DD157076A5 - Automatisierte membranvorrichtung zum steuern der negativdruckhaemodialysebehandlung - Google Patents

Abstract

Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, den Durchgang der Membranen in jedem der beiden Zylinder so zu steuern, dass der Augenblick des Hubendes in jedem synchronisiert ist, um unerwuenschte Auswirkungen in der Dialysataufbereitung und unregelmaessige Durchflussraten durch die Niere zu vermeiden. Die Vorrichtung weist Durchflussmesseinrichtungen in der Frischdialysatspeiseleitung, zur Einfuehrung blasenfreien Dialysats, und in der Verbrauchtdialysatentfernungsleistung auf.Diese Durchflussschalter stellen das Hubende der Membran in jedem Kreislauf fest und fuehren ein elektrisches Signal zu einem Mikroprozessor, welcher korrigierende Signale zur Pumpe in der Verbrauchtdialysatleitung fuer die folgende Halbperiode fuehrt, um die Durchflussrate des Dialysats zu korrigieren und eine Synchronisierung des Zeitpunktes des Hubendes in jeder Membran und in jeder Halbperiode auf einer kontinuierlichen Basis herbeizufuehren. Die Vorrichtung enthaelt auch einen Druckwandler in der Verbrauchtdialysatentfernungsleitung, welcher Druckaenderungen in dem Dialysat feststellt, die verursacht werden durch den Blutdruck des Patienten,Veraenderungen in der Nierendurchlaessigkeit, und zum Mikroprozessor uebertraegt.

Description

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Verfahren und automatisierte Membranvorrichtung zum Steuern der Negativdruckhämodialysebehandlung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindimg bezieht sich auf eine verbesserte Eindurchgangsdialysatzufuhrvorrichtung unter Verwendung eines mit hydraulisch angetriebenen Membranen ausgestatteten Zylinderpaaresj sowie auf ein Verfahren zur Steuerung der Membranen und dos resultierenden Dialysatdurchflusses zu und von einem Hämodialysator während der Hämodialyse. Das Verfahren ge» mäß dieser Erfindung ist von der allgemeinen Art, wie offenbart in dem US-Patent 4 209 391 mit der Bezeichnung Vorrichtung und Verfahren zum automatischen Steuern der Hämodialyse bei einer vorgewählten Ultrafiltrationsrate. Die Vorrichtung gemäß dieser Erfindung sieht Einrichtungen vor zur Bildung eines Durchflusses identischer Flüssigkeitsvolumen des Dialysats zu und von der Niere, um dasselbe allgemeine Verfahren der Hämodialysebehandlung zu erreichen wie es in d.em US»Patent 4 209 391 ausgeführt wird«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Der Kreislauf nach dem US-Patent 4 209 391 verwendet eine gemeinsame kraftbetriebene Kolbenstange, die an Kolben oder Membranen in-jedem von zwei Zylindern von im wesentlichen gleichem Volumen befestigt ist. Die Pendelbewegung der KoI- .,, benstange verursacht die Zuführung und Entfernung von Dialysat zu und von dem Hämodialysator auf einer Wechselbasis· von einem der beiden Zylinder, während der andere Zylinder mit frischem Dialysat in dem"'Maße gefüllt wird, wie Dialysat in demselben Zylinder zum Abfluß geführt wird« Vor dieser Erfindung wurden Systeme, welche ein Paar Pumpen mit aufeinander abgestimmten Ausgangsvolumen verwendeten, allgemein als geschlossenes System bezeichnet, und ein solches System ist offenbart in dem.US-Patent 4 021 341« In dem

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System dee US-Patents 4 021 341 wird angenommen, daß durch Verwendung von Einlaß- und Auslaßpumpen, die bei gleicher Drehzahl arbeiten, das Volumen des Dialysats zur Niere das gleiche ist wie das Volumen des Dialysats, welches zum Abfluß geführt wird, und jeglicher Volumeniiberschuß in der Leitung von der Niere aus dem Blut in der Mere abgezogenes V/asser darstellt« Diese Annahme hat sich als fehlerhaft erwiesen, und Anlagen, die sich auf Messungen derartiger überschüssiger Plüssigkeitsvolumen als Ultrafiltratsteuereinrichtung stützen, haben sich als ungenau und wirtschaftlich unbefriedigend erwiesen· Die Fehlerquelle aufgrund der Annahme gleicher Volumen, wie sie in Verbindung mit den bev kannten geschlossenen Systemen üblich war, wurde identifiziert in dem Patent 4 209 391» und es wurden in seinem neuen Kreislauf Mittel vorgesehen, welche das Problem lösten und den Fehler in der falschen Annahme ausschalteten, indem nur blasenfreies Dialysat in jeden der beiden Zylinder eingelassen wurde. Als Folge davon ermöglichte der neue Kreislauf nach dem Patent 4 209 391 eine Steuerung der Ultrafiltrate lediglich durch Voreinstellung der Rate der von dem Kreislauf abgesogenen blasenfreien Flüssigkeit durch Verwendung einer unabhängig gesteuerten Ultrafiltratabzugsvorrichtung» wie beispielsweise eines dritten Kolbens oder einer volumetrisch steuerbaren Pumpe.

Frühere Versuche, lediglich hydraulische Antriebe anstelle des positiven mechanischen Antriebs in der Membranausführung jenes Kreislaufs einzusetzen, schlugen fehl. Es wurde festgestellt, daß flexible Membranen, die passiv angetrieben werden in Abhängigkeit von einem höheren Strömungsmitteldruck auf einer Seite der Membran als auf der gegenüberliegenden Seite, einem zusätzlichen Steuerproblem unterlagen, und zwar infolge der Schwankungen oder Veränderungen in der Durchgangsrate innerhalb des Zylinders, die bei po~

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sitlv angetriebenen Membranen nicht auftraten* Es wurde " beobachtet, daß Durchgangsratenschwankungen mit der Zeit veränderlich und unkontrollierbar waren, da der hydraulische Antriebsdruck auf dem Eingangsdialysat entv/eder der Druck der Dialysatmischpumpe oder der Leitungsdruck der Wasserquelle war^ und jeder dieser Drücke unterliegt unerwarteten Veränderungen* Im Gegensatz dazu ist die Antriebskraft in der Verbrauchtdialysatleitung des Kreislaufs ein mechanisch induzierter }i5^rdraulischer Druck, welcher aufgrund der Pumpentätigkeit resultiert, die ebenfalls sporadischen Veränderungen unterliegt* Zusammenfassend gesagt, wurde festgestellt» daß die hydraulische Antriebskraft der Membranen in jeder der beiden Zylindereinheiten für einen ganzen Zylinderlängendurchgang selten, wenn überhaupt jemals $ identisch war* Diese Veränderungen in der Antriebskraft sind verantwortlich dafür, daß die passiv angetriebenen Membranen in jedem der Zylinder zu unterschiedlichen Augenblicken das Hubende erreichen, wobei die absolute Zeitdifferenz als eine Funktion der Druckabweichungen während eines gegebenen Durchgangs von einer Seite des Zylinders zur anderen schwankt« Während ein positiver Antrieb gemein= sam für beide Zylinder gleichzeitiges Erreichen das Hubendes der Membranen in den Frisch-Abzugs- und Nieren-Verbrauchskreisläufen sicherstellte, wurde es bei den hydraulisch angetriebenen Membranen erforderlich, zwischen einer Ventilschaltung in dem Augenblick des. Hubendes entweder der ersten oder der zweiten Membran zu wählen. Versuche zum : Schalten in dem Augenblick der das Hubende zuerst erreichenden schlugen fehl infolge der fortschreitenden Verkürzung jedes Hubes*, dies Verfahren gipfelte in einem ständig schnelleren Schalten von Periode zu Periode, bis schließlich der Zustand einer Flatterschließung erreicht wurde, der unbefriedigend ist« Eine Schaltung in· dem Augenblick des zweiten oder letzten Hubendes der Membranen in den beiden

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Zylindern in getrennten Flußwegen erzeugt einen Zustand eines Nichtfließens von Strömungsmittel in dem Kreislauf der zuerst ankommenden Membran während des Interims, bis die zweite Membran ihr Hubende erreicht»

Es ist festgestellt -worden, daß bei Auftreten eines Zustands des Kichtfließens in der Frischdialysatzufuhrspeiseleitung unerwünschte Wirkungen in dem Dialysataufbereitungsabschnitt des Eindurchgangsdialysatkreislaufs entstehen, welcher blasenfreies frisches Dialysat zu dem Kreislauf gemäß der Erfindung führt« Wenn andererseits der Zustand des Nichtfließens in der Verbrauchtdialysatentfernungsleitung auftritt, dann wird der Durchstrom von Dialysat in dem Dialysator unterbrochen, und die Diffusionsraten an der halbdurchlässigen Membran werden nachteilig beeinflußt.

Es ist kein diese Erfindung näher berührender Stand der Technik bekannt als der in der Beschreibung des US-Patents 4 209 391 diskutierte, und diese Offenbarung wird hierdurch durch Bezugnahme in diese Anmeldung aufgenommen. Eine automatische Pumpenanlage mit zwei Verdrängungspumpen von konstantem Volumen zur Zufuhr von Dialysat zu und von dem Hämodialysetor ist in dem US-Patent.4 113 614 offenbart. In dieser Anlage verläßt man sich auf die Annahme gleicher gepumpter Volumen zu und von dem Hämodialysator; sie ist fehlerhaft und ungenau infolge der Nichtentfernung von Blasen aus dem verbrauchten Dialysat vor der Ankunft an der Dialysatausflußpumpe. Außerdem verwendet eine Ausführungsform des US-Patents 4 113 614 einen Dialysator mit Filtrationscharakt eristika, die nicht konstant und bekannt sind, und stellt zur Festlegung einer nahezu konstanten Ultrafiltrationsrate in dieser Ausführungsform einen transmembranen Druck ein und mißt während der Hämodialyse die Menge des Strömungsmittelüberschusses gegenüber dem als Ausfluß her-

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ausgepumpten und stellt automatisch den transmembranen Druck in Abhängigkeit von Veränderungen in der Rate der Ultrafiltraterzeugung ein«

Eine zweite Ausführungsform des US-Patents 4 113 614 verwendet einen Dialysator mit Filtrationscharakteristika, die konstant und bekannt sind; in dieser Ausführungsform wird die Ultrafiltrationsrate programmiert und die Menge des Strömungsmittelüberschusses gegenüber dem als Ausfluß herausgepumpten gemessen, und die Unterschiede in der Rate der Ultrafiltraterzeugung v/erden zur Erzeugung von Signalen benutzt, welche den Druck in der Anlage steuern»

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Vermeidung unerwünschter Auswirkungen in der Dialysataufbereitung und unregelmäßiger Durchflußraten durch die Niere.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde_f den Durchgang der Membranen in jedem der beiden Zylinder so. zu steuern, daß der Augenblick des Hubendes in jedem synchronisiert ist«

