DE102011108050B3

DE102011108050B3 - Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration eines Bestandteils von Blut in einer Schlauchleitung und Verfahren zur Erkennung einer Schlauchleitung in einer Einspanneinheit

Info

Publication number: DE102011108050B3
Application number: DE102011108050A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Zhang Wei; Dr. Dr. Schulte Elke; Martin Kaiser; Carsten Müller; Tom Klein; Stefan Zerle; Christoph Bardorz; Stefan Stühler
Original assignee: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Current assignee: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2013-01-17
Anticipated expiration: 2031-07-22
Also published as: DE102011108050B9; WO2013010677A2; EP2984988B1; WO2013010677A3; EP2984988A3; EP2984988A2; US8792089B2; EP2734111A2; US20130033697A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration eines Bestandteils von Blut in einer Schlauchleitung, insbesondere in der Schlauchleitung eines extrakorporalen Blutkreislaufs einer extrakorporalen Blutbehandlungsvorrichtung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erkennung einer Schlauchleitung, insbesondere einer Schlauchleitung eines extrakorporalen Blutkreislaufs einer extrakorporalen Blutbehandlungsvorrichtung, in einer Einspanneinheit einer Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration eines Blutbestandteils in der Schlauchleitung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration eines Bestandteils von Blut in einer Schlauchleitung eines extrakorporalen Blutkreislaufs zeichnet sich durch eine Einspanneinheit 12 aus, die einen Betätigungsmechanismus 18 aufweist, der derart ausgebildet ist, dass unter Aufbringung einer Spannkraft ein erstes und zweites Aufnahmeelement 15, 16 aus einer ersten die Schlauchleitung freigebenden Stellung in eine zweite die Schlauchleitung einspannende Stellung gegeneinander bewegbar sind, wobei der Antrieb des Betätigungsmechanismus mit einem Elektromotor 19 erfolgt. Darüber hinaus zeichnet sich die ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration eines Bestandteils von Blut in einer Schlauchleitung, insbesondere in der Schlauchleitung eines extrakorporalen Blutkreislaufs einer extrakorporalen Blutbehandlungsvorrichtung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erkennung einer Schlauchleitung, insbesondere einer Schlauchleitung eines extrakorporalen Blutkreislaufs einer extrakorporalen Blutbehandlungsvorrichtung, in einer Einspanneinheit einer Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration eines Blutbestandteils in der Schlauchleitung. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Erkennung einer Schlauchleitung in einer Einspanneinheit.
Zur Bestimmung der Konzentration von bestimmten Bestandteilen im Blut eines Patienten sind verschiedene Verfahren bekannt. Im Stand der Technik sind Verfahren zur Messung der Konzentration von Blutbestandteilen bekannt, die eine Entnahme einer Blutprobe voraussetzen. Es sind aber auch Messverfahren bekamst, bei denen die Konzentration von Blutbestandteilen gemessen wird, während das Blut durch die Schlauchleitung strömt. Diese Verfahren finden insbesondere dann Anwendung, wenn bei einer extrakorporalen Blutbehandlung das Blut in der Schlauchleitung eines extrakorporalen Blutkreislaufs fließt.
Die WO 2008/00433 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration von bestimmten Blutbestandteilen in einer mit Blut gefüllten im Wesentlichen transparenten Schlauchleitung eines extrakorporalen Blutkreislaufs. Die bekannte Vorrichtung erlaubt insbesondere die Bestimmung der Hämoglobinkonzentration und des Anteils der roten Blutkörperchen (Erythrozyten) am Gesamtvolumen des Bluts. Während der Messung ist die Schlauchleitung zwischen zwei parallelen, ebenen Anlageflächen eingespannt, so dass sich der Schlauch an den einander gegenüberliegenden Seiten verformt. Mit einem Lichtemitter wird Licht einer bestimmten Wellenlänge durch die transparente Schlauchleitung in das Blut eingekoppelt, während mit einem Lichtdetektor das gestreute oder transmittierte Licht gemessen wird. Der Hämatokrit wird dann aus dem Verhältnis der Intensität des in das Blut eintretenden und aus dem Blut austretenden Lichts bestimmt.
Aus der EP 1 579 196 B1 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung von Blutbestandteilen bekannt, die über eine Einspanneinheit zum Einspannen der Schlauchleitung und eine Messeinheit verfügt. Die Einspanneinheit ist derart ausgebildet, dass die eingespannte Schlauchleitung einen quadratischen Querschnitt hat. Die Messeinheit verfügt über mehrere Lichtemitter und Lichtdetektoren, die um den Umfang der Schlauchleitung angeordnet sind. Die Lichtemitter und Lichtdetektoren sind derart angeordnet, dass die Lichtemitter in einer anderen Ebene als die Lichtdetektoren liegen, so dass sich Lichtemitter und Lichtdetektoren nicht einander gegenüberliegen. Zur Messung der Blutparameter wird die Schlauchleitung in der Einspanneinheit verformt. Dabei ist darauf zu achten, dass die Schlauchleitung sich nicht in der Einspanneinheit verklemmt.
Darüber hinaus wird angestrebt, dass reproduzierbare Messungen der Blutparameter für den Anwender ohne großen Aufwand möglich sind. Eine Automatisierung des Messablaufs setzt auch die Erkennung der in die Einspanneinheit eingelegten Schlauchleitungen voraus. Auch spielt bei der Messung in der Praxis die Leistung und Lebensdauer der als Lichtemitter verwendeten Leuchtdioden (LEDs) eine Rolle.
