage -27-. In the limit monitor -16- the incoming pressure values are matched with the set Values compared, if the limit values are exceeded, an alarm is generated. # to better understand the circuit, which as already mentioned, also through a Microprocessor can be organized, it is concluded that the Circuit explained in FIG. 3 via the inverting output of the bistable switching -21- increases the driving pressure until there is a balance between the comparator -5- the stored and the current pressure value. This process is temporal not limited and takes place very quickly.

Die Verringerung des Treibdruckes erfolgt jedoch nur schrittweise in Zyklen von einigen Sekunden, gemäß der SchaItun# solange, bis der zugehörige Komparator -5- gleich hohe Elngansssignale registriert. LeerseiteHowever, the driving pressure is only reduced gradually in cycles of a few seconds, according to the switch # until the associated Comparator -5- registers equal input signals. Blank page

Claims (5)

PATENTANSPRUCHE Vorrichtung zum Betrieb automatisch gesteuerter Kreislaufpumpen, bestehend aus einer Energiequelle, einer zur Kreislaufpumpe führenden Energieübertragungseinrichtung, einer innerhalb dieser liegenden Dosiereinrichtung, gekennzeichnet durch eine Optimalsteuerung (9) der Pumpe, bestehend aus einer die Endstellung des Membranmessers (8) detektierenden Triggerstufe (17) mit nachfolgender bistabiler Umschaltung (18), sowie einem elektrischen Verstärker (19) zum Antrieb der Dosiereinrichtung (2, 7), weiters durch sowohl einen Teilzeitmesser (12) zur Messung der Dauer der Füll- und Auswurfphase, als auch ein elektrisches Meßgerät zur Messung der an der Pumpe wirksamen Energie (3), deren beide Ausgänge (28,29) die Eingänge einer Rechner-Schaltung (4) bilden, welche den Differenzenquotienten der beiden gemessenen Größen - Auswurf-und Fülidauer und Energie - fortlaufend errechnet, sowie einem Regelkreis, bestehend aus einem Sollwertgeber (6), einem den Sollwert mit dem Wert des gemessenen Differenzenquotienten vergleichenden Komparators (5), dessen Ausgänge die Dosiereinrichtung (2) bei zu großem Differenzenquotienten hinsichtlich einer Energieerhöhung, bei zu kleinem Differenzenquotienten hinsichtlich einer Energieerniedrigung regeltechnisch steuern. PATENT CLAIMS Device for operating automatically controlled circulation pumps, consisting of an energy source, an energy transmission device leading to the circulation pump, a metering device located within this, characterized by an optimal control (9) of the pump, consisting of one that detects the end position of the diaphragm knife (8) Trigger stage (17) with subsequent bistable switching (18), as well as an electrical one Amplifier (19) for driving the metering device (2, 7), furthermore by both one Part-timer (12) for measuring the duration of the filling and ejection phase, as well as a Electrical measuring device for measuring the energy (3) acting on the pump, whose both outputs (28,29) form the inputs of a computer circuit (4) which the Difference quotients of the two measured quantities - ejection and filling times and energy - continuously calculated, as well as a control circuit consisting of a setpoint generator (6), one comparing the nominal value with the value of the measured difference quotient Comparator (5), the outputs of which the metering device (2) if the difference quotient is too large with regard to an increase in energy, with too small a difference quotient with regard to control an energy reduction. 2. Rechnerschaltung der Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Spannungen des Teilzeitmessers (12) nach einer initialen Energieerhöhung zunächst in einem Speicher (20) gespeichert werden, dessen Ausgang mit einem über 1 liegenden Faktor multipliziert (6) den einen Eingang des Komparators (5) bildet, daß der zweite Eingang des Komparators von jeweils aktuellen Werten des Teilzeitmessers (12) belegt wird, daß der Ausgang des Komparators auf den REsET-Eingang einer bistabilen Umschaltung (21) geführt wird, daß die gleiche Anordnung für die vom Energiemeßgerät (3) kommenden elektrischen Spannungen besteht, wobei der Ausgang de#s zweiten Komparators (5) auf den SET-Eingang der bistabilen Umschaltung (21) geführt wird und daß der invertierte Ausgang (aAl der bistabilen Umschaltung (21) die Dosiereinrichtung (2) hinsichtlich einer Energieerhöhung solange beeinflußt, bis der zur Bildung des Differenzenquotienten gewünschte höhere Druck erreicht wird und daß der nicht invertierende Ausgang der bistabilen Umschaltung den Eingang eines logischen UND-Gatters (25) bildet, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang eines astabilen Multivibrators (22) verbunden ist und daß der Ausgang(24) des UND-Gatters (25) mit der Dosiereinrichtung zwecks schrittweiser Verringerung der zur Pumpe führenden Energie regeltechnisch verknüpft ist.2. Computer circuit of the device according to claim 1, characterized in that that tensions of the part-timer (12) initially after an initial increase in energy are stored in a memory (20), the output of which is greater than 1 factor multiplies (6) which forms one input of the comparator (5), that the second input of the comparator of the current values of the part-timer (12) is shown that the output of the comparator to the REsET input of a bistable Switching (21) is performed that the same arrangement for the energy meter (3) Coming electrical voltages exist, the output of the second comparator (5) is led to the SET input of the bistable switch (21) and that the inverted output (aAl of the bistable switch (21) the metering device (2) influenced with regard to an increase in energy until the formation of the difference quotient desired higher pressure is reached and that the non-inverting output of the bistable switching forms the input of a logical AND gate (25) whose second input is connected to the output of an astable multivibrator (22) and that the output (24) of the AND gate (25) with the metering device for the purpose of step-by-step Reduction of the energy leading to the pump is technically linked. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Blockierung des UND-Gatters (25) unmittelbar nach Erhöhung der Energie ein vom nichtinvertierten Ausgang der bistabilen Umschaltung (21) angestoßener monostabiler Multivibrator (26) mit einer Zeitkonstante von einigen Sekunden vorgesehen ist.3. Apparatus according to claim 1 to 2, characterized in that to block the AND gate (25) immediately after increasing the energy a from non-inverted output of the bistable switch (21) triggered monostable Multivibrator (26) is provided with a time constant of a few seconds. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß zur Sicherung der Kreislaufpumpe ein Grenzwertgeber (16) für die Einstellung der Grenzwerte von Energie vorgesehen ist.4. Apparatus according to claim 1 to 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that a limit indicator (16) for the Setting the limit values of energy is provided. 5. Vorrichtung. nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Nivellierung von rhythmischen Änderungen der Rechnerschaltung jeweils Mittelwertrechner (15) zur Summation der gemessenen Werte über einige Zyklen der Pumpe vorgeschaltet sind. -5. Device. according to claim 1 to 4, characterized in that mean value calculator for leveling rhythmic changes in the computer circuit (15) upstream of the pump for summing the measured values over a few cycles are. -
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4611578A (en) * 1983-05-03 1986-09-16 Forschungsgesellschaft fur Biomedizinischs Technik E.V. Goethestrasse Redundant piston pump for the operation of single or multiple chambered pneumatic blood pumps

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