DE112020000613T5

DE112020000613T5 - System, Computersystem und Computerprogramm zum Bestimmen eines kardiovaskulären Parameters

Info

Publication number: DE112020000613T5
Application number: DE112020000613.1T
Authority: DE
Inventors: Sergej Kammerzell; Mark Konrad; Maarten Willem Nicolaas NIJSTEN
Original assignee: Pulsion Medical Systems SE
Current assignee: Pulsion Medical Systems SE
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2020-01-30
Publication date: 2021-11-11
Also published as: CN113678207A; US20220096722A1; WO2020157225A1; EP3918612A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zum Bestimmen eines kardiovaskulären Parameters bei einem Patienten, wobei das System dazu ausgelegt ist, in Verbindung mit einer extrakorporalen Blutbehandlungsvorrichtung (ECBTD) zu funktionieern, die an das Gefäßsystem eines Patienten anschließbar ist, wobei die ECBTD einen ersten Kreislauf aufweist, wobei das System aufweist: einen flüssigkeitsgefüllten zweiten Kreislauf, der über einen Wärmetauscher thermisch mit dem ersten Kreislauf der ECBTD verbunden ist, Temperaturänderungsmittel zur Erzeugung einer Temperaturänderung im zweiten Kreislauf, Temperatursensoren TS2up und TS2down, die im zweiten Kreislauf stromaufwärts bzw. stromabwärts des Wärmetauschers angeordnet sind.Ein Computersystem, das mit den Temperatursensoren und den Temperaturänderungsmitteln verbunden ist, ist dazu ausgelegt, über die Temperaturänderungsmittel einen Temperaturbolus in dem ersten Kreislauf der ECBTD hervorzurufen. Aus den als Funktion der Zeit aufgezeichneten Einzeltemperaturen werden die Temperaturkurven T2up(t) und T2down(t) abgeleitet und ausgewertet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Bestimmen eines kardiovaskulären Parameters eines Patienten gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 16, ein Computersystem und ein computerlesbares Speichermedium gemäß Anspruch 18 bzw. 19, wobei das System dazu geeignet ist, in Verbindung mit einer extrakorporalen Blutbehandlungsvorrichtung zu funktionieren.
Hintergrund der Erfindung
Die extrakorporale Blutbehandlung ist bei einer Reihe von Erkrankungen von Patienten indiziert, z.B. bei der Hämodialyse bei Nieren- und Lebererkrankungen und bei der extrakorporalen Decarboxylierung/Membranoxygenierung (ECMO) zur Behandlung von schweren Lungenerkrankungen (akutes Atemnotsyndrom, ARDS) und Herzversagen (Herzinfarkt, schwere Arrrhythmien). Zum Beispiel gilt die extrakorporale Membranoxygenierung als Standardtherapie zur Stabilisierung der Atmungsfunktion und/oder des Herz-Kreislauf-Systems bei Patienten mit ARDS und schwerer, lebensbedrohlicher Hypoxämie. Zur Durchführung der ECMO ist die Kanülierung großer Blutgefäße (entweder arteriell oder venös) erforderlich, um den Blutfluss zwischen dem Patienten und dem ECMO-Gerät zu ermöglichen. Innerhalb des Geräts wird das Blut über einen Membranoxygenator perfundiert, gefördert von einer Walzen- oder Zentrifugalpumpe, die einen Strom von 2 bis 6 l/min erzeugt. Der Hauptbestandteil des Membranoxygenators ist die Gasaustauschmembran, wo dem Blut O₂ zugeführt und CO₂ entzogen wird. In vielen modernen Oxygenatoren besteht die semipermeable Gasaustauschmembran aus gepackten Hohlfasern aus Polymethylpenten (PMP), wobei das Gas innerhalb der Fasern und das Blut außerhalb in einem Pfad mit geringem Widerstand fließt, was eine effiziente Oxygenierung und Kohlendioxid-Eliminierung gestattet. Ein Wärmetauscher sorgt dafür, dass das mit Sauerstoff angereicherte Blut erwärmt wird, bevor es in den Blutkreislauf des Patienten zurückgeführt wird. Bei einigen modernen Oxygenatoren ist ein Wärmeaustauschsystem in das Oxygenatorsystem integriert, so dass die Temperatur des Blutes, das zum Patienten zurückfließt, ohne zusätzliche Komponenten gesteuert werden kann.
In der Regel werden die femoralen Gefäße des Patienten kanüliert, um Zugang zum Kreislaufsystem des Patienten zu erhalten. Abhängig von der Grunderkrankung des Patienten sind veno-venöse, arterio-venöse und veno-arterielle Konfigurationen der ECMO möglich. Bei Patienten mit gestörtem Gasaustausch und intakter Herzfunktion kann die arterio-venöse Konfiguration angwendet werden (avECMO), bei der das aus der Oberschenkelarterie abfließende Blut über den Oxygenator zurück in den rechten Vorhof geleitet wird. Die venös-arterielle ECMO (vaECMO) bietet eine vollständige Herzunterstützung bei Patienten mit schwerer Herzinsuffizienz; hier wird das venöse Blut aus der Vena cavalis inferior entnommen, passiert den Oxygenator und wird dem Patienten über die Arteria femoralis oder die Aorta ascendens wieder zugeführt. Die am häufigsten verwendete Konfiguration ist die venös-venöse (vvECMO), die den Gasaustausch bei schwerem akutem Atemversagen (z. B. ARDS) gewährleistet; wobei in einer häufig verwendeten Konfiguration das Blut aus der unteren Hohlvene zum Oxygenator fließt, und zum Patienten über die obere Hohlvene zurückgeführt wird.
Obwohl die Methode seit vielen Jahrzehnten angewendet wird, zeigen prospektive randomisierte Studien bei ARDS-Patienten, die eine ECMO-Behandlung mit einer konventionellen Behandlung vergleichen, nur geringfügig bessere Ergebnisse inder ECMO-Behandlungsgruppe, wobei der Gesamtüberlebensvorteil umstritten ist. Es wurde postuliert, dass eine Optimierung der hämodynamischen Situation des Patienten vor und während einer ECMO-Behandlung eine genauere Anpassung der ECMO-Einstellungen und eine verbesserte Herzfunktion des Patienten ermöglicht. Bei schwerem respiratorischem Versagen und vor Beginn einer vvECMO-Therapie können die Patienten hohe Beatmungsdrücke, einen verminderten venösen Rückfluss, einen hohen pulmonalen Gefäßwiderstand und eine schlechte Perfusion mit hohem systemischen Gefäßwiderstand aufweisen; auf kardialer Ebene kann das Herzzeitvolumen aufgrund von Hypoxämie reduziert sein. Sobald mit der ECMO begonnen wird, können sich die Symptome durch einen verringerten pulmonalen Gefäßwiderstand, einen erhöhten venösen Rückfluss, einen verringerten systemischen Gefäßwiderstand und ein verbessertes Herzzeitvolumen umkehren. Daher ist eine engmaschige Überwachung der hämodynamischen Funktion erforderlich, was jedoch bei kritisch kranken Patienten, die sich einer extrakorporalen Blutbehandlung, insbesondere einer ECMO-Therapie, unterziehen, eine Herausforderung darstellt. Die Pulmonalarterienkatheterisierung oder die konventionelle Überwachung mittels transpulmonaler Thermodilution (TPTD), z. B. über Picco-Monitoring, ist nach dem Legen der ECMO-Kanülen schwierig und möglicherweise nur von begrenztem Wert. Physiologische Marker wie Blutdruck, Urinausscheidung und Extremitätenuntersuchung sind wertvolle Daten für die funktionelle hämodynamische Überwachung; sie sind jedoch im Hinblick auf die erforderliche detaillierte Bewertung der hämodynamischen Situation während der ECMO begrenzt. Benötigt wird eine minimal-invasive, zuverlässige Technik zur kontinuierlichen Überwachung kardiovaskulärer Parameter wie z.B. des Herzzeitvolumens während der extrakorporalen Blutbehandlung, insbesondere der ECMO-Therapie.
