CN103052414A - 用于检测通过透析器的流体流动方向的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种检测通过透析器1的液体的流向的装置和方法,该透析器1具有第一和第二连接器3A、3B的第一腔3,具有第一和第二连接器4A、4B的第二腔4,其中第一腔和第二腔被半透明2彼此分离。本发明还涉及一种体外血液处理设备,其具有用于检测通过透析器的液体流动方向的装置。根据本发明的装置以及根据本发明的方法是基于流入到透析器的一个腔的液体的物理和/或化学特性(例如物质浓度或温度)的变化,以及从透析器的该一个腔流出的液体的物理和/或化学特性的测量。在通过透析器的该一个腔的液体方向反转前和反转后,测量归因于透析器的该一个腔上游的物理和/或化学特性的变化的透析器的该一个腔下游的液体的物理和/或化学特性的变化。流向保持不变的第二液体流过透析器的另一个腔。
Description
技术领域
本发明涉及用于检测通过透析器的流体流动方向的装置和方法,其包括具有第一和第二连接的第一腔,以及具有第一和第二连接的第二腔,其中第一腔和第二腔被半透膜彼此分离。而且,本发明涉及具有体外血路的体外血液处理设备,其包括透析器的血液腔,该透析器被半透膜分为血液腔和透析流体腔,并具有包括透析器的透析流体腔的流体系统,其中体外血液处理设备包括用于检测通过透析器的流体流动方向的装置。
背景技术
已知多种血液处理设备。已知的血液处理设备包括例如用于血液透析、血液滤过和血液透析滤过的设备。在血液处理期间,病人的血液穿过血液处理单元在体外循环血路中流动。在用于血液透析、血液滤过和血液透析滤过的设备中,血液处理单元是透析器或过滤器,其被半透膜分为血液腔和透析流体腔。在血液处理期间,血液流过血液腔,而透析流体流过透析流体腔。有效的血液处理方法要求血液和透析器沿着透析器或过滤器的膜以相反方向流动。在等方向流动的情况下,血液处理不那么有效。因此特别地,透析器或过滤器不是用等方向流而是用逆流操作的。
透析器或过滤器是可互换单元,其连接到血液处理设备的流体系统。已知的血液处理设备的流体系统包括线路系统,具有用于透析器的连接的第一和第二线段。对于透析器到流体系统的连接,第一线段连接到透析器的透析流体腔的入口,而第二线段连接到透析流体腔的出口。透析器的连接以已知的连接件出现,其包括已知的汉森(Hansen)耦合器。
透析器和血液处理设备的制造商提供了透析器的入口和出口的彩色编码以及将被连接到入口和出口的汉森耦合器的彩色编码,以便根据逆流原理使得用户更易于进行连接。但是该彩色编码对于所有制造商来说不是统一的。因此存在连接混乱的风险。这在以下被称为不正确连接。
如果透析器没有用逆流操作而是用等方向流操作,用于病人的治疗效果可能不充分。当透析器的不正确连接保持被忽视时,这特别成问题。随后存在这样的风险,病人长期不能得到足够有效的治疗。
发明内容
本发明的潜在问题是提供一种检测通过透析器的流体流动方向的装置和方法,以便能检查透析器是以等方向流操作还是以逆流操作。而且,本发明的问题是提供一种体外血液处理设备,利用该设备可提高透析器的可靠性。
根据本发明,解决这些问题的方法利用独立权利要求的特征而执行。本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。
根据本发明的装置和根据本发明的方法允许监控透析器到体外血液处理设备的流体系统的连接。流过体外血液处理设备的透析器的流体的方向的检测基于流入到透析器的一个腔的流体的物理和/或化学特性的变化以及对从透析器的一个腔流出的流体的物理和/或化学特性的变化的测量。在流过透析器的一个腔的流体的流向反转前和反转后,测量从透析器的该一个腔下游的流体的物理和/或化学特性的变化以追溯透析器的该一个腔上游的流体的物理和/或化学特性的变化。第二流体流过透析器的另一腔,其流向保持不变。
