DE102007049409A1

DE102007049409A1 - Verfahren und Vorrichtung für Indikator-Verdünnungsmessungen

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Publication number: DE102007049409A1
Application number: DE102007049409A
Authority: DE
Inventors: Ulf Borg; Reinhold Knoll; Frederic Dr. Michard; Ulrich Dr. med. Pfeiffer
Original assignee: IPRM Intellectual Property Rights Management AG
Current assignee: Edwards Lifesciences IPRM AG
Priority date: 2007-10-15
Filing date: 2007-10-15
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2027-10-16
Also published as: CN101896118A; WO2009049872A1; KR20100093045A; DE102007049409B4; DE102007049409C5; CA2702460A1; US20110105911A1; US9375159B2; EP2211705A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für Indikator-Verdünnungsmessungen eines zentralen Volumens (V1) mit einem Prozessor (P) und einer ersten Eingabevorrichtung (I1) für den Empfang von Daten von einem ersten Ort (S1) der Injektion eines Indikators stromaufwärts des zentralen Volumens (V1) und einer zweiten Eingabevorrichtung (I2) für den Empfang von Daten von einem zweiten Ort (S2) der Erfassung des verdünnten Indikators stromabwärts des zentralen Volumens (V1), wobei ein erstes zusätzliches Volumen (V2) zwischen dem ersten Ort (S1) und dem zentralen Volumen (V1) gebildet ist, durch das der Indikator fließt, bevor er in das zentrale Volumen (V1) eintritt, und ein erster zusätzlicher Ast (B2) zwischen dem ersten Ort (S1) und dem zentralen Volumen (V1) gebildet ist, durch den kein Indikator fließt, bevor er in das zentrale Volumen (V1) eintritt, der jedoch mit dem zentralen Volumen (V1) verbunden ist, und wobei ein zweites zusätzliches Volumen (V3) zwischen dem zentralen Volumen (V1) und dem zweiten Ort (S2) gebildet ist, durch das der Indikator fließt, bevor er in den zweiten Ort (S2) eintritt, und ein zweiter zusätzlicher Ast (B3) zwischen dem zentralen Volumen (V1) und dem zweiten Ort (S2) gebildet ist, durch den der Indikatorstrom abgezweigt wird und nicht in den zweiten Ort (S2) eintritt, wobei der Prozessor dazu ausgelegt ist, Berechnungen für ein Ergebnis von zentralen volumetrischen Parametern durchzuführen und diese Berechnungen für ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für Indikator-Verdünnungs- bzw. Dilutionsmessungen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für das volumetrische physiologische Monitoring.
Indikator-Verdünnungsmessungen werden oft mit mehreren Eingangsästen und mehreren Ausgangsästen durchgeführt. Bei einer Thermodilutionsmessung zum Beispiel wird das Injektat in den Blutstrom in die Vena Cava Superior eingebracht und mischt sich daraufhin mit dem Blutstrom der Vena Cava Inferior, wenn es in den rechten Ventrikel gelangt. Ein weiteres Beispiel ist der Fall, wenn die Bluttemperatur stromabwärts in der Femoralarterie gemessen wird, nachdem der Blutstrom sich in verschiedene arterielle Gefäße verzweigt hat. Dieser Vorgang verändert das Ergebnis der Berechnung eines interessierenden zentralen Volumens nicht, solange die Volumina und Verzögerungen, die durch die zuführenden und ableitenden Äste verursacht werden, zu vernachlässigen sind. Wenn jedoch in den verschiedenen Ästen signifikante Volumina und Verzögerungen vorliegen, kommt es zu beträchtlichen Fehlern.
Insbesondere hat sich die Messung des Herzzeitvolumens (HZV oder CO = englisch, Cardiac Output) und des globalen enddiastolischen Volumens (GEDV) als Verfahren für das Monitoring und die Behandlung der Hämodynamik und des Volumenstatus bei schwer kranken Patienten und Patienten mit einem erhöhten Risiko physiologischer Störungen etabliert.
Um eine Messung durchzuführen, wird es derzeit so gehandhabt, dass ein kalter Bolus einer isotonen Lösung (z. B. 15 ml 0,9-prozentiger Salzlösung, gekühlt oder bei Raumtemperatur) durch einen zentralvenösen Katheter injiziert wird. Dieser Katheter wird normalerweise mit seiner Spitze in der Vena Cava Superior nahe dem rechten Vorhof (Jugulariskatheter oder Subclaviakatheter) positioniert. Nach der zentralvenösen Injektion vermischt sich der kalte Indikator mit dem Blut und verdünnt sich in den größten zugänglichen Volumina, während er sich durch das kardiopulmonale System fortbewegt.
Darüber hinaus ist der Temperaturindikator nicht eng an den intravaskulären Bereich oder Raum gebunden, sondern dringt, abhängig von Zeit und verfügbarerer Oberfläche, auch in den extravaskulären Raum in den Lungen ein, und zwar auf eine Art und Weise, die von der vaskulären Austauschfläche (die im Kapillarsystem der Lunge bei weitem am größten ist), der Wärmekapazität und der Wärmeleitfähigkeit der extravaskulären Strukturen abhängig ist. Da die extravaskulären Strukturen der Lungen zu mehr als 80% aus Wasser bestehen, diffundiert der kalte Indikator vor allem in diese Räume und dringt in sie über Konvektion und Diffusion ein. Das warme Blut, das (nach dem) kalten Bolus folgt, wäscht den kalten Indikator wieder aus dem extravaskulären Lungenraum aus. Auf diese Weise vermischt sich der kalte Indikator perfekt mit dem kardiopulmonalen Blutvolumen und dem extravaskulären Lungenwasser, allerdings aber auch mit dem Blutvolumen der großen zuführenden und ableitenden Blutgefässe. Die Summe hieraus wird als intrathorakales Thermovolumen (ITTV) bezeichnet.
Bei einem sehr großen Teil der Patienten wird die sich daraus ergebende transpulmonale Thermodilutionskurve über einen mit einer Thermistor-Spitze versehenen Katheter in der Femoralarterie aufgezeichnet.
Aus dieser Thermodilutionskurve wird das Herzzeitvolumen HZV unter Verwendung der gängigen Stewart-Hamilton-Rechenregel berechnet.
Aus Indikator-Dilutionsgrundlagen ist bekannt, dass bei einem Schlauchsystem mit mehreren Zuflüssen, aber einem einzigen Hauptstrom mit mehreren Mischkammer in Serie und mehreren Abflüssen, das Volumen der Hauptstrom-Kammer berechnet werden kann, und zwar durch das Produkt aus durchschnittlicher Transitzeit (MTt) und Strom, wohingegen das Volumen der größten Mischkammer in der Hauptstrom-Kammer durch das Produkt aus der exponentiellen Abfall-Zeit (DSt) und dem Strom berechnet werden kann.
Indem man diese Prinzipien anwendet, können die folgenden Volumina durch transpulmonale Thermodilution berechnet werden. ITTV = MTt·CO PTV = DSt·CO, wobei PTV = pulmonales Thermovolumen GEDV = ITTV – PBV = CO·(MTt – DSt)
Das vorliegende Verfahren weist in besonderen Fällen Einschränkungen auf, in denen der Ort der Injektion und/oder der Ort der Erfassung nicht jeweils nahe des rechten Vorhofs oder des linken Ventrikels liegen können. Zum Beispiel ist es bei einigen Patienten nicht möglich, die Spitze des zentralvenösen Katheters, der für die Injektion eines kalten Indikators verwendet wird, in der Vena Cava Superior zu positionieren (z. B. Kontraindikation für den Zugang über die Vena Subclavia aufgrund einer Lungenkrankheit oder aufgrund von Problemen mit der Blutgerinnung oder Kontraindikation für einen Zugang über die Vena Jugularis aufgrund lokaler infektiöser oder thrombotischer Vorgänge, oder weil sich der Ort des Einbringens in einem Bereich mit Verbrennungen befindet). In diesem Fall muss für Injektionen eines kalten Indikators ein Katheter über die Vena Cava Inferior verwendet werden. Wenn der Temperaturindikator durch einen Katheter über die Vena Cava Inferior injiziert wird, normalerweise ein Femoralvenenkatheter, ist das Blutvolumen zwischen dem Ort der Injektion und dem rechten Vorhof ein zusätzliches Verteilungsvolumen für den kalten Indikator. Im Ergebnis werden bei Verwendung eines Zugangs für Injektionen eines kalten Indikators über die Vena Femoralis die durchschnittliche Transitzeit MTt und somit das GEDV künstlich erhöht. Da der normale Bereich des GEDV anhand von Messungen der Vena Cava Superior bestimmt wurde, führt die Messung des GEDV unter Verwendung eines Katheters über die Vena Femoralis zu einer Überschätzung des Volumenstatus des Patienten. Diesbezüglich kann bei Patienten, bei denen eine Hypovolämie vorliegt, fälschlicherweise eine Normovolämie angenommen werden, und bei Patienten mit einer Normovolämie kann fälschlicherweise eine Hypervolämie angenommen werden. Da sowohl die Hypervolämie als auch die Hypovolämie pathologische Zustände sind, führen diese häufig zu therapeutischen Entscheidungen. Deshalb kann die Beurteilung des GEDV mit Hilfe eines Katheters über die Vena Femoralis zu falschen therapeutischen Interventionen führen und den Patienten schaden.
Darüber hinaus ermöglicht das vorliegende Verfahren gemäß dem Stand der Technik keine Beurteilung des tatsächliches kardialen Füllungsvolumens (CFV) oder (Synonyme: des tatsächlichen Herzblutvolumens (CBV) oder tatsächlichen enddiastolischen Herzvolumens (HEDV)). Das GEDV hängt in der Tat vom CFV ab, aber auch von dem Blutvolumen, das zwischen der Aortenklappe und dem Ort der Erfassung enthalten ist, normalerweise der Spitze eines Femoralarterienkatheters. Das Blutvolumen in der Aorta kann von Patient zu Patient je nach Alter, Geschlecht, Größe, Gewicht, gesamtem Blutvolumen und Blutdruck schwanken. Auch Aortenaneurysmen (zylindrisch, konisch oder sackförmig) sind für deutliche Schwankungen des Blutvolumens in der Aorta verantwortlich und steigern darüber hinaus die Diskrepanz zwischen GEDV und CFV oder HEDV.
Darüber hinaus ermöglicht das vorliegende Verfahren gemäß dem Stand der Technik keine Beurteilung des tatsächlichen kardialen Füllungsvolumens (CFV) bei Patienten, bei denen eine Injektion des Indikators