Bei einem Verfahren zum Steuern einer .üTegativdruckhämodialysebehandlung durch Anwendung eines Hämodialysators in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf mit einer Dialysatfordereinrichtung, die so angeordnet ist, daß die vom Bedienungsmann programmierte Abzugsrate des-Ultrafiltrats aus dem Kreislauf automatisch diejenigen Betriebsparameter in den Kreislauf einführt, welche die Wasserentfernung aus dem Blut herbeiführen» um die Aufrechterhaltung der Wasserausscheidungsrate an der halbdurchlässigen Membran sicherzustellen, um ein kontinuierliches Abziehen von

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Ultrafiltrat bei der programmierten Abzugsrate zu ermöglichen; mit einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf, einschließlich einer ersten und zweiten Zylindereinheit, die jeweils hydraulisch angetriebene Einrichtungen enthalten, welche jeden Zylinder bei ihrer Bewegung zwischen den Enden dieses Zylinders in zwei Kammern unterteilen; einem Hämodialysator, der durch eine halbdurchlässige Membran in eine Blutseite und eine Dialysatseite unterteilt ist und eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung aufweist; Schalteinrichtungen, welche eine der Einheiten wirksam mit dem Rämo_ dialysator und die andere Einheit mit einer Frischdialysatzufuhrquelle auf einer Wechselzeitbasis verbinden, so daß. eine Kammer in der ersten Zylindereinheit sich mit.frischem Dialysat füllt, während verbrauchtes Dialysat aus der anderen Kammer in der Einheit zum Abfluß ausgestoßen wird und während desselben Zeitintervalls die andere der Einheiten mit dem Hämodialysator derart verbunden ist, daß eine Kammer in der zweiten Zylindereinheit sich mit verbrauchtem Dialysat füllt, während aus der anderen Kammer in der Einheit frisches Dialysat zur Einlaßöffnung des Hämodialysators ausgestoßen wird und diese Punktionen nach Auftreten gleichzeitiger Ventilschaltung wechseln; Frischdialysatzufuhrleitungseinrichtungen in dem hydraulischen Kreislauf zum Zuführen blasenfreien frischen Dialysats, sowie Verbrauchtdialysatleitungseinrichtungen zum Entfernen von Gasblasen aus dem verbrauchten Dialysat, bevor das entgaste verbrauchte Dialysat in eine Kammer in einer der genannten ersten und zweiten Zylindereinheiten eintritt, wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch programmierbare Einrichtungen in dem Kreislauf der ^Hämodialysator mit einer der ersten und zweiten Zylindereinheiten zum Abziehen von Ultrafiltrat aus ihnen verbunden wird;· das Ende des Hubes jeder der hydraulisch angetriebenen Einrichtungen in jedem der ersten und zweiten Zylinder erfühlt wird; alle den

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Durchfluß in jeden der ersten und zweiten Zylinder hinein und aus ihnen heraus steuernden Ventile gleichzeitig in dem Augenblick der spätesten Ankunft des Hübendes der hydraulisch angetriebenen Einrichtungen in den ersten und zweiten .Zylindern geschaltet v/erden, um dadurch die Verbindung zwischen jedem der Zylinder und einem der Frisch-Abzug- und Nieren-Verbrauchtkreisläufe zu wechseln; der Zeitunterschied zwischen dem Augenblick jedes Hubendes jeder der hydraulisch angetriebenen Einrichtungen erfühlt wird und der festgestellte Zeitunterschied in ein elektrisches Durchflußratesignal umgewandelt wird; das elektrische Durchflußratesignal den Pumpen zugeführt wird, die in der Verbrauchtdialysat-? leitung angeordnet sind, und zwar in dem verzögerten Moment des Endes der folgenden Halbperiode-des Durchgangs zu demselben Platz des Hubendes, von welchem der festzustellende Zeitunterschied erfolgt, und die Zeitdifferenz-Feststellüng zwischen dem Augenblick des Endes der Hübe jeder hydraulisch angetriebenen Einrichtung in jedem der Zylinder in aufeinanderfolgenden Takten wiederholt wird und nach Umwandlung dieser Zeitdifferenz in Durchflußsteuersignale diese Signale .wiederum der Pumpeneinrichtung bei ähnlich-zeitlich verzögerten Augenblicken für eine ausreichende Anzahl von Halbperioden zugeführt v/erden«

Die Druckwechsel in dem verbrauchten Dialysat in der Ver~ brajjichtaialysatentfernungsleitung zwischen der Pumpe und der Auslaßöffnung des Hämodialysators werden gemessen und in elektrische Signale umgewandelt und der Pumpeneinrichtung auf einer ununterbrochenen Wiederholbasis zugeführt, um dadurch die DialysatdurchfluÖrate durch die Pumpeneinrichtung in dem Augenblick vor dem gemessenen Druckwechsel wieder herzustellen.

Bei einer automatisierten Membranvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in einem automatisierten Bindurchgangs-. negativdruckdialysat-HämodialyBebehandlungskreis zur auto»

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matischen Steuerung der Hämodialysator- und Dialysatbetriebsparameter-in'Abhängigkeit von der durch den Bedienungsmann eingestellten Ultrafiltratabzugsrate, mit einem durch eine halbdurchlässige Membran in eine Blutseite und eine Dialysatseite unterteilten Hämodialysator, der Einlaß- und Auslaßöffnungen zur Entfernung von Wasser und Unreinheiten aus dem Blut aufweist; einem ersten Dialysatzylinder mit einer hydraulisch angetriebenen Einrichtung, welche den Zylinder bei ihrer Bewegung zwischen den Enden des Zylinders in zwei Kammern unterteilt, die an einen Frisch/Dränagekreislauf zum Füllen einer der genannten Kammern über eine Dialysatzufuhrleitung mit frischem Dialysat bei gleichzeitiger Entfernung von verbrauchtem Dialysat aus der anderen der genannten Kammern zum Abzug über eine Dränageleitung angeschlossen sind und abwechselnd zum Füllen einer dieser Kammern mit verbrauchtem Dialysat über eine Nieren-Verbrauehtdialysatentfernungsleitung bei gleichzeitiger Entfernung von frischem Dialysat aus der anderen der Kammern und Zufuhr zu der Einlaßöffnung der Niere über eine Nierendialysatzufuhrleitung an einen Nieren-Verbrauchtkreislauf angeschlossen werden; einem zweiten Dialysatzylinder mit einer hydraulisch angetriebenen Einrichtung zum Unterteilen des Zylinders die Bewegung dieser Einrichtung zwischen den-Enden des Zylinders in zwei Kammern, die während der Zeit des Anschlusses des ersten Zylinders an den Frisch/Dränagekreislauf an den Nieren-Verbrauchtkreislauf angeschlossen sind und abwechselnd während der Zeit der Verbindung des ersten Zylinders mit dem Nieren-Verbrauchtkreislauf mit dem Frisch/Dränagekreislauf verbunden sind; dem ersten und zweiten Zylinder zugeordneten Ventilschalteinrichtungen, die diese Zylinder abwechselnd mit einem der genannten Frisch/Dränage- und Nieren-Verbrauchtkreisläufe verbinden; Dialysatdurchflußsteuereinrichtungen, die an die Nieren-Verbrauchtdialysatentfernungsleitung zwischen der

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Nierendialysatauslaßöffnung und der Ventilschalt einrichtung zur Steuerung der Durchflußrate des verbrauchten Dialysats in der Nieren-Verbrauchtdialysatentfernungsleitung angeschlossen sind; einem Entgaser, der an die Nieren-Verbrauchtdialysatentfernungsleitung zwischen der Pumpe und der Ventilschalteinrichtung in dem Nieren-Verbrauchtkreislauf angeschlossen ist; Ultrafiltratentfernungseinrichtungen, die an einen überatmosphärischen Abschnitt des Kreislaufs zwischen den Ventilschalteinrichtungen und Einrichtungen in der Verbrauchtdialysatentfernungsleitung angeschlossen sind, welche diesen iiberatmosphärischen Druck in dem genannten überatmosphärischen Kreislaufabschnitt bewahren, sowie Einrichtungen zum Einstellen der Abzugsrate des Ultrafiltrats aus dem genannten Abschnitt des Kreislaufs, wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Fühleinrichtungen zum Erfühlen des Endes des Hubes der hydraulisch angetriebenen Einrichtung in jedem der ersten und zweiten Zylinder und zur Umwandlung des erfühlten Augenblicks, daß Einrichtungen zur Veranlassung einer Schaltung durch die Ventilschalteinrichtung zum gleichzeitigen Schalten aller Ventile, die den Durchfluß in jeden der ersten und zweiten Zylinder hinein und aus ihnen heraus steuern, in dem Augenblick der Ankunft des Endes des Hubes der zweiten der hydraulisch betriebenen Einrichtungen in dem ersten und zweiten Zylinder zum Wechseln der bestehenden Verbindung jedes der Zylinder mit einem der Prisch/Dränage- und Nieren-Verbrauchtkreisläufe, daß Detektoreinrichtungen, die wirksam mit dem elektrischen Signal der Einrichtung zum Erfühlen des Endes des Hubes verbunden sind, um den Zeitunterschied zwischen dem Augenblick jedes der Hubenden jeder hydraulisch betriebenen Einrichtung festzustellen und den Zeitunterschied in ein elektrisches Signal der Durchflußrate umzuwandeln zur Übertragung auf eine Pumpeneinrichtung, urn die Durchflußrate des verbrauchten Dialysats in der Hieren-Verbrauchtdialysatentfernungs-

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leitung zu verändern, und daß Durchflußratesignalgenera toreinrichtungen zum Zuführen des Durchflußratesignals zu der Pumpeneinrichtung zu dem verzögerten Zeitpunkt des Endes der nachfolgenden Halbperiode des Durchgangs zu demselben Ende des Hubes, von welchem der festgestellte Zeitunterschied zunächst erfolgte, um die Pumpe zu veranlassen, die Dialysatdurchflußrate in der genannten Nieren-Verbrauchtdialysatentfernungsleitung einzustellen und dadurch eine Synchronisierung des Augenblicks des Hubendes jeder der hydraulisch betriebenen Einrichtungen in den Zylindern zu erreichen, vorgesehen sind. -Der Hämodialysator ist eine künstliche Niere. Die Vorrichtung enthält Druckfühleinrichtungen in der Verbrauchtdialysatentfernungsleitung zwischen der Pumpe und der-Auslaßöffnung des Hämodialysators zum Messen von Druckwechseln in dem verbrauchten Dialysat in der Nieren~Ver_ brauchtdialysatentfernungsleitung und zum Umwandeln dieses Druckwechsels in ein elektrisches Signal zur Zuführung zu der Pumpeneinrichtung zur Y/iederherstellung der Geschwindigkeit des Dialysatdurchflusses durch die Pumpeneinrichtung in dem Augenblick vor dem festgestellten Wechsel in dem Druck»

Die Vorrichtung enthält eine erste Fühleinrichtung, bestehend aus einem Durchflußschalter in dem Uieren-Verbrauchtkreislauf zwischen der Pumpe und der Ventilschalteinrichtung in der Verbrauchtdialysatentfernungsleitung.

Die Vorrichtung enthält des weiteren eine Pumpeneinrichtung in dem Frisch-Abflußkreislauf zwischen der Frischdialysatquelle und aufströmseitig von der Ventilschalteinrichtung in der Frischdialysatzufuhrleitung.