流反转可发生在整个流体系统中或仅在部分的流体系统中。对于整个流体系统中发生的流反转,流体系统中输送泵的输送方向可被反转。对于仅在部分的流体系统中的流反转,可使用点方式构成的阀门布置。
如果已知透析器的一个腔上游的第一流体的物理和/或化学特性的变化,不需要测量第一流体的物理和/或化学特性的变化。但是在不知道透析器的一个腔上游的第一流体的物理和/或化学特性的情况下,在透析器的上游和下游都测量第一流体的物理和/或化学特性。
物理和/或化学特性变化可通过物理和/或化学特性的增加和/或减少而发生,由此物理和/或化学特性的变化可以相同的量或不同的量发生在流向反转前和反转后。流体的物理和/或化学特性优选地以相同量被改变,该量优选地是已知的。在这种情况下,仅需要测量透析器的一个腔下游的物理和/或化学特性的变化。
流过透析器的一个腔的第一流体可以是透析流体,而流过透析器的第二腔的第二流体可以是血液。在这种情况下,透析流体的流向在透析器的一个腔中被反转。但是原则上,也可能在透析器的另一个腔中反转血液的流向。
如果透析流体流过透析器的一个腔而血液流过透析器的另一个腔,可在血液处理期间检测通过过透析器的流向。但是如果其他流体流过透析器的腔,也可能在血液处理前检查通过透析器的流向。冲洗流体可例如流过透析器的两个腔中的一个。
对于通过透析器的流向的检测,哪个物理和/或化学特性发生变化基本上是没关系的。优选地改变两个流体中的一个的物质的浓度,例如纳浓度。但是也可能改变流体温度。
在体外血液处理设备的透析液的制备中可发生物质的量的变化。透析流体的温度也可在透析液制备期间改变。可用已知的传感器来测量物质浓度或流体温度,该已知的传感器在任何情况下这通常存在于已知的血液处理设备中。根据本发明的方法和根据本发明的装置因此可容易地被实施在已知的血液处理设备中。
本发明的优选实施例提出了计算在流向反转前和反转后流入到透析器的第一腔的流体的物理和/或化学特性的积分(integral)和从透析器的第一腔流出的流体的积分,基于流向反转后两个积分值之间的差和流向反转前两个积分值的差的比较确定流向反转前透析器是以等方向流还是以逆流操作。优选地,计算流向反转后两个积分值之间的差和流向反转前两个积分值之间的差的商,如果商大于1,则在流向反转前,存在透析器的等方向流操作,如果商小于1,则在流向反转前存在透析器的逆流操作。为了计算物理和/或化学特性的积分,计算由描述作为时间的函数的物理和/或化学特性的图和表示物理和/或化学特性的恒定量的基线所包围的面积。该图与平行于时间轴延伸的基线的交叉点限定了积分限制。由此仅基本基线上标示的脉冲。
如果透析器的正确操作是用逆流的操作,如果在流向反转前断定存在透析器利用等方向流的操作,优选发出警报,优选地是光的和/或声音和/或触觉警报。在不正确操作的情况下,优选地产生干预机器控制的控制信号。实际上,对机器控制的干预可包括阻止血液处理的进行。这保证了血液处理仅仅在透析器正确连接时才是可能的。但是,作为对机器控制的干预,也可以反转流向以正确操作透析器。
附图说明
以下将参考附图详细解释本发明的示例性实施例。
在附图中:
图1以非常简单的示意表示示出了体外血液处理设备的主要部件;
图2示出了利用逆流作为时间函数操作的透析器的一个腔的透析流体上游和下游的电导率;以及
图3示出了利用等方向流操作的透析器的一个腔的透析流体上游和下游的电导率。
具体实施方式
图1以非常简单的示意性表示示出了对于本发明来说是必不可少的血液处理设备的主要部件。在本发明的示例性实施例中,用于检测通过体外血液处理设备的流体流动的方向的装置是血液处理设备的主要部件。但是,用于检测流过透析器的流向的装置也可组成独立单元。
