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Bekannt sind Vorrichtungen zum extrakorporalen Blutgasaustausch, bei welchen ein Blutstrom eines Patienten in einem Blutstrombereich entlang einer Membran geführt wird. Die Membran bildet eine Gas-Flüssigkeitsschranke hin zu einer Gasströmung in einem gasführenden Bereich.
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Die Membran ermöglicht hierbei einen Übergang von Kohlendioxid des Blutstromes in die Gasströmung sowie einen Übergang von Sauerstoff der Gasströmung in den Blutstrom.
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Hierdurch wird es ermöglicht, dass Kohlendioxid aus dem Blutstrom abgeführt wird und der Blutstrom ferner mit Sauerstoff angereichert wird. Der Blutstrom wird dann dem Patienten zugeführt. Die Entnahme des Blutstromes an dem Patienten kann hierbei über einen arteriellen Zugang erfolgen, wobei dann der Blutstrom nach Passieren der Vorrichtung dem Patienten wieder über einen venösen Zugang zurückgeführt wird. Dies ist eine sogenannte AV-ECMO (extrakorporale Membran Oxygenierung).
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Vorrichtungen zum extrakorporalen Blutgasaustausch werden häufig in Kombination einer Beatmung eines Patienten durch ein Beatmungsgerät verwendet.
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Die Verwendung einer Vorrichtung zum extrakorporalen Blutgasaustausch ist insbesondere dann notwendig, wenn ein Patient aufgrund einer obstruktiven Lungenerkrankung, wie beispielsweise COPD, Kohlendioxid aus dem Blutstrom nicht in hinreichender Menge über die Lunge abatmen kann. Eine hohe Atemanstrengung birgt ein Risiko einer Fatigue der Atemmuskulatur, gleichzeitig führt ein erhöhter Kohlendioxidpartialdruck im Blut zu Stress und Übersäuerung.
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Anstelle einer sogenannten AV-ECMO ist es auch möglich, dass der Blutstrom dem Patienten über einen venovenösen Zugang entnommen wird und der Blutstrom nach Passieren der Vorrichtung zum extrakorporalen Blutgasaustausch dann über denselben venovenösen Zugang dem Patienten wieder zugeführt wird.
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Eine möglicherweise in der Vorrichtung zum extrakorporalen Blutgasaustausch vorhandene Pumpe kann eine Strömungsgeschwindigkeit des Blutstromes entlang der Membran beeinflussen. Hierdurch kann das Maß, zu welchem pro Zeiteinheit Kohlendioxid aus dem Blutstrom in die Gasströmung abgeführt wird, beeinflusst werden. Ferner kann beispielsweise eine Sauerstoffquelle, welche die Gasströmung mit Sauerstoff anreichert, gesteuert werden, um einen Einfluss darauf zu nehmen, zu welchem Grad Sauerstoff von der Gasströmung in den Blutstrom übergeht. Ferner kann eine Gasfördereinheit vorhanden sein, welche eine Strömungsgeschwindigkeit der Gasströmung entlang der Membran beeinflussen, so dass ein Einfluss darauf genommen werden kann, wieviel Sauerstoff pro Zeiteinheit an der Membran für einen potentiellen Übergang von der Gasströmung in den Blutstrom bereitsteht.
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Eine Abreicherung von Kohlendioxid aus dem Blutstrom in ein Atemgas erfolgt in der Lunge üblicherweise zu einem Maß, sodass der Kohlendioxidanteil des Blutstromes nach Passieren der menschlichen Lunge noch einen Partialdruck von 40 mmHg aufweist, wenn der Patient hinreichend gesund ist. Leidet der Patient allerdings an einer obstruktiven Lungenkrankheit wie zum Beispiel COPD, so kann der Partialdruck nach Passieren der menschlichen Lunge noch einen Partialdruck von 60 mmHg aufweisen.
