DE19831385A1 - Verfahren zur Bestimmung von Parametern der Hämodialyse und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Bestimmung von Parametern der Hämodialyse und Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Bestimmung von Parametern der Hämodialyse während einer extrakorporalen Blutbehandlung beschrieben, bei der das zu behandelnde Blut in einem extrakorporalen Kreislauf die Blutkammer eines durch eine semipermeable Membran in die Blutkammer und eine Dialysierflüssigkeitskammer unterteilten Dialysators durchströmt und Dialysierflüssigkeit in einem Dialysierflüssigkeitsweg die Dialysierflüssigkeitskammer des Dialysators durchströmt. Das Verfahren beruht auf der Bestimmung der Antwort des Dialysators auf einen Diracstoß als Eingangssignal (Stoßantwort) aus dem zeitlichen Verlauf der physikalischen oder chemischen Kenngröße der Dialysierflüssigkeit stromauf und stromab des Dialysators. Zur Bestimmung der Parameter der Hämodialyse werden angenommene Werte für die Kenngröße stromauf des Dialysators und die sich im Dialysierflüssigkeitsweg stromab des Dialysators einstellenden Werte für die Kenngröße herangezogen, die mittels der Stoßantwort (Übertragungsfunktion) berechnet werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Parametern der Hämodialyse
während einer extrakorporalen Blutbehandlung sowie eine Vorrichtung zur Durchfüh
rung des Verfahrens.
Eine wesentliche Aufgabe der Nieren des Menschen liegt in der Absonderung harn
pflichtiger Stoffe aus dem Blut und der Regelung der Wasser- und Elektrolyt-Ausschei
dung. Die Hämodialyse stellt ein Behandlungsverfahren zur Kompensation von Fehl
funktionen der Nieren bezüglich der Entfernung der harnpflichtigen Stoffe und der
Einstellung der Elektrolyt-Konzentration im Blut dar.
Das Blut wird bei der Hämodialyse in einem extrakorporalen Kreislauf durch die Blut
kammer eines Dialysators geleitet, die über eine semipermeable Membran von einer
Dialysierflüssigkeitskammer getrennt ist. Die Dialysierflüssigkeitskammer wird von
einer die Blutelektrolyte in einer bestimmten Konzentration enthaltenen Dialysierflüs
sigkeit durchströmt. Die Stoffkonzentration (cd) der Dialysierflüssigkeit entspricht der
Konzentration des Blutes eines Gesunden. Während der Behandlung wird das Blut des
Patienten und die Dialysierflüssigkeit an beiden Seiten der Membran im allgemeinen im
Gegenstrom mit einer vorgegebenen Flußrate (Qb bzw. Qd) vorbeigeführt. Die harn
pflichtigen Stoffe diffundieren durch die Membran von der Blutkammer in die Kammer
für Dialysierflüssigkeit, während gleichzeitig im Blut und in der Dialysierflüssigkeit
vorhandene Elektrolyte von der Kammer höherer Konzentration zur Kammer niedrige
rer Konzentration diffundieren. Durch Anlegen eines Transmembrandrucks kann der
Stoffwechsel zusätzlich beeinflußt werden.
Um das Blutbehandlungsverfahren optimieren zu können, ist die Bestimmung von
Parametern der Hämodialyse während der extrakorporalen Blutbehandlung (in-vivo)
notwendig. Von Interesse ist insbesondere der Wert für die Austauschleistung des
Dialysators, die durch die sogenannte "Clearance" bzw. "Dialysance D" dargestellt
wird.
Als Clearance für einen bestimmten Stoff K wird dasjenige virtuelle (errechnete) Blut
volumen bezeichnet, das pro Minute unter definierten Bedingungen im Dialysator
vollkommen von einem bestimmten Stoff befreit wird. Die Dialysance ist ein weiterer
Begriff zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit eines Dialysators, bei dem die Konzen
tration der eliminierten Substanz in der Dialysierflüssigkeit berücksichtigt wird. Neben
diesen Parametern zur Beschreibung der Leistungsfähigkeit des Dialysators sind noch
andere Parameter von Bedeutung, wie die Werte des wäßrigen Anteils des Blutes, des
Blutvolumens und der Bluteingangskonzentration etc.