在本示例性实施例中作为血液透析装置的体外血液处理设备包括透析器1,其被半透膜2分为第一腔3和第二腔4。第一腔3包括第一连接3A和第二连接3B,而第二腔包括第一连接4A和第二连接4B。在本示例性实施例中,第一腔是透析流体腔3,而第二腔是血液腔4。
流体系统包括仅示意性地表示的装置5,可用该装置制备从水和浓缩物制备新鲜透析流体。用于制备新鲜透析流体的装置5允许短期变化,尤其是成分浓度的增加,以便产生浓度改变(bolus)。而且装置5允许短期变化,特别是透析流体温度的增加,以便产生温度改变。
用于制备新鲜透析流体的装置5经由第一透析流体线6连接到透析流体腔3的第一连接3A。其中并入了透析流体泵8的第二透析流体线7从透析流体腔3的第二连接3B通向排放口(drain)9。血液处理设备的该部分表示透析流体系统Ⅰ。
其中并入了血液泵11的动脉血线10从病人通向血液腔4的第一连接4A,而引回到病人的静脉血线12从血液腔4的第二连接4B引出。血液处理设备的这部分表示体外循环血路Ⅱ。
在体外血液处理期间,透析流体流过透析流体腔3且血液流过血液腔4。透析流体和血液沿着透析器的膜2流动。为了增加处理效果,透析器1通常用逆流操作。这里,透析流体和血液沿着膜以相反方向流动。但是,理论上透析器也可用等方向流操作。
血液处理设备包括中央控制单元13,其经由控制线8’,11’连接到透析流体泵8和血液泵11。
第一和第二透析流体线6,7是连接到透析器1的软管线。对于到透析器1的连接3A、3B的软管线6,7的连接,使用通常被彩色编码的连接件(未示出),特别是汉森耦合器。
用于检测通过透析器1的流向的装置,其在本示例性实施例中是血液处理设备的组成部分,包括计算和评估单元14,其经由数据线15连接到血液处理设备的中央控制单元13。但是计算和评估单元14也可以是控制单元13的组成部分。
通过透析器1的流向的检测要求通过透析器的流向的反转。为了该目的,提供了装置16以反转流向,所述装置包括阀门16A、16B、16C、16D的布置。阀门优选地是电磁或气动操作的阀门,其经由控制线16A’、16B’、16C’和16D’由血液处理设备的中央控制单元13触发。
阀门16A被放置在第一透析流体线6中且第二阀门16B被放置在第二透析流体线7中。从第一阀门16A上游的第一透析流体线6分支的是第一线分支6A,其引向第二阀门16B上游的第二透析流体线7。第三阀门16C被并入到第一线分支6A。在第一阀门16A的下游,第二线分支6B从第一透析流体线6分支,该第二线分支引向第二阀门16B下游的第二透析流体线7。第四阀门16D被并入到第二线分支6B。当流向未被反转时,术语阀门的上游和下游涉及流向。
在正常操作中,透析器1逆流操作。出于该目的,中央控制单元13打开第一和第二阀门16A、16B并关闭第三和第四阀门16C、16D。因此,第一连接3A是透析流体腔3的入口且第二连接3B是出口。为了反转流向,控制单元13关闭第一和第二阀门16A、16B并打开第三和第四阀门16C、16D。随后第一连接3A是透析流体腔3的出口而第二连接3B是入口。
检测通过透析器的流向的装置也包括用于测量透析流体的物理和/或化学特性的装置。在本示例性实施例中,透析流体的物理和/或化学特性是透析流体中物质的浓度,例如钠浓度,或是透析流体的温度。为了测量物理和/或化学特性,提供了装置17,其包括第一传感器17A和第二传感器17B。为了确定钠浓度,当流向未被反转时,第一传感器17A测量透析器1上游的第一透析流体线6中的透析流体的电导率,而第二传感器17B测量透析器1下游的第二透析流体线7中的透析流体的电导率。在可选实施例中,提供温度传感器17A、17B代替电导率传感器。传感器17A、17B经由数据线17A’、17B’连接到计算和评估单元14。