Vorteilhafterweise ist die hydraulisch angetriebene Einrichtung eine Membran.

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Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden« In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Figo 1: eine schematische Darstellung des verbesserten Kreislaufs gemäß der Erfindung zur Veranschaulichung des- Dialysatdurchflußweges jedes Zylinders bei lage der Schaltventile in dem Ventilzustand A entsprechend den fetten Linien,

Fig* 2ί eine schematische Darstellung ähnlich derjenigen der Fig* 1, jedoch in fetten Linien den Dialysat« durchflußweg jedes Zylinders bei Lage der Schaltventile in dem Ventilzustand B,

Fig. 3: ein Blockscheina der Grenzflächenverbindungen zwischen den Betätigungselementen des Kreislaufs der Figuren 1 und 2 und der Mikroprozessorsteuereinheit,

Fig_e 4i einen senkrechten Schnitt durch eine der Zylinderanordnungen, die in dem Kreislauf dieser Erfindung zur Anwendung kommen, bei Darstellung der hydraulisch angetriebenen Membran in ihrer Hubendstellung auf der rechten Seite des Zylinders,

Fig« 5' eine Ansicht einer auseinandergebauten Hälfte der Zylinderanordnung nach Pig» 4 bei Blickrichtung zur" linken Hälfte und Darstellung .der Verteilung der Dialysatdurchflußwegöffnungen in dem Membranlagerkörper _f

Fig« 6: eine au sei nand er ge ζ ο gene Darstellung der ausein-" anderge.bauten Teile des Zylindereinbaus nach den

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Figuren 4 und 5,

Fig. 7'' das Zeitfolgeschema zur Darstellung der Beziehung der Durchflußschalter in der Einlaß- oder Frisch-Abflußschleife und in der Nieren- oder Merenverbrauchtschleife zu der Pumpenmotorspannung und zum Dialysatdruck, indem diese Schalter das Hubende in dem Ventilzustand A (Fig. 1) und dem Ventilzustand B (Fig. 2) widerspiegeln, und insbesondere zur Darstellung des Betriebes in ruhigem Zustand, wenn die Membranen in den beiden Zylindern für beide Ventilzustände A und B in Gleichlauf sind,

Fig. 8: ein Zeitfolgeschema der in Fig. 7 gezeigten Art, welches den Betriebszustand bei größerem Flußwiderstand in dem Frisch-Abzugskreislauf in dem Ventilzustand B als in dem Ventilzustand A zeigt, bei besonderer Darstellung des synchronisierten Hubendes beider Membranen, wo die Zeit der Halbperiode in dem Ventilzustand B diejenige in dem Ventilzustand A überschrej-tet,

Fig. 9i ein Zeitfolgeschema der in Fig. 7 gezeigten Art, welches den Betriebszustand- von größerem Durchflußwiderstand in dem Nieren-Verbrauchtkreislauf in dem Ventilzustand B als in dem Ventilzustand A und gleichem Durchflußwiderstand in beiden Ventilzuständen A und B in dem Frisch-Abzugskreislauf zeigt, bei besonderer Darstellung des synchronisierten Hubendes beider Membranen in gleichen Zeiten 'der Halbperioden als Folge der Anwendung einer erhöhten Spannung auf die Pumpeneinrichtung in dem Nieren-Verbrauchtkreislauf

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während des Ventilzustands B,

Fig. 10: ein Zeitfolgeschema der in Fig. 7 gezeigten Art, welches den Betriebszustand infolge einer Verschiebung in dem Druck des hereinkommenden Dialysats in dem Frisch-Abflußkreislauf auf einen neuen niedrigeren Wert zeigt, der ähnliche Auswirkungen in beiden Kreisläufen in den Ventilzuständen A und B hat, bei besonderer Darstellung der Halbperioden-Verzögerungseinstellungen, die von dem Mikroprozessor durchgeführt werden, um die Hieren-Verbrauchtkreismembranen zu veranlassen, ihre Zylinder in demselben Zeitablauf zu durchlaufen wie der in dem Einlaß- oder Frisch-Abzugkreislauf verlangten verlängerten Zeit, so . daß die Membranen synchronisiert v/erden,

Fig. 11: ein Zeitfolgeschema der in Fig« 7 gezeigten Art, welches die Betriebsbedingungen infolge einer kurzzeitig reduzierten Durchflußrate einer einzelnen Halbperiode in dem Frisch-Abzugskreislauf nur in dem Ventilzustand A zeigt, bei Darstellung der Mikroprozessorkorrekturen in nachfolgenden verzögerten Halbperioden zur Wiederherstellung der Membransynchronisation,

Fig«, 12s ein Zeitfolgeschema der in Fig. 7 gezeigten Art, welches die Betriebsbedingungen infolge der Einstellung einer höheren Ultrafiltratabzugsrate durch den Bedienungsmann zeigt, und zwar insbesondere die aufeinanderfolgenden Veränderungen in der Pumpenmotorspannung zur Erlangung einer Synchronisierung bei einem numerisch größeren negativen Druck an der halbdurchlässigen Membran durch festgestellte Unterschiede in dem Hubende

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der Membranen,

Fig. 13: ein Zeitfolgeschema der in Pig« 12 gezeigten Art zur Darstellung der Auswirkung eines wahlweisen Einschlusses eines Druckwandlers in den Kreislauf, welcher kontinuierlich die Dialysatdruckveränderungen in den Niederdruckleitungen überwacht und die Pumpenspannung verändert, um durch den Druck verursachte Veränderungen in dem Pumpenausgang unabhängig von den Spannungsveränderungen auszugleichen, die durch festgestellte Unterschiede in dem Augenblick des Hubendes der beiden Membranen diktiert werden,

Pig« 14s ein Zeitfolgeschema der in Pig. 7 gezeigten Art, welches eine Ausführungsform der Erfindung zeigt, in welcher ein sicherer Betrieb des Kreislaufs während der Periode des Nichtfließens von.Strömungsmittel in der Verbrauchtdialysatentfer-. nungsleitung infolge der Ankunft einer Membran an ihrem Hubende in dieser Leitung vor Ankunft der Membran in dem Frisch-Abzugskreislauf an ihrem Hubende in entweder dem Ventilzustand A oder B sichergestellt ist.

Es folgt nunmehr eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der.Vorrichtung. Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich, enthält der Kreislauf gemäß der Erfindung einen überatmosphärischen Druckabschnitt, welcher diejenigen Elemente einschließt, die von der allgemein mit 400 bezeichneten gestrichelten Linie umschrieben werden, und einen unteratmosphärischen Druckabschnitt, der die von dem allgemein mit 500 bezeichneten Bereich der gestrichelten Linie eingeschlossenen Elemente enthält. Zu den funktionellen Bestandteilen oder Elementen des Kreislaufs, die immer über

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dein atmosphärischen Druck bleiben, gehören die Zylindereinheiten 410, 420, die aufs tr öins ei ti gen Frischdialysatdurchflußerzeugungseinrichtungen 458, die Einlaßdialysatdurchflußdetektoreinrichtungen 455 und die Ventile 432, 435, 437 und 439, wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt, die Ultra» filtratentfernungseinrichtung oder Meßpumpe 430, der Entgaser 440: und die Durchflußdetektoreinrichtung oder der Schalter 445 für die Verbrauchtdialysatentfernungsleitung» Zu den Bestandteilen in dem unteratmosphärischen Druckabschnitt 500 gehören der Dialysatkammerabschnitt des allgemein mit 510 bezeichneten Hämodialysators und die wahlweise vorhandene Dialysatdetektoreinrichtung 490. Die Hauptbestandteile zwischen dem überatmosphärischen Druckabschnitt 400 und dem unteratmosphärischen Druckabschnitt 500 sind die Druckminderungsmittel, die allgemein mit 520 bezeichnet sind, und die allgemein mit 530 bezeichneten Einrichtungen oder die Pumpe zur Erzeugung des Durchflusses des verbrauchten Dialysats. Die Druckdetektoreinrichtung 490 für das verbrauchte Dialysat, wenn v/ahlweise vorhanden, wird in befriedigender Weise entweder in der Frischdialysatleitung 460 oder vorzugsweise in der Verbrauchtdialysatleitung 470 angeordnet, wie gezeigt». Der Hämodialysator 510 kann irgendeine der im Handel erhältlichen Typen sein, je-, doch "sind die halbdurchlässigen Membranen vorzugsweise Hohlfasernβ .

Die oben identifizierten funktioneilen und Hauptbestandteile in den über- bzw. unteratmosphärischen Druckabschnitten sind während des Gebrauchs in den geschlossenen hydraulischen Kreisläufen, die in Fig. 1 entsprechend dem Ventilzustand A und in Fig. 2 entsprechend dem Ventilzustand B gezeigt werden, auf einer Zeitwechselbasis miteinander verbunden«. Zusammengenommen sehen die Kreisläufe der Figuren 1 und 2 eine kontinuierliche Zufuhr von frischem Dialysat

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zu und Entfernung verbrauchten Dialysats von der künstlichen Niere 510 vor und ermöglichen eine eingestellte Ultrafiltratabzugsrate zur Veranlassung des Abzugs von blasenfreiem Ultrafiltrat oder aus dem.Blut abzuziehendem Wasser; die eingestellte Ultrafiltratabzugsrate bildet den Steuerparameter¹, der augenblicklich und ununterbrochen Druckwechsel zwischen dem auf der einen Seite der halbdurchlässigen Membran in der Niere strömenden Blut und dem auf der anderen Seite der Membran strömenden Dialysat erzeugt, um die Entfernung der gewünschten Menge Wassers auf diese Weise bei der gewünschten Rate einer derartigen Entfernung zu veranlassen. Diese Verfahrensweise ist im allgemeinen ähnlich derjenigen des Patentes 4 209 391, unterscheidet sich jedoch davon in Einzelheiten und aufgrund einer Sofortbasis infolge der Verbindung passiv angetriebener Membranen in den Dialysatzylindern 410 und 420, im Gegensatz zu den kraftgetriebenen Kolben oder Membranen.

