DE4329229A1

DE4329229A1 - Adaptive controlled pump control, in particular for adaptive patient-controlled analgesia (APCA)

Info

Publication number: DE4329229A1
Application number: DE19934329229
Authority: DE
Inventors: Joern Meuser; Juergen Dipl Phys Konkel; Peter Dipl Ing Meuser; Steffen Dipl Ing Koelbel; Bernd Dipl Ing Pfennighaus; Klaus Prof Dr Med Borchert
Original assignee: MEDITECH MEDIZINTECHNIK GmbH
Current assignee: MEUSER MEDIZINTECHNIK GMBH, 17033 NEUBRANDENBURG,
Priority date: 1993-08-25
Filing date: 1993-08-25
Publication date: 1995-03-09

Abstract

The invention relates to an adaptive controlled pump control, in particular for adaptive patient-controlled analgesia (APCA). Adaptive patient-controlled controls are required in medicine for administration of highly active medicaments. Administration of a medicament is worthwhile only to the extent that it is required. This adjustment can only be done optimally by the patient himself/herself. Preliminary technical implementations are to be found in patient-controlled analgesia (PCA) which permits minimum involvement of the patient. In this case, rigid specifications such as inertia periods and constant bolus sizes make adaptation to the constantly changing needs possible to only a limited extent. A significant improvement is brought about by the adaptive patient-controlled pump control, in particular for adaptive patient-controlled analgesia (APCA). The APCA control operates in an open-control loop utilising a biological two-compartment model by means of variable boli and without inertia periods. It permits the patient to adapt the administration of analgesics continuously to his/her need without overdosing the drug. For easy handling, a fully graphic operator unit with parameter-minimised input dialog and display of the course of therapy is used.

Description

Die Erfindung betrifft eine adaptive kontrollierte Pumpensteuerung insbesondere für die Adaptive Patientenkontrollierte Analgesie (APCA) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an adaptive controlled Pump control especially for the adaptive Patient Controlled Analgesia (APCA) after Preamble of claim 1.

Adaptive Patientenkontrollierte Pumpensteuerungen werden in der Medizin im klinischen Bereich und in der Forschung benötigt, um hochwirksame Medikamente zu verabreichen. Die Verabreichung sehr hochwirksamer Medikamente besonders in der Analgesie ist mit erhöhten Risiken und mit erweiterten Sicherheitsanforderungen verbunden. Eine Medikamentengabe ist nur sinnvoll, wenn Schmerzen auftreten und zwar nur soviel, um diese zu beseitigen. Hier liegt das Problem der Über- bzw.- Unterdosierung. Es ist eine Adaptation an den Schmerzverlauf sinnvoll. Da der Patient seine eigenen Schmerzen nur selbst kennt, überläßt man ihm in einem patientenkontrollierten Tee der Analgesie die Entscheidung zur Medikamenteneinnahme mittels Pumpen. Technisch realisiert wird dies bisher in Form der bekannten Patientenkontrollierten Analgesie in Anaesthesist 39 (1990), 513-520; Anaesthesia 44 (1989), 2-4. Derartige PCA-Steuerungen ermöglichen dem Patienten erstmals eine minimale aktive Beteiligung an der Verabreichung von Medikamenten zur eigenen Schmerzlinderung bzw. Beseitigung.Adaptive patient controlled pump controls in medicine in the clinical area and in research needed to deliver highly effective medication. The administration of very potent drugs especially in analgesia is associated with increased risks and associated with advanced security requirements. A Drug administration only makes sense if there is pain occur and only so much to eliminate them. Here is the problem of over- or underdosing. Adaptation to the course of pain is advisable. Since the patient only knows his own pain, you leave him in a patient-controlled tea the analgesia the decision to take medication by means of pumps. This has been technically implemented in Form of well-known patient-controlled analgesia in Anaesthesiologist 39: 513-520 (1990); Anaesthesia 44 (1989), 2-4. Such PCA controls allow the patient minimal active participation in the Administration of medication for your own Pain relief or elimination.