Die meßtechnisch-mathematische Quantifizierung der Blutreinigungsverfahren und die
Bestimmung der vorgenannten Parameter der Dialyse ist relativ komplex. Hinsichtlich
der Berechnungsgrundlagen wird auf Sargent, J. A., Gotch. F. A.,: Principles and
biophysics of dialysis, in: Replacement of Renal Function by Dialysis, W. Drukker,
F. M. Parsons, J. F. Maher (Hrsg). Nijhoff, Den Haag 1983 verwiesen.
Die Dialysance bzw. die Clearance kann für einen gegebenen Elektrolyten, beispiels
weise Natrium, bei einer Ultrafiltrationsrate von Null wie folgt bestimmt werden. Die
Dialysance D ist gleich dem Verhältnis zwischen dem blutseitigen Massentransport für
diesen Elektrolyten (Qb×(cbi-cbo)) und der Konzentrationsdifferenz dieses Elektroly
ten zwischen dem Blut und der Dialysierflüssigkeit am jeweiligen Eingang des Dialysa
tors (cbi-cdi).
Aus Gründen der Massenbilanz gilt:
Qb.(cbi - cbo) = -Qd.(cdi - cdo) (2).
Aus den beiden oben genannten Gleichungen (1) und (2) folgt:
Dabei bedeuten in (1) bis (3):
Qb = effektiver Blutfluß
Qd = Dialysierflüssigkeitsfluß
cb = Stoffkonzentration im Blut
cd = Stoffkonzentration in der Dialysierflüssigkeit
i = Eingang des Dialysators
o = Ausgang des Dialysators.
Qb = effektiver Blutfluß
Qd = Dialysierflüssigkeitsfluß
cb = Stoffkonzentration im Blut
cd = Stoffkonzentration in der Dialysierflüssigkeit
i = Eingang des Dialysators
o = Ausgang des Dialysators.
Der effektive Blutfluß ist der Fluß des Blutanteils, in dem die zu entfernenden Stoffe
gelöst sind, d. h., er bezieht sich auf das (wäßrige) Lösungsvolumen für diesen Stoff. Je
nach Stoff kann das der Plasmawasserfluß oder der Blutwasserfluß, d. h. der gesamte
Wasseranteil im Vollblut sein.
Die bekannten Verfahren zur in-vivo-Bestimmung von Parametern der Hämodialyse
basieren auf den obigen Überlegungen. Dabei besteht das Bestreben, ohne einen direk
ten Meßeingriff in die Blutseite auszukommen, da dieser nämlich eine nicht unerhebli
che Gefahrenquelle darstellt. Die zu bestimmenden Größen sollen daher allein aus
dialysatseitigen Messungen abgeleitet werden.
Die DE 39 38 662 C2 (EP 0 428 927 A1) beschreibt ein Verfahren zur in-vivo-Bestim
mung von Parametern der Hämodialyse, bei dem der Dialysat-Elektrolyttransfer jeweils
bei zwei unterschiedlichen Dialysateingangskonzentrationen gemessen wird. Unter der
Annahme, daß die Bluteingangskonzentration konstant ist, wird nach dem bekannten
Verfahren die Dialysance dadurch bestimmt, daß die Differenz zwischen den Differen
zen der Dialysierflüssigkeits-Ionenkonzentration an der Eingangsseite und der
Ausgangsseite des Dialysators zum Zeitpunkt der ersten und zweiten Messung bestimmt
wird, diese durch die Differenz der Dialysierflüssigkeits-Ionenkonzentration an der
Eingangsseite zum Zeitpunkt der ersten Messung und der zweiten Messung geteilt wird
und mit dem Dialysierflüssigkeitsfluß multipliziert wird. Bei diesem Verfahren erweist
sich die verhältnismäßig lange Meßzeit als nachteilig, die darauf zurückzuführen ist,
daß nach dem Einstellen der Dialysierflüssigkeit auf den neuen Eingangskonzentrations
wert sich am Dialysatorausgang erst ein stabiler Gleichgewichtszustand einstellen muß,
bevor der neue Meßwert aufgenommen werden kann. Es dauert systembedingt einen
gewissen Zeitraum, bis ein Leitfähigkeitssprung am Dialysatoreingang zu stabilen
Verhältnissen am Dialysatorausgang führt. Darüber hinaus ist auch ein relativ langer
Zeitraum erforderlich, um geräteseitig einen konstanten Wert für die Dialysierflüssig
keitseingangskonzentration einzustellen.
In dem Aufsatz von Niels A. Lassen, Ole Henriksen, Per Sejrsen in Handbook of
Physiology, The Cardiovascular System, Vol. 3, Peripheral Circulation and Organ
Blood Flow, Part I, American Physiological Society, 1983, wird die Bolusantwort
eines intrakorporalen Kreislaufs auf eine Injektion und eine anschließende Messung der
Konzentration näher behandelt, wobei Fragen der Signalfaltung eine wichtige Rolle
spielen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das eine schnelle
Bestimmung von Parametern der Hämodialyse während einer extrakorporalen Blutbe
handlung erlaubt. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Patentanspruch 1 bzw. 5 angegebenen
Merkmalen.