Die funktionellen Beziehungen zwischen den Elementen in den Kreisläufen bei ihrer Verbindung während der abwechselnden Halbperioden des Dialysatdurchflusses werden der Einfachheit halber unter besonderer Bezugnahme auf den Zustand des allgemein mit 432 bezeichneten Ventils in der Frisch- · dialysateingangszufuhrleitung 450 unter den Bezeichnungen Ventilzustand A und Ventilzustand B erläutert. Der Ventilzustand A wird in Fig. 1 gezeigt, bei welchem der Dialysatdurchfluß angezeigt ist durch die fetten Linien in den Richtungen der darauf vorhandenen Pfeile. Der Ventilzustand B ist in ähnlicher Weise in Fig. 2 dargestellt·

Während des Ventilzustands A (Fig. 1) ist die Öffnung 433 offen und die Öffnung 434 geschlossen; während dieser Halbperiode strömt frisches Dialysat durch die Zufuhrleitung 450, durch die Durchflußdetektoreinrichtung 455, durch die

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offene Öffnung 433 und die Leitung 435 in die Kammer 401 des Zylinders 410. Das frische Dialysat v/ird durch die Leitung 450 in vorgemischter blasenfreier Form und typisch bei einer Temperatur von 37⁰C und unter einem positiven Druck von etwa 14 bis 70 . 10³ Pa (2 bis 10 lbs je Zoll²) zugeführt. Der positive Druck an dem Ventil 432 schafft die Vortreibkraft für das Dialysat in dem Frisch-Abzugskreislauf und kann durch die Pumpe 458 oder eine äquivalente Einrichtung wie beispielsweise einem Druckregler (nicht gezeigt) oder durch andere Durchflußerzeugungseinrichtungen -erzeugt oder gesteuert v/erden, die in einem abströmseitigen Dialysaterzeugungskreislauf der Art angeordnet sind,' wie er beispielsweise in der gleichlaufenden Anmeldung Ser. Ko. 927 322 gezeigt ist, die ebenfalls im Besitz des Anmelders der vorliegenden Anmeldung ist und deren Offenbarung hierdurch in diese Anmeldung eingeschlossen wird«

In dem Ventilzustand A verursacht der Einstrom des DialysatB in die Kammer 401 eine Bewegung der hydraulisch angetriebenen Membran 407 nach rechts, und zwar in Richtung des Pfeils, und ein Heraustreiben von verbrauchtem Dialysat aus der Kammer 402 durch die Leitung 480 und durch die' Öffnung 454 des Ventils 439 zum Abfluß. Somit führt während des Ventilzustands A der Zylinder 410 die Funktionen der Aufnahme von frischem Dialysat und der Abführung von verbrauchtem oder ausströmendem Dialysat zum Abfluß durch, und der diese Funktionen durchführende Kreislauf wird nachstehend als Frisch-Abzugskreislauf bezeichnet. Während desselben Zeitablaufs in der Halbperiode des Ventilzustands A wird frisches Dialysat von der Kammer 401A des Zylinders 420 der Niere 510 zugeführt und verbrauchtes Dialysat von der Niere 510 in der Kammer 402A empfangen; hierbei ist unterstellt, daß alle Ventile in den Kreisläufen, abgesehen von dem Bypaßventil 524? so arbeiten, daß sie im wesentli-

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chen im gleichen Augenblick öffnen oder schließen, so daß der Dialysatdurchfluß zu und. von der Niere 510 immer im wesentlichen konstant bleibt; daß, während sich der Zylinder 410 mit frischem Dialysat füllt, der Zylinder 420 sich mit verbrauchtem Dialysat füllt, und daß während der nachfolgenden Halbperiode der Zylinder umgekehrt arbeitet. Die Antriebskraft für den Durchfluß von verbrauchtem Dialysat in der Verbrauchtdialysatleitung 470 ist die kraftgetriebene Einrichtung 530, im allgemeinen eine ?umpe, die zweckmäßigerweise eine positive Verdrängungspumpe sein kann, oder vorzugsweise eine weniger kostspielige Pumpe, wie beispielsweise eine Zahnradpumpe ist. Die Steuerung der Durchflußrate des verbrauchten Dialysats durch die. Feststellung des Augenblicks des Endes des Hubes der passiven Membranen in den Zylindern 410 und 420 ist wichtig und wird im Anschluß hieran in näheren Einzelheiten in Verbindung mit den automatisierten Steuerungsmodifikationen -und dem Betriebsverfahren beschrieben. Während die Pumpeneinrichtung 530 verbrauchtes Dialysat von der Auslaßöffnung 429 in der Niere 510 durch die Blasenentfernungsvorrichtung 440 und den Durchflußratendetektor 445, durch die offene Öffnung 425 des Ventils 435 in die Kammer 402A des Zylinders 420 vortreibt, wird die passive Membran 407 A gezwungen, sich in Richtung des Pfeiles nach rechts zu bewegen und das frische Dialysat in der Kammer 401A durch die offene Öffnung 421 des Ventils 437 längs der Leitung 460 durch die Druckminderungseinrichtung 520 zur Einlaßöffnung 527 der Niere 510 herauszutreiben» Somit vollführt der Zylinder 420 während des Ventilzustands A die Punktionen des Hinführens blasenfreien frischen Dialysats zur Niere und der Aufnahme verbrauchten Dialysats von der Niere, und der Kreislauf, der diese Punktionen durchführt, wird als der -Nieren-Verbrauchtkreislauf bezeichnet. Es ist zu beachten, daß während der Halbperiode des Ventilzustands A beide

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hydraulisch, angetriebenen Membranen 407, 407A sich in der- -selben Richtung bewegen und körperlich das rechte Ende der Zylinder 410 und '420 in annähernd demselben Augenblick erreichen, wobei die spezifische Abweichung eine Funktion unterschiedlicher Dialysatdurchflußraten in beiden Zylindern ist, wie oben allgemein festgestellt*

Es wird nunmehr auf- Pig« 2 Bezug genommen, in welcher die Verbindungen der Elemente untereinander in dem Kreislauf beim Ventilzustand B dargestellt ist. Die Umkehrung der Punktionen der Zylinder 410 und 420 entsteht aufgrund der neuen Verbindung der Elemente des Kreislaufs untereinander, wenn die Öffnungen 433, 454 geschlossen und die Öffnungen 434 und 456 gleichzeitig geöffnet werden. Durch diese Ventilwechsel wird frisches Dialysat zum Zylinder 420 gelenkt; in dem gleichen Augenblick werden die Ventile 437 und 435 umgekehrt und lenken dadurch verbrauchtes Dialysat zu dem Zylinder 410 durch, die Leitung 470A, während frisches Dialysat durch die Leitung 460 zur liiere 510 geführt wird« Bei Betrachtung der fetten Linien in Pig« 2 ist ersichtlich, daß der Zylinder 417 wirksam mit dem Nieren-Verbrauchtkreislauf verbunden ist, während der Zylinder 420 mit dem Frisch-Abflußkreislauf verbunden ist. Es ist ebenso ersichtlich, daß beide Membranen 407, 407A sich während der Halbperiode des Ventilzustands B in Richtung der Pfeile nach links bewegen und ihr Hubende am linken Ende oder an der linken Seite ihre entsprechenden Zylinder 410 und 420 erreichen.

In jedem der in Pig· 1 und 2 dargestellten Kreisläufe ist zwischen dem Abfluß und, wie dargestellt, der Prischdialysatzufuhrleitung 460 an einem Platz innerhalb des überatmosphärischen Druckabschnitts 400 eine allgemein mit' bezeichnete ültrafiltratabsugseinrichtung eingeschaltet, jedoch kann die Ultrafiltratabzugs- oder Meßeinrichtung

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430 in befriedigender Weise auch zwischen der Leitung 470 und dem Abfluß an jedem beliebigen anderen Punkt zwischen der Blasenentfernungseinrichtung 440 und dem Ventil 435 angeschlossen werden«

Die Dialysatzylindereinheiten 410 und 420, die in den H-guren 1 und 2 schematisch gezeigt sind, sind in ihrer Konstruktion ähnlich und werden in ihrer bevorzugten Ausführungsform ausführlicher in den Figuren 4, 5 und 6 gezeigt. Bei Bezugnahme auf Pig« 4, insbesondere auf den Zylinder 410, ist die Membran 407 in ihrer Hubendstellung auf-der rechten Seite des Zylinders 410 gezeigt· Die Zylindereinheit 410 ist ein. integrierter Einbau bestehend aus zwei spiegelbildlichen Endplatten 436, 438, einem ersten Meinbranlagerkörper 439 zum Einbau in die linke Endplatte 436, einem zweiten Membranlagerkörper 441 zum Einbau in die rechte Endplatte 438, sowie einer Membran 407· Die Endplatte 436 ist mit einer allgemein halbkugelförmig ausgehöhlten Ausnehmungskammer 443 versehen, welche eine Verbindung mit der Auslaßöffnung 446 über den Kanal 447 und mit einer Einlaßöffnung 446A herstellt. In ähnlicher Weise ist die Endplatte 438 mit einer ähnlich geformten Ausnehmungskammer 444 versehen, welche eine Verbindung mit der Auslaßöffnung 448 über den Kanal 449 und mit einer Einlaßöffnung 448A herstellt* Die in Pig. 4 gezeigten Öffnungen 446, 448 sind auf der unteren Endseite der Platten 436, 438 dargestellt, befinden sich jedoch verzugsweise auf der Oberseite oder der Oberkantenseite der Endplatten 436, 438, wenn sie körperlich zur Verwendung in dem Kreislauf installiert sind, um dadurch ein Einfangeri von Gasblasen bei Betriebsbeginn oder dergleichen mit Sicherheit zu vermeiden. Jede Kammer 443» 444 ist mit einer zentral angeordneten kreisförmigen Lagerfläche 463, 464 versehen, die einen passenden Vorsprung oder einen Anguß 466, 467

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aufnimmt, der sich von der Rückseite jedes Lagerkörpers 439» 441 nach außen erstreckt, um jeweils bei Hubende auf die Membran 407 ausgeübten Druckkräften entgegenzuwirken»

Jeder Membranlagerkörper oder jede Platte 439» 441 ist bei einer gewählten nicht halbkreisförmigen Krümmung schalenförmig ausgenommen, die geeignet ist, bei Einbau den er- J wünschten Hohlraum zwischen der Rückwand, den Oberflächen 451» 453 der Platten 439, 441 bzw» den Innenflächen der Kammern 443» 444 in den Endplatten 436 bzw· 438 zu bilden. Jeder Lagerkörper 439, 441 ist mit einer Anzahl radial und mit Umfangsabstand angeordneter Öffnungen 457, 457A versehen, welche sich durch die Wand jedes Lagerkörpers hindurcherstrecken und einen Durchflußweg für das Dialysat oder irgendeine andere Flüssigkeit zwischen dem mittleren Hohlraum 459 von abgeflachter Form, der begrenzt ist durch die Innenwände 458, 461 der Lagerkörper 439 bzw. 441, und dem mit ihm in Verbindung stehenden Hohlraum bilden, wenn sich die Membran 407 bei ihrem Durchgang in den wechselnden Ventilzuständen A und B von einer Seite des Hohlraums 459 zu der anderen bewegt« Wie in Fig· 4 gezeigt, befindet sich die Membran 407 in ihrer Stellung am. Hubende des Ventilzustands A (Fig. 1) und wurde von durch eine Einlaßöffnung 446A in die Kammer 443 eintretender Dialysatflüssig-'-keit nach rechts gedruckt, während dies Dialysat durch die Öffnungen 457 strömte und auf die linke Oberfläche der Membran 407 einen Druck ausübte, der den Strömungsmitteldruck auf der anderen Seite der Membran überstieg, und dadurch einen Dialysatfluß durch die Öffnungen 457A. in die Kammer 444 hinein und Ausgang zum Abfluß durch die Öffnung 448 zu veranlassen· Es ist ersichtlich, daß die Membran als ein Verschlußventil für jede Öffnung 457A in dem Lagerkorper 441 dient und bei Bewegung dieser flexiblen Membran in eine Berührung mit der Innenwand 461 hinein sämtliches

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Strömungsmittel infolge der Verteilung dieser Öffnungen über die gesamte Oberfläche der Innenwand 461 in die Kammer 444"hinein herausgedrückt wird. Die Lagerkörper 439, 441 dienen der weiteren Funktion der Verhinderung einer Fehlfunktion im vollen Membrandurchgang und daraus folgender Fehlfunktion beim Austreiben des gesamten während der unmittelbar, vorhergehenden Halbperiode empfangenen Dialysats in jeder Halbperiode·

Die Membran 407 läßt sich in befriedigender Weise aus einem beliebigen dünnen, flexiblen elastischen Blattmaterial wie beispielsweise Gummi oder Kunststoffmaterialien herstellen und wird zwischen den Endplatten 436 und 438 durch eine Umfangswulst 469 befestigt und hydraulisch abgedichtet, welche zwischen den Umfangskanten der Flanschen 471 und 473 der Lagerkörper 439 bzw. 441, wie gezeigt, verkeilt wird und diese überlagert. Wie am besten aus Fig· ersichtlich, wird der Zylinder. 410 zusammengebaut, indem zunächst die Lagerkörper 439, 441 in ihren Endplatten bzw» 438 in Stellung gebracht werden. Sodann wird die Membran 407 in Stellung gebracht und werden die Teile durch eine Anzahl Befestiger vereinigt, wie beispielsweise die dargestellten und mit 475 allgemein bezeichneten Bolzen, Zwischenlegscheiben und Muttern, die in mit Umfangsabstand angeordneten Öffnungen 476 in den Körpern 439, 441 in Stellung gebracht sind unddarin angezogen werden.