a) entweder in einen extrakorporalen Teilkreislauf, wie zum Beispiel in die Schläuche für die Wiederzuführung von Blut zum Patienten von z. B. einer Hämodialyse-Maschine (oder einer Nieren-Ersatz-Maschine oder einer künstlichen Leber-Unterstützungs-Maschine oder anderer extrakorporaler Kreisläufe) in das venöse System, oder b) direkt in einen operativ geschaffenen arterio-venösen Shunt, z. B. am Unterarm des Patienten erfolgt.

Insbesondere bei chronischen Hämodialyse-Patienten mit einem arterio-venösen Shunt an einer Extremität können das Auftreten und die durchschnittlichen Transitzeitfehler, die durch einen schwankenden Strom durch den Shunt verursacht werden, enorm sein: Der ableitende Shunt-Strom, der arterielles Blut von der Aorta zu dem Ort der Einstichstelle für die Blutentnahme (durch die jeweiligen Maschine) und von der Einstichstelle zurück für die Wiederzuführung von Blut zur Vena Cava transportiert, kann bei erwachsenen Patienten mit einem Unterarm-Shunt zum Beispiel zwischen 300 ml/min bis hin zu einem Wert von 1.500 ml/min schwanken.
Deshalb ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung für Verdünnungsmessungen vorzuschlagen, mit denen die Nachteile des Stands der Technik vermieden werden können.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren und einer Vorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Merkmale und Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
Die Aufgabe der Erfindung wird insbesondere mit einem Verfahren für Verdünnungsmessungen eines zentralen Volumens (V1) mit einem ersten Ort (S1) der Injektion eines Indikators stromaufwärts des zentralen Volumens (V1) und einem zweiten Ort (S2) der Erfassung des verdünnten Indikators stromabwärts des zentralen Volumens (V1) gelöst, wobei ein erstes zusätzliches Volumen (V2) zwischen dem ersten Ort (S1) und dem zentralen Volumen (V1) gebildet ist, durch das der Indikator fließt, bevor er in das zentrale Volumen (V1) eintritt und ein erster zusätzlicher Ast (B2) zwischen dem ersten Ort (S1) und dem zentralen Volumen (V1) gebildet ist, durch den kein Indikator fließt, bevor er in das zentrale Volumen (V1) eintritt, der jedoch mit dem zentralen Volumen (V1) verbunden ist und wobei ein zweites zusätzliches Volumen (V3) zwischen dem zentralen Volumen (V1) und dem zweiten Ort (S2) gebildet ist, durch das der Indikator fließt, bevor er in den zweiten Ort (S2) eintritt und ein zweiter zusätzlicher Ast (B3) zwischen dem zentralen Volumen (V1) und dem zweiten Ort (S2) gebildet ist, durch den (eine vorbestimmte Menge) des Indikatorstroms abgezweigt wird und nicht in den zweiten Ort (S2) eintritt, wobei ein Ergebnis von zentralen volumetrischen Berechnungen für das erste und/oder zweite zusätzliche Volumen (V2, V3) und/oder für den ersten und/oder zweiten zusätzlichen Ast (B2, B3) oder die Verzöge rungen innerhalb des ersten und/oder zweiten zusätzlichen Asts (B2, B3) korrigiert werden.
Mit diesem Verfahren ist es möglich, einen korrigierten Parameter für zentrale volumetrische Berechnungen zur Verfügung zu stellen, insbesondere eine korrigierte mittlere oder durchschnittliche Transitzeit. Mit diesem Verfahren können Fehler, die durch signifikante Volumina und Verzögerungen innerhalb der verschiedenen Äste des Kreislaufs auftreten, berechnet und eliminiert werden, um zu den reinen zentralen kardiopulmonalen Volumina, die von Interesse sind, zu gelangen. Indikator-Verdünnungsmessungen können nun auch in entfernten Ästen mit der gewünschten Präzision durchgeführt werden. Das Verfahren wird für ein einziges Volumen und eine einzige Verzögerung in einem Eingangsast und einem Ausgangsast dargestellt. Das Verfahren könnte jedoch für mehrere Äste oder mehrere Volumina oder Verzögerungen aufeinander folgend wiederholt werden. Somit stellt die Erfindung ein Verfahren oder eine Vorrichtung für Indikator-Verdünnungsmessungen zur Verfügung, die die Ergebnisse zentraler volumetrischer Berechnungen für Volumina und Verzögerungen in Ästen korrigiert, die entweder durch den physiologischen Strom in diesen Ästen oder durch den Strom verursacht werden, der durch einen besonderen, operativ erzeugten Zustand hergestellt wird, wie z. B. einen arterio-venösen Shunt.
Das zentrale Volumen ist das Volumen von Interesse für die Messungen. Die beteiligten Volumina stromaufwärts und/oder stromabwärts des zentralen Volumens können geschätzt, gemessen, etc. werden. Wenn zum Beispiel ein Temperaturindikator durch einen Katheter in der Vena Cava Inferior injiziert wird, normalerweise ein Katheter in der Vena Femoralis, ist das Blutvolumen zwischen dem Ort der Injektion und dem rechten Vorhof ein zusätzliches Verteilungsvolumen für den kal ten Indikator. Die Volumina können von anthropometrischen Daten abgeleitet werden, d. h. Daten bezüglich des Alters, der Größe, des Gewichts, des Geschlechts, etc., und der Aortendruck kann kontinuierlich überwacht werden. Als Alternative können die Volumina durch Echographie oder Tomodensitometrie oder Magnetresonanzbildmessungen gewonnen werden. Als weitere Alternative können die beteiligten Volumina direkt aus Tabellen oder Nomogrammen basierend auf anthropometrischen Daten (wie zum Beispiel Alter, Größe, Gewicht, Geschlecht, etc.) gewonnen werden.
Es könnte auch der Fall sein, dass der Ort der Injektion nahe dem zentralen Volumen liegt, dass aber der Ort der Erfassung weiter davon entfernt liegt, oder umgekehrt. Somit könnte das erste zusätzliche Volumen zu vernachlässigen sein oder könnte sogar Null betragen, wohingegen das zweite zusätzliche Volumen signifikant ist und verwendet werden kann, um die Parameter für die zentralen volumetrischen Berechnungen zu korrigieren.
Die Äste und der Strom in den Ästen können geschätzt, gemessen, etc. werden. Am Ort der Injektion wird der Temperaturindikator eingeführt und am Ort der Erfassung wird das die Antwort bzw. der Rücklauf dieses Indikators gemessen. Es könnte nun der Fall sein, dass zwischen dem Ort der Injektion und dem zu messenden zentralen Volumen ein anderer Ast eintritt und zu dem Gesamtstrom durch das zentrale Volumen beiträgt. Somit kommt der Indikator aus einem Ast und vermischt sich mit dem Strom aus einem anderen Ast, der keinerlei Indikator enthält, bevor er in das zentrale Volumen eintritt. Stromabwärts des zentralen Volumens kann es zu einer ähnlichen Situation kommen. In diesem Fall kann der Strom stromabwärts des zentralen Volumens in einen Ast abgezweigt werden, der durch den Ort der Erfassung fließt und einen weiteren Ast, der abgeleitet wird und nie zu dem Ort der Erfassung strömt.
Unter Berücksichtigung zusätzlicher Volumina zwischen dem Ort der Injektion und dem zentralen Volumen und/oder dem zentralen Volumen und dem Ort der Erfassung können zusätzliche, eingeschleppte Dilutions- und Zeitverzögerungen entsprechend korrigiert oder eliminiert werden.
Unter Berücksichtigung zusätzlicher Äste zwischen dem Ort der Injektion und dem zentralen Volumen oder dem zentralen Volumen und dem Ort der Erfassung können weitere zusätzliche, eingeschleppte Dilutions- und Zeitverzögerungen entsprechend korrigiert oder eliminiert werden.
Dieses Verfahren kann mit einer Vorrichtung durchgeführt werden, die so ausgelegt ist, dass sie diese Parameter berechnet und so angepasst ist, dass sie die Werte, die für diese zusätzlichen Volumina und/oder Äste berechnet wurden, korrigiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Verdünnungsmessung eine Thermodilutionsmessung, eine Farbstoff-Verdünnungsmessung, eine Lithiumchlorid-Verdünnungsmessung, eine Dichte-Verdünnungsmessung, eine Verdünnungsmessung mit irgendeinem Indikator einschließlich eines radioaktiv gekennzeichneten Indikators oder eines durch Magnetresonanz erfassbaren Indikators, der im intravaskulären Raum verbleibt oder auch in den extravaskulären Raum in den Lungen diffundiert, oder jede Kombination daraus, z. B. eine Thermofarbstoff- oder Thermolithiummessung, wird aber nach der kardiopulmonalen Passage fast vollständig zurückgewonnen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das zentrale Volumen das Volumen des Herzens und der Lunge. Insbesondere ist das zentrale Volumen das Blutvolumen, das in den vier Herzkammern und der Lunge enthalten ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung berücksichtigt die Korrektur den zentralen Strom (Q1) durch das zentrale Volumen (V1), einen ersten zusätzlichen Strom (Q2) innerhalb des ersten zusätzlichen Asts (B2) und/oder einen zweiten zusätzlichen Strom (Q3) innerhalb des zweiten zusätzlichen Asts (B3), wobei der zentrale Strom (Q1) gleich der Summe des ersten zusätzlichen Stroms (Q2) und eines ersten Stroms (Q2') am ersten Ort (S1) der Injektion ist und wobei der zentrale Strom (Q1) gleich der Summe des zweiten zusätzlichen Stroms (Q3) und eines zweiten Stroms (Q3') am zweiten Ort (S2) der Erfassung ist.
Somit wird der Strom durch das Gesamtsystem berücksichtigt und Ströme, die einen Indikator stromaufwärts des zentralen Volumens enthalten, werden neben einem Strom stromaufwärts des zentralen Volumens gebildet, der keinen Indikator enthält, bevor er in das zentrale Volumen eintritt. Darüber hinaus oder alternativ dazu wird ein Strom durch den Ort der Erfassung von einem zweiten Strom stromabwärts des zentralen Volumens unterschieden, der nicht durch den Ort der Erfassung strömt. Somit werden Fehler, die bei Messungen gemäß dem Stand der Technik einschleichen, vermieden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung berücksichtigt die Korrektur die relativen Ströme (rQ) in den verschiedenen Ästen, wobei der relative erste Strom (rQ2') der Quotient des ersten Stroms (Q2') und des zentralen Stroms (Q1) ist, der relative erste zusätzliche Strom (rQ2) der Quotient des ersten zusätzlichen Stroms (Q2) und des zentra len Stroms (Q1) ist, der relative zweite Strom (rQ3') der Quotient des zweiten Stroms (Q3') und des zentralen Stroms (Q1) ist, und der relative zweite zusätzliche Strom (rQ3) der Quotient des zweiten zusätzlichen Stroms (Q3) und des zentralen Stroms (Q1) ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung berücksichtigt die Korrektur ein theoretisches System, für das die System-Ausgabe berechnet wird, indem die Faltung auf ein hypothetisches unverzweigtes Modell mit einem Gesamtstrom (Q) und einem ersten, zweiten und dritten ersichtlichen Volumen (W1, W2, W3) angewandt wird, wobei das erste ersichtliche Volumen (W1) das zentrale Volumen (V1) ist, das zweite ersichtliche Volumen (W2) der Quotient des ersten zusätzlichen Volumens (V2) und des relativen ersten Stroms (rQ2') ist und das dritte ersichtliche Volumen (W3) der Quotient des zweiten zusätzlichen Volumens (V3) und des relativen zweiten Stroms (rQ3') ist. Die ersichtlichen Volumina berücksichtigen die Korrektur für die zusätzlichen Volumina und die beteiligten Äste. Somit kann mit Hilfe dieses Modells die Berechnung der korrigierten Werte mit einer einfacheren Anordnung erfolgen.
Insbesondere wird ein Verfahren zum Erheben und/oder Verarbeiten von Daten zur Verfügung gestellt, das das kardiale Füllungsvolumen (CFV), oder das kardiale Blutvolumen (CBV) oder das enddiastolische Herzvolumen (HEDV) eines Patienten bestimmt, versehen mit einem zentralvenösen Katheter und einem arteriellen Katheter, indem

