VERFAHREN ZUM EINSTELLEN EINES BEFÜLLUNGSZUSTANDES EINES FLÜSSIGKEITSBALLONS EINER MEDIZINISCHE EINRICHTUNG UND MEDIZINISCHE EINRICHTUNG UMFASSEND EINEN FLÜSSIGKEITSBALLONS ZUR AUSBILDUNG VON
KÜNSTLICHEN SCHLI ESSMUSKELN
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einstellen eines ersten Befüllungszustandes eines Flüssigkeitsballons mit einem ersten Befüllungsdruck und eines unterschiedlich befüllten zweiten Befüllungszustandes des Flüssigkeitsballons mit einem zweiten Befüllungsdruck, wobei zum Einpumpen von Flüssigkeit in den Flüssigkeitsballon und zum Abpumpen von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsballon das Volumen eines mit Flüssigkeit befüllten Aufnahmeraums einer Pumpeinheit, die mit dem Flüssigkeitsballon über einen Schlauch verbunden ist, durch Bewegen eines Stellteils der Pumpeinheit mittels eines von einer Batterie gespeisten Elektromotors verändert wird und zum Einstellen des zweiten Befüllungszustandes des Flüssigkeitsballons ausgehend vom ersten Befüllungszustand des Flüssigkeitsballons von einer den Elektromotor kontrollierenden Kontrolleinheit ein Stellvorgang des
Stellteils durchgeführt wird, wobei der Druck der Flüssigkeit im Aufnahmeraum erfasst wird. Im Weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Einrichtung umfassend einen
Flüssigkeitsballon, eine mit dem Flüssigkeitsballon über einen Schlauch verbundene Pumpeinheit zum Einpumpen von Flüssigkeit in den Flüssigkeitsballon und zum Abpumpen von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsballon, welche einen mit Flüssigkeit befüllbaren Aufnahmeraum aufweist, dessen Volumen durch Bewegen eines Stellteils der Pumpeinheit mittels eines von einer Batterie gespeisten Elektromotors veränderbar ist, eine elektronische Kontrolleinheit zum Kontrollieren des Elektromotors und mindestens einen Drucksensor zum Erfassen
des Drucks der Flüssigkeit im Aufnahmeraum.
Im medizinischen Bereich werden mit einer Flüssigkeit befüllbare Flüssigkeitsballons, die zu einem Ring schließbar sind, zur Ausbildung von künstlichen Schließmuskeln (=artifiziellen Sphinktern), u.a. für die Urethra, eingesetzt. Um den künstlichen Schließmuskel zu schließen, wird Flüssigkeit in die innere Kammer des zu einem Ring um einen abzusperrenden Körperkanal geschlossenen Flüssigkeitsballons eingepumpt, um die Innenwand des Flüssigkeitsballons gegen das abzusperrende Hohlorgan auszudehnen. Um den Körperkanal zu öffnen, wird die Flüssigkeit aus der Kammer des Flüssigkeitsballons entleert.
Eine manuell zu betätigende Pumpe zum Pumpen der Flüssigkeit aus der Kammer des Flüssigkeitsballons wird bei einem künstlichen Harnröhrensphinkter für männliche Patienten üblicherweise in das Skrotum implantiert. Das Pumpen der Flüssigkeit kann durch Druck auf einen flexiblen Teil der Pumpe erfolgen. Im Anschluss erfolgt üblicherweise ein automatisches Verschließen der Urethra, indem Flüssigkeit durch ein federelastisches Element der Pumpe in die innere Kammer des Flüssigkeitsballons zurückgepumpt wird.
Medizinische Einrichtungen zum Verengen oder Absperren eines Körperkanals werden auch an anderer Stelle des menschlichen Körpers eingesetzt, beispielsweise zur Ausbildung eines künstlichen Schließmuskels für einen, gegebenenfalls künstlichen, Anus, als Magenbänder zum Verengen des Gastro- Intestinal-Traktes oder als Bänder zum Verschließen eines Ganges für Gallenflüssigkeit. Derartige medizinische Einrichtungen werden auch als Cuff, Manschette oder artifizielle Sphinkter bezeichnet.
Z.B. aus der US 5,478,305 A geht eine medizinische Einrichtung hervor, welche in dieser Schrift als Cuff bezeichnet wird und zur Behandlung von Harn- oder Stuhlinkontinenz eingesetzt werden kann. Der Cuff ist aus Silikon hergestellt. Durch die Befüllung des Cuffs mit Fluid steigt der Druck im Hohlraum des Cuffs an und verschließt den Körperkanal. Beispiele für Magenbänder gehen aus der EP 1389 453 Bl hervor.