Es folgt nun eine summarische Beschreibung der automatisierten Betriebsweise des Kreislaufs. Entsprechend Fig» erfolgt der gesamte Dialysatdurchfluß von den Zylindern 410 und 420zu und von der künstlichen Niere 510 während der Ventilzustände A und B, wie im vorhergehenden allgemein beschrieben, automatisch durch elektronische Steuerungen, die in der Form wirksam sind, daß sie die Durchflußrate

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des verbrauchten Dialysats in Leitung 470 und frischen Dialysats in der Einlaßleitung 450 überwachen; Nierendurchflußratefühleinrichtungen 445 in der Leitung 470 und der Einlaßdurchflußschalter 455 in der Frischdialysatzufuhrleitung 450 stellen den Augenblick des Hubendes der Membranen 407 und 407 A in-den Dialysatzylindern 410 bzw. 420 auf einer kontinuierlichen Basis fest» Diese festgestellten Augenblicke des Membranhubendes werden auf eine Mikroprozessorsteuereinheit übertragen, die allgemein mit 480 bezeichnet ist, und insbesondere auf die Membransynchronisierungs- und Ventilschaltsteuereinheit 476, durch elektrische Signale von den Durchflußschaltgrenzflächeneinheiten 477j 479· Die Steuereinheit 476 ist vorprogrammiert zur Betätigung des Solenoidantriebs 478 zur Umkehr jedes der Ventile 432, 435, 437 und 439 in dem Augenblick, in welchem die zweite der beiden Membranen 407 oder 407A ihr Hubende erreicht. Die Peststellung des Membranhubendes kann ebenso befriedigend durchgeführt werden durch andere Einrichtungen als die Durchflußratenmeßeinrichtungen 445 und 455, was Fachleuten auf diesem Gebiet leicht einleuchtet. Zu den befriedigenden Einrichtungen gehören beispielsweise Kontaktschalter, Druckmeßeinrichtungen, optische Sensoren, Flüssigmeßeinrichtungen in Verbindung mit jedem Zylinder oder dergleichen«

Unter den per-fekten Betriebsbedingungen oder den idealen Betriebsbedingungen bei gleichbleibendem Zustand kommt jede der Membranen 407 und 4O7A im gleichen Augenblick an ihrem Hubende an; normalerweise ist jedoch der Augenblick des Membranhubendes nicht identisch, sondern vielmehr um Millisekunden zeitlich getrennt. Die Punktion des Steuerkreises nach Pig» 3 besteht darin, korrigierende elektrische Signale auf Einrichtungen zu übertragen, welche die Dialysatdurchflußrate in der Verbrauchtdialysatleitung 470 steuern, um

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diese Durchflußrate auf einer Sofortbasis so zu verändern, daß das Hubende der Membranen 407, 407A in jeder Halbperiode des Membrandurchgangs in den Zylindern 410, 420 synchronisiert wird. ·

ί Die Merenschleifenpumpe 530 ist über einen Motorantrieb 534 und die wahlweise vorhandene Strommonitorgrenzflache 532 an die Membransynchronisierungssteuerung 476 angeschlossen, und ihre Betriebsrate wird je nach Bedarf durch -eine Ampere- oder Voltsteuerung durch den Motorantrieb 534 erhöht oder vermindert, was in Verbindung mit äen Zeitfolgediagrammen der Figuren 7 bis 14 noch ausführlicher · beschrieben wird. Der Dialysatdruckwandler 490 ist über eine Wandlersignalkonditioniereinheit 536 mit der Membransynchronisierungssteuerung 476 verbunden; die Signale von dem Wandler 490 werden im wesentlichen ununterbrochen beispielsweise bei Abständen von 50 Millisekunden übertragen, um Veränderungen im Druck anzuzeigen, die die Durchflußrate durch die Nierenschleifenpumpe 530 bewirken· Die Membransynchronisierungssteuerung 476 aktiviert in Abhängigkeit von dem einen Druckwechsel anzeigenden Signal den Motorantrieb 534 zur Veränderung der Betriebsgeschwindigkeit der Pumpe 530, um dem aufgrund des Druckwechsels entstehenden Durchflußratenwechsel entgegenzuwirken und die Durchflußrate auf den Wert vor dem Druckwechsel zurückzustellen.

Die Pumpe 430 ist mit einem Tachometer 552 verbunden, welches die Betriebsrate der Pumpe 430 über eine Tachometersignalkonditionierungseinheit 554 auf .eine Geschwindigkeitssteuereinrichtung 556 überträgt, die einen Teil der Mikroprozessorsteuereinheit 480 bildet; die Meßpumpe 430 wird durch den Bedienungsmann auf die gewünschte Ausgangsrate fiär die Ultrafiltratentfernung aus dem überatmosphärischen Druckabschnitt des Kreislaufes durch Handeinstellung des

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gewünschten UFR-Einstellpunktes programmiert. Diese Einstellung wird durch ein elektrisches Signal über die Geschwindigkeitssteuereinheit 556 übertragen, die wiederum den Motorantrieb 560 aktiviert, welcher ein Steuersignal, das eine Spannungs-·oder Stromregelung sein kann, überträgt, um die Messpumpe 430 zu veranlassen, bei der erforderlichen Geschwindigkeit zur Erreichung der programmierten Ultrafiltratdurchflußrate zu arbeiten.

Es folgt nunmehr eine ausführliche Beschreibung des Betriebes der Membransynchronisierung. Der automatische Betrieb der Zylinder 410, 420 zur abwechselnden Verbindung jedes von ihnen mit der Niere 510 soll eine im wesentlichen konstante Dialysatdurchflußrate durch den Kreislauf aufrechterhalten. Das Ziel des Steuersystems besteht darin, auf Wechsel in den Bedingungen stetigen Durchflusses an jedem beliebigen Punkt oder Punkten in dem Kreislauf zu reagieren, die ohne Korrektur die gewünschte konstante Durchflußrate verändern würden. Das angewendete Verfahren besteht in der Peststellung des Zeitunterschiedes zwischen den Augenblicken .jedes Hubendes jeder Membran, und dies wird in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erreicht durch Signale von Durchflußschaltern 445 und 455, die auf die Steuerung 476 übertragen werden. Die Steuerung 476 erfühlt die hereinkommenden Signale auf einer ununterbrochenen Basis und wandelt sofort die Zeitdifferenz in ein Korrektursignal um, welches die Spannung zum Motorantrieb 534 nach Bedarf verändert, um die Durchflußrate in der Leitung 470 zu verändern zur Angleichung an die Durchflußrate in der Leitung 450, wenn sich die Membranen das nächste Mal wieder, in derselben Richtung bewegen, in der sie sich bewegten, um die festgestellte Zeitdifferenz zwischen dem Augenblick der Hubenden in jener Halbperiode zu verursachen. Während die Feststellung von Zeitunterschie-

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den und die Errechnung der korrigierenden Spannungsveränderung im wesentlichen augenblicklich erfolgen, verlangt die erforderliche Synchronisierung de.r Raten der Relativbewegung -der Membranen eine Verzögerung in der Übertragung dieser Korrektur bis zur Ankunft des nächsten Ventilzustands, der der gleiche Ventilzustand ist, in welchem der Unterschied zuerst auftrat, beispielsweise der Ventilzustand A. Somit stellt die Membransynchronisierungssteuerung 476 den Zeitunterschied fest, verzögert jedoch die Übertragung des korrigierenden Signals auf den Motorantrieb 534 bis zum Augenblick des Beginns des nächstfolgenden Halbtaktes, währenddessen der Durchfluß wiederum in dem Ventilzustand A. stattfindet. Im Normalbetrieb erfolgt der Durchgang der Membranen in etwa 13 bis 15 Sekunden, und ein Korrektursignal, welches in dem Augenblick der Ventilumschaltung vom Ventilzustand B auf den Ventilzustand A auf die Nierenpumpe 530 übertragen wird, .hat die volle Halbperiode wirksam zu bleiben und die Durchflußrate in der Leitung 470 bis zum Ende jener Halbperiode auf den genau gleichen Wert derjenigen in der Leitung 450 zu bringen. Üblicherweise jedoch stellt eine einzige Korrektur keine genaue Synchronisierung wieder her infolge der anderen Wechsel, die an den anderen Punkten in dem Kreislauf während der Halbperiode auftreten -können, in welchem die Korrektur zur Anwendung kommt, und es ist erforderlich, die Zeitunterschiede in den Augenblicken des Membranhubendes in beiden Halbperioden kontinuierlich festzustellen und ständig und wiederholt den festgestellten Zeitunterschied in Korrektursignale umzuwandeln und jene Signale nach Verzögerung wiederholt auf die nachfolgende Halbperiode des Membranbetriebs zu übertragen. Diese Betriebsgrundsätze sind in den Figuren 7 bis 14 erläutert, welche die Steuerkreisreaktion und die korrigierende Tätigkeit zeigen, die ausgeübt wird zur Überwindung der verschiedenen Arten von Veränderungen in der Durchflußrate,

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die während der Hämodialysebehandlung von drei bis fünf Stunden Dauer auftreten können.