Das beanspruchte Verfahren beruht auf der Bestimmung der Antwort des Dialysators
auf einen Diracstoß als Eingangssignal (Stoßantwort) aus dem zeitlichen Verlauf der
physikalischen oder chemischen Kenngröße der Dialysierflüssigkeit stromauf und dem
zeitlichen Verlauf der physikalischen oder chemischen Kenngröße stromab des Dialysa
tors. Der hämodynamische Parameter wird dann aus der Stoßantwort des Dialysators
bestimmt.
Die Stoßantwort des Dialysators kann bei einem beliebigen zeitlichen Verlauf der phy
sikalischen oder chemischen Kenngröße stromauf oder stromab des Dialysators
bestimmt werden. Prinzipiell ist es aber auch möglich, die Stoßantwort mit hinreichen
der Genauigkeit dadurch zu bestimmen, daß bei einem genügend scharfen Eingangs
impuls am Dialysatoreingang der zeitliche Verlauf der physikalischen oder chemischen
Kenngröße stromab des Dialysators gemessen wird.
Bei dem beanspruchten Verfahren wird eine physikalische oder chemische Kenngröße
der Dialysierflüssigkeit, z. B. die Stoffkonzentration in der Dialysierflüssigkeit zur
Bestimmung der Dialysance D, im Dialysierflüssigkeitsweg stromauf des Dialysators
verändert und die Kenngröße wird stromab des Dialysators gemessen. Die physika
lische oder chemische Kenngröße sollte dabei auf physiologisch vertretbare Werte
eingestellt werden. Durch den beschleunigten Ablauf der Messung werden Auswirkun
gen auf die Dialysebehandlung noch effizienter als beim Stand der Technik vermieden.
Sofern die Änderung der Kenngröße stromauf des Dialysators in ihrem zeitlichen Ver
lauf nicht bekannt ist, wird die Kenngröße auch stromauf des Dialysators gemessen. Zu
den veränderbaren physikalischen oder chemischen Kenngrößen zählen auch die Dichte,
der Brechungsindex, die Leitfähigkeit, die Temperatur oder die Dialysierflüssigkeits
rate.
Nach Kenntnis der Stoßanwort (Übertragungsfunktion) können beliebige Werte für die
physikalische oder chemische Kenngröße stromauf des Dialysators angenommen und
die entsprechenden Werte der Kenngröße stromab des Dialysators berechnet werden.
Zur Bestimmung eines Parameters der Hämodialyse werden dann die angenommenen
Werte für die Kenngröße stromauf und die berechneten Werte für die Kenngröße stro
mab des Dialysators herangezogen. Dabei kann auf die bekannten Gleichungen zur
Bestimmung beispielsweise der Dialysance D oder der Bluteingangskonzentration cbi
als hämodynamischer Parameter zurückgegriffen werden.
Mit dem Verfahren kann ein Parameter der Hämodialyse, z. B. die Dialysance D, auch
dann bestimmt werden, wenn sich ein Gleichgewichtszustand noch nicht eingestellt hat.
Daher sind nur kurze Meßzeiten erforderlich. Da es bei längeren Meßzeiten, die bei
den bekannten Verfahren zur Bestimmung von hämodynamischen Parametern erforder
lich sind, zu einer systematischen Veränderung der hämodynamischen Parameter wäh
rend der Messung kommen kann, sind kurze Meßzeiten von Vorteil. Darüber hinaus
sind mit dem Verfahren auch kontinuierliche Messungen möglich.
Die physikalische oder chemische Kenngröße der Dialysierflüssigkeit stromauf bzw.
stromab des Dialysators kann die Stoffkonzentration in der Dialysierflüssigkeit stro
mauf des Dialysators (Dialysierflüssigkeitseingangskonzentration cdi) bzw. stromab des
Dialysators (Dialysierflüssigkeitsausgangskonzentration cdo) sein. Zur Bestimmung
dieser Stoffkonzentrationen wird vorteilhafterweise die Leitfähigkeit der Dialysierflüs
sigkeit gemessen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden zur Bestimmung der Dialy
sance D als hämodynamischer Parameter zwei Werte für die Dialysierflüssigkeitsein
gangskonzentration angenommen und die sich bei diesen Werten im Dialysierflüssig
keitsweg stromab des Dialysators einstellenden Dialysierflüssigkeitsausgangskonzen
trationen berechnet. Dann wird die Differenz zwischen der Differenz des ersten an
genommenen Wertes für die Dialysierflüssigkeitseingangskonzentration und des berech
neten Werten für die Dialysierflüssigkeitsausgangskonzentration und der Differenz des
zweiten angenommenen Wertes für die Dialysierflüssigkeitseingangskonzentration und
des berechneten Wertes für die Dialysierflüssigkeitsausgangskonzentration durch die
Differenz zwischen dem ersten und zweiten angenommenen Wert für die Dialysier
flüssigkeitseingangskonzentration geteilt und der ermittelte Quotient zur Bestimmung
der Dialysance D mit der Flußrate Qd der Dialysierflüssigkeit multipliziert.