Aus der DE 195 30 969 A1 ist eine Messeinheit zum Einspannen einer transparenten Schlauchleitung bekannt, durch die Blut in einen Blutbeutel strömt. Die Einspannung der Schlauchleitung erfolgt mittels eines Klemmbackens, der mit einem Elektromotor verstellt werden kann, um den Durchfluss durch den Schlauch zu regeln. Die Messeinheit verfügt weiterhin über einen Lichtsender und einen Lichtempfänger, die zu beiden Seiten der Schlauchleitung angeordnet sind.
Die DE 694 12 898 T2 beschreibt eine Sicherheitsklemme zum Abklemmen von Schlauchleitungen. Die Sicherheitsklemme verfügt über einen elektromotorischen Antrieb für das die Schlauchleitung abklemmende Klemmelement.
Eine elektromotorisch betätigbare Einrichtung zum Abklemmen einer Schlauchleitung ist aus der DE 297 13 696 U1 bekannt.
Die DE 10 2009 005 402 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Bestimmen der Konzentration von Blutbestandteilen in einer mit Blut gellten Schlauchleitung, wobei die Schlauchleitung zwischen parallelen Anlageflächen eingespannt wird. Mit der bekannten Vorrichtung kann die Konzentration von bestimmten Blutbestandteilen auf der Grundlage der Messung der Streuung oder Transmission von elektromagnetischer Strahlung bestimmt werden, die durch das Blut durchtritt, das durch die Schlauchleitung strömt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration von Blutparametern in einer Schlauchleitung zu schaffen, die einen automatisierten Messablauf mit hoher Messgenauigkeit erlauben.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Erkennung einer Schlauchleitung in einer Einspanneinheit einer Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration eines Blutbestandteils anzugeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration eines Bestandteils von Blut in einer Schlauchleitung, insbesondere der Schlauchleitung eines extrakorporalen Blutkreislaufs, zeichnet sich dadurch aus, dass die Einspanneinheit einen Betätigungsmechanismus aufweist, der derart ausgebildet ist, dass unter Aufbringung einer Spannkraft ein erstes und zweites Aufnahmeelement aus einer ersten die Schlauchleitung freigebenden Stellung in eine zweite die Schlauchleitung einspannende Stellung gegeneinander bewegbar sind, wobei der Antrieb des Betätigungsmechanismus mit einem Elektromotor erfolgt. Dadurch wird eine voll automatisch arbeitende Einspanneinheit geschaffen, in die der Benutzer die Schlauchleitung nur einzulegen braucht.
Da die beiden Aufnahmeelemente für die Schlauchleitung elektromotorisch gegeneinander verfahren werden, wird die erforderliche Spannkraft gleichmäßig aufgebracht. Der elektromotorische Antrieb erlaubt die Einstellung einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit, mit der die Aufnahmeelemente bewegt werden. Damit ist es möglich, die Schlauchleitung mit einer optimalen Vorschubgeschwindigkeit zusammen zu drücken, so dass die Schlauchleitung Gelegenheit hat, sich zwischen den Aufnahmeelementen exakt zu zentrieren. Dadurch wird ein Verklemmen der Schlauchleitung in Folge einer zu schnellen und nicht gleichförmigen Bewegung der Spannelemente vermieden.
Darüber hinaus zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration von Blutbestandteilen durch eine Überwachungseinheit aus, die derart ausgebildet ist, dass die in die Aufnahmeelemente eingelegte Schlauchleitung erkennbar ist. Dadurch ist eine Automatisierung der Messung der Blutparameter möglich. Beispielsweise kann die Messung erst und nur dann gestartet werden, wenn die Schlauchleitung in die Einspanneinheit eingelegt ist. Damit kann die Leuchtdauer der als Lichtemitter verwendeten LEDs verringert werden, so dass sich die Lebensdauer des LEDs erhöht. Im Übrigen werden Fehlmessungen bei nicht eingelegter Schlauchleitung vermieden.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zur Erkennung der Schlauchleitung in der Einspanneinheit der Motorstrom des Elektromotors zum Antrieb des Betätigungsmechanismus der Einspanneinheit gemessen, wobei auf der Grundlage der Veränderung des gemessenen Motorstroms die in die Aufnahmeelemente der Einspanneinheit eingelegte Schlauchleitung erkannt wird. Anstelle des Motorstroms des Elektromotors zum Antrieb des Betätigungsmechanismus kann auch jede mit dem Motorstrom korrelierende Größe, bspw. die Motorleistung, ausgewertet werden. Die Auswertung des Motorstroms zur Erkennung der Schlauchleitung erfolgt in einer Rechen- und Auswerteinheit, ohne dass weitere mechanische Komponenten erforderlich sind. Die Rechen- und Auswerteinheit der Überwachungseinheit kann Bestandteil der Rechen- und Auswerteinheit der Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration des Blutbestandteils sein. Beide Rechen- und Auswerteinheiten können auch Bestandteil der zentralen Steuereinheit oder Rechen- und Auswerteinheit einer extrakorporalen Blutbehandlungsvorrichtung sein.