Die Figuren 7 bis 14 sind Zeitfolgediagramme. Die veränderliche Zeit ist auf der waagerechten Achse aufgetragen; die "augenblickliche Bedingung der Steuerkreiskomponenten und die Betriebsparameterwerte, welche aus Korrekturen der Pumpenmotorspannung zur Erlangung der Membransynchronisation resultieren, sind auf der senkrechten Achse aufgetragen. Die Diagramme zeigen aufeinanderfolgende Halbperioden in dem Ventilzustand A und dem Ventilzustand B und korrelationieren auf einer Sofortbasis den Status des Einlaßdurchflußschalters 455 und des Kierendurchflußschalters 445 während jedes Ventilzustands. Die Durchflußschalter sind entweder "Ein" oder "Aus", und die waagerechte Linie, die gegenüber jeder Stellung aufgetragen ist, zeigt die Zeitdauer des Dialysatdurchflusses in jener Stellung für jeden der Ventilzustände A und B, und die senkrechten Linien zeigen den Augenblick des Endes jedes Membranhubes; der genaue Augenblick des Wechsels von dem Ventilzustand A auf den Ventilzustand B wird durch die Lage der senkrechten Linie angezeigt, die gegenüber der Legende des Ventilzustands A oder B aufgetragen ist·

Wie aus Pig· 7 ersichtlich, beträgt der normale Zeitablauf in jedem der Ventilzustände A und B 14 Sekunden und der .- normale Zeitablauf während des Wechsels von einem Ventilzustand zum anderen etwa 100 Millisekunden. Wie dort gezeigt, ist die Breite" des Zeitablaufs während der Ventilschaltung übertrieben, um darzustellen, daß beide Durchflußschalter ihre "Aus"-Stellung erreichen müssen, bevor die Ventile von dem Ventilzustand A in den Ventilzustand B und umgekehrt schalten. Durch Verwendung der waagerechten Linie 562 gegenüber dem Ventilzustand A oder der Linie 563 gegenüber dem Ventilzustand B als die Steuerung und Weiterführung einer

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imaginären senkrechten Linie kann man den augenblicklichen Zustand jedes der Einlaß- und Nierendurchflußschalter beobaohten und somit den Zeitablauf für jeden Schalter bis zur Erlangung seiner Ausstellung bestimmen. Wie in Pig« 7 gezeigt, gleicht der Zeitablauf in dem Ventilzustand A dem Zeitablauf in dem Ventilzustand B, und die Membranen erreichen ihre Hubendstellung in demselben Augenblick und sind synchronisiert; der Kreislauf arbeitet perfekt und in dem Idealzustand stetiger Bedingungen. Bei dieser Arbeitsweise sind keine korrigierenden Veränderungen erforderlich, und die Pumpenmotorspannung und der Dialysatdruck bleiben stetig. .

In Fig« 8 wird eine andere Art eines Betriebes in stetigem Zustand dargestellt. Wie ersichtlich, ist die Dialysatdurchflußrate in dem Ventilzustand B langsamer als während desVentilzustands A, wie durch den längeren Zeitablauf der Linie 565 relativ zu der Linie 567 gezeigt; dies spiegelt einen größeren Flußwiderstand an einigen Plätzen innerhalb des Kreislaufes der Fig. 2 in dem Frisch-Abzugskreislauf wider. Die geringere Durchflußrate während des Ventilzustandes B wird reflektiert durch eine geringere Pumpenmotorspannung, wie in der Linie 566 relativ zu der Linie 568 gezeigt; die Einlaß- und Nierendurchflußschalter erreichen dennoch ihre "Ausstellungen zu demselben Zeitpunkt in beiden Ventilzuständen A und B, und die Membranen sind synchronisiert wegen der auf die Pumpe 530 übertragenen korrigierenden Signale.

Fig. 9 zeigt einen Kreislaufzustand, in welchem gegenüber dem Dialysatdurchfluß in dem Ventilzustand. B an einigen Stellen des Nieren-Verbrauchtkreislaufs ein größerer Widerstand vorhanden ist als in dem Nieren-Verbrauchtkreislauf im Ventilzustand A. Wie gezeigt, ist die Pumpenmotorspannungslinie 569 während des Ventilzustandes B höher als die

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Pumpenmotorspannungslinie 571 während des Ventilzustands A, um jenen größeren Widerstand zu überwinden. Y/ährend des Ventilzustands B wird der Nierenpumpe 530 eine höhere Spannung zugeführt, die ausreicht, um ein Angleichen der Durchflußrate in der Leitung 470 an diejenige der Leitung 450 zu verursachen, so daß die Membranen synchronisiert werden -und der Betrieb sich in einem stetigen Zustand befindet, wie gezeigt.

Die Kreislaufreaktion auf einen Abfall in der Dialysatdurchflußrate in der Einlaßleitung 450 im Anschluß an eine vorherige Betriebsperiode bei stetigem Zustand ist in Pig· gezeigt. Ein solcher Wechsel könnte auftreten infolge jeglicher äußerer Störung in dem aufströmseitigen Dialysaterzeugungskreislauf, wie zum Beispiel einer Verlangsamung der EinlaßdiaIysatpumpe 458 oder dergleichen. Wie aus Fig. 10 ersicht3-ich, wurden zwei Halbperioden in dem Ventilzustand A und eine Halbperiode in dem Ventilzustand B mit synchronisierten Membranen vollendet; eine Störung in dem Prisch-Abzugskreislauf trat zu Beginn der Halbperiode in dem Ventilzustand B auf, wie bei 573 gezeigt, und der Einlaßdurchflußschalter verblieb länger in seiner "Ein"-Stellung als in den vorhergehenden Halbperioden, was eine erhöhte Zeit des Membrandurchgangs anzeigt. Dies ist ersichtlich aus einem Vergleich der Linie 574 mit der Nierenschaltlinie 575· Der Nierendurchflußschalter 445 signalisierte das Ende des Hubes der Membran 407 in dem Zylinder 410 an seinem linken Ende (Fig. 2), wie bei 577 gezeigt, während'die Membran 407A im Durchgang blieb, Ms sie ihr Hubende am linken Ende erreichte, wie bei 578 gezeigt, zu welchem Zeitpunkt die Ventile in den Ventilzustand A schalteten. Eine ähnliche Auswirkung auf den Membrangleichlauf trat auch auf in der folgenden Halbperiode des Ventilzustands A infolge einer Abnahme in der Durchflußrate der

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Einlaßleitung, und wiederum signalisierte der Nierendurchflußschalter 445 das Hubende der Membran 4O7A vor der Membran 407 (Fig. 1), wie aus einem Vergleich der Punkte 579 und 580 ersichtlich* Diese Zeitunterschiede werden durch die Steuerung 476 festgestellt und in elektrische Korrektursignale zur Betätigung des Motorantriebs 534 umgewandelt. Das erste Korrektursignal wird zur Korrektur des im Augenblick 578 in dem Ventilzustand B festgestellten Zeitunterschieds eine Halbperiode später in dem allgemein mit 581 bezeichneten Augenblick übertragen, der den Beginn des Betriebs im Ventilzustand B darstellt. Die Korrektur ist ein elektrisches Signal, welches die Pumpenmotorspannung reduziert, wie durch Linie 582 gezeigt. Diese Korrektur reduzierte den Zeitunterschied in dem Ventilzustand B durch Verminderung der Durchflußrate in der Leitung 470 und veranlaßte so den Nierenschalter 445, seinen Betrieb bei 583 relativ zur Betätigung des Einlaßschalters 455 in dem Augenblick 585 zu verzögern. Bei Verbleiben der Pumpenmotorspannung an ihrem neuen unteren Wert während des gesamten Ventilzustands A tritt eine ähnliche Verminderung in der Betätigung des Nierenschalters 445 bei 587 relativ zur Betätigung des Einlaßschalters in dem Augenblick 589 auf. Eine zweite Verminderung in der Pumpenmotorspannung wird in dem Augenblick 589 übertragen, wie bei der Linie 591 gezeigt, und während der nachfolgenden Halbperioden des Ventilzustands B und des Ventilzustands A trat-eine weitere Verminderung in dem Unterschied zwisehen den Augenblicken der Hubenden auf, wie bei 593 und 595 gezeigt, und nach einer dritten Korrektur der Spannung in dem Augenblick 595 wie bei Linie 597 gezeigt, war in dem Augenblick 599 eine Synchronisierung erreicht, d. h. am Ende der dritten -Halbperiode in dem Ventilzustand B, nachdem die Störung in dem Augenblick 578 zum ersten Mal festgestellt wurde*

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Fig. 11 zeigt eine kurzzeitige Verminderung in der Dialysatdurchflußrate in dem Frisch-Abzugskreislauf während des Ventilzustands A, die für weniger als eine vollständige Halbperiode anhält und sich nicht in den Ventilzustand B hinein fortsetzt. Wie aus Fig. 11 ersichtlich, tritt die verminderte Durchflußrate in dem Ventilzustand A in dem Augenblick 601 auf und verursacht eine verfrühte Betätigung des Nierenschalters 445 in dem Augenblick 603 relativ zu der Betätigung des Einlaßschalters 455 in dem Augenblick 605. Die Störung ändert nicht die Durchflußraten in dem Venti!zustand B, und der durch die Linie 607 gezeigte Zeitablauf im Anschluß an die Störung ist der gleiche wie der durch die Linie 609 gezeigte Zeitablauf vor der Störung« -In dem Augenblick 611 wurde um eine Halbperiode verzögert nach Feststellung des Zeitunterschieds in dem Augenblick 605 eine Korrektur zur Verminderung der Pumpenmotorspannung in dem durch die Linie 613 angegebenen Ausmaß durchgeführt. Me Korrektur verursachte eine zu große Verminderung in dem Durchfluß in der Leitung 470 während der-korrigierten Halbperiode in dem Ventilzustand A, wie durdh die frühe Betätigung des Durchflußschalters 455 in dem Augenblick 6.15 vor dem Nierenschalter 455 in dem Augenblick 617 reflektiert* Diese Überkorrektur wurde ausgeglichen durch eine geringere Spannungsverminderung in dem Augenblick bei der nachfolgenden Halbperiode in dem Ventilzustand A, wie durch die Linie 621 gezeigt, und diese Korrektur verminderte das Ausmaß der früheren Betätigung des Einlaßschalters 455 relativ zu dem liierendurchflußschalter 445, wie in dem Augenblick 623 angegeben, und danach wurde eine Synchronisation in der Halbperiode des nachfolgenden Ventilzustands A erzielt, wie durch'einen Vergleich der Linie 625 und der Linie 627 ersichtlich.