a) eine Indikatordilution, vorzugsweise eine Thermodilution verwendet wird,
b) ein kalter Bolus in den zentralvenösen Katheter injiziert wird,
c) die Thermodilutionskurve mit einem arteriellen Katheter erfasst wird,
d) eine Messung der gesamten mittleren Transitzeit von dem Punkt der Injektion bis zu dem Punkt der Erfassung durchgeführt wird, oder alternativ,
e) eine Korrektur der gesamten mittleren Transitzeit (d) für den zusätzlichen Erscheinungszeitfehler, der durch die Wanderung des Thermoindikators von dem Ort der Injektion zum rechten Vorhof entsteht, vorgenommen wird,
f) eine weitere Korrektur der gesamten mittleren Transitzeit (d) für den Erscheinungszeitfehler, der durch das zusätzliche Wandern des Thermoindikators von der Aortenklappe zum Ort der Erfassung entsteht, vorgenommen wird,
g) eine Berechnung des Herzzeitvolumens und der Abfall-Zeit anhand der Thermodilutonskurve vorgenommen wird,
h) die korrekte mittlere Transitzeit nach e), das korrekte Herzzeitvolumen und die korrekte Abfall-Zeit verwendet werden, um das CFV (oder CBV oder HEDV) zu erzielen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung umfassen das erste zusätzliche Volumen (V2) und/oder das zweite zusätzliche Volumen (V3) einen Hämodialyse-Shunt und/oder eine Hämodialyse-Maschine und/oder zumindest einen Teil eines extrakorporalen Kreislaufs. Somit ist es möglich, die Fehler bei einer Geräteausstattung für eine Hämodialyse oder jede andere arterio-venöse extrakorporale Geräteausstattung zu berücksichtigen und sie gemäß der vorliegenden Erfindung zu korrigieren.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Vorrichtung für Indikator-Verdünnungsmessungen eines zentralen Volumens (V1) mit einem Prozessor (P) und einer ersten Eingabevorrichtung (I1) zum Empfang von Daten von einem ersten Ort (S1) einer Injektion eines Indikators stromaufwärts des zentralen Volumens (V1) und einer zweiten Eingabevorrichtung (I2) zum Empfang von Daten von einem zweiten Ort (S2) einer Erfassung des verdünnten Indikators stromabwärts des zentralen Volumens (V1) gelöst, wobei ein erstes zusätzliches Volumen (V2) zwischen dem ersten Ort (S1) und dem zentralen Volumen (V1) gebildet ist, durch das der Indikator fließt, bevor er in das zentrale Volumen (V1) eintritt, und ein erster zusätzlicher Ast (B2) zwischen dem ersten Ort (S1) und dem zentralen Volumen (V1) gebildet ist, durch den kein Indikator fließt, bevor er in das zentrale Volumen (V1) eintritt, der jedoch mit dem zentralen Volumen (V1) verbunden ist, und wobei ein zweites zusätzliches Volumen (V3) zwischen dem zentralen Volumen (V1) und dem zweiten Ort (S2) gebildet ist, durch das der Indikator fließt, bevor er in den zweiten Ort (S2) eintritt und ein zweiter zusätzlicher Ast (B3) zwischen dem zentralen Volumen (V1) und dem zweiten Ort (S2) gebildet ist, durch den eine vorbestimmte Menge des Indikatorstroms abgezweigt wird und nicht in den zweiten Ort (S2) eintritt, wobei der Prozessor dazu ausgelegt ist, Berechnungen für ein Ergebnis von zentralen volumetrischen Parametern durchzuführen, und diese Berechnungen für das erste und zweite zusätzliche Volumen (V2, V3) und/oder für den ersten und zweiten zusätzlichen Ast (B2, B3) korrigiert werden.
Mit dieser Vorrichtung ist es möglich, einen korrigierten Parameter für zentrale volumetrische Berechnungen zur Verfügung zu stellen, insbesondere eine korrigierte mittlere oder durchschnittliche Transitzeit. Mit dieser Vorrichtung können Fehler, die durch signifikante Volumina und Verzögerungen innerhalb der verschiedenen Äste eingebracht werden, berechnet und eliminiert werden, um die reinen zentralen Volumina von Interesse zu gewinnen. Verdünnungsmessungen können nun auch in entfernten Ästen mit der gewünschten Präzision durchgeführt werden.
Als Prozessor kann jede Rechenvorrichtung verwendet werden; vorzugsweise ist diese in einen bettseitigen Monitor integriert.
Als erste Eingabevorrichtung für den Empfang von Daten von einem ersten Ort der Injektion eines Indikators stromaufwärts des zentralen Volumens können verschiedene Sensoren verwendet werden. Vorzugsweise wird ein Thermosensor verwendet, um die Temperatur des Indikators zu messen. Darüber hinaus wird eine Vorrichtung zur Zeitmessung verwendet, um die Injektionszeit zu messen. Darüber hinaus kann ein Drucksensor verwendet werden, um den Druck als einen Indikator der Beginn- und Endzeit des Injektionsvorgangs des Indikators zu messen. Darüber hinaus kann eine Volumenmessvorrichtung verwendet werden, um die Menge des injizierten Indikators zu messen. Es kann auch möglich sein, eine vorbestimmte Menge Injektat zu verwenden und diesen Wert vorab in den Prozessor einzugeben.
Als zweite Eingabevorrichtung für den Empfang von Daten von einem zweiten Ort der Erfassung des verdünnten Indikators stromabwärts des zentralen Volumens wird vorzugsweise ein Thermosensor verwendet, um die Temperatur und die Temperaturveränderung in dem Strom, der den Indikator enthält, nachdem er das zentrale Volumen durchströmt hat, aufzuzeichnen. Vorzugsweise wird eine Vorrichtung zur Zeitmessung verwendet, um die Zeitverzögerung zwischen der Injektion und der Erfassung zu messen.
Der Prozessor ist dazu ausgelegt, Berechnungen für ein Ergebnis von zentralen volumetrischen Parametern auszuführen, d. h. das Herzzeitvolumen (HZV) und das globale enddiastolische Volumen (GEDV) zu berechnen. Darüber hinaus ist der Prozessor dazu ausgelegt, Berechnungen durchzuführen, die für das erste und zweite zusätzliche Volumen und/oder für den ersten und zweiten zusätzlichen Ast korrigiert werden. Somit ist der Prozessor oder die Vorrichtung dazu ausgelegt, jeweils das tatsächliche kardiale Füllungsvolumen (CFV) oder – Synonyme dazu – das tatsächliche Herzblutvolumen (CBV) oder das tatsächliche enddiastolische Herzvolumen (HEDV) zu berechnen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung so ausgelegt, dass sie eines oder mehrere der Verfahren gemäß der Erfindung ausführt.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf weitere Beispiele beschrieben, die vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen.
Beispiele
Diese Erfindung beschreibt auch ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zur Beurteilung des Blutvolumens, das in den vier Herzkammern enthalten ist und als kardiales Füllungsvolumen (CFV) oder Herzblutvolumen (CBV) oder enddiastolisches Herzvolumen (HEDV) bezeichnet wird.
Dieses Verfahren basiert auf der Messung des Herzzeitvolumens und der mittleren Transitzeit MTt des kalten Indikators gemäß dem Stand der Technik und auf den Berechnungen einer korrigierten Transitzeit cMTt. Die korrigierte Transitzeit cMTt ist die mittlere Transitzeit MTt korrigiert um die aufgetretenen Erscheinungszeitfehler, die durch die Transportzeit des Indikators vom Ort der Injektion zum rechten Vorhof und durch den Transport des Thermoindikators von der Aortenklappe zum Ort der Erfassung entstehen.
Beispiel 1
Wenn der zentralvenöse Katheter ein Femoralkatheter ist, kann der Erscheinungszeitfehler vom Ort der Injektion bis zum rechten Vorhof ATE_pre wie folgt berechnet werden: ATEpre = (Divc/2)2·Π·Lsi-ra/(a·HZV)wobei ATE_pre = präkardialer Erscheinungszeitfehler,

D_ivc: = Durchmesser der Vena Cava Inferior,
L_si-ra: = Gefäßlänge vom Ort der Injektion bis zum rechten Vorhof,
HZV: = Herzzeitvolumen,
a: = Prozentsatz des Herzzeitvolumens, das durch die Vena Cava Inferior fließt, was im Allgemeinen 65–70% des HZV ausmacht.

Der Durchmesser der Vena Cava Inferior D_ivc ist vor allem abhängig vom Druck in der Vena Cava Inferior oder dem zentralvenösen Druck CVP und kann als D_ivc = f (CVP) veranschlagt werden. Die Beziehung zwischen CVP und D_ivc ist nicht linear bzw. kurvenförmig.
D_ivc kann zum Beispiel wie folgt berechnet werden: D_ivc = 1,85·CVP – 0,03 CVP², so dass D_ivc im Bereich zwischen 0 cm und 2,85 liegt, wenn das CVP zwischen 0 und 30 mmHg liegt.
Als Alternative kann der Durchmesser der Vena Cava Inferior durch Echographie oder Tomodensitometrie oder Magnetresonanzbildmessungen gewonnen werden.
Die Gefäßlänge vom Ort der Injektion bis zum rechten Vorhof L_si-ra ist vor allem abhängig von der Größe H des Patienten und kann als L_si-ra = f(H) veranschlagt werden. L_si-ra kann zum Beispiel mit L_si-ra = 0,18·H veranschlagt werden.
Beispiel 2
Wenn der arterielle Katheter ein Femoralkatheter ist (Normalfall), kann der Erscheinungszeitfehler von der Aortenklappe bis zum Ort der Erfassung wie folgt berechnet werden: ATEpost = [(Dao/2)2·Π·Lav-fa]/(b·HZV)wobei

ATE_post: = postkardialer Erscheinungszeitfehler
D_ao: = Durchmesser der Aorta
L_av-fa: = Gefäßlänge von der Aortenklappe bis zum Ort der Erfassung mit dem Femoralarterienkatheter
b: = Prozentsatz des Herzzeitvolumens, das durch die absteigende Aorta fließt, das normalerweise auf 65–70% geschätzt wird.