Zusammenfassung der Erfindung
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein System zur Bestimmung eines kardiovaskulären Parameters bei einem Patienten, wobei das System so ausgelegt ist, dass es in Verbindung mit einer extrakorporalen extrakorporalen Blutbehandlungsvorrichtung funktioniert, die über eine afferente Leitung und eine efferente Leitung mit dem Gefäßsystem des Patienten verbindbar ist. Wie hierin verwendet, schließt die Singularform der Artikel „ein‟ und „der“ Pluralreferenzen ein, sofern nicht anders angegeben. Zum Beispiel schließt der Ausdruck „ein kardiovaskulärer Parameter“ einen oder mehrere kardiovaskuläre Parameter ein. Das System ist dazu eingerichtet, den kardiovaskuläre Parameter bei einem Patienten durch Thermodilutionsmessungen (TD), vorzugsweise durch transpulmonale Thermodilution, zu bestimmen. Bei der extrakorporalen Blutbehandlungsvorrichtung (ECBTD) kann es sich um eine Hämodialysevorrichtung für die Nierenersatztherapie, eine Vorrichtung zur extrakorporalen Leberunterstützung oder einen extrakorporalen Membranoxygenator (ECMO)/Decarboxylator (ECCO(2)R) handeln. In der afferenten Leitung (in Bezug auf die ECBTD) wird dem Patienten Blut entnommen und in Richtung ECBTD geleitet. Bei einer venös-venösen ECMO (vvECMO) kann beispielsweise ein Drainagekatheter in die Oberschenkelvene gelegt und bis zur Vena cavalis inferior vorgeschoben werden. Nach der Behandlung wird das Blut über die efferente Leitung (in Bezug auf die ECBTD) zum Patienten zurückgeführt; im beispielhaften Fall einer vvECMO kann ein Katheter von der anderen Oberschenkelvene in den rechten Vorhof vorgeschoben werden, wodurch oxygeniertes Blut direkt in den rechten Herzkreislauf gelangt. Die ECBTD weist einen ersten Kreislauf auf, wobei mindestens eine Pumpe im ersten Kreislauf zwischen der afferenten Leitung und der efferenten Leitung angeordnet ist, um das Blut des Patienten zu pumpen. Die Pumpe dient dazu, den Durchfluss des Blutes durch den extrakorporalen Kreislauf zu steuern oder zu regeln; sie muss in der Lage sein, einen für den Patienten geeigneten Durchfluss zu liefern und innerhalb eines sicheren Druckbereichs zu arbeiten, um eine Hämolyse zu vermeiden. Die Pumpe kann jede im Stand der Technik bekannte und für eine ECBTD geeignete Art von Pumpe sein, insbesondere kann es sich um eine Walzenpumpe oder eine Zentrifugalpumpe handeln. Besonders bevorzugt ist die Pumpe eine Zentrifugalpumpe, die entweder einen konstanten oder einen variablen Volumenstrom durch die ECBTD gewährleistet. Das System weist einen flüssigkeitsgefüllten zweiten Kreislauf auf, der über einen Wärmetauscher mit dem ersten Kreislauf des ECBTD thermisch verbunden ist. Der Begriff „Wärmetauscher“ bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Übertragung von Wärme zwischen zwei oder mehreren Fluiden, so dass Wärmetauscher sowohl für Kühl- als auch für Heizprozesse verwendet werden können. In Wärmetauschern, die mit indirekter Wärmeübertragung arbeiten, können die Fluide durch eine feste Grenzfläche getrennt sein, um eine Vermischung zu verhindern, oder die Fluide können in direktem Kontakt miteinander stehen (direkter Wärmeaustausch).
Erfindungsgemäß arbeitet der Wärmetauscher mit indirekter Wärmeübertragung; auch bei Wärmetauschern, die in ECBTDs des Standes der Technik eingesetzt werden (oft als „Heizeinheiten“ bezeichnet), wird Wärme indirekt übertragen. Der Wärmetauscher der vorliegenden Erfindung überträgt Wärme zwischen den im zweiten Kreislauf und im ersten Kreislauf der ECBTD (Patientenblut) zirkulierenden Flüssigkeiten über eine wärmeleitende Schnittstelle. Der Wärmetauscher kann in jeglicher der aus der Technik bekannten Strömungsanordnungen arbeiten (z. B. Parallelstrom, Gegenstrom, Kreuzstrom, diffuser Strom); vorzugsweise arbeitet der Wärmetauscher als Diffusstrom- oder Gegenstromtauscher, bei dem die Fluide von nahezu entgegengesetzten Enden in den Tauscher eintreten können. Der Betrieb im Diffusstrom oder im Gegenstrom ist die effizienteste Anordnung, da er eine maximale Wärmeübertragung vom Wärmeträgermedium pro Masseneinheit ermöglicht, da die durchschnittliche Temperaturdifferenz entlang einer Längeneinheit größer ist. Das System weist ferner Temperaturänderungsmittel zum Erzeugen einer kontrollierten Temperaturänderung im zweiten Kreislauf auf. Erfindungsgemäß sind die Temperaturänderungsmittel geeignet, die Temperatur der Flüssigkeit im zweiten Kreislauf durch die Übertragung von Wärme zu ändern. Somit sind die Temperaturänderungsmittel geeignet, eine Energieänderung im zweiten Kreislauf zu bewirken, z. B. in Form eines Energie- oder Wärmebolus, einer Energie- oder thermischen Variation um eine Basislinie, einer Energie- oder thermische Welle usw. Bei den erfindungsgemäßen Temperaturänderungsmitteln kann es sich um Temperaturmodulationsmittel handeln. Insbesondere sind die Temperaturänderungsmittel im zweiten Kreislauf geeignet, kontrollierte Temperaturänderungen zu erzeugen, wie z. B. einen Temperaturbolus, d. h. eine Temperaturabweichung mit der Eigenschaft eines steilen Anstiegs und steiler Abnahme, um eine maximale Temperaturänderung in einem Minimum an Zeit zu erreichen. Die Temperaturänderungsmittel können jede aus dem Stand der Technik bekannte Art umfassen, sie können ein Wärmequelle und/oder Wärmesenke umfassen, z. B. in Form eines Peltier-Elements oder in Form eines oder mehrerer temperaturgeregelter, flüssigkeitsgefüllter Behälter, wie z. B. eines oder mehrerer Wasserbäder.