Nachfolgend werden das erfindungsgemäße Verfahren sowie eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit der das
erfindungsgemäße Verfahren zur in-vivo-Bestimmung von Parametern
der Hämodialyse durchgeführt wird,
Fig. 2a ein Gaußsignal als Beispielfunktion für eine Veränderung der Dialysier
flüssigkeitseingangskonzentration und
Fig. 2b die Antwort des Dialysators auf das Gaußsignal von Fig. 2a.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung von Parametern der Hämodialyse
kann eine separate Baugruppe bilden. Sie kann aber auch Bestandteil einer Dialysevor
richtung sein, zumal einige Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung in den
bekannten Dialysevorrichtungen bereits vorhanden sind. Nachfolgend wird die erfin
dungsgemäße Vorrichtung zusammen mit den wesentlichen Komponenten der Dialyse
vorrichtung beschrieben.
Die Dialysevorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Dialysierflüssigkeitsteil 1
und einem extrakorporalen Blutkreislauf 2. Der extrakorporale Kreislauf umfaßt einen
arteriellen Zweig 3, die Blutkammer 4 des Dialysators 5 und einen venösen Zweig 6.
Im arteriellen Zweig 3 ist eine Blutpumpe 7 angeordnet, die einen bestimmten Blutfluß
im extrakorporalen Kreislauf vorgibt.
Die durch eine semipermeable Membran 8 von der Blutkammer 4 getrennte Dialysier
flüssigkeitskammer 9 des Dialysators ist über eine Zuführleitung 10 mit einer Dialy
sierflüssigkeitsquelle 11 verbunden. Eine Abführleitung 12, in die eine die Flußrate der
Dialysierflüssigkeit vorgebende Dialysierflüssigkeitspumpe 13 geschaltet ist, führt in
einen Abfluß 14.
In der Zuführleitung 10 und der Abführleitung 12 ist jeweils eine Meßeinrichtung 15,
16 zur Bestimmung der Ionenkonzentration der Dialysierflüssigkeit am Eingang des
Dialysators 5 und der Stoffkonzentration der Dialysierflüssigkeit am Ausgang des
Dialysators angeordnet. Die Meßeinrichtungen 15, 16 zur Bestimmung der Dialysier
flüssigkeitseingangs- und -ausgangskonzentration weisen stromauf und stromab des
Dialysators 8 angeordnete Leitfähigkeitssensoren auf, die vorzugsweise die temperatur
korrigierte Leitfähigkeit der Dialysierflüssigkeit auf der Basis der Na-Konzentration
messen. Anstelle von Leitfähigkeitssensoren können auch optische oder andere Senso
ren zur Messung der Dialysierflüssigkeitseingangs- bzw. -ausgangskonzentration im
Dialysierflüssigkeitsweg angeordnet sein. Die Leitfähigkeitssensoren sind über Daten
leitungen 17, 18 mit einer Speichereinheit 19 verbunden. Die Speichereinheit 19 emp
fängt die Meßwerte der Sensoren und speichert diese in zeitlicher Abfolge ab. Über
eine Datenleitung 20 werden die Meßwerte einer Rechen- und Auswerteeinheit 21
zugeführt, die in einem Mikroprozessor aus den gewonnenen Daten die Parameter der
Hämodialyse bestimmt. Ein derartiger Mikroprozessor ist in der Regel in einem Dialy
segerät bereits vorhanden.
Zur Veränderung der Na-Konzentration der Dialysierflüssigkeit im Dialysierflüssig
keitsweg stromauf des Dialysators 5 ist eine Einrichtung 22 vorgesehen, die in Fig. 1
nur schematisch dargestellt ist. Mit der Einrichtung 22 kann der in den Dialysator
fließenden Dialysierflüssigkeit ein Konzentratbolus aufgegeben werden. Der Ablauf der
Messung wird von einer Steuereinheit 24 gesteuert, die über eine Signalleitung 23 mit
der Einrichtung 22 zur Aufgabe eines Konzentratbolus verbunden ist.