Der Durchmesser der Aorta D_ao hängt vor allem von der Flexibilität der Aorta und dem Aortendruck ab. Die Flexibilität der Aorta kann aus anthropometrischen Daten abgeleitet werden, d. h. Daten bezüglich des Alters, der Größe, des Gewichts, des Geschlechts, etc., und der Aortendruck kann kontinuierlich überwacht werden.
Als eine Alternative kann der Durchmesser der Aorta D_ao durch Echographie oder Tomodensitometrie oder Magnetresonanzbildmessungen gewonnen werden.
Als weitere Alternative kann der Durchmesser der Aorta D_ao direkt aus Tabellen oder Nomogrammen gewonnen werden, die auf anthropometrischen Daten (wie zum Beispiel Alter, Größe, Gewicht, Geschlecht, etc.) basieren.
Die Gefäßlänge von der Aortenklappe zum Ort der Erfassung L_av-fa mit dem Femoralarterienkatheter hängt vor allem von der Größe des Patienten H ab und kann mit L_av-fa = f(H) veranschlagt werden. Zum Beispiel kann L_av-fa mit L_av-fa = 0,23·H veranschlagt werden.
Als eine Alternative kann ATE_post bei Patienten mit zylindrischen Aortenaneurysmen wie folgt berechnet werden: ATEpost = [(Dao/2)2·Π·(Lav-fa – Laa) + (Daa/2)2·Π·Laa]/(b·HZV)wobei

D_aa: = maximaler Durchmesser des Aortenaneurysmas, gewonnen durch Echographie oder Tomodensitometrie oder Magnetresonanzbildmessungen oder angiographische Messungen.
L_aa: = Länge des Aortenaneurysmas, gewonnen durch Echographie oder Tomodensitometrie oder Magnetresonanzbildmessungen oder angiographische Messungen.

Im Fall eines abdominellen Aortenaneurysmas bei Erwachsenen mit einer Größe H von 142–192 cm kann L_aa auch mit 90 mm veranschlagt werden, was der Entfernung von den Nierenarterien zum Ort der Aufspaltung der Baucharterie in die Hüftarterien entspricht.
Als weitere Alternative kann bei Patienten mit konischen Aortenaneurysmen ATE_post wie folgt berechnet werden. ATEpost = [(Dao/2)2·Π·(Lav-fa – Laa) + (Daa/2)2·Π·Laa/3]/(b·HZV)
Als weitere Alternative kann bei Patienten mit sackförmigen Aneurysmen ATE_post wie folgt berechnet werden: ATEpost = [(Dao/2)2·Π·(Lav-fa – Daa) + (Daa/2)3·4Π/3]/(b·HZV)
Als andere Alternative wird, wenn der arterielle, den Indikator erfassende Katheter brachial oder axillär positioniert wird, der Erscheinungszeitfehler von der Aortenklappe zum Ort der Erfassung wie folgt berechnet: ATEpost = [(Dao/2)2·Π·Lav-ba]/(C·HZV)wobei

L_av-ba: = Gefäßlänge von der Aortenklappe zum Ort der Erfassung mit dem brachialen Arterienkatheter, abgeschätzt aus L_av-ba = (H – 50)/7,5 + 5, wobei H die Körpergröße ist
c: = Prozentsatz des Herzzeitvolumens, das nicht durch die absteigende Aorta fließt, welches normalerweise auf 30–35% geschätzt wird.

Beispiel 3
Wenn die Injektion des Indikators in die das Blut rückführenden Schläuche eines extrakorporalen Kreislaufs (wie zum Beispiel einer Hämodialysemaschine) nahe der Einstichstelle (wie zum Beispiel einem arterio-venösen Shunt am Unterarm) erfolgt und die Indikator-Dilutionskurve in den Blut ableitenden Schläuchen des extrakorporalen Kreislaufs (wie zum Beispiel einer Hämodialysemaschine) nahe der Einstichstelle erfasst wird, besteht die Erscheinungszeitfehlerkorrektur vorzugsweise aus mehreren Schritten:

a) Korrektur des präkardialen Erscheinungszeitfehlers ATE_pre1 vom Punkt der Injektion in den das Blut zur Einstichstelle eines Blutgefäßes oder eines Hämodialyse-Shunts rückführenden Schläuchen: Vorausgesetzt, dass
aa) es keinen Rückstrom von Blut in die Schläuche zum extrakorporalen Kreislauf während der Injektion des Indikators in die Schläuche gibt, und
bb) das Volumen der Schläuche von der Einstichstelle in den Schläuchen bis zu der Einstichstelle V_t1 größer ist als das Injektionsvolumen wird der Fehler wie folgt berechnet: ATEpre1 = Vt1/BFH wobei BF_H = Blutstrom des extrakorporalen Kreislaufs (erhalten von der Maschine)
b) Korrektur des Erscheinungszeitfehlers ATE_pre2 von der Einstichstelle des Blutgefäßes oder des Hämodialyse-Shunts bis zum Eingangspunkt des Shunt-Gefäßes in die Vena Cava: Im Fall eines Hämodialyse-Shunts wird der Innendurchmesser des operativ geschaffenen Shunt-Gefäßes in den ersten Wochen nach dem operativen Eingriff und vor Verwendung des Shunts für die Hämodialyse aufgrund des anfänglichen hohen Blutstroms durch den Shunt und des hohen Drucks innerhalb des Shunts größer. Zum Zweck der Beurteilung geht man davon aus, dass der durchschnittliche Durchmesser D_s eines operativ geschaffenen Shunts, der für die Hämodialyse verwendet werden kann, für das gesamte Shunt-Gefäßsystem vom Punkt des Ab zweigens von der Aorta bis zu den beiden Einstichstellen (Entnahme und Wiederzuführung) verwendet werden kann, und weiter bis zu dem Punkt, an dem er wieder in eine große systemische Vene wie die Vena Cava Superior eintritt.

Der präkardiale Erscheinungszeitfehler ATE_pre2, der durch diesen „venösen" zuführenden Teil des Shunt-Gefäßsystems verursacht wird, wird wie folgt berechnet: ATEpre2 = (Lasv·DS)/BFs wobei

BFs: = tatsächlicher Blutstrom durch den Hämodialyse-Shunt
Ds: = durchschnittlicher Durchmesser des Shunt-Gefäßsystems

BF_s und D_s können aus der Indikatorlösung gewonnen werden durch

bb) einen umgekehrten hämodynamischen Pumpstrom
bc) eine Injektion in die Schläuche, die normalerweise zur Entnahme von Blut verwendet werden
bd) die Erfassung der Trans-Shunt-Indikatordilutionskurve in den Schläuchen, die normalerweise für die Wiederzuführung von Blut verwendet werden
be) die Berechnung des Shuntstroms BF_s unter Verwendung von im Wesentlichen der Stewart-Hamilton-Rechenregel
bf) die Korrektur für die Erscheinungszeitfehler, die durch den Indikator verursacht werden, der durch die Entnahme und Wiederzuführungsschläuche fließt, und zwar unter Verwendung der hier beschriebenen Prinzipien
bg) die Berechnung des Shuntvolumens Vs zwischen den beiden Einstichstellen aus dem Produkt von BF_s und der um den Erscheinungszeitfehler korrigierten mittleren Transitzeit
bh) wenn man davon ausgeht, das das Shuntvolumen V_s in einem zylindrischen Gefäß mit der Länge L_s enthalten ist, die dem

Abstand der beiden Einstichstellen entspricht, dann wird D_s wie folgt berechnet
BF_s und D_s können auch durch eine Ultraschalluntersuchung gewonnen werden, wobei im Wesentlichen die Blutgeschwindigkeit im Shunt und D_s gemessen werden und BF als Produkt daraus berechnet wird.

d) Korrektur des Erscheinungszeitfehlers ATE_pre3 von der Eintrittstelle des Shunt-Gefäßes in die Vena Cava Superior in den rechten Vorhof.