Ein Verfahren und eine Einrichtung der eingangs genannten Art gehen aus der WO 2017/205883 Al hervor. In einem in den menschlichen Körper implantierbaren Gehäuse sind eine von einem Elektromotor angetriebene Pumpeinheit, eine Batterie zur Energieversorgung und eine elektronische Kontrolleinheit angeordnet. Der Druck der Flüssigkeit im Aufnahmeraum der Pumpeinheit wird durch einen Drucksensor erfasst. Um einen ringförmig um einen Körperkanal gelegten Flüssigkeitsballon zu befüllen und dadurch den Körperkanal abzusperren, wird mittels der Pumpeinheit Flüssigkeit in die Kammer des Flüssigkeitsballons gepumpt. Der Druck wird hierbei von der Kontrolleinheit auf einen bestimmten Sollwert eingestellt.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren bzw. eine Einrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches einen möglichst geringen Energieverbrauch der Batterie ermöglicht. Erfindungsgemäß gelingt dies durch ein Verfahren mit dem Merkmal des Anspruchs 1 bzw. durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
Beim Verfahren gemäß der Erfindung umfasst der Stellvorgang, der von der Kontrolleinheit ausgeführt wird, eine Wegregelung des Stellteils der Pumpeinheit, um eine Soll-Position des Stellteils anzufahren. Hierbei wird eine jeweilige Position
(=Ist-Position) des Stellteils mittels eines Wegaufnehmers erfasst. Eine solche Wegregelung, um eine Soll-Position des Stellteils anzufahren, kann in sehr effizienter und energiesparender Weise durchgeführt werden. Insbesondere kann die Regelung als unstetige Regelung durchgeführt werden. Besonders bevorzugt ist es, um ausgehend von einem ersten Befüllzustand des Flüssigkeitsballons einen zweiten Befüllzustand zu erreichen, eine Zweipunktregelung durchzuführen, d.h. die Kontrolleinheit kontrolliert den Elektromotor nur über die Schaltzustände „an" und „aus". Die Regelgröße ist hierbei die Position des Stellteils, die mittels des Wegaufnehmers erfasst wird.
Anschließend an diese Wegregelung erfolgt eine Überprüfung, ob der Druck der Flüssigkeit im Aufnahmeraum innerhalb eines zulässigen Befüllungs-Druckbereichs liegt. Der Befüllungs- Druckbereich erstreckt sich hierbei um den zweiten Befüllungsdruck, auf den der Druck der Flüssigkeit im zweiten Befüllungszustand des Flüssigkeitsballons gebracht werden soll. Sollte der Druck im Aufnahmeraum der Pumpeinheit nicht innerhalb dieses zulässigen Befüllungs-Druckbereichs liegen, so wird die Position des Stellteils nachgestellt. Dieser Vorgang (Kontrolle des Drucks im Aufnahmeraum und gegebenenfalls Nachstellung der Position des Stellteils) kann wiederholt durchgeführt werden.
Um die Soll-Position des Stellteils zu bestimmen, wenn ausgehend von einem ersten Befüllungszustand des Flüssigkeitsballons mit einem ersten Befüllungsdruck ein unterschiedlich befüllter zweiter Befüllungszustand des Flüssigkeitsballons mit einem zweiten Befüllungsdruck erreicht werden soll, wird günstigerweise eine in der Kontrolleinheit gespeicherte Kennlinie herangezogen, welche die Abhängigkeit
zwischen der Position des Stellteils und dem Druck der Flüssigkeit im Aufnahmeraum der Pumpeinheit wiedergibt. Diese Kennlinie, die vorzugsweise als Gerade angesetzt wird, von welcher die Steigung in der Kontrolleinheit abgespeichert wird, wird zweckmäßigerweise in einem vorausgehenden Lernzyklus aufgenommen. In einem solchen Lernzyklus können zwei oder mehr Positionen des Stellteils angefahren werden und jeweils der Druck der Flüssigkeit im Aufnahmeraum ermittelt werden. Aus diesen aufgenommenen Wertepaaren kann eine Gerade ermittelt werden, gegenüber welcher die geringsten Abweichungen zu diesen Wertepaaren bestehen (es kann beispielsweise die Summe der Beträge der Abweichungen oder die Summe der Quadrate der Abweichungen minimiert werden).
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass, falls es im Laufe eines Stellvorgangs zu einem Nachstellen der Position des Stellteils kommt, die Steigung der Geraden proportional zur Größe der Nachstellung der Position des Stellteils geändert wird. Die Kennlinie wird für nachfolgende Stellvorgänge also angepasst.
Sollte nach Durchführung der Wegregelung des Stellteils ein Nachstellen der Position des Stellteils erforderlich sein, da der Druck im Aufnahmeraum außerhalb des zulässigen Befüllungs- Druckbereichs liegt, so sieht eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung vor, dass die Soll-Position des Stellteils modifiziert wird und von der Kontrolleinheit eine weitere Wegregelung des Stellteils zum Anfahren der modifizierten Soll-Position durchgeführt wird.
Bei einer vorteilhaften Einrichtung gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Pumpeinrichtung einen Balg umfasst, innerhalb von dem der Aufnahmeraum für die Flüssigkeit liegt,
wobei ein Endstück des Balgs mit dem Stellteil starr verbunden ist. Das Stellteil kann hierbei insbesondere ein Außengewinde aufweisen, welches mit einem Innengewinde eines vom Elektromotor drehbaren Stellrings zusammenwirkt. Der Stellring kann hierbei insbesondere an seinem äußeren Umfang eine Verzahnung aufweisen, die mit einem vom Elektromotor angetriebenen Schneckenrad zusammenwirkt. Es kann dadurch eine robuste und präzise Verstellung des Stellteils erreicht werden, wobei die Position des Stellteils im Zustand, in welchem der Elektromotor nicht mit Energie versorgt ist, fixiert ist.