Es hat sich gezeigt, dass der Motorstrom einen charakteristischen Verlauf hat, der davon abhängig ist, ob eine Schlauchleitung eingespannt wird oder nicht. Beim Schließen der Aufnahmeelemente zeigt sich ein deutlicher Anstieg des Motorstroms wesentlich früher, wenn die Schlauchleitung in die Aufnahmeelemente eingelegt ist. Auch ist bei eingelegter Schlauchleitung der Anstieg des Motorstroms deutlich steiler. Somit kann der zeitliche Verlauf des Motorstroms beim Schließen der Aufnahmeelemente als Kriterium für die Erkennung der Schlauchleitung herangezogen werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform verfügt die Überwachungseinheit über Mittel zum Messen der von den zurückgelegten Wegstrecke, wobei die Rechen- und Auswerteinheit der Überwachungseinheit derart ausgebildet ist, dass der Motorstrom in Abhängigkeit von der von den Aufnahmeelementen zurückgelegten Wegstrecke ausgewertet wird. Die Rechen- und Auswerteinheit ist bei der besonders bevorzugten Ausführungsform derart ausgebildet, dass das Integral des Motorstroms über eine vorgegebene von den Aufnahmeelementen zurückgelegte Wegstrecke mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen wird, wobei bei überschreiten des Grenzwertes darauf geschlossen wird, dass in die Aufnahmeelemente eine Schlauchleitung eingelegt ist. Die Integration des Motorstroms braucht nicht kontinuierlich, sondern kann auch in diskreten Zeitintervallen erfolgen. Der Grenzwert kann in Abhängigkeit von dem Material der verwendeten Schlauchleitung vorgegeben werden, wobei für verschiedene Schlauchleitungen auch mehrere Grenzwerte vorgegeben werden können.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Einspanneinheit zeichnet sich dadurch aus, dass das erste Aufnahmeelement zwei rechtwinklig zueinander stehende ebene Anlageflächen und das zweite Aufnahmeelement zwei rechtwinklig zueinander stehende ebene Anlageflächen aufweist, wobei das erste und zweite Aufnahmeelement auf einer Achse gegeneinander bewegbar sind, die mit den ebenen Anlageflächen des ersten und zweiten Aufnahmeelements einen Winkel von 45° einschließt. Dabei ist unerheblich, wie die beiden Aufnahmeelemente ausgebildet sind, solange die rechtwinklig zueinander stehenden ebenen Anlageflächen vorhanden sind.
Die Aufnahmeelemente mit den ebenen Anlageflächen verformen die Schlauchleitung beim Schließen der Einspanneinheit. Vorzugsweise weisen das erste und zweite Aufnahmeelement zu beiden Seiten der ebenen Anlageflächen halbzylindrische Anlageflächen auf. In dem Bereich der halbzylindrischen Anlageflächen wird die eingelegte Schlauchleitung nicht verformt.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht zwischen den ebenen Anlageflächen und den halbzylindrischen Anlageflächen der beiden Aufnahmeelemente einen Übergangsabschnitt vor, der derart ausgebildet ist, dass die inneren ebenen Anlageflächen kontinuierlich in die äußeren halbzylindrischen Anlageflächen übergehen. Dabei ist unter einem kontinuierlichen Übergang jeder Übergang zu verstehen, der eine gleichmäßige Verformung der Schlauchleitung erlaubt, so dass der kreisförmige Querschnitt der Schlauchleitung gleichförmig in den quadratischen Querschnitt übergeht und die Schlauchleitung nicht geknickt wird.
Der gleichmäßige Übergang von dem kreisförmigen in den quadratischen Querschnitt hat nicht nur den Vorteil, dass die Schlauchleitung beim Schließen der Einspanneinheit geschont wird, sondern auch den Vorteil, dass turbulente Strömungen beim Übergang von der runden zum quadratischen Leitungsquerschnitt vermieden werden. Dadurch kann die Länge des quadratischen Messkanals, in dem. Lichtemitter und Lichtdetektoren angeordnet werden, möglichst gering gehalten werden. Eine Verkürzung des Messkanals hat wiederum kleine Schließkräfte zur Folge, was ebenfalls von Vorteil ist.
Die Messeinheit der Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration von Blutbestandteilen weist vorzugsweise mehrere Lichtemitter zum Einkoppeln von elektromagnetischer Strahlung durch die Schlauchleitung in das Blut und mehrere Lichtdetektoren zum Messen der durch die Schlauchleitung aus dem Blut austretenden elektromagnetischen Strahlung auf, die in dem ersten und zweiten Aufnahmeelement angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Lichtemitter und Lichtdetektoren in Lichtaustritts- und -eintrittsöffnungen angeordnet, die in den ebenen Anlageflächen der Aufnahmeelemente vorgesehen sind. Damit sind die Lichtemitter und Lichtdetektoren in die Aufnahmeelemente integriert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Messeinheit sind mindestens einem Lichtdetektor mindestens eine Gruppe von zwei Lichtemittern zugeordnet. Es können den mindestens einen Lichtdetektor bspw. 2, 4, 6 oder 8 Lichtemitter zugeordnet werden. In der Praxis ist aber die Zuordnung von 2 Lichtemittern zu einem Lichtdetektor ausreichend.
Die Verwendung von zwei Lichtemittern anstelle nur eines Lichtemitters zum Einkoppeln von Licht in die Schlauchleitung hat den Vorteil, dass die Lichtausbeute der LEDs verdoppelt wird, während die Einflüsse der Schlauchleitung auf die von dem Licht zurückgelegte Strecke verringert wird.