Der präkardiale Erscheinungszeitfehler ATE_pre3 wird berechnet aus: ATEpre3 = (Dsvc/2)2·Π·Lsevcs-ra/(d·HZV) wobei

D_svc: = Durchmesser der Vena Cava Superior
L_sevcs-ra: = Gefäßlänge vom Eintritt des Shunt-Gefäßes in die Vena Cava Superior zum rechten Vorhof,
d: = Prozentsatz des Herzzeitvolumens, das durch die Vena Cava Superior strömt, das, wie bekannt ist, 30–35% des Herzzeitvolumens ausmacht.

Der Durchmesser der Vena Cava Superior D_svc hängt vor allem vom Druck in der Vena Cava Superior oder dem zentralen Venendruck CVP ab und kann als D_svc = f (CVP) veranschlagt werden. Die Beziehung zwischen CVP und D_svc ist nicht linear.
Zum Beispiel kann D_svc auf eine ähnliche Weise berechnet werden wie D_ivc, wie vorstehend bereits erwähnt wurde.
Alternativ kann der Durchmesser der Vena Cava Superior durch eine Röntgenaufnahme des Brustraums, eine Echographie oder Tomodensitometrie oder Magnetresonanzbildmessungen oder klinische Beurteilungen gewonnen werden.
Die Gefäßlänge vom Eintritt des Shunt-Gefäßes in die Vena Cava Superior zum rechten Vorhof L_sevcs-ra hängt vor allem von der Größe H des Patienten ab und kann als L_si-ra = f(H) veranschlagt werden. L_si-ra kann zum Beispiel mit L_si-ra = 0,09·H veranschlagt werden.

e) Korrektur des Erscheinungszeitfehlers ATE_post1 von der Aortenklappe zu der Stelle, an der das Shunt-Gefäß von der Aorta abzweigt ATEpost1 = [(Dao/2)2·Π·Lav-sv/]/(c·HZV) wobei

D_ao

= Durchmesser der Aorta

L_av-sv

= Gefäßlänge von der Aortenklappe zum Ort des Abzweigens des Shunt-Gefäßes

c

= Prozentsatz des Herzzeitvolumens, das nicht durch die absteigende Aorta fließt, das, wie bekannt ist, 65–70% des HZV ausmacht.

Der Durchmesser D_ao der Aorta kann wie vorstehend beschrieben bestimmt werden.
Die Gefäßlänge von der Aortenklappe zum Ort des Abzweigens des Shunt-Gefäßes L_av-sv ist wiederum vor allem abhängig von der Größe des Patienten H und kann als L_av-sv = f(H) veranschlagt werden. Zum Beispiel kann L_av-sv als L_av-sv = 0,09· veranschlagt werden.

f) Korrektur des Erscheinungszeitfehlers ATE_post2 vom dem Punkt, an dem das Shunt-Gefäß von der Aorta abzweigt, bis zu der Einstichstelle des Hämodialyse-Shunts für die Blutentnahme durch die Hämodialysemaschine.

Gemäß der Definition dieses Modells ist der vorstehende zuführende Teil des gesamten Shunt-Gefäßsystems im Bezug auf das Gefäßvolumen und den Strom identisch mit dem ableitenden Teil.
Dies bedeutet ATEpost2 = ATEpre2

g) Korrektur des Erscheinungszeitfehlers ATE_post3 in den Blutentnahmeschläuchen von der Einstichstelle zum Punkt der Erfassung der Indikatordilutionskurve in den Schläuchen gemäß ATEpost3 = Vt2/BFH wobei

BF_H

= Blutstrom der Hämodialysemaschine (von der Maschine gewonnen)

V_t2

= Volumen der Blutentnahmeschläuche von der Einstichstelle bis zum Ort der Indikatorerfassung