Wenn die Bluttemperatur als hämodynamischer Parameter bestimmt werden soll, finden
anstelle der Leitfähigkeitssensoren Temperatursensoren Verwendung, die im Dialysier
flüssigkeitsweg stromauf bzw. stromab des Dialysators 5 angeordnet sind. Die Ein
richtung 22 zur Veränderung der physikalischen oder chemischen Kenngröße im Dialy
sierflüssigkeitsweg stromauf des Dialysators ist in diesem Fall eine Heizeinrichtung zur
Erzeugung eines Temperatursprungs.
Die Dialysierflüssigkeit durchströmt die Dialysierflüssigkeitskammer 9 mit einer durch
die Drehzahl der Pumpe 13 vorgegebenen Flußrate Qd und der mittels der Einrichtung
22 veränderbaren Eingangskonzentration cdi, die mittels des stromauf angeordneten
Leitfähigkeitssensors 15 erfaßt wird. Die sich bei der Dialyse einstellende Ausgangs
konzentration cdo der Dialysierflüssigkeit wird mittels des stromab angeordneten Leit
fähigkeitssensors 16 erfaßt.
Zum besseren Verständnis werden die theoretischen Grundlagen des Verfahrens zu
Bestimmung der Hämodialyseparameter nachfolgend im einzelnen erläutert.
Fig. 2a zeigt ein Elektrolyt-Konzentrations-Bolus an der Eingangsseite des Dialysators,
der zum Zeitpunkt t=0 appliziert wird. Seine Dauer ist klein gegenüber der Flußzeit
der Dialysierflüssigkeit durch den Dialysator, wobei seine Grundlinie der vorgegebenen
Soll-Konzentration des betrachteten Elektrolyts entspricht.
Der Konzentratbolus läßt sich durch eine Leitfähigkeitsmessung der Dialysierflüssigkeit
stromauf und stromab des Dialysators nachweisen. Der am Dialysatoreingang angeord
nete Leitfähigkeitssensor 15 mißt ein Flüssigkeitselement dV, das den Leitfähigkeits
impuls trägt, als scharfen Impuls. Das Flüssigkeitselement dV gelangt dann durch das
aus dem Schlauchzulauf, dem Dialysator und dem Schlauchablauf gebildete System zu
dem stromab des Dialysators angeordneten Leitfähigkeitssensor 16. Das Maximum des
Impulses benötigt dazu die Zeit ttot, wobei der Impuls durch die unterschiedliche Lauf
zeit der Einzelteilchen verbreitert wird und nun die Form der in Fig. 2b dargestellten
Funktion g(t-ttot) hat, wobei auch hier die Grundlinie der vorangegangenen stationären
Situation entspricht.
Zum besseren Verständnis sei hinzugefügt, daß sich die folgenden Faltungsintegrale der
Einfachheit halber auf die Abweichungen von cdo(t) und cdi(t) vor diesen Grundlinien
beziehen.
Für die Beziehung zwischen dem zeitlichen Verlauf der Dialysierflüssigkeitsausgangs
konzentration cdo(t) und der Dialysierflüssigkeitseingangskonzentration cdi(t) kann das
folgende Faltungsintegral formuliert werden:
In dem obigen Faltungsintegral ist tg die Zeitspanne, die eine Impulsantwort auf der
Ausgangsseite benötigt, um von ihrem Maximum unter die halbe Meßgenauigkeit ab
zufallen oder anzusteigen. Für die Zeit tg gilt:
wobei M die geforderte Meßgenauigkeit ist.
Durch Faktorierung der Übertragungsfunktion in T(t',t)=f(t').g(t-t') läßt sich Gl. (4)
in G. (6) umschreiben:
Die Funktion f(t) ist ein zeitlich veränderlicher Korrekturfaktor, der den Teilchenver
lust/-gewinn berücksichtigt. Unter der Annahme zeitlich konstanter Teilchenverluste
oder -gewinne im Dialysator ist f(t) konstant. Für den Fall, daß es zu keinem Teilchen
austausch kommt, ist f(t) gleich 1. Die Funktion g(t) ist auf 1 normiert und gibt die
Verbreitung eines Dirac-Stoßes wieder.
Der zeitliche Verlauf der Dialysierflüssigkeitseingangs- und -ausgangskonzentration
cdi(t) und cdo(t) kann durch die Leitfähigkeitssensoren stromauf und stromab des Dia
lysators ermittelt werden. Ebenso kann die Zeit tg gemessen werden. Die Stoßantwort
kann über jeden beliebigen Eingangsbolus und eine anschließende Laplace-Transforma
tion entfaltet werden. Das bedeutet insbesondere, daß keine vorherige, getrennte Mes
sung zur Bestimmung der Stoßantwort erforderlich ist. Vielmehr kann die Stoßantwort
direkt aus den Meßdaten abgeleitet werden. Die Stoßantwort T(t,t') kann aber auch
durch eine vorausgehende Messung der Dialysierflüssigkeitsausgangskonzentration
ermittelt werden, wenn auf die in den Dialysator fließende Dialysierflüssigkeit mittels
der Einrichtung 22 ein sehr schmaler (idealerweise infinitesimaler) Elektrolyt-Konzen
trations-Bolus aufgegeben wird.