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Aus der
EP 2 777 801 A2 ist eine Anordnung bekannt, bei welcher durch eine Vorrichtung zum extrakorporalen Blutgasaustausch der Blutstrom deutlich stärker abgereichert wird, als dies in der menschlichen Lunge geschieht. Hierbei können möglicherweise Kohlendioxidpartialdrücke von 10-35 mmHg erreicht werden.
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Zum einen ermöglicht dies die Eliminierung eines großen Anteils von Kohlendioxid, als dies eigentlich in der menschlichen Lunge möglich ist. Solches stark abgereichertes Blut wird dann dem Patienten wieder über ein venovenösen Zugang zugeführt und mischt sich dort mit unbehandeltem Blut des Patienten in seinem Blutkreislauf, sodass sich nach dem Vermischen der jeweiligen Blutanteile wieder einen Kohlendioxidpartialdruck von ungefähr 40 mmHg bei einem hinreichend gesunden Patienten ergibt. Ein solches Verfahren mit einer starken Abreicherung von Kohlendioxid des Blutstromes durch eine Vorrichtung zum extrakorporalen Blutgasaustausch kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn relativ geringe Flussmengen von der Größenordnung von ungefähr 1 l/min des Blutstromes durch die Vorrichtung behandelt werden.
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Ein Nachteil kann hierbei möglicher Weise darin bestehen, dass eine zu starke Abreicherung von Kohlendioxid aus dem Blutstrom aufgrund einer nicht idealen Vermischung des behandelten Blutstromes mit dem unbehandelten Blut am Ort der Rückführung in den Blutkreislauf des Patienten, also stromabwärts der Wiedereinspeisung des Blutstromes, lokal solche Kohlendioxidpartialdrücke ergeben kann, welche unterhalb des üblichen Kohlendioxidpartialdrucks von 40 mmHg liegen. Möglicherweise kann dies zu einer Zellschädigung führen. Zur Vermeidung dieses Risikos ist es prinzipiell wünschenswert, eine Messung des Kohlendioxidpartialdrucks in dem Blutstrom innerhalb der Vorrichtung zum extrakorporalen Blutgasaustausch messen zu können. Insbesondere ist dies stromabwärts, also nach Behandlung des Blutstromes durch die Vorrichtung zum extrakorporalen Blutgasaustausch, wünschenswert. Hierdurch könnte es vermieden werden, dass der Blutstrom nur in einem solchen Maß eine Kohlendioxidabreicherung innerhalb der Vorrichtung erfährt, dass der Kohlendioxidpartialdruck innerhalb des behandelten Blutstromes höchstens auf 20 mmHg sinkt bzw. oberhalb dieses Wertes bleibt.
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Aus der
EP 2 777 801 A2 sind hierfür optional Sensoren vorgesehen, welche den jeweiligen Kohlendioxidpartialdruck stromauf- bzw. stromabwärts der Membran messen können.
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EP 2 965 770 A1 beschreibt ein Oxygenatorgerät, das eine Messeinheit zur Messung der Konzentration eines inhalierten Anästhetikums im Blut eines Patienten aufweist.
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Prinzipiell sind im Bereich der ECMO-Technologie Sensoren bekannt, welche innerhalb des Blutstromes den entsprechenden Kohlendioxidpartialdruck an einer entsprechenden Stelle messen können.
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Nachteilig ist es hierbei, dass eine Einbringung eines Sensors in den Blutkreislauf grundsätzlich ein Gesundheitsrisiko bzw. Infektionsrisiko für die Patienten darstellt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum extrakorporalen Blutgasaustausch bereitzustellen, welche einen Sensor bzw. eine Messeinheit vorsieht, um auf für den Patienten sichere Weise darüber Aufschluss zu finden, welchen Wert der Kohlendioxidpartialdruck innerhalb des Blutstromes aufweist.