In diesem Beispiel wird die korrigierte cMTt wie folgt gewonnen: cMTt = MTt – (ATEpre1 + ATEpre2 + APEpre3 + ATEpost1 + ATEpost2 + ATEpost3)
Alternativ könnten ATE_post2 und ATE_pre2 weiter unterschieden werden, indem die gleichen Prinzipien angewendet werden, die vorstehend beschrieben wurden, indem jeweils angenommen wird, dass das ableitende Shunt-Gefäß auf Höhe der axillären oder brachialen Vene beginnt, und umgekehrt, und das zufüh rende Shunt-Gefäß auf Höhe der axillären oder brachialen Vene endet.
In allen Beispielen kann eine korrigierte Erscheinungszeit berechnet werden, indem ATE_post und ATE_pre von der gemessenen Erscheinungszeit subtrahiert werden. Eine korrigierte mittlere Transitzeit cMTt kann deshalb aus der korrigierten Erscheinungszeit und MTt berechnet werden, und das kardiale Füllungsvolumen CFV (oder Herzblutvolumen CBV oder enddiastolisches Herzvolumen (HEDV) kann wie folgt berechnet werden: CFV = HZV·(cMTt – DSt)
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Figuren, die vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung enthalten, dargestellt und beschrieben. Die Figuren zeigen:
1 eine schematische Zeichnung der Volumina gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Ansicht eines hypothetischen unverzweigten Modells von 1 mit dem Gesamtstrom Q und den ersichtlichen Volumina W;
3 eine schematische Ansicht der Volumina und Äste gemäß einer Thermodilutionsmessung des Herzzeitvolumens (HZV) und des globalen enddiastolischen Volumens (GEDV);
4 einen Graph für die Berechnung des Durchmessers der Vena Cava Inferior D_ivc;
5 eine schematische Ansicht für die Darstellung der Berechnung der Gefäßlänge vom Ort der Injektion bis zum rechten Vorhof L_si-ra; und
6 eine weitere schematische Ansicht für die Darstellung der Berechnung der Gefäßlänge von der Aortenklappe zum Ort der Erfassung L_av-sd.
In 1 ist eine schematische Zeichnung der Volumina gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Ein zentrales Volumen V1, das verschiedene Teilvolumina und eine entsprechende Verzögerung D1 umfasst, die mit dem zentralen Volumen V1 in Zusammenhang steht, ist schematisch mit fünf Kreisen gezeigt, die zum Beispiel ein Herzkammersystem darstellen. Stromaufwärts des zentralen Volumens ist ein erster Ort S1 der Injektion S1. Zwischen dem Ort S1 der Injektion und dem zentralen Volumen V1 sind ein erstes zusätzliches Volumen V2 und eine entsprechende erste zusätzliche Verzögerung D2 gezeigt. Der Strom durch den Ort S1 der Injektion ist mit Qxa bezeichnet. Ein erster zusätzlicher Ast B2 mit einem zusätzlichen Strom Qxb, der in das zentrale Volumen eintritt, ohne durch den Ort S1 der Injektion zu fließen, ist gezeigt. Stromabwärts des zentralen Volumens V1 ist ein zweiter Ort S2 der Erfassung gezeigt. Zwischen dem zentralen Volumen V1 und dem Ort S2 der Erfassung ist ein zweites zusätzliches Volumen V3 gezeigt, mit einer entsprechenden zweiten Verzögerung D3, die mit dem Volumen V3 in Zusammenhang steht. Es ist gezeigt, dass ein Strom Qya durch den Ort S2 der Erfassung fließt. Es ist ein zweiter zusätzlicher Ast B3 gezeigt, der einen zusätzlichen Strom Qyb hat.
Der Indikator wird vor V2 injiziert und das Ergebnis wird nach V3 erfasst. Man geht davon aus, dass die beiden Eingangsströme Qxa, Qxb zu einem einzigen Gesamtstrom Q inner halb des zentralen Volumens V1 werden, der sich wieder in zwei Äste mit den Strömen Qya, Qyb aufteilt. Q = Qxa + Qxb = Qya + Qyb
Somit sind die relativen Ströme wie folgt definiert:
In 2 ist eine schematische Ansicht eines hypothetischen unverzweigten Modells von 1 mit dem Gesamtstrom Q und den ersichtlichen Volumina W gezeigt.
Die System-Ausgabe wird zum Beispiel berechnet, indem die Faltung auf ein hypothetisches unverzweigtes Modell mit dem Gesamtstrom Q und den ersichtlichen Volumina W angewandt wird.
Die Verzögerungszeiten werden von diesem Vorgang nicht beeinflusst und würden zu einer Gesamtzeitverschiebung der Dilutionskurve führen. Die System-Ausgabe wäre
mit den Zeitkonstanten
und einer Bolusinjektion der Indikatormenge X_a, die zu
führt.
Alle Volumina V_n innerhalb der verschieden Äste scheinen durch die Umkehrung des entsprechenden relativen Stroms q_n vergrößert zu sein. Deshalb werden die Volumina durch den umgekehrten relativen Strom gewichtet.
So wird zum Beispiel ein Volumen von 10 ml in einem Teilast mit einem Strom von 25% als unverzweigtes ersichtliches Volumen von 40 ml behandelt. Die mehrfach verzweigte Dilution kann nun wie eine Dilution mit einem einzigen Eingang und einem einzigen Ausgang berechnet werden. Wenn die Volumina und Verzögerungen und Teilströme innerhalb der Teiläste gemessen werden oder bekannt sind, kann das Ergebnis entsprechend korrigiert werden.
Das ersichtliche Volumen W_i könnte verwendet werden, um die entsprechende Transferfunktion zu beurteilen – eine monoexponentielle Abnahme mit der Zeitkonstante τ_i. Die Dilutionskurve könnte zum Beispiel unter Verwendung eines passenden Wiener-Filters mit dieser Transferfunktion entfaltet werden, um die Dilutionskurve ohne dieses Volumen zu rekonstruieren.
Im Fall eines einzelnen kleinen ersichtlichen Volumens W_i verglichen mit der Summe aller ersichtlichen Volumina, könnte die Wirkung dieses Volumens durch eine zusätzliche Verzögerungszeit annähernd bewertet werden:
In 3 ist eine schematische Ansicht der Volumina und Äste gemäß einer Thermodilutionsmessung des Herzzeitvolumens (HZV) und des globalen enddiastolischen Volumens (GEDV) gezeigt.
Ein femoralvenöser Katheter 1 wird an einem Ort der Injektion des kalten Indikators 2 in der Vena Cava Inferior 3 positioniert, der entfernt vom Eingang zum rechten Vorhof 4 liegt. Ein Subclaviakatheter oder Jugulariskatheter 6 wird in der Vena Cava Superior 6 nahe des rechten Vorhofs 7 positioniert. Dem rechten Vorhof 7 folgt der rechte Ventrikel 8, das pulmonale Thermovolumen 9 (pulmonales Blutvolumen + extravaskuläres Lungenwasser), der linke Vorhof 10 und der linke Ventrikel 11. Der Aortenklappe 12 folgt die Aorta, die sich in die axilläre Arterie und die absteigende Aorta 16 verzweigt. Zwei alternative Orte der Erfassung sind gezeigt: ein Ort der Erfassung der Thermodilutionskurve (brachialer oder axiallärer arterieller Katheter) 13 mit einem brachialen oder axillären arteriellen Katheter 14, der an seiner Spitze mit einem Thermistor versehen ist, und ein Ort der Erfassung der Thermodilutionskurve (femoralarterieller Katheter) 17 mit einem Femoralarterienkatheter 18, der an seiner Spitze mit einem Thermistor versehen ist. In der absteigenden Aorta 16 ist ein Aortenaneurysma 15 gezeigt. Ein Prozessor P ist gezeigt, in den die Signale von den Sensoren 1, 6, 14 und 18 eingespeist werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Verdünnungsmessung für die zusätzlichen Volumina und Äste abhängig davon korrigiert, welche Sensoren für die Messung verwendet werden. Das zu messende zentrale Volumen ist die Summe der Volumina 7, 8, 9, 10 und 11. Im Fall, in dem der Subclaviakatheter oder Jugulariskatheter 6 verwendet wird, um den Indikator direkt vor dem rechten Vorhof zu injizieren, müssen keine Volumina stromaufwärts des zentralen Volumens berücksichtigt werden. Falls jedoch der femoralvenöse Katheter 1 verwendet wird, um den Indikator zu injizieren, wird das Volumen der Vena Cava Inferior 3 vom Ort 2 der Injektion des kalten Indikators bis zum rechten Vorhof 4 als erstes zusätzliches Volumen berücksichtigt. Darüber hinaus vermischt sich der Strom von der Vena Cava Superior 5, der in den rechten Vorhof 4 eintritt, mit dem Strom von der Vena Cava 3, der den Indikator enthält. Somit wird dieser zusätzliche Strom 5 durch die Vena Cava Superior berücksichtigt und kompensiert.
Darüber hinaus sind stromabwärts des zentralen Volumens zwei Orte 13 und 17 der Erfassung gezeigt. Im Fall, in dem der an seiner Spitze mit einem Thermistor versehene, brachiale oder axilläre arterielle Katheter 14 am Ort 13 verwendet wird, kann das zusätzliche Volumen zwischen der Aortenklappe 12 und dem Ort 13 berücksichtigt werden.
Der Strom stromabwärts des zentralen Volumens, d. h. stromabwärts der Aortenklappe 12, verzweigt sich in die axilläre Aorta und die absteigende Aorta 16. Somit erreicht der Strom in der absteigenden Aorta 16, der ebenfalls Indikator enthält, nicht den Ort der Erfassung 13. Gemäß der Erfindung nimmt der Prozessor jeweils für diesen zusätzlichen Ast oder den Strom, der den Ort 13 nicht erreicht, eine Korrektur vor. Im Fall, dass der Ort 17 als Ort für die Erfassung verwendet wird, erreicht der Ast und der Strom in der axillären Aorta nicht den Ort 17 der Erfassung 17 und wird kompensiert. Darüber hinaus wird das zusätzliche Volumen zwischen der Aortenklappe 12 und dem Ort 17 berücksichtigt. Einer seits ist dies das Volumen der absteigenden Aorta 16, andererseits ist es das Aneurysma 15 in der absteigenden Aorta 16. Somit können die Fehler, die entstehen, indem der Ort 17 für die Messung verwendet wird, korrigiert werden.
In 4 ist ein Graph für die Berechnung des Durchmessers der Vena Cava Inferior D_ivc gezeigt. Dieser Graph beschreibt, wie der Durchmesser der Vena Cava Inferior D_ivc basierend auf einer klinischen Bestätigung über Ultraschallbestimmungen nur aus Messungen des zentralvenösen Drucks gewonnen werden kann.
Der Durchmesser der Vena Cava Inferior D_ivc hängt vor allem vom Druck in der Vena Cava Inferior oder dem zentralvenösen Druck CVP ab und kann als D_ivc = f (CVP) veranschlagt werden. Die Beziehung zwischen CVP und D_ivc ist nicht linear.
Zum Beispiel kann D_ivc wie folgt berechnet werden: D_ivc = 1,85 CVP – 0,03 CVP², so dass D_ivc im Bereich von 0 cm bis 2,85 cm liegt, wenn CVP im Bereich von 0 bis 30 mmHg liegt.
In 5 ist eine schematische Ansicht für die Darstellung der Berechnung der Gefäßlänge vom Ort der Injektion bis zum rechten Vorhof L_si-ra gezeigt. Die Gefäßlänge vom Ort der Injektion zum rechten Vorhof L_si-ra hängt vor allem von der Größe H des Patienten ab und kann mit L_si-ra = f(H) veranschlagt werden. Zum Beispiel kann L_si-ra als L_si-ra = 0,18·H veranschlagt werden.
In 6 ist eine weitere schematische Ansicht für die Darstellung der Berechnung der Gefäßlänge von der Aortenklappe zum Ort der Erfassung L_av-sd gezeigt. Die Gefäßlänge von der Aortenklappe zum Ort der Erfassung L_av-sd mit dem femoralarteriellen Katheter hängt vor allem von der Größe des Pa tienten H ab und kann mit L_av-fa = f(H) veranschlagt werden. Zum Beispiel kann L_av-fa mit L_av-fa = 0,23·H bewertet werden.
Somit werden ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine verlässlichere Bewertung jeweils des tatsächlichen kardialen Füllungsvolumens (CFV) oder des tatsächlichen Herzblutvolumen (CBV) oder des tatsächlichen enddiastolischen Herzvolumens (HEDV) zur Verfügung gestellt.