Eine erfindungsgemäße Einrichtung kann vorteilhafterweise einen künstlichen Sphinkter, insbesondere Harnröhrensphinkter, ausbilden, wobei der Flüssigkeitsballon in Form eines zu einem Ring schließbaren flexiblen Bandes mit einer längsverlaufenden inneren Kammer ausgebildet ist, die mit der Flüssigkeit befüllbar ist.
Durch den geringen Energieverbrauch, der durch die Erfindung ermöglicht wird, kann eine lange Nutzungsdauer bis zum Erfordernis des Austauschs der Batterie erreicht werden. Falls die Batterie wieder aufladbar ausgebildet ist, kann eine weniger häufige Notwendigkeit des Aufladens der Batterie erreicht werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung im implantierten Zustand;
Fig. 2 und 3 eine Seitenansicht und Ansicht der motorischen Betätigungseinheit ;
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie AA von Fig. 3 in einer ersten Position des Stellteils;
Fig. 5 einen Schnitt entsprechend Fig. 4 in einer zweiten Position des Stellteils;
Fig. 6 eine Explosionsdarstellung;
Fig. 7 eine Schrägsicht des mit der elektronischen Kontrolleinheit elektrisch verbundenen, die spiralförmige Leiterbahn aufweisenden Plättchens des Wegaufnehmers;
Fig. 8 eine Schrägsicht des Balgs der Pumpeinheit; Fig. 9 eine Schrägsicht des zu einem Ring geschlossenen Flüssigkeitsballons;
Fig. 10 eine axiale Ansicht des zu einem Ring geschlossenen Flüssigkeitsballons im unbefüllten Zustand der inneren Kammer;
Fig. 11 einen Schnitt entlang der Linie BB von Fig. 10; Fig. 12 eine Darstellung entsprechend Fig. 10 im befüllten Zustand der inneren Kammer;
Fig. 13 eine Seitenansicht der manuellen Betätigungseinheit; Fig. 14 eine Draufsicht auf die manuelle Betätigungseinheit; Fig. 15 einen Schnitt entlang der Linie CC von Fig. 13 im unbetätigten Zustand der manuellen Betätigungseinheit;
Fig. 16 einen Schnitt analog Fig. 15 im betätigten Zustand der manuellen Betätigungseinheit;
Fig. 17 einen Schnitt entlang der Linie DD von Fig. 14 im geschlossenen Zustand des Absperrventils;
Fig. 18 einen Schnitt entsprechend Fig. 17 im geöffneten
Zustand des Absperrventils;
Fig. 19 eine Explosionsdarstellung der manuellen
Betätigungseinheit;
Fig. 20 ein Diagramm zur Darstellung des Lernzyklus und der Ermittlung der Kennlinie;
Fig. 21 ein Diagramm zur Erläuterung der Einstellung eines zweiten Befüllungszustandes ausgehend von einem ersten Befüllungszustand des Flüssigkeitsballons.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung ist in den Figuren dargestellt.
Ein Flüssigkeitsballon 1 ist in Form eines flexiblen Bandes mit einer längsverlaufenden inneren Kammer la ausgebildet. Mittels an den beiden Endbereichen angeordneten Verschlussteilen lb, 1c kann der Flüssigkeitsballon zu einem Ring geschlossen werden, wobei er ringförmig um einen Körperkanal, hier die Harnröhre 2 legbar ist, vgl. Fig. 1.
Wenn der Flüssigkeitsballon 1 zu einem Ring geschlossen ist und die Kammer la entleert ist, weist der zu einem Ring geschlossene Flüssigkeitsballon 1 eine Durchtrittsöffnung ld auf, vgl. Fig. 10. Durch Einpumpen von Flüssigkeit in die Kammer la kann die Größe der Durchtrittsöffnung ld verkleinert werden, vgl. Fig. 11.
Zum Einpumpen von Flüssigkeit in den Flüssigkeitsballon 1 und Abpumpen von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsballon 1 dient eine Pumpeinheit 5, die mit dem Flüssigkeitsballon 1 über einen Schlauch 3 verbunden ist und die in einer in den Körper implantierbaren motorischen Betätigungseinheit 50 angeordnet ist. Diese motorische Betätigungseinheit 50 weist ein Gehäuse 4 auf, in welchem abgesehen von der Pumpeinheit 5 ein Elektromotor 6 zum Antreiben der Pumpeinheit 5, eine Batterie 7 zur Energieversorgung des Elektromotors 6 und eine elektronische Kontrolleinheit 8 angeordnet sind, welche den Elektromotor 6 und damit auch die Pumpeinheit 5 kontrolliert und ebenfalls von der Batterie 7 gespeist wird.
Das Gehäuse 4 umfasst im Ausführungsbeispiel ein halbschalenförmiges Gehäuseoberteil 4a und ein halbschalenförmiges Gehäuseunterteil 4b, welche gasdicht miteinander verbunden sind. Der Innenraum des Gehäuses 4 ist somit von der Umgebung des Gehäuses 4 gasdicht isoliert.