Die Temperaturänderung kann in beide Richtungen erfolgen, d. h. kälter oder wärmer oder beides in Bezug auf die Bluttemperatur; vorzugsweise erzeugen die erfindungsgemäßen Temperaturänderungsmittel eine kontrollierte niedrigere Temperatur im zweiten Kreislauf. Das System weist ferner einen Temperatursensor TS2up, der im zweiten Kreislauf stromaufwärts vom Wärmetauscher angeordnet ist, und einen Temperatursensor TS2down, der im zweiten Kreislauf stromabwärts vom Wärmetauscher angeordnet ist. Die Begriffe „stromabwärts“ und „stromaufwärts“ bezüglich der Anordnung der Temperatursensoren im zweiten Kreislauf beziehen sich auf die jeweilige Strömungsrichtung im zweiten Kreislauf (und auch innerhalb des zugehörigen Teils des Wärmetauschers). Bei den Temperatursensoren können in Form jeglicher für Thermodilutionsmessungen üblicher Sensoren konstruiert sein, wie z.B. Platin-Widerstandssensoren oder andere Thermowiderstände oder Thermoelemente. Das System weist ferner ein Computersystem auf, das mit den Temperatursensoren TS2up und TS2down sowie mit den Temperaturänderungsmitteln verbunden ist. Das Computersystem ist dazu ausgelegt, über die Temperaturänderungsmittel eine Temperaturänderung im ersten Kreislauf der ECBTD herbeizuführen. Das Computersystem steuert oder regelt die Temperaturänderungsmittel, die so beschaffen sind, dass sie eine Temperaturänderung im zweiten Kreislauf erzeugen und dadurch eine Temperaturänderung im ersten Kreislauf bewirken. Die Wärmeübertragung vom zweiten zum ersten Kreislauf erfolgt durch den Wärmetauscher, der beide Kreisläufe thermisch miteinander verbindet. Das Rechnersystem ist ferner dazu ausgelegt, die jeweilige Temperatur als Funktion der Zeit aufzuzeichnen und die jeweiligen Temperaturverläufe T2auf(t) und T2ab(t) auszuwerten. Die Auswertung solcher Temperaturkurven umfasst z.B. die Auswertung der Basislinie, einer Drift der Basislinie, der Fläche unter der Kurve (AUC) und weiterer aus dem Stand der Technik bekannter Kenngrößen (siehe z.B. EP 1 139 867 A1 ). Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind T2up(t) und T2down(t) Temperaturkurven, die von den im zweiten Kreislauf angeordneten Temperatursensoren abgeleitet werden. Das Computersystem ist ferner dazu eingerichtet, eine Beziehung zwischen T2up(t) und T2down(t)1 zu berechnen, um die Charakteristika der von den Temperaturänderungsmitteln erzeugten zeitabhängigen Temperaturänderungen zu bestimmen und zu steuern, wobei T2down(t)1 von den durch TS2down gemessenen Temperaturdaten abgeleitet wird. Die Größenordnung der Temperaturänderung im zweiten Kreislauf wird mit der Größenordnung der Temperaturänderung in Beziehung gesetzt, die im ersten Kreislauf durch die Temperaturänderungseinrichtung hervorgerufen wird. Zum Beispiel bezieht sich die Differenz zwischen T2up(t) und T2down(t)1 auf die Effizienz der Wärmeübertragung zwischen den beiden Kreisläufen über die Wärmeaustauschfläche des Tauschers und ist daher ein Indikator für die Eigenschaften (Größe, Dauer, Steilheit) der wandernden Temperaturabweichung (z. B. Temperaturbolus), die im ersten Kreislauf hervorgerufen wird. Das Computersystem ist ferner dazu ausgelegt, den kardiovaskulären Parameter des Patienten aus der Beziehung T2up(t), T2down(t)2 zu bestimmen, wobei T2down(t)2 aus den von TS2down zu einem zweiten Zeitpunkt gemessenen Temperaturdaten abgeleitet wird; das Computersystem ist beispielsweise dazu ausgelegt, aus dieser Beziehung einen relevanten kardiovaskulären Parameter wie das Herzzeitvolumen zu bestimmen. So dient TS2down dazu, das vom Gefäßsystem des Patienten stammende Temperatursignal zu erfassen, zusätzlich zur Erfassung der Merkmale der zeitabhängigen Temperaturänderungen, die von den Temperaturänderungsmitteln erzeugt werden. Die verschiedenen Signale können hinsichtlich ihres individuellen Zeitverlaufs aufgelöst werden, wobei das vom Patienten stammende und von TS2down gemessene Signal später am Sensor eintrifft als das von den Temperaturänderungsmitteln erzeugte Temperatursignal. Dementsprechend können in dieser Konfiguration mindestens zwei verschiedene Temperaturkurven vom Computersystem aus den Sensordaten berechnet werden, nämlich T2down(t)1 und TS2down(t)2, von denen sich ersteres z. B. auf den von den Temperaturänderungsmitteln erzeugten Temperaturbolus bezieht und zweiteres vom Patienten stammt und Informationen über den kardiovaskulären Status des Patienten aufweist.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass aus den Thermodilutionskurven, die z. B. von einem Picco-System oder einem Pulmonalarterien-Thermodilutionskatheter erzeugt werden, verschiedene kardiovaskuläre Parameter abgeleitet werden können; das Herzzeitvolumen (CO) kann durch Algorithmen abgeleitet werden, die auf der Stuart-Hamilton $C O = \frac{V_{L} (T_{B} - T_{b o l}) K_{1} K_{2}}{\int Δ T_{B} (t) d t},$
basieren, wobei T_B die anfängliche Bluttemperatur, T_bo die Temperatur des Temperaturbolus, der direkt in das Blut des Patienten verabreicht wird, und VL das Volumen des in das Blut injizierten Bolus ist. K₁ und K₂ sind Konstanten, die den spezifischen Messaufbau widerspiegeln, und T_B (t) ist die Bluttemperatur als Funktion der Zeit in Bezug auf die die anfängliche Bluttemperatur T_B. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der kardiale Parameter unter Verwendung einer modifizierten Version der Stuart-Hamilton-Gleichung bestimmt werden, wodurch das Fehlen einer Volumenänderung im ersten Kreislauf zur Erzeugung eines Temperaturbolus berücksichtigt wird, wodurch der Funktionsfaktor V_L entfällt. Zusätzlich oder alternativ können auch andere mathematische Funktionen verwendet werden, die von den Eigenschaften der durch die Temperaturänderungsmittel hervorgerufenen Temperaturänderung abhängen.
Weitere Parameter, die sich direkt aus den aus dem Stand der Technik, insbesondere der Thermodilution, bekannten Temperaturkurven ableiten lassen, sind die exponentielle Abklingzeit DST sowie die mittlere Transitzeit MTT, aus denen verschiedene Parameter wie das intrathorakale Thermovolumen ITTV, das globale enddiastolische Volumen GEDV und das extravaskuläre Thermovolumen ETV berechnet werden können. Darüber hinaus kann sogar die Funktion des rechten Herzens anhand von Parametern wie dem GEDV, dem cardialen Index Cl (CO/BSA), dem Herzfunktionsindex CFI (CO/GEDV) oder der systemischen Organperfusion abgeschätzt werden (Wietasch, G.J., et al., 2000).
Das erfindungsgemäße System stützt sich auf die bewährte Methode der Thermodilution, um ein effizientes und zuverlässiges Vorgehen zur kontinuierlichen Überwachung der hämodynamischen Funktion und zur Bestimmung kardiovaskulärer Parameter bei kritisch kranken Patienten bereitzustellen, die sich einer extrakorporalen Blutbehandlungstherapie unterziehen. Bei der ECMO-Therapie ist kein zusätzlicher vaskulärer Zugang erforderlich, um (wiederholte) Temperatursignale wie z. B. Temperaturbolus zu verabreichen. Darüber hinaus ermöglicht eine Konfiguration, bei der nur die Temperatursensoren TS2up und TS2down verwendet werden, eine bequeme Bestimmung des kardiovaskulären Parameters, ohne dass ein zusätzlicher Zugang zum Gefäßsystem des Patienten erforderlich ist (über einen peripheren Temperatursensor, wie er z. B. bei Picco-TPTD-Messungen benötigt wird). Ebenso wird die intermittierende zusätzliche Volumenbelastung, die regelmäßig mit TD und TPTD verbunden ist, vermieden, wodurch ein Faktor eliminiert wird, der potenziell zu hemodynamischer Instabilität oder intravaskulärer Überfüllung bei diesen Patienten beiträgt. Gleichzeitig können die kardiovaskulären Parameter, einschließlich der Parameter für die Rechtsherzfunktion, auf der Grundlage etablierter Berechnungsmethoden präzise bestimmt werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann das System zusätzlich einen Temperatursensor TSpat zur Messung der lokalen Temperatur des Blutes des Patienten an der Stelle des Gefäßsystems des Patienten stromabwärts der ECBTD aufweisen, wobei das Computersystem weiter mit TSpat verbunden sein kann und wobei das Computersystem weiter dazu ausgebildet sein kann, Tpat als Funktion der Zeit aufzuzeichnen und die Temperaturkurve Tpat(t) auszuwerten und aus dem Verhältnis von T2up(t), T2down(t)1 und Tpat(t) den kardiovaskulären Parameter des Patienten zu bestimmen. Der Begriff „stromabwärts der ECBTD“ bezieht sich auf einen Ort im Gefäßsystem des Patienten, der über die efferente Leitung Blut von der ECBTD erhält (d.h. nach der jeweiligen Behandlung, z.B. sauerstoffversorgtes Blut nach ECMO-Behandlung). Vorzugsweise befindet sich die Stelle im Gefäßsystem des Patienten in einem arteriellen Kompartiment stromabwärts der ECBTD, z.B. in der Arteria femoralis oder Arteria radialis bei einer veno-venösen ECBTD-Einrichtung. Tpat(t) bezieht sich auf die Temperaturkurve, die von dem Temperatursensor TSpat abgeleitet wird, der sich im Gefäßsystem des Patienten stromabwärts von der ECBTD befindet. Vorzugsweise ist Tpat(t) eine transpulmonale Thermodilutionskurve, die durch Messung der Zeitfunktion einer Temperaturabweichung erhalten wird, die vom venösen Kompartiment über den Lungenkreislauf zu einem Messort in einem arteriellen Kompartiment des Gefäßsystems des Patienten, z.B. der Oberschenkelarterie oder der Radialarterie, wandert. In dem erfindungsgemäßen System mit TS2up, T2Sdown und Tpat kann der kardiovaskuläre Parameter aus dem Verhältnis von T2up(t) und T2down(t)2, wie oben beschrieben, bestimmt werden, wobei die Temperaturkurve Tpat(t) zum Korrigieren des durch das Verhältnis von T2up(t) und T2down(t)2 berechneten kardiovaskulären Parameters verwendet werden kann.