而且,提供了报警单元18,其经由数据线19连接到计算和评估单元14。当确定透析器1的不正确操作时,警报单元18发出光和/或声音和/或触觉警报。
接下来将解释检测通过透析器的流向的原理。
作为透析流体线路Ⅰ中的透析流体的成分浓度或温度的短期变化的结果,产生浓度改变或温度改变,这由传感器17A和17B测量。
测量时间Δt内在透析器的上游测量的特定浓度的物质量cdi被划分为传递到血液侧的分数cbo以及在透析器下游测量的分数cdo:
下游浓度与上游浓度的积分比是关注的物质的量的透析率(dialysance)Ψ的测量。
传输透析液侧的物质的量的流动速率由QD,表示,且移动血液侧的量的流动速率由QB表示。
在流向反转后,透析流体流量和血液流量QD,QB没有变化,则获得的物质的量如下:
温度测量可以与电导率测量一样的方式来进行,以便分析通过透析器的流量。出于该目的,代替电导率,仅改变和测量温度。
以下将详细描述执行测量的各个步骤。
假设透析器以逆流操作。逆流操作因此是正常操作。这将在本示例性实施例中被检查。阀门16A、16B被打开而阀门16C、16D被关闭用于逆流操作。流向首先被反转以检查透析器连接。出于该目的,中央控制单元13关闭阀门16A、16B并打开阀门16C、16D。随后产生浓度改变。浓度改变可通过改变用于制备透析流体的装置5的传输泵(未显示)的传输量而被产生。计算和评估单元14用透析器1上游的导电率传感器17A和透析器下游的电导率传感器17B检测电导率。电导率在其中可产生电导率改变的预定时间间隔内被连续或不连续地测量。测量的值被存储在计算和评估单元14的存储器中(未示出)。
图2示出了在具有逆流向的透析器1的透析流体腔3的上游和下游被检测的电导率改变。在图2中,透析器上游的电导率由表示,且下游的电导率由表示。可见从时间来说,透析器上游的电导率改变之后是透析器下游的电导率改变
随后再次反转透析流体的流向。出于该目的,关闭阀门16C、16D并打开阀门16A、16B。在流向反转后并再次产生浓度改变。利用传感器17A测量透析器上游的透析流体的电导率以及利用传感器17B测量透析器下游的透析流体的电导率。电导率值再次被存储在计算和评估单元14的存储器中。
图3示出了流向反转后透析器上游的电导率改变cdi和下游的电导率改变cdo,其对应于透析器的正常操作。
计算和评估单元14现在执行由传感器17A、17B测量的电导率随时间的积分。计算和评估单元14在具有反转的流向的第一测量中计算透析器上游的电导率的积分和透析器下游的电导率的积分,以及在透析器正常操作的第二测量中计算透析器上游的积分和透析器下游的积分。在图中用阴影区域表示对时间的积分,其由各曲线和各基线限定。根据等式(5),利用在流向反转后(第一测量)和流向反转前(第二测量)的计算的透析器的上游积分值和下游积分值来计算商计算和评估单元14比较商与值1。如果商小于1,计算和评估单元14确定透析器以逆流操作。当比率大于1时,计算和评估单元14确定透析器以等方向流操作。
在透析器正确连接的当前情况中,商小于1。如果透析器没有正确连接到透析流体线6,7,即,连接已被弄混,计算和评估单元确定透析器以等方向流操作。计算和评估单元14随后产生由警报单元18接收的控制信号。警报单元18现在发出警报。而且,计算和评估单元14产生由中央控制单元13接收的控制信号。控制单元13随后执行对机器控制的干预。该干预实际上在于血液处理的执行被中断。可选地,通过致动对应的阀门16A-16D可以反转流向,以便透析器逆流操作。
对于本示例性实施例采用以下数字值:
如果使 以及 根据等式[5]:
在第二示例性实施例中,改变温度,而不是物质浓度。积分值的计算和比较以与第一示例性实施例类似的方式进行。
Claims (22)
1.一种用于检测通过透析器(1)的流体流动方向的装置,所述透析器(1)包括具有第一和第二连接(3A,3B)的第一腔(3)以及具有第一和第二连接(4A,4B)的第二腔(4),其中所述第一腔和所述第二腔被半透膜(2)彼此分离,所述装置包括:
用于反转流向的装置(16),被配置为在等方向流操作和逆流操作之间或在所述逆流操作和所述等方向流操作之间切换所述透析器,在所述等方向流操作中,第一流体流入到所述第一腔的所述第一连接且所述第一流体从所述第一腔的所述第二连接流出,而第二流体流入到所述第二腔的所述第一连接且所述第二流体从所述第二腔的所述第二连接流出,以及在所述逆流操作中,所述第一流体流入到所述第一腔的所述第二连接且所述第一流体从所述第一腔的所述第一连接流出,而所述第二流体流入到所述第二腔的所述第一连接且所述第二流体从所述第二腔的所述第二连接流出,
用于改变流入到所述第一腔的所述第一和/或第二连接的所述流体的物理和/或化学特性的装置(5),
用于测量从所述第一腔的所述第二和/或第一连接流出的所述流体的物理和/或化学特性的装置(17;17B)
与所述装置(17)协作的用于测量所述物理和/或化学特性的计算和评估单元(14),所述计算和评估单元被配置为,基于从所述第一腔的所述第二和/或第一连接流出的所述第一流体的物理和/或化学特性的变化,所述变化在流向反转前和流向反转后被测量并能追溯流入到所述第一腔的所述第一和/或第二连接的所述第一流体的物理和/或化学特性的变化,来断定流向反转前所述透析器是以等方向流操作还是以逆流操作。
2.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述装置(17;17A)被提供为测量流入到所述第一腔的所述第一和/或第二连接的流体的物理和/或化学特性。
3.如权利要求2所述的装置,其特征在于,所述计算和评估单元(14)被配置为:
在流向反转前计算流入到所述第一腔的所述第一连接的所述第一流体的物理和/化学特性的积分和从所述第一腔的所述第二连接流出的所述第一流体的积分,以及在流向反转后计算流入到所述第一腔的所述第二连接的所述第一流体的物理和/或化学特性的积分和从所述第一腔的所述第一连接流出的所述第一流体的积分,其中
基于流向反转后的两个积分值之间的差与流向反转前的两个积分值之间的差的比较,确定在流向反转前所述透析器是以等方向流操作还是以逆流操作。
4.如权利要求4所述的装置,其特征在于,所述计算和评估单元(14)被配置为:
计算流向反转后的两个积分值之间的差和流向反转前的两个积分值之间的差的商,其中
如果所述商大于1,则断定在流向反转前所述透析器的操作利用等方向流,或者
如果所述商小于1,则断定在流向反转前所述透析器的操作利用逆流。
5.如权利要求1到4中任一项所述的装置,其特征在于,所述第一流体是透析流体。
6.如权利要求1到5任一项所述的装置,其特征在于,所述第二流体是血液。
7.如权利要求1到6任一项所述的装置,其特征在于,所述物理和/或化学特性是所述流体中物质的浓度,所述用于测量物理和/或化学特性的装置(17)是用于测量物质浓度的装置。
8.如权利要求1到6任一项所述的装置,其特征在于,所述物理和/或化学特性是流体温度,所述用于测量物理和/或化学特性的装置(17)是用于测量温度的装置。
9.如权利要求1到8任一项所述的装置,其特征在于,所述计算和评估单元(14)与报警单元(18)协作,当所述计算和评估单元确定在流向反转前所述透析器以等方向流的操作时,所述报警单元(18)发出光和/或声音和/或触觉警报。