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Hierbei soll es vermieden werden, zusätzliche Materialien in den Blutkreislauf einzubringen.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum extrakorporalen Blutgasaustausch nach dem Anspruch 1.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum extrakorporalen Blutgasaustausch weist einen Blutstrombereich zur Führung eines Blutstroms, einen gasführenden Bereich zur Führung einer Gasströmung, sowie eine Membran, welche eine Gas-Flüssigkeitsschranke zwischen dem Blutstrom und der Gasströmung bildet und welche ferner einen Übergang von Kohlendioxid des Blutstromes in die Gasströmung ermöglicht, auf. Ferner weist die Vorrichtung wenigstens eine Messküvette auf, welche zumindest teilweise durch die Membran von dem Blutstrombereich abgegrenzt wird, so dass Kohlendioxid des Blutstromes in die Messküvette übergehen kann. Die Vorrichtung weist ferner eine optische Messeinheit auf, welche ausgebildet ist, einen in der Messküvette befindlichen Kohlendioxidpartialdruck zu messen.
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Diese erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorteilhaft, da der Blutstrom aufgrund der Trennung der Messküvette von dem Blutstrombereich durch die Membran dann eben nicht direkt mit der Messküvette in Kontakt kommt, sondern die Messküvette eben aus Sicht des Blutstromes jenseits der Membran liegt und somit dort auf besondere sichere Weise eine optische Messeinheit verwendet werden kann, um den in der Messküvette befindlichen Kohlendioxidpartialdruck messen zu können.
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Die Erfindung nutzt den Effekt aus, dass die aus Sicht des Blutstromes vor der Membran befindlichen Kohlendioxidpartialdruck sich auch hinter der Membran, also in der Messküvette, nach einem hinreichenden Zeitraum ausbilden wird, sodass dann dort durch die Messeinheit ohne ein besonderes Risiko für den Patienten bezogen auf eine Verunreinigung des Blutstromes ein Kohlendioxidpartialdruck gemessen werden kann, um auf den Kohlendioxidpartialdruck in dem Blutstrom schließen zu können.
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Vorzugsweise ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass die Messküvette durch eine Küvettenwand gegenüber dem gasführenden Bereich gasdicht abgeschlossen ist.
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Vorzugsweise ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass die optische Messeinheit ausgebildet ist, optische Strahlung in die Messküvette zu emittieren und einen durch die Messküvette transmittierten Anteil der optischen Strahlung zu detektieren.
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Vorzugsweise ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass die optische Strahlung eine Infrarotstrahlung ist.
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Vorzugsweise ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass die Messküvette ein erstes optisches Fenster zum Einlass der optischen Strahlung in die Messküvette hinein sowie ein zweites optische Fenster zum Auslass der optischen Strahlung aus der Messküvette heraus aufweist.
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Vorzugsweise ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass die Vorrichtung eine Einströmseite, an welcher der Blutstrom in die Vorrichtung einströmt, sowie eine Abströmseite, an welcher der Blutstrom aus der Vorrichtung abströmt, aufweist, und dass die Messküvette sich an einer Stelle der Membran befindet, welche zu der Einströmseite korrespondiert.
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Vorzugsweise ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass die Vorrichtung eine Einströmseite, an welcher der Blutstrom in die Vorrichtung einströmt, sowie eine Abströmseite, an welcher der Blutstrom aus der Vorrichtung abströmt, aufweist, und dass die Messküvette sich an einer Stelle der Membran befindet, welche zu der Abströmseite korrespondiert.
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Vorzugsweise ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass die Membran durch mehrere Hohlfaseranordnungen gegeben ist.
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Vorzugsweise ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass die Vorrichtung eine Einströmseite, an welcher der Blutstrom in die Vorrichtung einströmt, sowie eine Abströmseite, an welcher der Blutstrom aus der Vorrichtung abströmt, aufweist, und dass die Messküvette durch eine solche Hohlfaseranordnung gegeben ist, welche sich nahe der Einströmseite befindet.