Die Pumpeinheit 5 weist einen Balg 9, insbesondere Faltenbalg auf. Der Balg 9 umschließt einen Aufnahmeraum 10, in welchem sich eine Flüssigkeit, z.B. Wasser, befindet. Im Weiteren weist die Pumpeinheit 5 ein Stellteil 11 auf, das mit einem Endstück 9a des Balgs starr verbunden ist, im Ausführungsbeispiel mittels Schrauben 12. Das Stellteil 11 besitzt einen mit dem Endstück 9a des Balgs 9 verbundenen Boden 11a und einen den Balg 9 außen umgebenden Hülsenabschnitt mit einem Außengewinde 11b. Mit dem Außengewinde 11b steht ein Innengewinde 13a eines Stellrings
13 in Eingriff. Der Stellring 13 ist in einem Lagergehäuse 14 drehbar gelagert. Zur drehbaren Lagerung des Stellrings 13 im Lagergehäuse 14 kann insbesondere wie dargestellt ein Kugellager 15 vorgesehen sein. Der Stellring 13 weist außerdem eine diesen außen umgebende Verzahnung 13b auf. Mit der Verzahnung 13b des Stellrings steht ein vom Elektromotor 6 angetriebenes Schneckenrad 16 in Eingriff. Das Schneckenrad 16 kann direkt auf der Motorwelle 6a des Elektromotors 6 angeordnet sein.
Im Ausführungsbeispiel ist der Elektromotor 6 am Lagergehäuse
14 gehalten und die Motorwelle 6a ist endseitig durch einen Lagerring 17 gegenüber dem Lagergehäuse 14 drehbar gelagert.
Auf die den Innenraum des Balgs 9 in axialer Richtung des Balgs 9 begrenzenden Endmembran 9b des Balgs 9 sind Dehnungsmessstreifen aufgebracht, beispielsweise
aufgesputtert, wie in Fig. 8 angedeutet. Es wird mittels dieser Dehnmessstreifen ein Drucksensor 20 zur Erfassung des Drucks, der zwischen dem Aufnahmeraum 10 des Balges 9 und dem den Balg 9 umgebenden Raum (=lnnenraum des Gehäuses 4) wirkt. Derartige mittels Dehnungsmessstreifen ausgebildete Drucksensoren sind an sich bekannt.
Der Drucksensor 20 ist mit der Kontrolleinheit 8 elektrisch verbunden.
Mit dem Stellteil 11 ist ein Plättchen 18 starr verbunden, welches eine spiralförmige Leiterbahn 18a aufweist. Im Ausführungsbeispiel ist das Plättchen 18 zwischen dem Stellteil 11 und dem Endstück 9a des Balgs 9 angeordnet. Das Plättchen 18 dient als Abstandssensor vom dem Plättchen gegenüberliegenden Abschnitt 19 der Wand des Gehäuses 4. Es wird somit durch das Plättchen 18 in Verbindung mit dem Abschnitt 19 der Wand des Gehäuses 4 ein induktiver Wegaufnehmer zur Erfassung der Position des Stellteils 11 ausgebildet .
Die Leiterbahn 18a des Plättchens 18 ist mit der Kontrolleinheit 8 elektrisch verbunden. Im Ausführungsbeispiel ist hierzu ein vom Plättchen 18 schraubenflächenförmig zur Kontrolleinheit 8 verlaufender, flexibler Leiterbahnträger 24 vorgesehen.
Wenn von der Kontrolleinheit 8 der Elektromotor 6 betätigt wird, so verstellt dieser über das zwischen dem Elektromotor und dem Stellring 13 ausgebildete Schneckengetriebe und den zwischen dem Stellring 13 und dem Stellteil 11 ausgebildete Schraubgetriebe das Stellteil 11 in axialer Richtung des
Schraubgetriebes und des Balgs 9. Dadurch wird das Volumen des Aufnahmeraums 10 verändert.
Zur Bedienung der Einrichtung ist vorzugsweise eine Fernsteuerung 21 vorgesehen. Zwischen der Fernsteuerung 21 und der Kontrolleinheit 8 erfolgt eine drahtlose Datenübertragung. Die Fernsteuerung 21 weist Bedienelemente 22 auf. Mit diesen kann zwischen einem Offen- und Geschlossen-Zustand der Einrichtung umgeschaltet werden. Im Offen-Zustand liegt ein erster Befüllungszustand des Flüssigkeitsballons 1 mit einem ersten Befüllungsdruck vor und im Geschlossen-Zustand liegt ein unterschiedlich befüllter zweiter Befüllungszustand des Flüssigkeitsballons mit einem gegenüber dem ersten Befüllungszustand höheren zweiten Befüllungsdruck vor.
In der Fernsteuerung 21 ist auch ein Luftdrucksensor 23 zur Erfassung des Atmosphärendrucks pU angeordnet, dessen Bedeutung weiter unten genauer erläutert wird.
Zur Erfassung des Luftdrucks pG im hermetisch abgeschlossenen Gehäuse 4 ist im Gehäuse 4 ein Gehäuse-Luftdrucksensor 48 angeordnet, dessen Bedeutung weiter unten genauer erläutert wird.