Die Zeit ttot kann über das Maximum der Korrelationsfunktion K der zeitlichen Ver
läufe von der Dialysierflüssigkeitseingangs- und ausgangskonzentration cdi(t) und cdo(t)
bis zum Zeitpunkt t erhalten werden, wenn die Funktionen cdi(t) und cdo(t) zeitlich
gegeneinander um die Zeit tv verschoben werden, wobei sich die Korrelationsfunktion
K(tv) wie folgt berechnet.
wobei cdimittel der Mittelwert aus allen cdi und cdomittel der Mittelwert aus allen cdo ist.
Die normierte Stoßantwort g(t) stellt den Kern des Faltungsintegrals (4) dar und kann
daher als Wichtungsfunktion aufgefaßt werden, die angibt, welchen Anteil an der Dia
lysierflüssigkeitsausgangskonzentration cdo(t) zum Zeitpunkt t ein bestimmter Wert der
Dialysierflüssigkeitseingangskonzentration cdi(t'-ttot) zum Zeitpunkt t'-ttot besitzt, wobei
t' im Bereich von (t-tG, t+tg) liegt. Diese Wichtung erlaubt es, jederzeit die zu einer
bestimmten Dialysierflüssigkeitsausgangskonzentration gehörige Dialysierflüssigkeits
eingangskonzentration zu ermitteln.
Bei einem Ausführungsbeispiel der unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Vor
richtung zur Bestimmung von Parametern der Hämodialyse, insbesondere der Dialysan
ce D, wird der Meßablauf von der Steuereinheit wie folgt vorgegeben.
Die Steuereinheit 24 sendet ein Steuersignal an die Einrichtung 22 zur Veränderung der
Dialysierflüssigkeitskonzentration, die daraufhin einen Konzentratbolus stromauf des
Dialysators 5 erzeugt. Der zeitliche Verlauf der Änderung der Dialysierflüssigkeitsein
gangs- und -ausgangskonzentration cdi, cdo wird mittels der Leitfähigkeitssensoren 15,
16 erfaßt, deren Meßwerte in der Speichereinheit 19 abgelegt werden. Zur Bestimmung
eines Parameters der Hämodialyse wird die Antwort des Dialysators auf einen Dirac-Stoß
als Eingangssignal (Stoßantwort) aus dem zeitlichen Verlauf der physikalischen
oder chemischen Kenngröße der Dialysierflüssigkeit stromauf und stromab des Dialysa
tors ermittelt.
In der Rechen- und Auswerteeinheit 21 werden die durch eine Folge von diskreten
Meßwerten dargestellten Eingangs- und Ausgangssignale analysiert und aus den Ein
gangs- und Ausgangssignalen wird die Übertragungsfunktion ermittelt. Für den Fall,
daß das Eingangssignal ein Diracstoß ist, stellt das Ausgangssignal die Stoßantwort dar.
Die Rechen- und Auswerteinheit 21 nimmt nun zwei Werte für die Dialysierflüssig
keitseingangskonzentration cdi1, cdi2 an und berechnet dann mittels der ermittelten
Übertragungsfunktion die sich bei diesen Werten einstellenden Werte für die Dialysier
flüssigkeitsausgangskonzentration cdo1, cdo2.
Die Dialysance wird dann in der Recheneinheit und Auswerteinheit 21 nach der folgen
den Gleichung berechnet:
Mit dem Verfahren kann nicht nur die Dialysance ermittelt werden, sondern es ist auch
möglich, weitere Parameter der Hämodialyse, z. B. die Bluteingangskonzentration, in
einer kontinuierlichen Messung während der Dialyse zu bestimmen.