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Vorzugsweise ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass die Vorrichtung eine Einströmseite, an welcher der Blutstrom in die Vorrichtung einströmt, sowie eine Abströmseite, an welcher der Blutstrom aus der Vorrichtung abströmt, aufweist, und dass die Messküvette durch eine solche Hohlfaseranordnung gegeben ist, welche sich nahe der Abströmseite befindet.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand spezieller Ausführungsformen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum extrakorporalen Blutgasaustausch,
- 2a Details einer bevorzugten Ausführungsform einer Messküvette,
- 2b eine bevorzugte Ausführungsform einer Messeinheit,
- 3 eine Ausführungsform der nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung zum extrakorporalen Blutgasaustausch.
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Die 1 zeigt die Vorrichtung V zum extrakorporalen Blutgasaustausch.
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Durch einen Einströmbereich ES strömt ein Blutstrom BS in einem Blutstrombereich BB entlang Membran M und schließlich hin zu einem Ausströmbereich AS.
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Die Membran M trennt den Blutstrombereich BB als eine Gas-Flüssigkeitsschranke hin zu einem gasführenden Bereich GB, welcher eine Gasströmung GS führt.
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Durch die Membran hindurch kann ein Kohlendioxidanteil K von dem Blutstrom BS in die Gasströmung übergehen sowie ein Sauerstoffanteil S von der Gasströmung GS in den Blutstrom BS.
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Eine Messküvette MK2 ist durch die Membran M von dem Blutstrombereich BB abgegrenzt. Hierbei kann Kohlendioxid K auch von dem Blutstrom BS in die Messküvette MK2 übergehen.
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Eine optische Messeinheit ME kann hierbei einen in der Messküvette MK2 befindlichen Kohlendioxidpartialdruck messen.
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Die Messküvette MK2 ist durch eine Küvettenwand KW gegenüber dem gasführenden Bereich GB gasdicht abgeschlossen.
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Während an der Einströmseite ES der Blutstrom BS in die Vorrichtung V einströmt, strömt dann der Blutstrom BS an der Abströmseite AS aus der Vorrichtung V ab.
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Die Messküvette MK2 befindet sich an einer solchen Stelle der Membran M, welche zu der Abströmseite AS korrespondiert.
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Hierdurch kann durch die Messeinheit ME an der Messküvette MK2 ein solcher Kohlendioxidanteil gemessen werden, welcher zu dem Kohlendioxidanteil des Blutstromes BS nach Abreicherung durch die Membran M korrespondiert. Es kann also dann hierdurch in vorteilhafter Weise ein Aufschluss darüber gefunden werden, welcher Kohlendioxidpartialdruck in dem Blutstrom BS herrscht, wenn der Blutstrom BS auf der Abströmseite AS die Vorrichtung V verlässt.
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Alternativ oder zusätzlich kann sich eine Messküvette MK1, welche in analoger Weise zu der Messküvette MK2 ausgebildet ist und sich an einer solchen Stelle der Membran M befinden, welche zu der Einströmseite ES korrespondiert.
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Die 2a zeigt Details einer Ausführung der Messküvette MK1 als eine Ausführungsform MK11. Es ist anzumerken, dass die Messküvette MK2 aus der 1 ebenso in analoger Weise gemäß der in der 2a gezeigten Messküvette MK11 ausgebildet sein kann.
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Die Messküvette MK11 in dieser Ausführungsform weist ein optisches Fenster OF1 auf, über welches eine optische Strahlung in die Messküvette eingelassen werden kann.
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Ferner weist die Messküvette MK11 ein optisches Fenster OF2 auf, welches zum Auslass einer optischen Strahlung aus der Messküvette MK11 heraus geeignet ist.
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2b zeigt hierzu die Messeinheit ME, welche zuvor unter Bezug auf die 1 erwähnt wurde.
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Die Messeinheit ME ist ausgebildet, optische Strahlung OS in die Messküvette MK11 hinein zu emittieren und ein durch die Messküvette MK11 transmittierten Teil der optischen Strahlung OS zu detektieren.
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Hierzu weist die Messeinheit ME einen optischen Emitter E auf, welcher entsprechend vor dem optischen Fenster OF1 positioniert ist.