In einer bevorzugten Ausführung kann das Temperaturänderungsmittel periodisch eine kontrollierte Temperaturänderung im ersten Kreislauf der ECBTD bewirken. Die periodische Temperaturänderung kann beispielsweise ein periodischer Temperaturbolus sein, analog zu einem Temperaturbolus, der bei TD oder TPTD verwendet wird. In einer weiteren bevorzugten Ausführung erzeugen die Temperaturänderungsmittel einen Temperaturbolus. Vorzugsweise handelt es sich bei der im ersten Kreislauf des ECBTD induzierten Temperaturänderung um eine kontrollierte Temperatursenkung, z.B. eine Abweichung von der Bluttemperatur des Patienten in Richtung Raumtemperatur. Vorzugsweise wird ein wässriges Medium, z. B. Wasser, als Wärmeübertragungsmedium im zweiten Kreislauf verwendet. Während der extrakorporalen Blutbehandlung hält die Behandlungsvorrichtung die Bluttemperatur in der Regel auf normaler Körpertemperatur oder sogar darunter (aufgrund der Kühlkapazität des internen Wärmetauschers der ECBTD, z.B. zum neuralen Schutz). Das System gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch auch in Verbindung mit einer ECBTD ohne Kühlkapazität verwendet werden. Im vorliegenden System weicht die Temperatur im Wärmeträgermedium im zweiten Kreislauf für die Dauer der Temperaturänderung, z.B. eines Bolus, vorzugsweise um 1° bis 20°C, vorzugsweise um 3° bis 17°C, besonders bevorzugt um 5° bis 15°C, von der Temperatur im ersten Kreislauf ab, abhängig vom Blutfluss durch die ECBTD und dem Flüssigkeitsfluss durch den zweiten Kreislauf. Während der Anwendung einer Temperatur, die niedriger ist als die Temperatur des Blutes in der ECBTD und damit im Gefäßsystem des Patienten, können die Auswirkungen der Wärmeverluste aufgrund der Wärmeübertragung zwischen verschiedenen Teilen der ECBTD auf die Gesamttemperaturdifferenz gut abgeschätzt und im Verhältnis zur kontrollierten Temperaturabweichung minimiert werden, was eine verbesserte Genauigkeit bei der anschließenden Bestimmung der kardiovaskulären Parameter ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Computersystem so ausgelegt sein, dass es mindestens eine Pumpe im zweiten Kreislauf steuert, wobei die mindestens eine Pumpe im zweiten Kreislauf mit den Temperaturänderungsmitteln verbunden ist, so dass die Fördergeschwindigkeit der Pumpe im zweiten Kreislauf so ausgelegt ist, dass sie eine steile Temperaturdifferenz erzeugt. Der Begriff „Temperaturdifferenz“ bezieht sich auf die Temperaturdifferenz zwischen den Wärmeträgermedien des ersten und zweiten Kreislaufs innerhalb des Wärmetauschers, insbesondere über die Wärmeaustauschfläche. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform kann die mindestens eine Pumpe des zweiten Kreislaufs stromaufwärts des Wärmetauschers angeordnet sein. Vorzugsweise kann die mindestens eine Pumpe im zweiten Kreislauf mit höherer Drehzahl oder, falls erforderlich, bei relativ geringen Blutflüssen im ersten Kreislauf (d.h. <1 L/m) mit einem höheren Volumenstrom im Vergleich zu der mindestens einen Pumpe im ersten Kreislauf der ECBTD betrieben werden. Das erfindungsgemäße Computersystem kann dazu ausgelegt sein, Daten von der mindestens einen Pumpe im ersten Kreislauf auszulesen, z.B. die Drehzahl, oder Daten von einem an den ersten Kreislauf angeschlossenen Durchflusssensor auszulesen, so dass die Drehzahl der mindestens einen Pumpe im zweiten Kreislauf und folglich der Volumenstrom der darin zirkulierenden Flüssigkeit automatisch angepasst werden kann, um ein steiles Temperaturgefälle zwischen den beiden Kreisläufen zu erzielen. Im Falle einer kontinuierlichen Durchflussmessung in Systemen mit einer festgelegten Rotationsrate für den ersten Kreislauf kann dieser gemessene Durchfluss auch als Eingangsgröße verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems können die Temperaturänderungsmittel stromabwärts der mindestens einen Pumpe im ersten Kreislauf angeordnet sein. Der Begriff „stromabwärts“ bezieht sich dabei auf die Anordnung der mindestens einen Pumpe in Bezug auf die Strömungsrichtung im ersten Kreislauf. Vorteilhafterweise wird die durch die Temperaturänderungsmittel im ersten Kreislauf eingebrachte wandernde Temperaturabweichung im ersten Kreislauf rasch vorangetrieben.
In einer weiteren Ausführungsform können die Temperaturänderungsmittel Schaltmittel zum Umschalten zwischen mindestens zwei verschiedenen Temperaturen umfassen. Sind die Temperaturänderungsmittel z.B. als Wasserbad mit mindestens zwei Behältern mit Wasser unterschiedlicher Temperatur ausgebildet, so kann der Behälter mit der gewünschten Temperatur über die Schaltmittel mit dem zweiten Kreislauf verbunden werden. Sind die Temperaturänderungsmittel als Peltier-Element ausgeführt, können die Schaltmittel auch als Schalter dienen, um das Temperaturänderungsmittel oder den gekühlten/beheizten Teil des zweiten Kreislaufs mit dem Wärmetauscher zu verbinden, oder um den Wärmetauscher mit dem ersten Kreislauf zu verbinden. In einer weiteren Ausführungsform können die Schaltmittel als Ein/Aus-Schalter für die Temperaturänderungsmittel dienen. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Schaltmittel so angeordnet, dass sie zwischen mindestens zwei verschiedenen, mit Flüssigkeit gefüllten Reservoirs umschalten. In dieser Ausführungsform enthält jedes Reservoir eine Flüssigkeit mit einer bestimmten Temperatur, und die Schaltmittel können zwischen einem Reservoir, das eine Flüssigkeit mit einer Temperatur enthält, die der Temperatur im ersten Kreislauf entspricht, und einem Reservoir, das eine Flüssigkeit mit einer Temperatur enthält, die von dieser Temperatur um 1° bis 20°C, vorzugsweise um 3° bis 17°C, noch bevorzugter um 5° bis 15°C, abweicht, umschalten.
In einer weiteren Implementierung des erfindungsgemäßen Systems kann die ECBTD eine Vorrichtung zur extrakorporalen Membranoxygenierung (ECMO) sein. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform können die Temperaturänderungsmittel in einem Oxygenatorder ECMO enthalten sein, so dass eine enge räumliche Beziehung zwischen der Blutbehandlungsmembran und der Heizeinheit des Oxygenators hergestellt wird. Dies ist vorteilhaft, um die Dimensionen der ECMO so gering wie möglich zu halten.