Claims (8)
1. Verfahren zur Bestimmung von Parametern der Hämodialyse während einer
extrakorporalen Blutbehandlung, bei der das zu behandelnde Blut in einem
extrakorporalen Kreislauf die Blutkammer eines durch eine semipermeable
Membran in die Blutkammer und eine Dialysierflüssigkeitskammer unterteilten
Dialysators durchströmt und Dialysierflüssigkeit in einem Dialysierflüssigkeits
weg die Dialysierflüssigkeitskammer des Dialysators durchströmt, mit folgenden
Verfahrensschritten:
dadurch gekennzeichnet,
daß aus dem zeitlichen Verlauf der physikalischen oder chemischen Kenngröße der Dialysierflüssigkeit stromauf und dem zeitlichen Verlauf der physikalischen oder chemischen Kenngröße der Dialysierflüssigkeit stromab des Dialysators die Antwort des Dialysators auf einen Diracstoß als Eingangssignal (Stoßantwort) bestimmt wird,
daß Werte für die physikalische oder chemische Kenngröße der Dialysierflüssig keit im Dialysierflüssigkeitsweg stromauf des Dialysators angenommen und mittels der Stoßantwort (Übertragungsfunktion) die sich im Dialysierflüssigkeits weg stromab des Dialysators einstellenden Werte für die physikalische oder chemische Kenngröße berechnet werden und
daß die angenommenen Werte für die Kenngröße und die berechneten Werte für die Kenngröße zur Bestimmung der Parameter der Hämodialyse herangezogen werden.
- - eine physikalische oder chemische Kenngröße cdi der Dialysierflüssigkeit wird im Dialysierflüssigkeitsweg stromauf des Dialysators verändert und die physikalische oder chemische Kenngröße cdo der Dialysierflüssigkeit wird stromab des Dialysators gemessen und
- - aus der physikalischen oder chemischen Kenngröße der Dialysierflüssig keit stromauf und stromab des Dialysators wird der Parameter der Hä modialyse bestimmt,
dadurch gekennzeichnet,
daß aus dem zeitlichen Verlauf der physikalischen oder chemischen Kenngröße der Dialysierflüssigkeit stromauf und dem zeitlichen Verlauf der physikalischen oder chemischen Kenngröße der Dialysierflüssigkeit stromab des Dialysators die Antwort des Dialysators auf einen Diracstoß als Eingangssignal (Stoßantwort) bestimmt wird,
daß Werte für die physikalische oder chemische Kenngröße der Dialysierflüssig keit im Dialysierflüssigkeitsweg stromauf des Dialysators angenommen und mittels der Stoßantwort (Übertragungsfunktion) die sich im Dialysierflüssigkeits weg stromab des Dialysators einstellenden Werte für die physikalische oder chemische Kenngröße berechnet werden und
daß die angenommenen Werte für die Kenngröße und die berechneten Werte für die Kenngröße zur Bestimmung der Parameter der Hämodialyse herangezogen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die physikalische
oder chemische Kenngröße der Dialysierflüssigkeit stromauf bzw. stromab des
Dialysators die Stoffkonzentration in der Dialysierflüssigkeit stromauf des Dia
lysators (Dialysierflüssigkeitseingangskonzentration cdi) bzw. stromab des Dia
lysators (Dialysierflüssigkeitsausgangskonzentration cdo) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestim
mung der Stoffkonzentration die Leitfähigkeit der Dialysierflüssigkeit gemessen
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestim
mung der Dialysance D als Parameter der Hämodialyse die Differenz zwischen
der Differenz eines ersten angenommenen Wertes für die Dialysierflüssigkeits
eingangskonzentration cdi1 und des berechneten Wertes für die Dialysierflüssig
keitsausgangskonzentration cdo1 und der Differenz zwischen einem zweiten
angenommenen Wert für die Dialysierflüssigkeitseingangskonzentration cdi2 und
des berechneten Wertes für die Dialysierflüssigkeitsausgangskonzentration cdo2
bestimmt wird, durch die Differenz des angenommenen ersten Wertes für die
Dialysierflüssigkeitseingangskonzentration cdi1 und dem zweiten angenommenen
Wert für die Dialysierflüssigkeitseingangskonzentration cdi2 geteilt wird und mit
dem Dialysierflüssigkeitsfluß Qd multipliziert wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis
4 in Verbindung mit einer Blutbehandlungsvorrichtung, bei der das zu behan
delnde Blut in einem extrakorporalen Kreislauf die Blutkammer (4) eines durch
eine semipermeable Membran (8) in die Blutkammer und eine Dialysierflüssig
keitskammer unterteilten Dialysators (5) durchströmt und Dialysierflüssigkeit in
einem Dialysierflüssigkeitsweg die Dialysierflüssigkeitskammer (9) des Dialysa
tors (5) durchströmt, wobei in den extrakorporalen Kreislauf eine Blutpumpe (7)
und in den Dialysierflüssigkeitsweg eine Dialysierflüssigkeitspumpe (13) ge
schaltet ist, mit