Zusätzlich zur motorischen Betätigungseinheit 50 ist vorzugsweise auch eine manuelle Betätigungseinheit 51 vorhanden, mit welcher zwischen dem Offen- und Geschlossen- Zustand der Einrichtung manuell gewechselt werden kann, insbesondere für den Fall, dass die motorische Betätigungseinheit 50 ausfallen sollte. Die manuelle Betätigungseinheit 51 wird weiter unten genauer erläutert.
Ein Lernzyklus zur Ermittlung einer Kennlinie, welche die Abhängigkeit zwischen der Position des Stellteils und dem Druck der Flüssigkeit im Aufnahmeraum der Pumpeinrichtung wiedergibt, wird im Folgenden anhand Fig. 20 erläutert. Ein solcher Lernzyklus wird insbesondere bei der erstmaligen Inbetriebnahme der Einrichtung durchgeführt und kann gegebenenfalls zu späteren Zeitpunkten wiederholt werden. Zur Durchführung des Lernzyklus wird die Einrichtung mit Flüssigkeit befüllt. Vorzugsweise wird der Lernzyklus im implantierten Zustand der Einrichtung durchgeführt. Grundsätzlich denkbar und möglich wäre es auch, den Lernzyklus mit der außerhalb des Körpers sich befindenden Einrichtung durchzuführen. Der Flüssigkeitsballon könnte hierzu um ein, insbesondere röhrchenförmiges, Element angelegt werden, welches in seinen Abmessungen und gegebenenfalls in seiner Elastizität der Harnröhre entspricht.
Zur Aufnahme der Kennlinie werden mehrere unterschiedliche Positionen des Stellteils angefahren. Unter Erfassung der Ist- Positionen des Stellteils 11 mittels des Wegaufnehmers 18, 19 wird von der Kontrolleinheit 8 eine Wegregelung zum Anfahren der gewünschten Soll-Positionen sl, s2, s3 und s4 durchgeführt, und zwar ausgehend von einer Anfangsposition, in welcher der niedrigste Befüllungsdruck im Flüssigkeitsballon vorliegt. Ausgehend von dieser Anfangsposition wird die Wegregelung durch die Kontrolleinheit 8 als unstetige Regelung durchgeführt, vorzugsweise als Zweipunktregelung, welche als Stellwerte lediglich „Motor an" und „Motor aus" heranzieht. Wenn eine jeweilige Soll-Position sl, s2, s3 und s4 erreicht ist, wird eine gewisse Relaxationszeit abgewartet. Innerhalb von dieser gleicht sich der Flüssigkeitsdruck im System aus, sodass es zu einem Absinken des Drucks im Aufnahmeraum der Pumpeinheit kommt. Es wird dann der Druck pl, p2, p3, p4 an
der jeweiligen angefahrenen Position sl, s2, s3 und s4 erfasst und die Positions- und Druckwerte werden gespeichert.
Die Kennlinie wird als Gerade angesetzt. Aus den gespeicherten Wertepaaren wird somit eine optimierte Gerade ermittelt, bei welcher die Summe der Beträge der Abweichungen der Druckwerte p1, p2, p3, p4 oder die Summe der Quadrate der Abweichungen der Druckwerte p1, p2, p3, p4 von der Geraden am geringsten sind. Die Steigung k dieser Geraden wird gespeichert.
Grundsätzlich denkbar und möglich wäre es auch, die Kennlinie durch Anfahren von lediglich zwei Positionen des Stellteils und Ermitteln der zugehörigen Druckwerte aufzunehmen, wobei die Gerade durch diese beiden Wertepaare verläuft. Bevorzugt ist aber die Aufnahme der Kennlinie durch Anfahren von mehr als zwei Positionen des Stellteils.
Nach Aufnehmen der Kennlinie ist es auch möglich, die Menge von Flüssigkeit in der Einrichtung zu verändern, um den Arbeitsbereich der Pumpeinheit 5 (also dem Bereich, über welchen das Stellteil 11 verfahren wird) anzupassen. Die Steigung der Gerade der Kennlinie kann hierbei als unverändert angenommen werden. Eine neuerliche Aufnahme der Kennlinie ist aber ebenfalls denkbar und möglich.
Anhand von Fig. 21 wird im Folgenden die Einstellung eines zweiten Befüllungszustandes des Flüssigkeitsballons 1 ausgehend von einem ersten Befüllungszustand erläutert. Fig.
21 zeigt den Verlauf des Drucks p der Flüssigkeit im Aufnahmeraum 10 der Pumpeinheit 5 in Abhängigkeit von der Zeit t .
Im ersten Befüllungszustand des Flüssigkeitsballons 1 befindet sich das Stellteil in einer Anfangsposition sA. Der Druck p der Flüssigkeit im Aufnahmeraum 10 der Pumpeinheit 5 weist einen Anfangswert pA auf. Im statischen Zustand entspricht der Druck pA der Flüssigkeit im Aufnahmeraum dem Befüllungsdruck im Flüssigkeitsballon.
Um nunmehr den zweiten Befüllungszustand des
Flüssigkeitsballons 1 einzustellen, wird anhand der Steigung der Kennlinie die Endposition sE ermittelt, zu der das Stellteil 11 gebracht werden soll. Die Endposition sE berechnet sich zu: sE = sA + k * (pE - pA). pE entspricht hierbei dem angestrebten zweiten Befüllungsdruck .