In einer bevorzugten Ausführung des Systems können die Temperaturänderungsmittel extern an eine Heizeinheit der ECBTD angeschlossen sein. Beispielsweise können Temperaturänderungsmittel, die als Peltier-Element ausgeführt sind, einfach an die jeweiligen Ein- oder Ausgänge der Heizeinheit des ECBTD oder sogar an die efferente Leitung stromabwärts des Oxygenators angeschlossen werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Pumpe der ECBTD einen Volumenstrom von > 200 ml / min bereitstellen, wobei sich die Pumpe auf die mindestens eine erste Pumpe bezieht. Besonders bevorzugt kann die Pumpe einen Volumenstrom von > 300 ml / min bereitstellen, insbesondere wenn es sich bei der extrakorporalen Blutbehandlungsvorrichtung um eine Vorrichtung zur Kohlendioxidentfernung oder Membranoxygenierung (ECMO) handelt, die in der Regel eine Pumpe im ersten Kreislauf umfasst.
In einer weiteren Implementierung kann das System zusätzlich einen Temperatursensor TS1up aufweisen, der in der afferenten Leitung des ersten Kreislaufs der ECDB stromaufwärts des Wärmetauschers angeordnet ist, wobei das Computersystem mit dem Temperatursensor TS1up verbunden ist und dazu ausgelegt, die Temperatur des Temperatursensors TS1up in Abhängigkeit von der Zeit aufzuzeichnen und eine Temperaturkurve T1up(t) auszuwerten, um eine Temperaturabweichung T_ECBTD zu ermitteln, die der ECBTD zugeordnet ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann das Computersystem dazu eingerichtet sein, eine Beziehung zwischen T2up(t), T2down(t), T_ECBTD(t) und Tpat(t) zu berechnen, um das Herzzeitvolumen zu bestimmen. Insbesondere in den Fällen, in denen es sich bei der ECBTD um ein vvECMO-Gerät handelt, das hohe Flussraten erfordert, kann die Rezirkulation der wandernden Temperaturabweichung von der efferenten Leitung in die afferente Leitung ein Problem darstellen, das die Genauigkeit der Bestimmung der kardiovaskulären Parameter durch die TPTD beeinträchtigt. Daher kann der Anteil des rezirkulierenden Blutes, der sich auf Tpat(t) auswirkt, bestimmt werden, indem T1auf(t), T2auf(t) und T2ab(t) in Beziehung gesetzt werden, um T_ECBTD, die mit der ECBTD verbundene Temperaturabweichung, abzuleiten. Der Anteil des rezirkulierenden Blutes kann jedoch auch anhand der Messwerte des Temperatursensors im zweiten Kreislauf geschätzt werden, der sich am nächsten an der afferenten Leitung der ECBTD befindet, im vorliegenden Fall TS2down. Je nach Volumenstrom im ersten Kreislauf kann die Rezirkulation einer wandernden Temperaturänderung auf einer anderen Zeitskala (z.B. viel früher) im Vergleich zu der vom Temperatursensor TSpat erfassten Temperaturänderung erkannt werden. Die Berücksichtigung der Rezirkulation ermöglicht eine genauere Bestimmung des kardiovaskulären Parameters durch Berechnung eines Verhältnisses von T2up(t), T2down(t) und Tpat(t).
Damit ermöglicht das erfindungsgemäße System auf vorteilhafte Weise die effiziente Erkennung und Korrektur eines Indikatorverlustes durch den extrakorporalen Kreislauf, so dass Fehler bei der Bestimmung von kardiovaskulären Parametern, z.B. von CO, während einer extrakorporalen Blutbehandlung, z.B. während einer ECMO-Behandlung, minimiert werden können. Insbesondere bei ECBTD, die mit hohen Flussraten arbeiten, wie z.B. ECMO, kann das erfindungsgemäße System die Genauigkeit der ermittelten kardiovaskulären Parameter erhöhen, da der mögliche Verlust des Indikators (z.B. die wandernde Temperaturabweichung), der durch diese Geräte verursacht wird, in dem entsprechenden Gerät genau und effektiv detektiert und anschließend korrigiert wird. Dadurch wird die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Bestimmung dieser Parameter bei schwerkranken Patienten, die sich einer extrakorporalen Blutbehandlung unterziehen, erhöht. Das erfindungsgemäße System ist unabhängig von der Anordnung/Fließrichtung des jeweiligen extrakorporalen Blutbehandlungsgerätes einsetzbar und somit vielseitig verwendbar. Zum einen kann die Ankopplung der extrakorporalen Blutbehandlungsvorrichtung an den Patienten verbessert werden, zum anderen können die Betriebseinstellungen der ECBTD optimal an den kardiovaskulären Zustand des Patienten angepasst werden.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems kann der kardiovaskuläre Parameter das Herzzeitvolumen (CO), das extravaskuläre Lungenwasser (EVLW), das globale enddiastolische Volumen (GEDV) oder die systemische Organperfusion und davon abgeleitete Indizes sein.
In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung eines kardiovaskulären Parameters unter Verwendung des wie oben beschriebenen erfindungsgemäßen Systems, wobei das Verfahren die Schritte des Hervorrufens einer Temperaturänderung im ersten Kreislauf der ECBTD umfasst, wobei die Temperaturabweichung zum Hervorrufen der Temperaturänderung durch die Temperaturänderungmittel im zweiten Kreislauf erzeugt wird, wobei der erste Kreislauf der ECBTD über einen Wärmetauscher mit dem zweiten Kreislauf thermisch gekoppelt ist. Der folgende Schritt umfasst das Erfassen einer Temperatur T2up im zweiten Kreislauf mittels eines im zweiten Kreislauf stromaufwärts des Wärmetauschers angeordneten Temperatursensors TS2up und das Erfassen einer Temperatur T2down im zweiten Kreislauf mittels eines im zweiten Kreislauf stromabwärts des Wärmetauschers angeordneten Temperatursensors TS2down. Anschließend wird die zeitabhängige Änderung der Temperatur bestimmt, indem eine Beziehung von T2up(t) und T2down(t)1 berechnet wird, wobei T2down(t)1 aus von TS2down zu einem ersten Zeitpunkt gemessenen Temperaturdaten abgeleitet wird, und der kardiovaskuläre Parameter des Patienten aus einer Beziehung von T2up(t) und T2down(t)2 bestimmt wird, wobei T2down(t)2 aus von TS2down zu einem zweiten Zeitpunkt gemessenen Temperaturdaten abgeleitet wird.
In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens können zusätzliche Schritte enthalten sein, wobei eine lokale Temperatur Tpat des Blutes des Patienten mittels eines Temperatursensors TSpat erfasst werden kann, der an einer Stelle des Gefäßsystems des Patienten stromabwärts der ECBTD angeordnet ist, und wobei der kardiovaskuläre Parameter des Patienten aus dem Verhältnis von T2up(t), T2down(t)1 und Tpat(t) bestimmt werden kann.
In einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Computersystem, das dazu ausgelegt ist, in Verbindung mit einem mit einem System zur Bestimmung eines kardiovaskulären Parameters, wie oben beschrieben, zu funktionieren, wobei das Computersystem Verbindungsmittel zum Verbinden des Computersystems mit den Temperatursensoren TS2up und TS2down und mit den Temperaturänderungsmitteln aufweist, und Zugriffsmittel, um auf ausführbare Befehle zuzugreifen, um das Computersystem zu veranlassen, die Temperaturänderungsmittel in dem zweiten Kreislauf zu steuern, um eine kontrollierte Temperaturänderung in dem zweiten Kreislauf zu erzeugen, und ferner die Temperaturen T2up und T2down als eine Funktion der Zeit zu überwachen, wie sie von den Temperatursensoren TS2up und TS2down gemessen werden, und die jeweiligen Temperaturkurven T2up(t) und T2down(t) zu bestimmen, und ferner eine Beziehung von T2up(t) und T2down(t)1 zu berechnen, um die Merkmale der zeitabhängigen Änderung der Temperatur, die durch die Temperaturänderungseinrichtung erzeugt wird, zu bestimmen, wobei T2down(t)1 von Temperaturdaten abgeleitet wird, die durch TS2down zu einem ersten Zeitpunkt gemessen werden, und den kardiovaskulären Parameter des Patienten aus einer Beziehung von T2up(t) und T2down(t)2 zu bestimmen, wobei T2down(t)2 von Temperaturdaten abgeleitet wird, die durch TS2down zu einem zweiten Zeitpunkt gemessen werden.
In einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung ein nichtflüchtiges, computerlesbares Speichermedium mit gespeicherten Daten, die Befehle zum Bestimmen eines kardiovaskulären Parameters in einem System, wie oben beschrieben, darstellen, wobei die Befehle von einem Computersystem lesbar sind, um das Computersystem zu veranlassen, die Temperaturänderungsmittel in dem zweiten Kreislauf zu steuern, um eine gesteuerte Temperaturänderung in dem zweiten Kreislauf zu erzeugen, und ferner zum Aufzeichnen von Temperaturen T2up und T2down, die mit den Sensoren TS2up und TS2down als Funktion der Zeit gemessen werden, aufzuzeichnen und die jeweiligen Temperaturkurven T2up(t) und T2down(t) zu bestimmen, und ferner eine Beziehung von T2up(t) und T2down(t)1 zu berechnen, um die Merkmale der zeitabhängigen Änderung der Temperatur zu bestimmen, die durch die Temperaturänderungseinrichtung erzeugt wird, wobei T2down(t)1 von Temperaturdaten abgeleitet wird, die von TS2down zu einem ersten Zeitpunkt gemessen werden, und um den kardiovaskulären Parameter des Patienten aus einer Beziehung von T2up(t) und T2down(t)2 zu bestimmen, wobei T2down(t)2 von Temperaturdaten abgeleitet wird, die von TS2down zu einem zweiten Zeitpunkt gemessen werden.
Nachfolgend wird eine besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörige Figur näher erläutert, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Grundsätzlich kann jede alternative Ausführungsform der Erfindung, wie sie im Rahmen der vorliegenden Anmeldung beschrieben oder angedeutet ist, besonders vorteilhaft sein, abhängig von wirtschaftlichen und/oder technischen und ggf. medizinischen Gegebenheiten. Soweit nicht anders angegeben oder soweit technisch möglich, sind einzelne Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen untereinander und mit an sich aus dem Stand der Technik bekannten Merkmalen austauschbar oder kombinierbar.
Kurze Beschreibung der Abbildung
Die Zeichnung ist rein schematisch und aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht maßstabsgetreu. Insbesondere können die Verhältnisse zwischen den Abmessungen, insbesondere Durchmesser, Länge der Leitungen usw., abweichen. In der Praxis können die Abmessungen je nach den Erfordernissen des Einzelfalls oder nach den Abmessungen gängiger Normteile gewählt werden.
1 zeigt eine schematische Übersicht über das erfindungsgemäße System im Zusammenwirken mit einer extrakorporalen Blutbehandlungsvorrichtung, wobei zur Veranschaulichung das Zusammenwirken mit dem Gefäßsystem eines Patienten dargestellt ist.
Ausführliche Beschreibung
1 zeigt eine schematische Übersicht über das erfindungsgemäße System im Zusammenwirken mit einer extrakorporalen Blutbehandlungsvorrichtung (ECBTD). Als Beispiel für eine ECBTD ist in 1 ein extrakorporaler Membranoxygenator (ECMO) dargestellt, der in venös-venöser Konfiguration an den Kreislauf des Patienten angeschlossen ist (vvECMO). Eine efferente Leitung (11) führt desoxygeniertes Blut aus der Vena cavalis inferior zum ECMO-Gerät, und eine afferente Leitung (12) führt sauerstoffangereichertes Blut über die Vena cavalis superior in den Patientenkreislauf zurück. In der Regel werden beide großen Venen durch Kanülierung der Oberschenkelvenen eines Patienten erreicht. Die ECMO kann auch in anderen Konfigurationen eingerichtet werden, z. B. venoarteriell (vaECMO) oder arteriovenös (avECMO). Die ECMO weist eine Pumpe (13) und einen Durchflusssensor (18) auf, der im ersten Kreislauf zwischen der afferenten Leitung (11) und der efferenten Leitung (12) angeordnet ist. Das System weist einen flüssigkeitsgefüllten zweiten Kreislauf auf, der über einen Wärmetauscher (14) mit dem ersten Kreislauf der ECMO thermisch verbunden ist. Wie dargestellt, arbeitet der Wärmetauscher (14) durch indirekte Übertragung von Wärme: Die beiden flüssigkeitsgefüllten Kreisläufe sind durch eine Grenzfläche getrennt, die eine Vermischung des im ersten Kreislauf der ECMO zirkulierenden Patientenbluts mit dem im zweiten Kreislauf zirkulierenden Medium zur Übertragung von Wärme, bei dem es sich in der Regel um Wasser oder eine vergleichbare Flüssigkeit handelt, verhindert. Der Wärmetauscher kann in jeder aus der Technik bekannten Strömungsanordnung (Parallelstrom, Gegenstrom, Kreuzstrom, diffuse Strömung) arbeiten. Der beispielhafte Wärmetauscher arbeitet vorzugsweise im Gegenstrom, wobei die Fluide von entgegengesetzten Enden in den Wärmetauscher eintreten: Die Richtung der Ströme im ersten und zweiten Kreislauf ist durch die Pfeile neben den Kreislauflinien angegeben. Die Temperaturänderungsmittel (15) sind innerhalb des flüssigkeitsgefüllten, zweiten Kreislaufs angeordnet. Die Temperaturänderungsmittel können in jeder aus dem Stand der Technik bekannten Art ausgeführt sein; die beiden in 1 dargestellten flüssigkeitsgefüllten Reservoirs dienen als Beispiel für Temperaturänderungsmittel, die zwischen zwei Flüssigkeiten im Kreislauf 2 mit unterschiedlichen Temperaturen umgeschaltet werden können. Während die Temperatur des einen Reservoirs nahe an der Temperatur des im ersten Kreislauf der ECMO zirkulierenden Blutes des Patienten liegen kann (hier: 38°C], ist das zweite Reservoir (151) mit kalter Flüssigkeit (25°C) gefüllt, die zur Erzeugung einer kontrollierten niedrigeren Temperatur im zweiten Kreislauf verwendet wird. Die Bewegung der Flüssigkeit im zweiten Kreislauf wird durch eine Pumpe (17) erzeugt, die sich im dargestellten Beispiel stromaufwärts des Wärmetauschers (14) befindet. Durch die Überwachung und Steuerung von Parametern der Pumpe (17) im zweiten Kreislauf, wie z.B. Drehzahl und/oder Volumenstrom, relativ zu dem vom Durchflusssensor (18) im ersten Kreislauf erfassten Durchfluss, kann das erfindungsgemäße Computersystem (40) die durch die Temperaturänderungsmittel erzeugten Temperaturänderungen im zweiten Kreislauf und indirekt die im ersten Kreislauf der ECMO induzierten Temperaturänderungen kontrollieren, wie nachstehend erläutert. Das System weist ferner einen Temperatursensor TS2up, der im zweiten Kreislauf stromaufwärts des Wärmetauschers angeordnet ist, und einen Temperatursensor TS2down auf, der im zweiten Kreislauf stromabwärts des Wärmetauschers angeordnet ist, sowie einen Temperatursensor TSpat zum Messung der lokalen Temperatur des Blutes des Patienten an einer geeigneten Stelle im Gefäßsystem des Patienten stromabwärts der ECMO. Wie dargestellt, ist TSpat in einem Gefäß des arteriellen Systems des Patienten, z. B. der Oberschenkelarterie, in einer für TPTD-Messungen geeigneten Konfiguration angeordnet. Die Begriffe „stromabwärts“ und „stromaufwärts“ bezüglich der Anordnung der Temperatursensoren im zweiten Kreislauf beziehen sich auf die jeweilige Strömungsrichtung im zweiten Kreislauf (und auch innerhalb des zugehörigen Teils des Wärmetauschers). Der Begriff „stromabwärts der ECMO“ bezieht sich hier auf einen Ort innerhalb des Arteriensystems des Patienten. Das System umfasst ferner ein Computersystem (40), das einen Monitor umfasst, wobei das Computersystem (40) mit Temperatursensoren (TS2up, TS2down, TSpat) und den Temperaturänderungsmitteln verbunden ist. Wie hier gezeigt, ist das Computersystem mit Schaltmitteln (16) verbunden, die zwischen den beiden mit Flüssigkeit gefüllten Behältern der Temperaturänderungsmittel umschalten können, so dass eine Temperaturänderung, z.B. ein Temperaturbolus, im zweiten Kreislauf erzeugt wird. Diese Temperaturänderung im zweiten Kreislauf ruft über die trennende, wärmeleitende Wand des Wärmetauschers eine wandernde Temperaturabweichung im ersten Kreislauf hervor, d.h. die thermische, die z.B. ein kalter Bolus im zweiten Kreislauf mit sich führt, wird über den Wärmetauscher auf den ersten Kreislauf übertragen.