1: Femoralvenöser Katheter
2: Ort der Injektion des kalten Indikators
3: Vena Cava Inferior
4: Eingang des rechten Vorhofs
5: Vena Cava Superior
6: Subclaviakatheter oder Jugularisvenenkatheter
7: Rechter Vorhof
8: Rechter Ventrikel
9: Pulmonales Thermovolumen (pulmonales Blutvolumen + extrasvaskuläres Lungenwasser)
10: Linker Vorhof
11: Linker Ventrikel
12: Aortenklappe
13: Ort der Erfassung der Thermodilutionskurve (brachialer oder axillärer arterieller Katheter)
14: brachialer oder axillärer arterieller Katheter, der an seiner Spitze mit einem Thermistor versehen ist
15: Aortenaneurysma
16: Absteigende Aorta
17: Ort der Erfassung der Thermodilutionskurve (femoralarterieller Katheter)
18: femoralarterieller Katheter, der an seiner Spitze mit einem Thermistor versehen ist

Claims

Verfahren für Verdünnungsmessungen eines zentralen Volumens (V1) mit einem ersten Ort (S1) der Injektion eines Indikators stromaufwärts des zentralen Volumens (V1) und einem zweiten Ort (S2) der Erfassung des verdünnten Indikators stromabwärts des zentralen Volumens (V1), wobei ein erstes zusätzliches Volumen (V2) zwischen dem ersten Ort (S1) und dem zentralen Volumen (V1) gebildet ist, durch das der Indikator fließt, bevor er in das zentrale Volumen (V1) eintritt und ein erster zusätzlicher Ast (B2) zwischen dem ersten Ort (S1) und dem zentralen Volumen (V1) gebildet ist, durch den kein Indikator fließt, bevor er in das zentrale Volumen (V1) eintritt, der jedoch mit dem zentralen Volumen (V1) verbunden ist und/oder wobei ein zweites zusätzliches Volumen (V3) zwischen dem zentralen Volumen (V1) und dem zweiten Ort (S2) gebildet ist, durch das der Indikator fließt, bevor er in den zweiten Ort (S2) eintritt und ein zweiter zusätzlicher Ast (B3) zwischen dem zentralen Volumen (V1) und dem zweiten Ort (S2) gebildet ist, durch den der Indikatorstrom abgezweigt wird und nicht in den zweiten Ort (S2) eintritt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ergebnis von zentralen volumetrischen Berechnungen für das erste und/oder zweite zusätzliche Volumen (V2, V3) und/oder für den ersten und zweiten zusätzlichen Ast (B2, B3) korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verdünnungsmessung eine Temperatur-Verdünnungsmessung, eine Farbstoff-Verdünnungsmessung, eine Lithiumchlorid-Verdünnungsmessung, eine Dichte-Verdünnungsmessung, eine Verdünnungsmessung mit irgendeinem Indikator einschließlich eines radioaktiv gekennzeichneten Indikators oder eines durch Magnetresonanz erfassbaren Indikators ist, der im intravaskulären Raum verbleibt oder in den extravaskulären Raum in den Lungen diffundiert, oder jede Kombination daraus.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zentrale Volumen das Volumen eines Herzens ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Korrektur den zentralen Strom (Q1) durch das zentrale Volumen (V1), einen ersten zusätzlichen Strom (Q2) innerhalb des ersten zusätzlichen Asts (B2) und/oder einen zweiten zusätzlichen Strom (Q3) innerhalb des zweiten zusätzlichen Asts (B3) berücksichtigt, wobei der zentrale Strom (Q1) gleich der Summe des ersten zusätzlichen Stroms (Q2) und eines ersten Stroms (Q2') am ersten Ort (S1) der Injektion ist und wobei der zentrale Strom (Q1) gleich der Summe des zweiten zusätzlichen Stroms (Q3) und eines zweiten Stroms (Q3') am zweiten Ort (S2) der Erfassung ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Korrektur relative Ströme (rQ) in den verschiedenen Ästen berücksichtigt, wobei der relative erste Strom (rQ2') der Quotient des ersten Stroms (Q2') und des zentralen Stroms (Q1) ist, der relative erste zusätzliche Strom (rQ2) der Quotient des ersten zusätzlichen Stroms (Q2) und des zentralen Stroms (Q1) ist, der relative zweite Strom (rQ3') der Quotient des zweiten Stroms (Q3') und des zentralen Stroms (Q1) ist, und der relative zweite zusätzliche Strom (rQ3) der Quotient des zweiten zusätzlichen Stroms (Q3) und des zentralen Stroms (Q1) ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Korrektur ein theoretisches System berücksichtigt, für das die System-Ausgabe berechnet wird, indem die Faltung auf ein hypothetisches unverzweigtes Modell mit einem Gesamtstrom (Q) und einem ersten, zweiten und dritten ersichtlichen Volumen (W1, W2, W3) angewandt wird, wobei das erste ersichtliche Volumen (W1) das zentrale Volumen (V1) ist, das zweite ersichtliche Volumen (W2) der Quotient des ersten zusätzlichen Volumens (V2) und des relativen ersten Stroms (rQ2') ist und das dritte ersichtliche Volumen (W3) der Quotient des zweiten zusätzlichen Volumens (V3) und des relativen zweiten Stroms (rQ3') ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste zusätzliche Volumen (V2) und/oder das zweite zusätzliche Volumen (V3) einen Hämodialyse-Shunt und/oder eine Hämodialyse-Maschine und/oder zumindest einen Teil eines extrakorporalen Kreislaufs umfassen.
Vorrichtung für Verdünnungsmessungen eines zentralen Volumens (V1) mit einem Prozessor (P) und einer ersten Eingabevorrichtung (I1) zum Empfang von Daten von einem ersten Ort (S1) einer Injektion eines Indikators stromaufwärts des zentralen Volumens (V1) und einer zweiten Eingabevorrichtung (I2) zum Empfang von Daten von einem zweiten Ort (S2) einer Erfassung des verdünnten Indikators stromabwärts des zentralen Volumens (V1), wobei ein erstes zusätzliches Volumen (V2) zwischen dem ersten Ort (S1) und dem zentralen Volumen (V1) gebildet ist, durch das der Indikator fließt, bevor er in das zentrale Volumen (V1) eintritt und ein erster zusätzlicher Ast (B2) zwischen dem ersten Ort (S1) und dem zentralen Volumen (V1) gebildet ist, durch den kein Indikator fließt, bevor er in das zentrale Volumen (V1) eintritt, der jedoch mit dem zentralen Volumen (V1) verbunden ist, und wobei ein zweites zusätzliches Volumen (V3) zwischen dem zentralen Volumen (V1) und dem zweiten Ort (S2) gebildet ist, durch das der Indikator fließt, bevor er in den zweiten Ort (S2) eintritt und ein zweiter zusätzlicher Ast (B3) zwischen dem zentralen Volumen (V1) und dem zweiten Ort (S2) gebildet ist, durch den der Indikatorstrom abgezweigt wird und nicht in den zweiten Ort (S2) eintritt, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor dazu ausgelegt ist, Berechnungen für ein Ergebnis von zentralen volumetrischen Parametern durch zuführen, wobei diese Berechnungen für das erste und zweite zusätzliche Volumen (V2, V3) und/oder für den ersten und zweiten zusätzlichen Ast (B2, B3) korrigiert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 8, die dazu ausgelegt ist, die Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7 auszuführen.