Nachteilig ist, dass die Signalamplitude mit zunehmendem Abstand von Lichtemitter und Lichtdetektor abnimmt. Daher wird grundsätzlich eine Erhöhung der Intensität des eingekoppelten Lichts angestrebt. Dies schränkt aber die Auswahl der als Lichtemitter zur Verfügung stehenden Bauelemente stark ein. Ein geringerer Abstand von Lichtemittern und Lichtdetektoren, der eine Erhöhung der Intensität der Strahlung nicht erforderlich macht, beeinträchtigt hingegen die Genauigkeit der Messung. Dazu kommen Veränderungen der Schlauchwandstärke, die bei den bekannten Extrusionsprozessen zur Herstellung der Schlauchleitungen auf kurzen Abschnitten der Schlauchleitungen nicht auszuschließen sind. So hat der Schlauch nur in erster Näherung über seinen ganzen Umfang dieselbe Wandstärke.
Die Zusammenfassung von zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten der Schlauchleitung angeordneten Lichtemittem zu einer Gruppe verdoppelt die Lichtausbeute. Da das Licht beider Lichtemitter auf unterschiedlichen Messstrecken ausgewertet wird, werden die Einflüsse der Schlauchleitung gemittelt, wodurch die Messgenauigkeit erhöht wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung einer Schlauchleitung in einer Einspanneinheit mit zwei Aufnahmeelementen zum Einspannen der Schlauchleitung und einem elektromotorischen Betätigungsmechanismus zeichnet sich dadurch aus, dass der Motorstrom des Elektromotors zum Antrieb des Betätigungsmechanismus oder eine mit dem Motorstrom korrelierende Größe gemessen wird, wobei auf der Grundlage der Veränderung des gemessenen Motorstroms oder der mit dem Motorstrom korrelierenden Grüße die in die Aufnahmeelemente eingelegte Schlauchleitung erkannt wird.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Messvorrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Vorrichtung zur extrakorporalen Blutbehandlung zusammen mit einer Vorrichtung zum Bestimmen der Konzentration eines Blutbestandteils in stark vereinfachter schematischer Darstellung,
2A eine stark vereinfachte schematische Darstellung der Einspanneinheit und der Messeinheit der Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration eines Blutbestandteils, wobei die Anordnung der Lichtemitter und Lichtdetektoren in einer ersten Schnittebene gezeigt wird,
2B die Einspanneinheit und Messeinheit in stark vereinfachter schematischer Darstellung, wobei die Anordnung der Lichtemitter und Lichtdetektoren in einer zweiten Schnittebene gezeigt wird, die von der ersten Schnittebene verschieden ist,
3A das eine Aufnahmeelement der Einspanneinheit in perspektivischer Darstellung,
3B das andere Aufnahmeelement der Einspanneinheit in perspektivischer Darstellung,
4A den zeitlichen Verlauf des bei einer ersten Einspanneinheit gemessenen Motorstroms des Elektromotors für die elektromotorische Betätigung der Einspanneinheit,
4B den zeitlichen Verlauf des bei einer zweiten Einspanneinheit gemessenen Motorstroms,
4C den zeitlichen Verlauf des bei einer dritten Einspanneinheit gemessenen Motorstroms,
5 eine Auswertung der Messergebnisse von den 4A–4C.
1 zeigt nur die für die Erfindung wesentlichen Komponenten einer Vorrichtung zur extrakorporalen Blutbehandlung in stark vereinfachter schematischer Darstellung. Die extrakorporale Blutbehandlungsvorrichtung, bspw. Dialysevorrichtung, verfügt über einen Dialysator oder Filter 1, der durch eine semipermeable Membran 2 in eine Blutkammer 3 und eine Dialysierfüssigkeitskammer 4 unterteilt ist. Von dem Patienten führt eine arterielle Blutleitung 5 zu der Blutkammer 3, während von der Blutkammer 3 eine venöse Blutleitung 6 abgeht, die zu dem Patienten führt. Eine in der arteriellen Blutleitung 5 angeordnete Blutpumpe 7 fördert das Blut im extrakorporalen Blutkreislauf 1. Das Dialysierflüssigkeitsssystem II der Dialysevorrichtung ist nur andeutungsweise dargestellt. Es umfasst eine zu der Dialysierflüssigkeitskammer 4 führende Dialysierflüssigkeitszuführleitung 8 und eine von der Dialysierflüssigkeitskammer 4 abgehende Dialysierflüssigkeitsabführleitung 9. Bei der arteriellen und venösen Blutleitung 5, 6 handelt es sich um Schlauchleitungen, die für Licht zumindest teilweise durchlässig sind. Darüber hinaus verfügt die Blutbehandlungsvorrichtung über eine zentrale Steuereinheit 10, mit der die einzelnen Komponenten, bspw. die Blutpumpe 7 gesteuert werden.
Die Vorrichtung 11 zur Bestimmung der Konzentration von bestimmten Bestandteilen im Blut des Patienten kann Bestandteil der extrakorporalen Blutbehandlungsvorrichtung sein oder eine separate Baugruppe bilden. Wenn die Vorrichtung 11 Bestandteil der Blutbehandlungsvorrichtung ist, kann sie von den Komponenten Gebrauch machen, die in der Blutbehandlungsvorrichtung ohnehin vorhanden sind.