In einem idealen Wärmetauscher gibt es keinen Temperaturgradienten über die Wärmeübertragungsfläche; in tatsächlichen Konfigurationen des Systems der vorliegenden Erfindung, in denen der Wärmeaustausch nicht durch z. B. eine zwischengeschaltete Gasaustauschmembran oder ähnliches behindert wird, wird die Wärmeübertragung zwischen dem flüssigkeitsgefüllten zweiten und dem ersten Kreislauf als nahezu vollständig angesehen. Der kardiovaskuläre Parameter des Patienten wird anschließend durch das Computersystem (40), vorzugsweise durch TPTD, aus der Analyse der Beziehung von T2up(t), T2down(t) und Tpat(t) bestimmt. Wie oben beschrieben, kann der kardiovaskuläre Parameter auch in einem System ermittelt werden, das nur Temperatursensoren TS2 up und TS2 down aufweist. Hier ist das Computersystem dazu ausgelegt, eine Beziehung zwischen T2up(t) und T2down(t)1 zu berechnen, um die Merkmale der zeitabhängigen Temperaturänderungen zu bestimmen und zu kontrollieren, die von den Temperaturänderungsmitteln erzeugt werden, wobei T2down(t)1 aus den von TS2down zu einem ersten Zeitpunkt gemessenen Temperaturdaten abgeleitet wird. Anschließend kann der kardiovaskuläre Parameter aus dem Verhältnis von T2up(t) und T2down(t)2) bestimmt werden, wobei T2down(t)2 aus den von TS2down zu einem zweiten Zeitpunkt gemessenen Temperaturdaten abgeleitet wird. Das Beispielsystem weist zusätzlich einen Temperatursensor TS1up auf, der in der afferenten Leitung des ersten Kreislaufs der ECMO stromaufwärts des Wärmetauschers (14) angeordnet ist. Das Computersystem ist mit dem Temperatursensor TS1up verbunden und ist dazu ausgelegt, die Temperatur vom Temperatursensor TS1up als Funktion der Zeit aufzuzeichnen, um die Kalibrierung, die Berechnung der kardiovaskulären Parameter und die Rezirkulation von Blut im Falle einer vvECMO zu verbessern. Das Computersystem (40) ist dazu ausgelegt, eine Beziehung zwischen T2up(t), T2down(t) und Tpat(t) berechnen, um den kardiovaskulären Parameter, z.B. das Herzzeitvolumen, zu bestimmen. Insbesondere in den Fällen, in denen es sich bei der ECBTD um ein vvECMO-Gerät handelt (wie hier gezeigt), das hohe Durchflussraten erfordert, wirkt sich die Rezirkulation des Blutes auf Tpat(t) aus - ein Problem, das die Genauigkeit der Bestimmung der kardiovaskulären Parameter durch die TPTD verringern kann. Daher kann die mit dem Anteil der Rezirkulation zusammenhängende Temperaturabweichung bestimmt werden, indem T1up(t) zu T2up(t) und T2down(t) in Beziehung gesetzt wird, um T_ECBTD, die mit der ECBTD verbundene Temperaturabweichung, abzuleiten. Die Berücksichtigung der Rezirkulation ermöglicht eine genauere Bestimmung des kardiovaskulären Parameters, indem eine Beziehung zwischen T2up(t), T2down(t), T_ECBTD und Tpat(t) berechnet wird. Somit ermöglicht das erfindungsgemäße System in vorteilhafter Weise die effiziente Erkennung und Korrektur eines Indikatorverlustes aufgrund des extrakorporalen Kreislaufs, so dass Fehler bei der Bestimmung von kardiovaskulären Parametern, z.B. von CO, während einer extrakorporalen Blutbehandlung, z. B. während einer ECMO-Behandlung, minimiert werden können.
Literatur:

Wietasch, G. J., Mielck, F., Scholz, M., Von Spiegel, T., Stephan, H., & Hoeft, A. (2000). Bedside assessment of cerebral blood flow by double-indicator dilution technique. Anesthesiology: The Journal of the American Society of Anesthesiologists, 92(2), 367-367.

Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung zur extrakorporalen Blutbehandlung, ECBTD
11: afferente Leitung, zur ECBTD
12: efferente Leitung, von ECBTD
13: Pumpe im ersten Kreislauf
14: Wärmetauscher
15: Temperaturänderungsmittel
151: mit Flüssigkeit gefüllter Behälter
16: Schaltmittel
17: Pumpe im zweiten Kreislauf
18: Durchflusssensor, erster Kreislauf
40: Computersystem

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1139867 A1 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

G. J., Mielck, F., Scholz, M., Von Spiegel, T., Stephan, H., & Hoeft, A. (2000). Bedside assessment of cerebral blood flow by double-indicator dilution technique. Anesthesiology: The Journal of the American Society of Anesthesiologists, 92(2), 367-367 [0029]

Claims

System zum Bestimmen eines kardiovaskulären Parameters bei einem Patienten, wobei das System dazu ausgelegt ist, in Verbindung mit einer extrakorporalen Blutbehandlungsvorrichtung (ECBTD, 10) zu funktionieren, die über eine afferente Leitung (11) und eine efferente Leitung (12) mit dem Gefäßsystem eines Patienten verbindbar ist, wobei die ECBTD (10) einen ersten Kreislauf mit mindestens einer Pumpe (13) aufweist, die zwischen der afferenten (11) und der efferenten Leitung (12) angeordnet ist, um das Blut des Patienten zu pumpen, wobei das System aufweist: a) einen flüssigkeitsgefüllten zweiten Kreislauf, der über einen Wärmetauscher thermisch mit dem ersten Kreislauf des EC BTD verbunden ist, b) Temperaturänderungsmittel zum Erzeugen einer kontrollierten Temperaturänderung im zweiten Kreislauf, c) einen im zweiten Kreislauf stromaufwärts des Wärmetauschers angeordneten Temperatursensor TS2up und einen im zweiten Kreislauf stromabwärts des Wärmetauschers angeordneten Temperatursensor TS2down, d) ein mit den Temperatursensoren TS2up und TS2down und den Temperaturänderungsmitteln verbundenes Rechnersystem (40), das dazu eingerichtet ist, über die Temperaturänderungsmittel eine Temperaturänderung innerhalb des ersten Kreislaufs der ECBTD zu bewirken, die Temperatur jeweils als Funktion der Zeit aufzuzeichnen und die jeweiligen Temperaturkurven T2up(t) und T2down(t) auszuwerten, wobei das Computersystem ferner dazu ausgelegt ist, eine Beziehung von T2up(t) und T2down(t)1 zu berechnen, um die Charakteristika der durch die Temperaturänderungsmittel erzeugten zeitabhängigen Temperaturänderungen zu bestimmen und zu kontrollieren, wobei T2down(t)1 aus von TS2down zu einem ersten Zeitpunkt gemessenen Temperaturdaten abgeleitet wird, und um den kardiovaskulären Parameter des Patienten aus der Beziehung von T2up(t) und T2down(t)2 zu bestimmen, wobei T2down(t)2 aus von TS2down zu einem zweiten Zeitpunkt gemessenen Temperaturdaten abgeleitet wird.