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In den Figuren 12 und 13 wird die Auswirkung der Veränderung durch den Bedienungsmann während der Hämodialysebehandlung zur Erhöhung der Ultrafiltratabzugsgeschwindigkeit erläuterte Pig« 12 zeigt eine automatische Einstellung, die einem Wechsel in der UFR-Abzugsrate entgegenwirkt, wenn der Kreislauf die bevorzugte Zahnradpumpe 530 oder deren Äquivalent verwendet und nicht den wahlweise vorhandenen Dialysatdruckwandler 490 einschließt. Fig. 13 zeigt den Steuerkreisbetrieb zu demselben Wechsel in der UFR-Abzugsrate in demselben Kreislauf, abgesehen davon, daß der Druckwandler 490 in dem Kreislauf vorhanden ist.. Wie in den Figuren 12.und 13 gezeigt, erhöht der Bedienungsmann die UFR-Abzugsrate in dem Augenblick 629» Zur Erzeugung der erforderlichen Erhöhung in dem Ultrafiltrat verursacht der geschlossene hydraulisch dichte, blasenfreie Dialysatdurchflußkreislauf eine allmähliche Abnahme des Dialysatdruckes, wie durch die.gleichmäßig abfallende Linie 6.30 gezeigt. In der Halbperiode des Ventilzustands B nach der UFR-Zunahme schließt sich der Einlaßdurchflußschalter im Augenblick 631 früher als der Wierendurchflußschalter in dem Augenblick 632, und in der folgenden Halbperiode des Ventilzustands A schließt wiederum der Einlaßschalter 455 in dem Augenblick 633 früh relativ zu dem Merendurchflußschalter 445, während der Dialysatdruck- weiterhin allmählich abnimmt* Zu Beginn der nächsten Halbperiode des Ventilzustands B nach dem frühen Schließen in dem Augenblick 631 wird eine Aufwärtskorrektur 635 der Spannung in dem Augenblick 634 durchgeführt, um die Geschwindigkeit der Nierenpumpe 530 zu erhöhen, zum Ausgleich der Wirkung, die der Abfall im Dialysatdruck auf den Zahnradpumpenausgang ausübt. Eine ähnliche Aufwärtskorrektur in der Pumpenmotorspannung wird in dem Augenblick 636 zu Beginn der Halbperiode des Ventilzustands A durchgeführt, wie bei

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637 gezeigt, um das frühe Schließen in dem Augenblick 633 zu korrigieren. Die allmähliche Abnahme in dem Dialysatdruck setzt sich fort, um ein frühes Schließen des Einlaßdurchflußschalters 455 in dem Augenblick 638 in dem Ventilzustand B, in dem Augenblick 639 in dem Ventilzustand A und in dem Augenblick 640 in dem Ventilzustand B zu verursachen. In dem Augenblick 642 wird eine Aufwärtskorrektur 641 der Pumpenmotorspannung durchgeführt, um das frühe Schließen in dem Augenblick 638 auszugleichen; eine weitere Aufwärtskorrektur 643 wird durchgeführt in dem Augenblick 644 zu Beginn des Ventilzustands A, um das frühe Schließen in dem Augenblick 639 auszugleichen. Eine v/eitere Korrektur 645 · wird durchgeführt in dem Augenblick 646, um das frühe Schließen in dem Ventilzustand B in dem Augenblick 640 auszugleichen, und im Anschluß daran befinden sich die Membranen im Gleichlauf und arbeiten in stetigem Zustand bei der erhöhten Ultrafiltratabzugsrate, die 84 Sekunden früher in dem Augenblick 629 eingestellt wurde.

Im Gegensatz zu den fünf aufeinanderfolgenden Korrekturen der Pumpenmotorspannung zur 7/iedererlangung eines Gleichlaufs wie in Pig« 12 gezeigt, stellt das Vorhandensein des Druckwandlers 490 in dem Kreislauf eine Portsetzung der Synchronisation während aller.Druckveränderungen in der Niere 510 sicher. Der Druckwandler 490 funktioniert dufch Überwachung der Druckveränderungen in der Verbrauchtdialysatleitung 470 bei Intervallen von 50 Millisekunden und sendet ein von der Wandlersignalkonditionierungseinhe.it 536,,,erzeugtes elektrisches Signal zu der Membransynchronisierungssteuerung 476. Die Steuerung 476, die zur Einleitung von Nierenpumpenspannungskorrekturen zum Ausgleich von Druckveränderungen vorprogrammiert ist,- signalisiert durch den Motorantrieb 534 einen kleinen Spannungsanstieg, um die Nierenpumpe 530 zu veranlassen, sich leicht zu beschleu-

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nigen-und die Durchflußrate durch die Pumpe 530 auf die Rate zurückzuführen, die vor der durch den Druckwandler 490 wahrgenommenen Druckveränderung bestand. Aufeinanderfolgende Überwachungssignale mit 50 Millisekunden Zeitab-.stand erzeugen ähnliche kleine Korrekturen. Wie in Fig. 13 gezeigt, wird die Piunpenmotorspannung allmählich und glatt längs der Linie 647 erhöht, nachdem die Ultrafiltratabzugsrate in dem Augenblick 629 erhöht wurde und der Dialysatdruck auf der Linie 648 allmählich denselben niedrigeren Druckwert erreichte, der in dem Betrieb des Kreislaufs ohne den Wandler 490 erreicht wurde, wie in Fig. 12 gezeigt. Während der gesamten in Pig. 13 gezeigten kleinen Spannungskorrekturen blieben die Membranen im Gleichlauf, und alle Spannungskorrekturen wurden in vier Halbperioden oder in 56 Sekunden vollendet und im wesentlichen zu demselben Augenblick beendet, zu dem der neue niedrigere Druck in der Mere 510 erreicht war.

Fig. 14 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, welche wirksam ist, wenn die wahlweise vorhandene Stromüberwachungsgrenzf^äche 532 in dem Kreislauf vorhanden ist. Die Stromüberwachungsgrenzfläche 532 überwacht die Neigung der Linie, die bestimmt ist durch den Strom als eine Funktion der Zeit. Die Grenzfläche 532 ist anwendbar in einem Kreislauf, der eine durch einen Gleichstrompermanentmagnetmotor angetriebene Pumpe verwendet. Bei derartigen Motoren ist die Stromentnahme proportional zu der Ausgangslast, und falls der Durchfluß in der Ausgangsleitung gesperrt wird, steigt der Strom rapide an· Eine derartige Ausgangsleitungssperrung tritt jedesmal dann auf, wenn die Membran in dem Nieren-Verbrauchtkreislauf ihr Hubende erreicht, bevor die Membran in dem Frisch-Abzugskreislauf ihr Hubende erreicht. In diesem Interim empfängt die Pumpe 530 weiterhin ihre normale Betriebsspannung und setzt ihre Pumptätigkeit in

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Richtung auf die Membran in dem nunmehr gefüllten Nieren-Verbrauchtzylinder fort, so daß der Druck in den Kreislaufelementen zvd.sch.en dem Auslaß der Pumpe 530 und dem Auslaß des Zylinders in dem Efieren-Verbrauchtkreislauf, der die Blasenfalle 440, den Durchflußschalter 445 und die Ventile enthält, rapide ansteigt. Derartige Druckanstiege können einen Bruch der Ventildichtungen verursachen oder die Membran durchlöchern oder das Ausgangsventil bei der Falle 440 außer Betrieb setzen und sollten daher vermieden werden. In Fig. 14 wird die Reaktion des automatischen Steuerkreise auf ein derartiges Vorkommnis gezeigt. Nach drei Halbperioden stetigen Betriebes tritt ein Fall ein, wie beispielsweise eine kurzzeitige Verminderung in dem ' Durchfluß in dem Frisch-Abzugskreislauf, was die Membran in der Nieren-Verbrauchtleitung veranlaßt, zuerst an ihrem Hubende anzukommen und den Durchflußschalter 445 in dem Nieren-Verbrauchtkreislauf zu betätigen, wie in dem Augenblick 649 gezeigt, vor Betätigung des Sinlaßdurchflußschalters 455 in dem Augenblick 650. In dem Interim zwischen den Augenblicken 649 und 650, beispielsweise 1 bis 2 Sekunden, steigt der Pumpenstrom rapide an, wie bei 651 gezeigt, und die Übertragung dieses steilen Anstiegs auf die Membransynchronisationssteuerung 476 von der Stromüberwachungsgrenzfläche 532 veranlaßt ein vorprogrammiertes elektrisches Signal von der Steuerung 476 über den Motorantrieb 534, die Pumpenmotorspannung auf Null fallen zu lassen, wie bei 652 gezeigt. In dem Augenblick 650, v/enn die Ventile auf den Ventilzustand A schalten, ist die normale Spannung für die Pumpe 530 wieder hergestellt, wie bei 653 gezeigt.

Die neuen Einrichtungen sind gegenüber den in bekannten Vorrichtungen verwendeten kraftgetriebenen Kolben oder Membranen modifiziert oder verbessert. Die neuen Einrichtungen sind außerdem einfacher und weniger kostspielig herzustellen und zu betreiben als die Einrichtungen der vorher

Claims (8)

1. Erfindungsans pruch

   1. Verfahren zum Steuern einer Negativdruckhämodialysebehandlung durch Anwendung eines Hämodialysators in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf mit einer Dialysatfördereinrichtung, die so angeordnet ist, daß die vom Bedienungsmann programmierte Abzugsrate des Ultrafiltrats aus dem Kreislauf automatisch diejenigen Betriebsparameter in den Kreislauf einführt, welche die Wasserentfernung aus dem Blut herbeiführen, um die Aufrechterhaltung der Wasserausscheidungsrate an der halbdurchlässigen Membran sicherzustellen, um ein kontinuierliches Abziehen von Ultrafiltrat bei der programmierten Abzugsrate zu ermöglichen, mit einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf einschließlich einer ersten und zweiten Zylindereinheit, die jeweils hydraulisch angetriebene Einrichtungen enthalten, welche jeden Zylinder bei ihrer Bewegung zwischen den Enden dieses Zylinders in zwei Kammern unterteilen, einem Hämodialysator, der durch eine halbdurchlässige Membran in eine Blutseite und eine Dialysatseite unterteilt ist und eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung aufweist, Schalteinrichtungen, welche eine der Einheiten wirksam mit dem Hämodialysator und die andere Einheit mit einer Frischdialysatzufuhrquelle auf einer Wechselzeitbasis verbinden, so daß eine Kammer in der ersten Zylindereinheit sich mit frischem Dialysat füllt, während verbrauchtes Dialysat aus der anderen Kammer in der Einheit zum Abfluß ausgestoßen wird und während desselben Zeitintervalls die andere der Einheiten mit dem Hämodialysator derart verbunden ist, daß eine Kammer in der zweiten Zylindereinheit sich mit verbrauchtem Dialysat füllt, während aus der anderen Kammer in der Einheit frisches Dialysat zur Einlaßöffnung des Hämodialysators ausge-

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   stoßen wird und diese Funktionen nach Auftreten gleichzeitiger Ventilschaltung.wechseln, Frischdialysatzufuhrleitungseinrichtungen in dem hydraulischen Kreislauf zum Zuführen blasenfreien frischen Dialysats, sowie Verbrauchtdialysat-'leitungseinrichtungen zum Entfernen von Gasblasen aus dem verbrauchten Dialysat, bevor das entgaste verbrauchte Dialysat in eine Kammer in einer der genannten ersten und zweiten -J Zylindereinheiten eintritt, gekennzeichnet dadurch, daß durch programmierbare Einrichtungen in dem Kreislauf der Hämodialysator mit einer der ersten und zweiten Zylindereinheiten zum Abziehen von Ultrafiltrat aus ihnen verbunden wird, das Ende des Hubes jeder der hydraulisch angetriebenen Einrichtungen in jedem der ersten und zweiten Zylinder erfühlt wird, alle den Durchfluß in jeden der ersten und zweiten Zylinder hinein und aus ihnen heraus steuernden Ventile gleichzeitig in dem Augenblick der spätesten Ankunft des Hubendes der hydraulisch angetriebenen Einrichtungen in den ersten und zweiten Zylindern geschaltet werden, um dadurch die Verbindung zwischen jedem der Zylinder und einem der Frisch-Abzug- und Nieren-Verbrauchtkreisläufe zu wechseln, der Zeitunterschied zwischen dem Augenblick jedes Hubendes jeder der hydraulisch angetriebenen Einrichtungen erfühlt wird und der festgestellte Zeitunterschied in ein elektrisches Durchflußratesignal umgewandelt wird, das elektrische Durchflußratesignal den Pumpen zugeführt wird, die in der VerbrauchtdiaIysatleitung angeordnet sind, und zwar in dem verzögerten Moment des Endes der folgenden Halbperiode des Durchgangs zu-demselben Platz des Hubendes, von welchem der festzustellende Zeitunterschied erfolgt, und die Zeitdifferenz-Peststellung zwischen dem Augenblick des Endes der Hübe jeder hydraulisch angetriebenen Einrichtung in jedem der Zylinder in aufeinanderfolgenden Takten wiederholt wird und nach Umwandlung dieser Zeitdifferenz in Durchflußsteuersignale diese Signale wiederum der Pumpeneinrich-