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Ferner weist die Messeinheit ME einen oder mehrere Detektoren D1, D2 auf, durch welche entsprechende Wellenlängen der durch die Messküvette MK11 transmittierten optischen Strahlung OS hinter dem optischen Fenster OF2 detektiert werden können.
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Der Emitter E und die Detektoren D1, D2 sind hierbei in Verbindung mit einer entsprechenden Steuer- bzw. Recheneinheit SE der Messeinheit ME.
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Vorzugsweise werden durch die Detektoren
D1,
D2 unterschiedliche Wellenlängen detektiert. Prinzipien der optischen Messung von partiellen Gasdrücken bzw. partiellen Gaskonzentration auf Basis wenigstens zweier unterschiedlicher optischer Wellenlängen sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise aus der
DE 10 2015 008 323 A1 .
DE 10 2015 008 323 .
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Die 3 zeigt eine Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung V2 zum extrakorporalen Blutgasaustausch.
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Hierbei strömt der Blutstrom BS über eine Einströmseite ES2 ein und strömt über eine Abströmseite AS2 aus.
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Der Blutstrombereich BB2 wird hierbei dadurch von einem gasführenden Bereich GB2 getrennt, dass die entsprechende Membran M durch mehrere Hohlfaseranordnungen HA1, HA2 gegeben ist. Jede solcher Hohlfaseranordnungen HA1, HA2 weist vorzugsweise eine Mehrzahl an Hohlfasern HF auf.
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Solche Hohlfaseranordnungen HA1, HA2 können auch in Form von jeweiligen Hohlfasermatten gegeben sein. Hierbei ist eine Hohlfasermatte vorzugsweise eine Anordnung, bei welcher eine Hohlfaseranordnung nach Art der Hohlfaseranordnung HA1 senkrecht mit einer um 90 Grad rotierten Hohlfaseranordnung nach Art der Hohlfaseranordnung HA1 gekreuzt angeordnet ist. Analoges gilt für eine Hohlfasermatte durch Ausbildung mehrerer Hohlfaseranordnung nach Art der Hohlfaseranordnung HA2.
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Eine solche Hohlfasermatte spannt dann eine Ebene auf, durch welche der Blutstrom BS senkrecht zur Ebene die Hohlfasermatte durchströmt.
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Die Gasströmung GS strömt dann durch entsprechende Hohlfasern HF und es kommt hierbei durch das Membranmaterial M hindurch zu dem zuvor beschriebenen Blutgasaustausch.
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Abströmseitig, also in der Nähe der Abströmseite AS2, sind Hohlfasern HF der abströmseitigen Hohlfaseranordnung HA2 zusammengeführt und gebündelt, so dass hierdurch ein Bereich einer Messküvette MK11 ausgebildet wird. Oberhalb der Abströmseite, also der Blutaustrittsöffnung, werden die entsprechenden Hohlfasern HF der abströmseitigen Hohlfaseranordnungen HA2 vorzugsweise durch eine Kammerwand KW2 an den Faserenden FE verschlossen. Hierdurch kann es erreicht werden, dass es durch noch nicht vollständig abgereicherte Blut im oberen Bereich des Blutstrombereiches BB2 zu einer Verfälschung des Messergebnisses kommt.
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An der Messküvette MK11 findet sich dann eine entsprechende Messeinheit ME, welche über entsprechende optische Fenster der Messküvette MK12 eine optische Messung nach dem Prinzip durchführt, welches zuvor unter Bezug die 2b erläutert wurde.
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Gemäß der 3 ist die Messküvette MK12 durch eine Hohlfaseranordnungen HA2 gegeben, welche sich nahe der Einströmseite befindet.
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Es versteht sich für einen Fachmann, dass es ebenso möglich ist, eine entsprechende Messküvette analog zu der Messküvette MK12 auszubilden, welche sich nahe der Einströmseite ES2 befindet.