System gemäß Anspruch 1, zusätzlich aufweisend einen Temperatursensor TSpat zum Messen der lokalen Temperatur des Blutes des Patienten an einer Stelle des Gefäßsystems des Patienten stromabwärts der ECBTD, wobei das Computersystem (40) ferner mit TSpat verbunden ist und ferner dazu ausgelegt ist, Tpat als Funktion der Zeit aufzuzeichnen und die Temperaturkurve Tpat(t) auszuwerten, und den kardiovaskulären Parameter des Patienten aus der Beziehung von T2up(t), T2down(t)1 und Tpat(t) zu bestimmen.
System gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Temperaturänderungsmittel periodisch eine kontrollierte Temperaturänderung im ersten Kreislauf der ECBTD bewirken.
System gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Temperaturänderungsmittel einen Temperaturbolus erzeugen.
System gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Computersystem so ausgelegt ist, dass es mindestens eine Pumpe im zweiten Kreislauf steuert, wobei die mindestens eine Pumpe im zweiten Kreislauf mit den Temperaturänderungsmitteln verbunden ist, so dass die Fördergeschwindigkeit der mindestens einen Pumpe im zweiten Kreislauf so ausgelegt ist, dass sie eine steile Temperaturänderung erzeugt.
System gemäß Anspruch 5, wobei die mindestens eine Pumpe im zweiten Kreislauf stromaufwärts des Wärmetauschers angeordnet ist.
System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperaturänderungsmittel stromabwärts der mindestens einen Pumpe im ersten Kreislauf angeordnet sind.
System gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Temperaturänderungsmittel Schaltmittel zum Umschalten zwischen mindestens zwei unterschiedlichen Temperaturen umfassen.
System gemäß Anspruch 8, wobei die Schaltmittel so eingerichtet sind, dass sie zwischen mindestens zwei verschiedenen mit Flüssigkeit gefüllten Behältern umschalten.
System gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei es sich bei der ECBTD um eine Vorrichtung für einen extrakorporalen Membranoxygenator (ECMO) handelt.
System nach Anspruch 10, wobei die Temperaturänderungsmittel in einem Oxygenator des ECMO enthalten sind.
System gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Pumpe des ECBTD eine Flussrate von ) 200 ml / min bereitstellt.
System gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, zusätzlich aufweisend einen in der afferenten Leitung des ersten Kreislaufs der ECBTD stromaufwärts des Wärmetauschers angeordneten Temperatursensor TS1up, wobei das Computersystem mit dem Temperatursensor TS1up verbunden und dazu ausgelegt ist, die Temperatur vom Temperatursensor TS1up als Funktion der Zeit aufzuzeichnen und eine Temperaturkurve T1up(t) auszuwerten, um eine der ECBTD zugeordnete Temperaturabweichung TECBTD zu bestimmen.
System gemäß Anspruch 13, wobei das Computersystem dazu eingerichtet ist, eine Beziehung von T2up(t), T2down(t), TECBTD und Tpat(t) zu berechnen, um das Herzzeitvolumen zu bestimmen.
System gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der kardiovaskuläre Parameter das Herzzeitvolumen (CO), das extravaskuläre Lungenwasser (EVLW), das globale enddiastolische Volumen (GEDV) oder die systemische Organperfusion und davon abgeleitete Indizes ist.
Verfahren zur Bestimmung eines kardiovaskulären Parameters unter Verwendung des Systems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, umfassend die Schritte a) Induzieren einer Temperaturänderung im ersten Kreislauf der ECBTD, wobei die Temperaturabweichung zum Induzieren der Temperaturänderung durch die Temperaturänderungsmittel im zweiten Kreislauf erzeugt wird, wobei der erste Kreislauf der ECBTD über einen Wärmetauscher mit dem zweiten Kreislauf thermisch gekoppelt ist, b) Erfassen einer Temperatur T2up im zweiten Kreislauf mittels eines im zweiten Kreislauf stromaufwärts des Wärmetauschers angeordneten Temperatursensors TS2up, und Erfassen einer Temperatur T2down im zweiten Kreislauf mittels eines im zweiten Kreislauf stromabwärts des Wärmetauschers angeordneten Temperatursensors TS2down, c) Bestimmen der zeitabhängigen Änderung der Temperaturdurch Berechnen einer Beziehung von T2up(t) und T2down(t)1, wobei T2down(t)1 von Temperaturdaten abgeleitet wird, die von TS2down zu einem ersten Zeitpunkt gemessen werden, und Bestimmen des kardiovaskulären Parameters des Patienten aus der Beziehung von T2up(t) und T2down(t)2, wobei T2down(t)2 von Temperaturdaten abgeleitet wird, die von TS2down zu einem zweiten Zeitpunkt gemessen werden.
Verfahren gemäß Anspruch 16, das zusätzlich die Schritte umfasst b') Erfassen einer lokalen Temperatur Tpat des Blutes des Patienten mit Hilfe eines Temperatursensors TSpat, der an einer Stelle des Gefäßsystems des Patienten stromabwärts der ECBTD angeordnet ist, und c') Bestimmen des kardiovaskulären Parameters des Patienten aus dem Verhältnis von T2up(t) und T2down(t)1 und Tpat(t).
Computersystem, das dazu ausgelegt ist, in Verbindung mit einem System zur Bestimmung eines kardiovaskulären Parameters gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 zu funktionieren, wobei das Computersystem Verbindungsmittel zum Verbinden des Computersystems mit den Temperatursensoren TS2up und TS2down und mit den Temperaturänderungsmitteln und Zugriffsmittel zum Zugriff auf ausführbare Befehle umfasst, um das Computersystem zu veranlassen a) Temperaturänderungsmittel im zweiten Kreislauf zu steuern, um eine kontrollierte Temperaturänderung im zweiten Kreislauf zu erzeugen, b) die von den Temperatursensoren TS2up und TS2down gemessenen Temperaturen T2up und T2down als Funktion der Zeit zu überwachen und die jeweiligen Temperaturkurven T2up(t) und T2down(t) zu bestimmen, und c) eine Relation von T2up(t) und T2down(t)1 zu berechnen, um die Charakteristika der von den Temperaturänderungsmitteln erzeugten zeitabhängigen Änderung der Temperatur zu bestimmen, wobei T2down(t)1 aus von TS2down zu einem ersten Zeitpunkt gemessenen Temperaturdaten abgeleitet wird, und den Herz-Kreislauf-Parameter des Patienten aus einer Relation von T2up(t) und T2down(t)2 zu bestimmen, wobei T2down(t)2 aus von TS2down zu einem zweiten Zeitpunkt gemessenen Temperaturdaten abgeleitet wird.
Nichtflüchtiges, computerlesbares Speichermedium mit gespeicherten Daten, die Instruktionen zur Bestimmung eines kardiovaskulären Parameters in einem System nach einem der Ansprüche 1 bis 15 darstellen, wobei die Instruktionen von einem Computersystem lesbar sind, um das Computersystem dazu zu veranlassen, a) die Temperaturänderungsmittel in dem zweiten Kreislauf zu steuern, um eine kontrollierte Temperaturänderung in dem zweiten Kreislauf zu erzeugen, b) die mit den Temperatursensoren TS2up und TS2down gemessenen Temperaturen T2up und T2down als eine Funktion der Zeit (t) zu überwachen und die entsprechenden Temperaturkurven T2up(t), T2down(t) zu bestimmen, und c) eine Beziehung von T2up(t) und T2down(t)1 zu berechnen, um die Charakteristika der zeitabhängigen Änderung der Temperatur, die durch die Temperaturänderungsmittel erzeugt wird, zu bestimmen, wobei T2down(t)1 von Temperaturdaten abgeleitet wird, die durch TS2down zu einem ersten Zeitpunkt gemessen werden, und um den kardiovaskulären Parameter des Patienten aus einer Beziehung von T2up(t) und T2down(t)2 zu bestimmen, wobei T2down(t)2 von Temperaturdaten abgeleitet wird, die durch TS2down zu einem zweiten Zeitpunkt gemessen werden.