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Flüssigkeitsballon 1 nur zwei unterschiedliche Zustände einnehmen soll, die einem Offen-Zustand und einem Schließ-Zustand der Einrichtung entsprechen, wobei im Schließ-Zustand der Einrichtung der Befüllungsdruck pE im Flüssigkeitsballon größer ist als der Befüllungsdruck pA im Offen-Zustand.
Es wird nunmehr von der Kontrolleinheit 8 eine Wegregelung des Stellteils 11 mit der angestrebten Endposition sE als Soll- Position durchgeführt. Diese Wegregelung wird vorteilhafterweise als unstetige Regelung, vorzugsweise als Zweipunktregelung mit den Stellwerten „Motor an" und „Motor aus" durchgeführt.
Bei dieser Wegregelung wird mittels des Wegaufnehmers 18, 19 die Ist-Position des Stellteils 11 laufend erfasst und zunächst der Stellwert „Motor an" an den Elektromotor 6 gesandt. Als Abschaltposition wird die Endposition sE des Stellteils 11 abzüglich einer vorgegebenen Latenzstrecke angesetzt. Wenn die Ist-Position des Stellteils 11 diese Abschaltposition erreicht wird der Elektromotor 6 abgeschaltet. Damit kann die Wegregelung beendet werden. Es kann nach dem Abschalten des Elektromotors 6 aber auch überprüft werden, ob die angestrebte Sollposition sE innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches erreicht worden ist und falls nicht, die Latenzstrecke für nachfolgende Wegregelungen angepasst werden und/oder eine weitere Wegregelung zum Erreichen der Sollposition innerhalb des Toleranzbereichs durchgeführt werden.
Nach Abschluss der Wegregelung wird eine vorgegebene Latenzzeit tL abgewartet, in welcher sich der
Flüssigkeitsdruck in der Einrichtung ausgleichen kann. Während der Latenzzeit tL wird der Druck der Flüssigkeit im Aufnahmeraum somit absinken, vgl. Fig. 21. Nach Ablauf dieser Latenzzeit wird der Druck mittels des Drucksensors 20 erfasst. Die durchgezogene Linie in Fig. 21 zeigt die Situation, in welcher der Druck p im Aufnahmeraum nach der Latenzzeit tL innerhalb eines zulässigen Befüllungs-Druckbereichs Dr um den angestrebten Befüllungsdruck pE liegt. Eine Nachstellung der Position des Stellteils ist dann nicht erforderlich.
Vorzugsweise liegt der angestrebte Befüllungsdruck pE in der Mitte des Befüllungs-Druckbereichs Dr. Beispielsweise kann der Befüllungs-Druckbereich Dr im Bereich von +/- 1% bis +/- 5% um den Wert des Befüllungsdrucks pE liegen.
Mit gepunkteten bzw. gestrichelten Linien sind in Fig. 21 die Situationen eingezeichnet, in welchen der Druck p im Aufnahmeraum nach Ablauf der Latenzzeit oberhalb bzw. unterhalb des zulässigen Befüllungs-Druckbereichs Δr um den angestrebten Druck pE liegt. Es erfolgt in diesen Situationen eine Nachstellung der Position des Stellteils 11, sodass nach der Nachstellung der Position des Stellteils 11 der Druck p im Aufnahmeraum innerhalb des zulässigen Befüllungs-Druckbereichs liegt.
Diese Nachstellung der Position des Stellteils erfolgt vorzugsweise durch eine weitere Wegregelung des Stellteils, die wiederum günstigerweise als unstetige Regelung, bevorzugt als Zweipunktregelung durchgeführt wird. Denkbar und möglich wäre es aber auch, dass die Nachstellung der Position des Stellteils in vorgegebenen Schritten erfolgt, dass also das Stellteil 11 jeweils um einen vorgegebenen Schritt in die geeignete Richtung bewegt wird, bis festgestellt wird, dass der Druck p im Aufnahmeraum innerhalb des Befüllungs- Druckbereichs Dr liegt.
Falls es zu einem Nachstellen der Position des Stellteils kommt, wird vorzugsweise die Steigung k der Kennlinie angepasst. Die Ermittlung der neuen Steigung kb aus der bisherigen Steigung ka kann durch folgende Beziehung erfolgen:
Die Konstante α liegt hierbei zwischen 0,1 und 0,9, vorzugsweise zwischen 0,5 und 0,9.
Auch Osmoseeffekte, durch die sich das Volumen der Flüssigkeit in der Einrichtung möglicherweise etwas verändern könnte, können dadurch kompensiert werden.