10.如权利要求1到9任一项所述的装置,其特征在于,当所述计算和评估单元(14)确定在流向反转前所述透析器以等方向流的操作时,所述计算和评估单元产生用于干预机器控制的控制信号。
11.如权利要求10所述的装置,其特征在于,用于干预机器控制的控制信号是激活用于反转流向的装置(16)的控制信号。
12.一种具有体外血路(Ⅱ)和透析流体系统(Ⅰ)的体外血液处理设备,所述体外血路(Ⅱ)包括由半透膜(2)分为血液腔(4)和透析流体腔(3)的透析器(1)的所述血液腔(4),所述透析流体系统(Ⅰ)包括透析流体腔,其特征在于,所述体外血液处理设备包括根据权利要求1到11中的任一项所述的检测通过透析器的流体流动方向的装置。
13.一种用于检测通过透析器的流体流动方向的方法,所述透析器包括具有第一和第二连接的第一腔以及具有第一和第二连接的第二腔,其中所述第一腔和所述第二腔由半透膜彼此分离,其特征在于,
改变流入到所述第一腔的所述第一连接的第一流体的物理和/或化学特性,而第二流体流入到所述透析器的第二腔的所述第一连接并从所述透析器的所述第二腔的所述第二连接流出,
测量从所述第一腔的所述第二连接流出的所述第一流体的物理和/或化学特性,该物理和/或化学特性能追溯流入到所述第一腔的所述第一连接的所述第一流体的物理和/或化学特性的变化,
其特征在于,所述流向被反转以便所述第一流体流入到所述第一腔的所述第二连接且所述第一流体从所述第一腔的所述第一连接流出,以及
基于从所述第一腔的所述第二和/或第一连接流出的所述第一流体的物理和/或化学特性的变化,所述变化在流向反转前和在流向反转后被测量并能够追溯流入到所述第一腔的所述第一和/或第二连接的所述第一流体的物理和/或化学特性的变化,来断定在流向反转前所述透析器是以等方向流操作还是以逆流操作。
14.如权利要求13所述的方法,其特征在于,测量流入到所述第一腔的所述第一和/或第二连接的所述流体的物理和/或化学特性。
15.如权利要求14所述的方法,其特征在于:
在流向反转前,计算流入到所述第一腔的所述第一连接的所述第一流体的物理和/或化学特性的积分和从所述第一腔的所述第二连接流出的所述第一流体的积分,以及
在流向反转后,计算流入到所述第一腔的所述第二连接的所述第一流体的物理和/或化学特性的积分和从所述第一腔的所述第一连接流出的所述第一流体的积分,其中
基于流向反转后的两个积分值之间的差与流向反转前的两个积分值之间的差的比较,确定在流向反转前所述透析器是以等方向流操作还是以逆流操作。
16.如权利要求15所述的方法,其特征在于,计算流向反转后的两个积分值之间的差和流向反转前的两个积分值之间的差的商,其中,
如果所述商大于1,则断定在流向反转前存在所述透析器的等方向流操作,或如果所述商小于1,则断定在流向反转前存在所述透析器的逆流操作。
17.如权利要求13到16任一项所述的方法,其特征在于,所述第一流体是透析流体。
18.如权利要求13到17任一项所述的方法,其特征在于,所述第二流体是血液。
19.如权利要求13到18任一项所述的方法,其特征在于,所述物理和/或化学特性是流体中物质的浓度。
20.如权利要求13到18任一项所述的方法,其特征在于,所述物理和/或化学特性是流体温度。
21.如权利要求13到19任一项所述的方法,其特征在于,如果确定在流向反转前所述透析器以等方向流操作,则发射光和/或声音和/或触觉警报。
22.如权利要求13到20任一项所述的方法,其特征在于,如果确定在流向反转前所述透析器以等方向流操作,则产生用于干预机器控制的控制信号,特别地,用于反转流向的控制信号。
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