Die Vorrichtung 11 zum Bestimmen der Konzentration von Blutbestandteilen, insbesondere der Hämoglobinkonzentration (Hb), des Hämatokrit (Hkt) oder des relativen Blutvolumens (RBV) verfingt über eine in 1 nur andeutungsweise dargestellte Einspanneinheit 12 zur Aufnahme der Schlauchleitung, insbesondere der arteriellen Blutleitung 5, und eine Messeinheit 13 zum Einkoppeln von Licht in das durch die Blutleitung 5 strömende Blut und Messen des aus dem Blut austretenden Lichts. Die Messeinheit 13 wirkt mit einer Rechen- und Auswerteinheit 14 zusammen, die aus den Messwerten die Konzentration des Blutbestandteils bestimmt. Auf die Beschreibung der Auswertung der Messwerte zur Bestimmung der Blutbestandteile im Einzelnen wird verzichtet, da die Bestimmung der Konzentration des Blutbestandteils aus den Messwerten bekannt ist. Die Bestimmung der Blutbestandteile wird bspw. in der EP 1 579 196 B1 im Einzelnen beschrieben.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Rechen- und Auswerteinheit 14 zum Bestimmen der Konzentration eines Blutbestandteils Bestandteil der zentralen Steuereinheit 10 oder Rechen- und Auswerteinheit der extrakorpralen Blutbehandlungsvorrichtung. Es können aber auch getrennte Einheiten vorgesehen sein, Die 2A und 2B zeigen in verschiedenen Schnittebenen und in stark vereinfachter schematischer Darstellung die Einspanneinheit 12 und die Messeinheit 13 der Vorrichtung 11.
Die Einspanneinheit 12 weist zwei Aufnahmeelemente 15, 16 auf, zwischen denen die Schlauchleitung 17 eingespannt wird, so dass die runde Schlauchleitung einen quadratischen Querschnitt erhält. Zum Einlegen der Schlauchleitung können die Aufnahmeelemente 15, 16 entlang einer Achse a gegeneinander verfahren werden. Zum Bewegen der Einspannelemente 15, 16 aus einer die Schlauchleitung 17 freigebenden Stellung in eine die Schlauchleitung einspannende Stellung dient ein Betätigungsmechanismus 18, der in den 2A und 2B nur schematisch dargestellt ist.
Die Aufnahmeelemente 15, 16 und der Betätigungsmechanismus 18 können unterschiedlich ausgebildet sein, Zum Antrieb des Betätigungsmechanismus 18 dient ein Elektromotor 19, der ebenfalls nur schematisch dargestellt ist. Wenn der Elektromotor in die eine oder andere Richtung dreht, werden die Aufnahmeelemente entlang der Achse a auf- und zugefahren. Die 2A und 2B zeigen die Einspanneinheit 12 in der geschlossenen Stellung.
Die Aufnahmeelemente 15, 16 weisen jeweils zwei ebene Anlageflächen 15A, 15B bzw. 16A, 16B auf, die jeweils einen rechten Winkel einschließen. Die Achse a, auf der die Aufnahmeelemente 15, 16 verfahren werden, schließen mit den ebenen Anlageflächen 15A, 15B bzw. 16A, 16B einen Winkel von 45° ein.
Die Messeinheit 13 verfügt über mehrere Lichtemitter 20A, 20B; 21A, 21B, die in einer ersten Ebene (2A) um den Umfang der Schlauchleitung angeordnet sind. Die Achsen der benachbarten Lichtemitter schließen jeweils einen Winkel von 90° ein. Die Lichtdetektoren 22A, 22B, 22C, 22D sind in einer zweiten Ebene angeordnet, die von der ersten Ebene verschieden ist (2B). Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Messeinheit vier Lichtdetektoren auf, die um den Umfang der Schlauchleitung angeordnet sind. Die Lichtemitter und Lichtdetektoren sind Leuchtdioden (LEDs).
Bei der erfindungsgemäßen Messeinheit sind mindestens einem der Lichtdetektoren 22A–22D jeweils zwei Lichtemitter 20A, 20B bzw. 21A, 21B zugeordnet, die gleichzeitig Licht aussenden, das der mindestens eine Lichtdetektor 22A–22D empfängt. Die beiden Lichtemitter einer Gruppe von Lichtemittern, bspw. die Lichtemitter 20A und 20B liegen sich einander gegenüber. Der zugehörige Lichtdetektor 22A–22D ist in einer Ebene angeordnet, die mit der Ebene, in der die Lichtemitter 20A, 20B angeordnet sind, einen Winkel von 90° einschließt.
Mit der erfindungsgemäßen Messeinheit wird die Lichtausbeute verdoppelt, da das Licht von jeweils zwei Lichtemittern mit den Lichtdetektoren ausgewertet wird. Darüber hinaus wird der Einfluss unterschiedlicher Schlauchdicken innerhalb des Messkanals auf das Messergebnis reduziert, da die Messung über unterschiedliche Messstrecken erfolgt.
Während die Einspanneinheit 12 in den 2A und 2B nur in stark vereinfachter schematischer Darstellung gezeigt ist, zeigen die 3A und 3B in teilweise geschnittener perspektivischer Darstellung besonders bevorzugte Ausführungsformen der Aufnahmeelemente 15, 16 der Einspanneinheit 12. Die einander entsprechenden Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die beiden Aufnahmeelemente 15, 16 werden wieder mit einem in den 3A und 3B der besseren Übersichtlichkeit aber nicht dargestellten Betätigungsmechanismus bewegt, der von einem nicht dargestellten Elektromotor angetrieben wird. Diesbezüglich wird auf die schematische Darstellung der 2A und 2B verwiesen.