Um den Druck der Flüssigkeit im Aufnahmeraum 10 der Pumpeinheit 5 zu bestimmen, wird der Luftdruck im Gehäuse 4 sowie eine Änderung des Atmosphärendrucks berücksichtigt. Der Drucksensor 20 erfasst ja den Differenzdruck zwischen den beiden Seiten der Endmembran 9b des Balges 9. Da auf den Flüssigkeitsballon 1 und somit auch auf die im
Flüssigkeitsballon enthaltene Flüssigkeit der Atmosphärendruck pU einwirkt, ist der auf der Flüssigkeitsseite auf die Endmembran 9b einwirkende Druck die Summe aus dem Flüssigkeitsdruck p und dem Atmosphärendruck pU. Auf der gegenüberliegenden Seite der Endmembran 9b liegt der innerhalb des Gehäuses 4 vorliegende Luftdruck pG an. Da das Gehäuse 4 hermetisch abgeschlossen ist, ändert sich dieser nur in Abhängigkeit vom Volumen, welches der Balg 9 in seiner jeweiligen Stellung, also in der jeweiligen Position des Stellteils 11 einnimmt. Der vom Drucksensor 20 ausgegebene Druckwert pS ergibt sich also zu: pS = p + pU - pG.
Um den Druck der Flüssigkeit im Aufnahmeraum 10 der Pumpeinheiten 5 zu ermitteln, wird somit vom Druckwert pS, den der Drucksensor 20 ausgibt, der Atmosphärendruck pU abgezogen, der vom Luftdrucksensor 23 ausgegeben wird, und der Luftdruck pG im Innern des Gehäuses (und außerhalb des Balges) addiert, der vom Gehäuse-Luftdrucksensor 48 ausgegeben wird.
Vorzugweise wird nach jedem von der Kontrolleinheit 8 durchgeführten Stellvorgang der im Aufnahmeraum 10 der
Pumpeinheit 5 vorliegende Druck p der Flüssigkeit gespeichert. Vor einem neuerlichen Stellvorgang wird geprüft, ob der aktuelle Druck p der Flüssigkeit im Aufnahmeraum 10 der Pumpeinheit 5 noch innerhalb eines Toleranzbereichs um den gespeicherten Wert des Drucks p liegt. Sollte dies nicht der Fall sein, so kann dies im Wesentlichen die folgenden Gründe haben:
Es könnte der Flüssigkeitsballon 1 mittels der manuellen Betätigungseinheit 51 geöffnet worden sein. Wenn dann die Flüssigkeit mittels der manuellen Betätigungseinheit 51 wiederum in den Flüssigkeitsballon 1 eingepumpt wird, kann der Druck p der Flüssigkeit im Aufnahmeraum 10 nochmals kontrolliert werden. Wenn es nicht auf diese Weise erreicht werden kann, dass der Druck p im vorgegebenen Bereich liegt, wird davon ausgegangen, dass ein Leck vorliegt und es wird somit eine Kontrolle der Einrichtung erforderlich.
Die manuelle Betätigungseinheit 51 weist einen flexiblen Pumpkörper 30 auf, der mit dem Flüssigkeitsballon 1 über eine Verbindungsleitung 31 verbunden ist. Im Weiteren weist die manuelle Betätigungseinheit 51 ein manuell öffenbares Absperrventil 32 auf, welches zwischen zwei Abschnitten 31a, 31b der Verbindungs1eitung 31 angeordnet ist. In einer Offenstellung des Absperrventils 32 sind die beiden Abschnitte 31a, 31b der Verbindungsleitung flüssigkeitsleitend miteinander verbunden. In einer Schließstellung des Absperrventils 32 ist die flüssigkeitsleitende Verbindung zwischen den beiden Abschnitten 31a, 31b unterbrochen.
Der erste Abschnitt 31a der Verbindungsleitung 31, welcher von einem Schlauch gebildet wird, verbindet das Absperrventil 32 mit der inneren Kammer la des Flüssigkeitsballons 1. Der
zweite Abschnitt 31b der Verbindungs1eitung 31, der wesentlich kürzer als der erste Abschnitt 31a ausgebildet ist, verbindet das Absperrventil 32 mit einer im Pumpkörper 30 angeordneten Pumpkammer 33.
Das Volumen der im Pumpkörper 30 angeordneten Pumpkammer 33 ist durch eine auf den Pumpkörper 30 einwirkende, manuell ausübbare Betätigungskraft des Benutzers verringerbar. Hierzu können insbesondere zwei gegenüberliegende Seitenwände 34, 35 des Pumpkörpers 30 zusammengedrückt werden, bis sie auf Anlage gebracht sind. Zumindest eine der Seitenwände 34, 35, vorzugsweise beide Seitenwände 34, 35 weisen auf ihrer im Inneren der Pumpkammer 33 liegenden Seite eine Mehrzahl von Erhebungen 36 auf. Im vollständig zusammengedrückten Zustand der Seitenwände 34, 35 liegen diese über die Erhebungen 36 aneinander an. Bei den Erhebungen kann es sich insbesondere um voneinander beabstandete, vorzugsweise parallel verlaufende Rippen handeln.