Die bisher bekannten PCA-Realisierungen z. B. aus Neue Technologien in der Infusionstherapie und Monitoring, B. Melsungen AG Melsungen 1990; Infusionstherapie und klinische Ernährung 17. Aufl. Fresenius Bad Homburg 1990 haben jedoch eine Reihe von Nachteilen, die zwar eine Anpassung an die individuell sehr unterschiedlich verlaufenden Schmerzhäufigkeiten und Schmerzintensitäten nicht erlauben, aber eine Verbesserung gegenüber der allgemein bekannten kontinuierlichen Medikamentengabe oder der Spritzenapplikation darstellen. PCA-Steuerungen sind im klinischen Betrieb kompliziert zu bedienen, da sie wegen des patientenkontrollierten Teils eine Reihe von technisch bedingten Zwangseinstellungen benötigt. Die wesentlichsten Merkmale hierbei sind die Vorgabe von festen Bolusgrößen und Refraktärzeiten.The previously known PCA realizations z. B. from new Technologies in infusion therapy and monitoring, B. Melsungen AG Melsungen 1990; Infusion therapy and clinical nutrition 17th ed. Fresenius Bad Homburg 1990 however, have a number of disadvantages, one of which is Adaptation to the individual very different ongoing pain frequencies and pain intensities not allow, but an improvement over the commonly known continuous drug delivery or the syringe application. PCA controls are complicated to use in clinical operations because a row because of the patient-controlled part required by technically related forced settings. The most important features here are the specification of fixed bolus sizes and refractory periods.

Nachteile beim PCA-Einsatz liegen in der durch die starre Steuerung bedingten Unter- bzw. Überversorgung mit hochwirksamen Medikamenten und deren Nebenwirkungen. Praktisch bekommt ein Patient mittels PCA in der Refraktärzeit, bei plötzlich auftretendem Schmerz mittels Eigenanforderung kein Schmerzmittel. Treten derartige Schmerzen unregelmäßig, wiederholt auf, ist durch die limitierte Momentanabgabe (fester Bolus) mit der nachfolgenden Refraktärzeit keine dem Schmerzzustand angepaßte Medikamentenabforderung möglich. Derartigen Zuständen wird gegenwärtig durch einen überhöhten Schmerzmitteleinsatz begegnet.Disadvantages of using PCA are that of rigid Control-related undersupply or oversupply with highly effective drugs and their side effects. In practice, a patient is given PCA in the Refractory period, in the event of sudden pain Self request no pain reliever. Such occur Pain is irregular, repeated, due to limited current delivery (fixed bolus) with the subsequent refractory period none the pain condition customized medication request possible. Such Conditions are currently inflated by an excessive Encountered pain medication.