Die Aufnahmeelemente bilden in der geschlossenen Stellung einen Messkanal 23. der einen inneren Abschnitt 23A und zwei äußere Abschnitte 23B, 23C umfasst, die zu beiden Seiten des inneren Abschnitt 23A angeordnet sind. Innerhalb des inneren Abschnitts 23A weist der Aufnahmekanal den in den 2A und 2B gezeigten quadratischen Querschnitt auf, während der Aufnahmekanal in den äußeren Abschnitten 23B und 23C einen kreisförmigen Querschnitt hat, der dem Querschnitt der eingelegten Schlauchleitung 17 entspricht.
In dem inneren Abschnitt 23A weist jedes Aufnahmeelement 15, 16 zwei rechtwinklig zueinander stehende ebene Anlageflächen und in den äußeren Abschnitten 23B, 23C jeweils eine halbzylindrische Anlagefläche auf, die sich zu dem quadratischen bzw. kreisförmigen Messkanal in der geschlossenen Stellung der Einspanneinheit ergänzen.
Zwischen den halbzylindrischen Anlageflächen der äußeren Abschnitte 23B, 23C und den beiden ebenen Anlageflächen des inneren Abschnitts 23A jedes Aufnahmeelements 15, 16 befindet sich ein Übergangsabschnitt 24B, 24C, in dem die halbzylindrischen Anlageflächen kontinuierlich in die ebenen Anlageflächen übergehen. Dadurch wird die Schlauchleitung einerseits nicht geknickt und andererseits wird die Bildung von Turbulenzen vermieden, wem die Schlauchleitung von Blut durchströmt wird.
Die Lichtemitter 20A, 20B, 21A, 21B und die Lichtdetektoren 22A–22C sind innerhalb des quadratischen Messkanals in den inneren Abschnitten 23A der Aufnahmeelemente 15, 16 angeordnet. Die ebenen Anlageflächen der Aufnahmeelemente weisen entsprechende Lichtaustritts- und -eintrittsöffnungen 25, 26 auf.
Zur Erkennung der Schlauchleitung 17 in der Einspanneinheit 12 weist die Vorrichtung 11 zur Bestimmung der Konzentration von Blutbestandteilen eine Überwachungseinheit 27 auf (1). Die Überwachungseinheit 27 weist nur andeutungsweise dargestellte Mittel 27A zum Messen des Motorstroms des Elektromotors 19 auf, mit dem der Betätigungsmechanismus 18 der Einspanneinheit 12 angetrieben wird. Anstelle des Motorstroms kann aber auch eine mit dem Motorstrom korrelierende Größe, bspw. die Motorleistung gemessen werden. Darüber hinaus weist die Überwachungseinheit 27 wieder nur andeutungsweise dargestellte Mittel 27B zum Messen der Wegstrecke auf, auf der die Aufnahmeelemente 15, 16 aus der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung verfahren werden. Die Messwerte der Mittel 27A, 27B zum Messen des Motorstroms und der zurückgelegten Wegstrecke werden von einer Rechen- und Auswerteinheit 27C ausgewertet, die bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Bestandteil der Überwachungseinheit 27 ist. Die Rechen- und Auswerteinheit 27C der Überwachungseinheit 27 ist über eine Datenleitung 28 mit der zentralen Steuereinheit 10 der extrakorporalen Blutbehandlungsvorrichtung verbunden. Sie kann aber auch Bestandteil der zentralen Steuereinheit 10 sein.
Die Rechen- und Auswerteinheit 27C der Überwachungseinheit 27 berechnet das integral des gemessenen Motorstroms über eine Wegstrecke, die von den Aufnahmeelementen 15, 16 beim Schließen der Einspanneinheit 12 zurückgelegt wird. Das berechnete Integral des Motorstroms wird mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen. Wenn der Grenzwert überschritten wird, stellt die Rechen- und Auswerteinheit 27C der Überwachungseinheit 27 fest, dass eine Schlauchleitung in die Einspanneinheit 12 eingelegt ist. Ansonsten stellt die Rechen- und Auswerteinheit fest, dass eine Schlauchleitung nicht eingelegt ist. In beiden Fallen erzeugt die Rechen- und Auswerteinheit ein entsprechendes Signal, das die zentrale Steuereinheit der Blutbehandlungsvorrichtung empfängt. Im Einzelnen arbeitet die Rechen- und Steuereinheit 27C der Überwachungseinheit 27 wie folgt:
Der Verlauf des Motorstroms wird über ein bestimmtes Wegstreckenintervall überwacht. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Anfang der Wegstrecke N1 = 250 und das Ende der Wegstrecke N2 = 350 (4A, 4B und 4C). Die Streckendifferenz zwischen den Messpunkten I(n) und I(n + 1) ist Δx(n).
Die Rechen- und Auswerteinheit berechnet für die vorgegebene Wegstrecke von 10 mm zwischen N1 und N2 das Integral wie folgt:
Die 4A, 4B und 4C zeigen den gemessenen Motorstrom [0,1 × mA] des Elektromotors zum Antrieb des Betätigungsmechanismus als Funktion der von den Aufnahmeelementen zurückgelegten Wegstrecke beim Schließen der Einspanneinheit. Die von den Aufnahmeelementen zurückgelegte Wegstrecke kann mit einer Vorrichtung erfasst werden, die pro Umdrehung des Motors eine bestimmte Anzahl von elektrischen. Impulsen erzeugt. Auf der x-Achse sind hier die Anzahl der gemessenen elektrischen Impulse abgebildet, die der zurückgelegten Wegstrecke entsprechen.