Der zweite Abschnitt 31b der Verbindungsleitung 31, der durch eine Verbindungswand 37 des Pumpkörpers verläuft, die die gegenüberliegenden Seitenwände 34, 35 verbindet, mündet an einer Stelle in die Pumpkammer 33, die im vollständig zusammengedrückten Zustand der gegenüberliegenden Seitenwände 34, 35 im Bereich einer Vertiefung liegt, die sich zwischen oder neben den Erhebungen 36 der mindestens einen Seitenwand 34, 35 befindet. In einer Schnittansicht orthogonal zur Längserstreckungsrichtung des Pumpkörpers 30 gesehen, mündet die Verbindungsleitung 31 im Bereich zwischen zwei Erhebungen 36 derselben Seitenwand 34, 35 in die Pumpkammer 33. Es kann dadurch beim Zusammendrücken der Seitenwände 34, 35 bis zum Erreichen der gegenseitigen Anlage der Seitenwände 34, 35 Flüssigkeit aus der Pumpkammer 33 strömen (bei geöffnetem
Absperrventil 32).
Denkbar und möglich wäre es auch, dass die Erhebungen 36 im Abstand von der Verbindungswand 37 enden.
Das Absperrventil 32 weist ein in einem Ventilgehäuse 38 verschiebbar gelagertes Verschlussglied 39 auf. Das Verschlussglied 39 ist ausgehend von einer Schließstellung, in welcher das Verschlussglied 39 mittels einer Sitzdichtung 40 gegenüber einem Ventilsitz 41 abgedichtet ist, gegen die Kraft einer Rückstellfeder 42 in eine Offenstellung verschiebbar. Es wird hierzu ein mit dem Verschlussglied 39 verbundener oder einstückig mit diesem ausgebildeter Betätigungsknopf 43 eingedrückt .
Die Rückstellfeder 42 stützt sich an einem Verschlussteil 45 ab, welches in das Ventilgehäuse 38 eingeschraubt ist. Das Verschlussteil ist topfförmig ausgebildet und durch einen Port 46 gegenüber der Umgebung abgedichtet. Der Port 46 dient zum Einbringen von Flüssigkeit in die Einrichtung mittels Durchstechen mit einer Kanüle. Im topfförmigen Verschlussteil 45 sind hierbei Öffnungen 47 eingebracht.
Das Absperrventil 32 und der Pumpkörper 30 sind vorteilhafterweise integral miteinander ausgebildet. Diese integrale Einheit umfasst auch den zweiten Abschnitt 31b der Verbindungsleitung 31.
Vorzugsweise ist eine das Absperrventil 32 umhüllende Umhüllung 44 vorhanden, die einstückig mit dem Pumpkörper 30 ausgebildet ist.
Um den Flüssigkeitsballon 1 manuell zu entleeren, wird das
Absperrventil 32 durch Eindrücken des Betätigungsknopfs 43 geöffnet, wodurch Flüssigkeit aus der Kammer la des Flüssigkeitsballons in die Pumpkammer 33 des Pumpkörpers 30 abfließen kann.
Um Flüssigkeit in die Kammer la des Flüssigkeitsballons 1 einzufüllen, wird das Absperrventil 32 durch Eindrücken des Betätigungsknopfs 43 geöffnet und die Seitenwände 34, 35 des Pumpkörpers 30 werden bis auf gegenseitige Anlage zusammengedrückt. Nach Loslassen des Betätigungsknopfs 43 ist ein Rückfließen von Flüssigkeit aus der Kammer la des Flüssigkeitsballons 1 gesperrt.
Denkbar und möglich wäre es auch, das Absperrventil 32 beim Zusammendrücken des Pumpkörpers 30 selbstöffnend auszubilden, beispielsweise durch eine entsprechende Dimensionierung der Rückstellfeder 42.
Bei der Ausbildung als künstlicher Harnröhrensphinkter wird die manuelle Betätigungseinheit 51 vorzugsweise in das Skrotum implantiert .
Die manuelle Betätigungseinheit 51 zusammen mit der Verbindungs1eitung 31 könnte grundsätzlich auch entfallen.
Legende
Zu den Hinweisziffern
1 Flüssigkeitsballon 21 Fernsteuerung la Kammer 22 Bedienelement lb Verschlussteil 23 Luftdrucksensor lc Verschlussteil 24 Leiterbahnträger ld Durchtrittsöffnung 30 Pumpkörper
2 Harnröhre 31 Verbindungsleitung
3 Schlauch 31a erster Abschnitt
4 Gehäuse 31b zweiter Abschnitt
4a oberes Gehäuseteil 32 Absperrventil 4b unteres Gehäuseteil 33 Pumpkammer
5 Pumpeinheit 34 Seitenwand
6 Elektromotor 35 Seitenwand
6a Motorwelle 36 Erhebung
7 Batterie 37 Verbindungswand
8 Kontrolleinheit 38 Ventilgehäuse
9 Balg 39 Verschlussglied
9a Endstück 40 Sitzdichtung
9b Endmembran 41 Ventilsitz
10 Aufnahmeraum 42 Rückstellfeder
11 Stellteil 43 Betätigungsknopf
11a Boden 44 Umhüllung
11b Außengewinde 45 Verschlussteil
12 Schraube 46 Port
13 Stellring 47 Öffnung
13a Innengewinde 48 Gehäuse-Luftdrucksensor
13b Verzahnung 50 motorische
14 Lagergehäuse Betätigungseinheit
15 Kugellager 51 manuelle
16 Schneckenrad Betätigungseinheit
17 Lagerring
18 Plättchen
18a Leiterbahn
19 Abschnitt
20 Drucksensor