Die Adaptive und kontrollierte Pumpensteuerung, insbesondere zur Adaptiven Patientenkontrollierten Analgesie nachfolgend als APCA-Steuerung bezeichnet (Fig. 1), die Flüssigkeit durch einen Schlauch in den menschlichen oder tierischen Körper fördert, stellt eine wesentliche Verbesserung der bisher bekannten PCA dar. Die APCA-Steuerung (S) sieht vor, daß die Einstellung der Förderrate der Pumpe mit einer Tastatur (TA) und einem Display (DP) so betrieben wird, daß jederzeit durch eine externer Anforderung (EA) oder interner Ansteuerung (IA) ein Volumen abgegeben werden kann. Hierbei wird die Pumpe in den energetischen Aktivzustand (Volumenstromabgabe) versetzt, wenn eine interne oder externe Anforderung erfolgt. Die APCA-Steuerung ist ständig aktiv. In der Inaktivphase der Pumpe befindet sich die Steuerung in einem energetisch minimierten, überwachten Schlafzustand. Dabei kann zu jeder Zeit eine Fördermenge, extern oder intern ausgelöst, mit der adaptiven und kontrollierten APCA-Steuerung abgegeben werden. Die Volumenabgabe erfolgt unter Berücksichtigung vorgegebener Verfahrensschemen. Diese liegen in der APCA-Steuerung vor und können mittels Tastatur aufgerufen, modifiziert und über Display kontrolliert werden. Dabei werden die vor dem Startzyklus verabreichte Sockelmengen berücksichtigt. Um zu gewährleisten, daß eine vom Arzt maximal vorgegebene virtuelle Arzneimittelkonzentration ständig in kurzer Zeit erreichbar, nicht überschreitbar, jeder beliebige Teil des Maximums, begrenzt durch die jeweiligen Leistungsparameter der eingesetzten an sich bekannten Pumpe einstellbar ist, wird mit der APCA- Steuerung ohne Refraktärzeiten und mit variablen Boli gearbeitet. Die Ansteuerung der Pumpe kann wahlweise zeitvariabel oder -antriebsvariabel erfolgen. Die APCA-Steuerung ermöglicht einer Pumpe zu jedem Zeitpunkt eine flexibel steuerbare Förderung, d. h. in kürzester Zeit durch den Patienten angefordert (EA) ist eine beliebige Menge eines Schmerzmittels, bis hin zum durch den Arzt zugelassenen Maximum abrufbar. Bei Fehlfunktion der APCA-Steuerung, der Energieversorgung und der Pumpe wird die Infusion dV/dt durch eine Überwachungseinheit (U) gestoppt. Hierzu werden die Energieversorgung (EU), die Steuereinheit (SU) und die Pumpe (PU) ständig kontrolliert. Gleichzeitig wird mit der Überwachungseinheit eine Biofeedback-Funktion realisiert, mit deren Hilfe der Patient eine aktive Einhaltung eines durch den Arzt vorgegebenen Therapieregiemes durchführen kann, mit der z. B. eine Suchtprävention, Medikamentenverbrauchsoptimierung oder ein Abtrainieren möglich wird. Die Rückkopplung erfolgt dabei optisch über das Display und zeigt die Überschreitung von Vorgaben an. Die adaptive und kontrollierte APCA-Steuerung ist universell als eigenständiges Zusatzgerät über eine Schnittstelle oder in einer Pumpe integriert betreibbar. Dabei befindet sich die Pumpe in einem offenen System eines pharmakologischen Mehrkompartimentmodells in dem die Sollwerte des an sich bekannten Regelkreises ständig schwanken und dessen Verhalten bekannt ist.The adaptive and controlled pump control, in particular for adaptive patient-controlled analgesia hereinafter referred to as APCA control ( FIG. 1), which conveys liquid through a hose into the human or animal body, represents a significant improvement of the previously known PCA. The APCA control (S) provides that the delivery rate setting of the pump is operated with a keyboard (TA) and a display (DP) in such a way that a volume can be delivered at any time by an external request (EA) or internal control (IA). The pump is put into the energetic active state (volume flow delivery) when an internal or external request is made. The APCA control is always active. In the inactive phase of the pump, the control is in an energetically minimized, monitored sleep state. A flow rate, triggered externally or internally, can be delivered at any time with the adaptive and controlled APCA control. The volume is dispensed with the given process schemes. These are available in the APCA control and can be called up, modified and checked via the display using the keyboard. The base quantities administered before the start cycle are taken into account. In order to ensure that a maximum virtual drug concentration specified by the doctor can always be reached in a short time, cannot be exceeded, any part of the maximum, limited by the respective performance parameters of the pump known per se, can be set with the APCA control without refractory times and worked with variable boluses. The control of the pump can be either time-variable or drive-variable. The APCA control enables a pump to be flexibly controlled at any time, ie the patient can request any amount of pain reliever in a very short time (EA) up to the maximum approved by the doctor. If the APCA control, the power supply and the pump malfunction, the infusion dV / dt is stopped by a monitoring unit (U). For this purpose, the energy supply (EU), the control unit (SU) and the pump (PU) are constantly checked. At the same time, a biofeedback function is implemented with the monitoring unit, with the aid of which the patient can actively observe a therapy regimen specified by the doctor, with which B. addiction prevention, drug consumption optimization or training is possible. The feedback takes place optically on the display and indicates that the specifications have been exceeded. The adaptive and controlled APCA control can be operated universally as an independent additional device via an interface or integrated in a pump. The pump is located in an open system of a multi-compartment pharmacological model in which the setpoints of the control circuit known per se fluctuate constantly and the behavior of which is known.