Die 4A–4C zeigen die Messergebnisse für drei verschiedene Einspanneinheiten unterschiedlicher Ausbildung, die in den Figuren als Modul A, Modul B und Modul C bezeichnet sind. In den 4A–4C ist der Verlauf des Motorstroms beim Schließen der Einspanneinheit für vier verschiedene Schlauchleitungen dargestellt, die entweder leer sind oder mit H₂O gerollt sind. Die einzelnen Kurven sind in den 4A–4C wie folgt bezeichnet:
Bezugszeichenliste

25: Einspanneinheit ahne Schlauch
1a: PVC-Schlauch (Standardwandstärke) in Einspanneinheit
1b: mit H₂O gefüllter PVC-Schlauch (Standardwandstärke) in Einspanneinheit
2a: PVC-Schlauch (dünne Wandstärke) in Einspanneinheit
2b: mit H₂O gefällter PVC-Schlauch (dünne Wandstärke) in Einspanneinheit
3a: PVC-Schlauch (dicke Wandstärke) in Einspanneinheit
3b: mit H₂O gefällter PVC-Schlauch (dicke Wandstärke) in Einspanneinheit
4a: leerer Schlauch (anderes Material) in Einspanneinheit
4b: mit H₂O gefällter Schlauch (anderes Material) in Einspanneinheit

Für sämtliche Messungen bei unterschiedlichen Schlauchleitungen und unterschiedlichen Einspanneinheiten zeigt sich, wenn die Einspanneinheit geschlossen wird, dass bei eingelegter Schlauchleitung der Motorstrom früher ansteigt als wenn keine Schlauchleitung eingelegt ist. Darüber hinaus zeigt sich, dass der Stromanstieg bei nicht eingelegter Schlauchleitung stärker ist als wenn eine Schlauchleitung eingelegt ist. Folglich ist die Flache unter den Kurven bei eingelegter Schlauchleitung größer als bei nicht eingelegter Schlauchleitung.
5 zeigt die Auswertung der in den 4A–4C dargestellten Messergebnisse. In 5 sind die Messergebnisse von 4A mit einem Rechteck, von 4B mit einem Dreieck und von 4C mit einem Kreuz dargestellt. Für die einzelnen Schlauchleitungen (PVC-Schlauch (Standardwandstärke) 1, PVC-Schlauch (dünne Wandstärke) 2, PVC-Schlauch (dicke Wandstärke) 3, Schlauch (anderes Material) 4) wurde nach Gleichung (1) das Integral berechnet. Der Wert des Integrals in 0,01 × mA × mm liegt für den PVC-Schlauch (Standardwandstärke) 1 für sämtliche Messungen mit den unterschedlichen Einspanneinheiten sowohl für den Fall, dass der Schlauch leer ist (1a) als auch für den Fall, dass der Schlauch mit H₂O gefüllt ist (1b), zwischen 4500 und 9500. Für den PVC-Schlauch (dünne Wandstärke) 2 liegt der Wert des Integrals für die Messungen zwischen 7500 und 12500, während für den PVC-Schlauch (dicke Wandstärke) 3 der Wert des Integrals zwischen 8500 und 15000 liegt. Für den Schlauch (anderes Material) 4 liegt der Wert des Integrals zwischen 2500 und 6500 deutlich niedriger. Es zeigt sich, dass der Wert des Integrals unter 2000 liegt, wenn ein Schlauch in die Einspanneinheit nicht eingelegt ist.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als vorgegebener Grenzwert für den Wert des Integrals 2000 angenommen. Damit können für sämtliche Schläuche, bei unterschiedlichen Einspanneinheiten sicher zwischen dem Fall, dass ein Schlauch in die Einspanneinheit eingelegt ist, und dem Fall, dass ein Schlauch nicht in die Einspanneinheit eingelegt ist, unterschieden werden. Wenn der Schlauch (anderes Material) nicht verwendet wird, kann der vorgegebene Grenzwert höher liegen. Am vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Grenzwert von 3000 festgelegt.