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   tung bei ähnlich zeitlich verzögerten Augenblicken fur eine ausreichende Anzahl von Halbperioden zugeführt werden, um eine Synchronisierung des Augenblicks des Hubendes jeder der hydraulisch angetriebenen Einrichtungen in den Zylindern zu erreichen.
3. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Druckwechsel in dem verbrauchten Dialysat in der Verbrauchtdialysatentfernungsleitung zwischen der Pumpe und der Auslaßö'ffnung des Hämodialysators gemessen und in elektrische Signale umgewandelt und der Pumpeneinrichtung auf einer ununterbrochenen Wiederholbasis zugeführt werden, um dadurch die Dialysatdurchflußrate durch die Pumpeneinrichtung in dem Augenblick vor dem gemessenen Druckwechsel wieder herzustellen.

   3· Automatisierte Membranvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1 in einem automatisierten Eindurchgangsnegativdruckdialysat-Hämodialysebehandlungskreis zur automatischen Steuerung der Hämodialysator- und Dialysatbetriebsparameter in Abhängigkeit von der durch den Bedienungsmann eingestellten Ultrafiltratabzugsrate, mit einem durch eine halbdurchlässige Membran in eine Blutseite und eine Dialysatseite unterteilten Hämodialysator, der Einlaß- und Auslaßöffnungen zur Entfernung von Wasser und Unreinheiten aus dem Blut aufweist? einem ersten Dialysatzylinder mit einer hydraulisch angetriebenen Einrichtung, welche den Zylinder bei ihrer Bewegung zwischen den Enden des Zylinders in zwei Kammern unterteilt, die an.einen Frisch/Dränagekreislauf zum Pullen einer der genannten Kammern über eine Dialysatzufuhrleitung mit frischem Dialysat bei gleichzeitiger Entfernung von verbrauchtem Dialysat aus der anderen der genannten Kammern zum Abzug über eine Dränageleitung an-

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   geschlossen sind und abwechselnd zum Füllen einer dieser Kammern mit verbrauchtem Dialysat über eine Nieren-Verbrauchtdialysatentfernungsleitung bei gleichzeitiger Entfernung von frischem Dialysat aus der anderen der Kammern und Zufuhr zu der Einlaßöffnung der Niere über eine Merendialysatzufuhrleitung an einen Nieren-Verbraucht kreislauf angeschlossen werden; einem zweiten Dialysatzylinder mit einer hydraulisch angetriebenen Einrichtung zum Unterteilen des Zylinders bei Bewegung dieser Einrichtung zwischen den Enden des Zylinders in zwei Kammern, die während der Zeit des Anschlusses des.ersten Zylinders an den Frisch/Dränage-\ kreislauf an den Nieren-Verbrauchtkreislauf angeschlossen sind und abwechselnd während der Zeit der Verbindung des ersten Zylinders mit dem Nieren-Verbrauchtkreislauf mit dem Frisch/Dränagekreislauf verbunden sind; dem ersten und zweiten Zylinder zugeordneten Ventilschalteinrichtungen, die diese Zylinder abwechselnd mit einem der genannten Frisch/Dränage- und Nieren-Verbrauchtkreisläufe verbinden;

   Dialysatdurchf.lußsteuereinrichtungen, die an die Nieren-Verbrauchtdialysatentfernungsleitung zwischen der Nierendialysatauslaßöffnung und der Ventilschalteinrichtung zur Steuerung der Durchflußrate des verbrauchten Dialysats in der Nieren-Verbrauchtdialysatentfernungsleitung angeschlossen sind, einem Entgaser, der an die Nieren-Verbrauchtdialysatentfernungsleitung zwischen der Pumpe und der Ventilschalteinrichtung in dem Nieren-Verbrauchtkreislauf angeschlossen ist; ' -, Ultrafiltratentfernungseinrichtungen, die an einen überatmosphärischen Abschnitt des Kreislaufs zwischen den Ventilschalteinrichtungen und Einrichtungen in der Nierendialysatzufuhrleitung und Einrichtungen in der Verbrauchtdialysatentfernungsleitung angeschlossen sind,

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   welche diesen überatmosphärischen Druck in dem genannten überatmosphärischen Kreislaufabschnitt bewahren, sowie Einrichtungen zum Einstellen der Abzugsrate des Ultrafiltrats aus dem genannten Abschnitt des Kreislaufs, gekennzeichnet dadurch, daß Fühleinrichtungen zum Erfühlen des Endes des Hubes der hydraulisch angetriebenen Einrichtung in jedem der ersten und zweiten Zylinder und zur Umwandlung des erfühlten Augenblicks in ein elektrisches Signal, daß Einrichtungen zur Veranlassung einer Schaltung durch die Ventilschalteinrichtung zum gleichzeitigen Schalten aller Ventile, die den Durchfluß in jeden der ersten und zweiten Zylinder hinein und aus ihnen heraus steuern, in dem Augenblick der Ankunft des Endes des Hubes der zweiten der hydraulisch betriebenen Einrichtungen in dem ersten und . zweiten Zylinder zum Wechseln der bestehenden Verbindung jedes der Zylinder mit einem der Frisch/Dränage- und Meren-Verbrauchtkreislaufe, daß Detektoreinrichtungen, die wirksam mit dem elektrischen Signal der Einrichtung zum Erfühlen des Endes des Hubes verbunden sind, um den Zeitunterschied zwischen dem Augenblick jedes der Hubenden jeder hydraulisch betriebenen Einrichtung festzustellen und den Zeitunterschied in ein elektrisches Signal der Durchflußrate umzuwandeln zur Übertragung auf eine Pumpeneinrichtung, um die Durchflußrate des verbrauchten Dialysats in der Nieren-Verbrauchtdialysatentfernungsleitung zu verändern, und daß Durchflußratesignalgeneratoreinrichtungen zum Zuführen des Durchflußratesignals zu der Pumpeneinrichtung zu dem verzögerten Zeitpunkt des Endes der nachfolgenden Halbperiode des Durchgangs zu demselben Ende des Hubes, von welchem der festgestellte Zeitunterschied zunächst erfolgte, um die Pumpe zu veranlassen, die Dialysatdurchflußrate in der genannten Nieren-Verbrauchtdialysatentfernungsleitung einzustellen und dadurch eine Syn-

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   chronisierung des Augenblicks des Hubendes jeder der hydraulisch betriebenen Einrichtungen in den Zylindern zu erreichen, vorgesehen sind··

   4· Vorrichtung nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Häirodialysator eine künstliche Hohlfaserniere ist·

   5· Vorrichtung nach Punkt 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Vorrichtung Druckfühleinrichtungen in der Verbrauchtdialysatentfernungsleitung zwischen der Pumpe und der Auslaßöffnung des Hämodialysators enthält zum Messen von Druckwechseln in dem verbrauchten Dialysat in der· Nieren-Verbrauchtdialysatentfernungsleitung und zum Umwandeln dieses Druckwechsels in ein elektrisches Signal zur Zuführung zu der Pumpeneinrichtung zur Wiederherstellung der Geschwindigkeit des Dialysatdurchflusses durch die Pumpeneinrichtung in dem Augenblick vor dem festgestellten Wechsel in dem Druck.
6. 6. Vorrichtung nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Vorrichtung eine erste Fühleinrichtung enthält, bestehend aus einem Durchflußschalter zwischen der Frischdialysatquelle und der Ventilschalteinrichtung in der Frischdialysatzufuhrleitung, sowie eine zweite Fühleinrichtung, bestehend aus einem Durchflußschalter in dem ^r Nieren-Verbrauchtkreislauf zwischen der Pumpe und der Ventilschalteinrichtung in der Verbrauchtdialysatentfernungsleitung»

   7» Vorrichtung nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Vorrichtung eine Pumpeneinrichtung in dem Frisch-Abflußkreislauf zwischen der Frischdialysatquelle und • aufströmseitig von der Ventilschalteinrichtung in der Frischdialysatzufuhrleitung enthält·
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8. 8. Vorrichtung nach Punkt 3» gekennzeichnet dadurch, daß die hydraulisch angetriebene Einrichtung eine Membran ist.

   9« Vorrichtung nach Punkt 3 s gekennzeichnet dadurch, daß die Vorrichtung in einer automatischen Strömungsmitteldurchflußvorrichtung verwendet wird und Fühleinrichtungen zum Erfühlen des Hubendes der hydraulisch angetriebenen Einrichtung in jedem der ersten und zweiten Zylinder und zum Umwandeln des erfühlten Aμgenblicks in ein elektrisches Signal, Einrichtungen zum Veranlassen einer Schaltung aller den Durchfluß in jeden derersten und zweiten Zylinder hinein und aus ihnen heraus steuernden Ventile gleichzeitig durch die genannte Ventilschalteinrichtung in dem Augenblick der Ankunft des Endes des Hubes der zweiten der hydraulisch angetriebenen Einrichtungen in dem ersten und zweiten Zylinder zum Wechseln der bestehenden Verbindung jedes der Zylinder mit einem der Frisch- und Verbrauchtkreisläufe, Detektoreinrichtungen, die wirksam mit dem elektrischen Signal der Einrichtung zum Erfühlen des Hubendes verbunden sind zum Feststellen des Zeitunterschieds zwischen dem Augenblick jedes Hubendes jeder der hydraulisch angetriebenen Einrichtungen und zum Umwandeln des Zeitunterschieds in ein elektrisches Durchflußratesignal zum Zuführen zu der Pumpe, um die Durchflußrate der Flüssigkeit in der Entfernungsleitung zu verändern, und Durchflußratesignalgeneratoreinrichtungen zum Zuführen des Durchflußratesignals zu der Pumpe in dem verzögerten Augenblick des Endes der folgenden Halbperiode des Durchgangs zu demselben Hubende, von welchem der festzustellende Zeitunterschied er-

   . folgt, um die Pumpe zu veranlassen, die Durchflußrate in der Entfernungsleitung einzustellen, um dadurch eine

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   Synchronisation des Augenblicks des Hubendes jeder der hydraulisch angetriebenen Einrichtungen in den Zylindern zu erreichen, vorgesehen sind«

   Hierzu... „,!....Seiten Zeichnungen