Claims

1. Adaptive controlled pump control, in particular for adaptive patient-controlled analgesia (APCA), which uses a pump (P) to convey infusion liquid from a reservoir into a human or animal body, which is accommodated externally in a housing or integrated in a pump, the external Allows control pulse triggering (EA) and can generate internal (IA), while not exceeding a predetermined virtual maximum, assumes an adjustable starting situation without refractory periods and with variable boluses and can quickly achieve a desired delivery rate (dV / dt) by means of an external request achieve that parameter settings, characterized by a prognostically acting control variable recommendation of the models loaded in the background via an open control circuit (APCA) known in its behavior, characterized in that

a) that the controller (S) works in three working stages, the stable initial state as an energetic minimum function of bolus expectation and safety monitoring (sleep state), the active activation state as an energetic maximum function and the interrupted sleep state for updating and calculating parameters for pump control (continuous or half-sleep state) and
b) that the simulation model loaded in the background is a multi-compartment model to which there is no rigid coupling and
c) that for each external (EA) or internal request (IA) volume is given and
d) that the medical requirement of a virtual upper limit is not exceeded.

2. Pump control according to claim 1, characterized in that the internal monitoring functions (U), the pump (P), the central control unit (S) and the energy supply (E) in such a way that a prognostically effective pre-warning is realized in the

- A drop in performance of the battery is detected by the energy monitoring (EU) so that several hours of operation are still possible and there is also a constant statement about the discharge status,
- Malfunctions of the central control unit lead to a direct stop state of the pump, recognized by the control monitoring (SU), corrected or lead to the manifest shutdown of the pump (P),
- Pump malfunctions and transmission errors repeated several times when the pump is stopped and only cause the pump monitoring to switch off if there are any defects.

3. Pump control according to claim 1 and 2, characterized characterized that the returned communication too Monitoring unit (PU) from the pump (P) only Information about the functional states of the pump (P) includes.

4. Pump control according to the preceding claims, characterized in that it is adaptive and controlled works in two levels, at which by external Requirements (EA) triggered the first level as Work plane and one loaded in the background Multi-compartment model exists as a second level, between which there is a defined interaction.

5. Pump control according to the aforementioned claims with the possibility of request by a patient without Refractory period with variable boluses such that one patient with every requirement (EA) below the medical prescribed upper limit of drug administration can realize and an acoustic and optical Receives feedback when the upper limit is reached and in the form of a biofeedback to the medically planned Therapy conception optical (DP) the shortfall given therapy threshold is signaled to a active addiction prevention or training support.

6. Pump control according to the preceding claims, characterized in that the keyboard (TA) Initial values of the adaptive part before and at start current control cycle can be changed in such a way that an existing base amount one before Start of the control (S) administered volume or in current control cycle additionally administered Volume can be taken into account.

7. Pump control according to the preceding claims, characterized in that the control without Refractory periods with variable bolus sizes (dV / dt) each any concentration level between zero and maximum predetermined virtual upper limit such can assume that a constantly changing need is requested externally (EA), or a to be held linear or non-linear level curve internal (IA) from Doctor arranged by a model is generated.

8. pump control according to the given claims, characterized in that it as an independent Handpiece operated with a pump, or as a fixed one Part can be integrated in a pump, whereby on the patient side via the external requirement (EA) only a yes / no decision is allowed.