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration eines Bestandteils von Blut in einer Schlauchleitung, insbesondere in der Schlauchleitung eines extrakorporalen Blutkreislaufs einer extrakorporalen Blutbehandlungsvorrichtung, mit einer Einspanneinheit (15), die ein erstes Aufnahmeelement (16) und ein zweites Aufnahmeelement (16) zum Einspannen der Schlauchleitung aufweist, wobei die Aufnahmeelemente (15, 16) derart ausgebildet sind, dass die zwischen dem ersten und zweiten Aufnahmeelement eingespannte Schlauchleitung einen quadratischen Querschnitt hat, einer Messeinheit (13) zum Einkoppeln von elektromagnetischer Strahlung durch die Schlauchleitung in das Blut und Messen der durch die Schlauchleitung aus dem Blut austretenden elektromagnetischen Strahlung, einer mit der Messeinheit (13) zusammen wirkenden Rechen- und Auswerteinheit (14) zum Bestimmen der Konzentration eines Bestandteils von Blut, wobei die Einspanneinheit (12) einen Betätigungsmechanismus (18) aufweist, der derart ausgebildet ist, dass unter Aufbringung einer Spannkraft das erste und zweite Aufnahmeelement aus einer ersten die Schlauchleitung frei gebenden Stellung in eine zweite die Schlauchleitung einspannende Stellung gegeneinander bewegbar sind, und der Betätigungsmechanismus (18) einen Elektromotor zum Antrieb des Betätigungsmechanismus aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung chic Überwachungseinheit (27) aufweist, die derart ausgebildet ist, dass eine in die Aufnahmeelemente (15, 16) eingelegte Schlauchleitung erkennbar ist, wobei die Überwachungseinheit (27) Mittel (27A) zum Messen des Motorstroms des Elektromotors zum Antrieb des Betätigungsmechanismus der Einspanneinheit oder einer mit dem Motorstrom korrelierenden Größe und eine Rechen- und Auswerteinheit (27C) aufweist, die derart ausgebildet ist, dass auf der Grundlage der Veränderung des gemessenen Motorstroms oder der mit dem Motorstrom korrelierenden Größe eine in die Aufnahmeelemente (15, 16) eingelegte Schlauchleitung erkennbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (27) Mittel (27B) zum Messen der von den Aufnahmeelementen (15, 16) zurückgelegten Wegstrecke aufweist und die Rechen- und Auswerteinheit (27C) der Überwachungseinheit (27) derart ausgebildet ist, dass der Motorstrom in Abhängigkeit von der von den Aufnahmeelementen zurückgelegten Wegstrecke ausgewertet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechen- und Auswerteinheit (27C) der Überwachungseinheit (27) derart ausgebildet ist, dass das Integral des Motorstroms über eine vorgegebene von den Aufnahmeelementen (15, 16) zurückgelegte Wegstrecke mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen wird, wobei bei Überschreiten des Grenzwertes darauf geschlossen wird, dass in die Aufnahmeelemente eine Schlauchleitung eingelegt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Aufnahmeelement (15) zwei rechtwinklig zueinander stehende ebene Anlageflächen (15A, 15B) und das zweite Aufnahmeelement (16) zwei rechtwinklig zueinander stehende ebene Anlageflächen (16A, 16B) aufweist, wobei das erste und zweite Aufnahmeelement (15, 16) auf einer Achse (a) gegeneinander bewegbar sind, die mit den ebenen Anlageflächen (15A, 15B; 16A, 16B) des ersten und zweiten Aufnahmeelements einen Winkel von 45° einschließt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Aufnahmeelement (15) zu beiden Seiten der ebenen Anlageflächen (15A, 15B; 23A) halbzylindrische Anlageflächen (23B, 23C) und das zweite Aufnahmeelement (16) zu beiden Seiten der ebenen Anlageflächen (16A, 16B; 23A) halbzylindrische Anlageflächen (23B, 23C) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Aufnahmeelement (15) zu beiden Seiten der ebenen Anlageflächen (15A, 15B; 23A) einen Übergangsabschnitt (24B, 24C) aufweist, der derart ausgebildet ist, dass die inneren ebenen Anlageflächen (23A) kontinuierlich in die äußeren halbzylindrischen Anlageflächen (24B, 24C) übergehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (13) Lichtemitter (20A, 20B; 21A, 21B) und Lichtdetektoren (22A bis 22D) aufweist, die in dem ersten und zweiten Aufnahmeelement (15, 16) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ebenen Anlageflächen (23A) der Aufnahmeelemente (15, 16) den Lichtemittern (20A, 20B; 21A, 21B) und Lichtdetektoren (22A bis 22D) zugeordnete Lichtaustritts- und -eintrittsöffnungen (25, 26) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem Lichtdetcktor (22A bis 22D) mindestens eine Gruppe von zwei Lichtemittern (20A, 20B; 21A, 21B) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Lichtemitter der mindestens einen Gruppe von Lichtemittern (20A, 20B; 21A, 21B) auf einander gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind.
Verfahren zur Erkennung einer Schlauchleitung, insbesondere einer Schlauchleitung eines extrakorporalen Blutkreislaufs einer extrakorporalen Blutbehandlungsvorrichtung, in einer Einspanneinheit (12) einer Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration eines Bestandteils von Blut, wobei die Einspanneinheit aufweist: ein erstes Aufnahmeelement (15) und ein zweites Aufnahmeelement (16) zum Einspannen der Schlauchleitung, und einen Betätigungsmechanismus (18), der derart ausgebildet ist, dass unter Aufbringung einer Spannkraft das erste und zweite Aufnahmeelement aus einer ersten die Schlauchleitung frei gebenden Stellung in eine zweite die Schlauchleitung einspannende Stellung gegeneinander bewegbar sind, wobei der Betätigungsmechanismus (18) einen Elektromotor (19) zum Antrieb des Betätigungsmechanismus aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorstrom des Elektromotors zum Antrieb des Betätigungsmechanismus der Einspanneinheit oder eine mit dem Motorstrom korrelierende Größe gemessen wird, wobei auf der Grundlage der Veränderung des gemessenen Motorstroms oder der mit dem Motorstrom korrelierenden Größe die in die Aufnahmeelemente eingelegte Schlauchleitung erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Aufnahmeelementen (15, 16) zurückgelegten Wegstrecke gemessen wird und der Motorstrom in Abhängigkeit von der von den Aufnahmeelementen zurückgelegten Wegstrecke ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Integral des Motorstroms über eine vorgegebene von den Aufnahmeelementen (15, 16) zurückgelegten Wegstrecke mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen wird, wobei bei überschreiten des Grenzwertes darauf geschlossen wird, dass in die Aufnahmeelemente eine Schlauchleitung eingelegt ist.