einer Einrichtung (22) zum Verändern der physikalischen oder chemischen Kenngröße cdi der Dialysierflüssigkeit im Dialysierflüssigkeitsweg stromauf des Dialysators (5) in einem vorgegebenen Zeitintervall,
einer Meßeinrichtung (16) zur Erfassung der physikalischen oder chemischen Kenngröße cdo der Dialysierflüssigkeit im Dialysierflüssigkeitsweg stromab des Dialysators (5),
einer Speichereinheit (19), die derart ausgebildet ist, daß die gemessenen Werte der physikalischen oder chemischen Kenngröße cdo der Dialysierflüssigkeit stromab des Dialysators (5) in zeitlicher Abfolge abspeicherbar sind und
einer Rechen- und Auswerteeinheit (21), die derart ausgebildet ist, daß aus der Kenngröße cdi und der Kenngröße cdo der Parameter der Hämodialyse bestimmbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rechen- und Auswerteinheit (21) derart ausgebildet ist,
daß aus dem zeitlichen Verlauf der physikalischen oder chemischen Kenngröße der Dialysierflüssigkeit stromauf und dem zeitlichen Verlauf der physikalischen oder chemischen Kenngröße der Dialysierflüssigkeit stromab des Dialysators (5) die Antwort des Dialysators auf einen Diracstoß als Eingangssignal (Stoßant wort) bestimmbar ist,
daß die sich bei angenommenen Werten für die physikalische oder chemische Kenngröße im Dialysierflüssigkeitsweg stromauf des Dialysators im Dialysier flüssigkeitsweg stromab des Dialysators einstellenden Werte für die physikali sche oder chemische Kenngröße mittels der Übertragungsfunktion berechnet werden können und
daß der Parameter der Hämodialyse aus den angenommenen Werten für die Kenngröße und den berechneten Werten für die Kenngröße ermittelt werden kann.
einer Einrichtung (22) zum Verändern der physikalischen oder chemischen Kenngröße cdi der Dialysierflüssigkeit im Dialysierflüssigkeitsweg stromauf des Dialysators (5) in einem vorgegebenen Zeitintervall,
einer Meßeinrichtung (16) zur Erfassung der physikalischen oder chemischen Kenngröße cdo der Dialysierflüssigkeit im Dialysierflüssigkeitsweg stromab des Dialysators (5),
einer Speichereinheit (19), die derart ausgebildet ist, daß die gemessenen Werte der physikalischen oder chemischen Kenngröße cdo der Dialysierflüssigkeit stromab des Dialysators (5) in zeitlicher Abfolge abspeicherbar sind und
einer Rechen- und Auswerteeinheit (21), die derart ausgebildet ist, daß aus der Kenngröße cdi und der Kenngröße cdo der Parameter der Hämodialyse bestimmbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rechen- und Auswerteinheit (21) derart ausgebildet ist,
daß aus dem zeitlichen Verlauf der physikalischen oder chemischen Kenngröße der Dialysierflüssigkeit stromauf und dem zeitlichen Verlauf der physikalischen oder chemischen Kenngröße der Dialysierflüssigkeit stromab des Dialysators (5) die Antwort des Dialysators auf einen Diracstoß als Eingangssignal (Stoßant wort) bestimmbar ist,
daß die sich bei angenommenen Werten für die physikalische oder chemische Kenngröße im Dialysierflüssigkeitsweg stromauf des Dialysators im Dialysier flüssigkeitsweg stromab des Dialysators einstellenden Werte für die physikali sche oder chemische Kenngröße mittels der Übertragungsfunktion berechnet werden können und
daß der Parameter der Hämodialyse aus den angenommenen Werten für die Kenngröße und den berechneten Werten für die Kenngröße ermittelt werden kann.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung
(22) zum Verändern der physikalischen oder chemischen Kenngröße als eine
Einrichtung zum Verändern der Stoffkonzentration in der Dialysierflüssigkeit
stromauf des Dialysators (Dialysierflüssigkeitseingangskonzentration cdi) und
die Meßeinrichtung (16) zur Erfassung der physikalischen oder chemischen
Kenngröße als eine Meßeinrichtung zur Erfassung der Stoffkonzentration in der
Dialysierflüssigkeit stromab des Dialysators (Dialysierflüssigkeitsausgangskon
zentration cdo) ausgebildet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrich
tung (16) zur Erfassung der physikalischen oder chemischen Eigenschaft einen
im Dialysierflüssigkeitsweg stromab des Dialysators angeordneten Leitfähig
keitssensor oder optischen Sensor zur Bestimmung der Dialysierflüssigkeitsaus
gangskonzentration cdo aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechen- und
Auswerteinheit (21) derart ausgebildet ist, daß zur Bestimmung der Dialy
sance D als Parameter der Dialyse die Differenz zwischen der Differenz des
ersten angenommenen Wertes für die Dialysierflüssigkeitseingangskonzentration
cdi1 und des berechneten Wertes für die
Dialysierflüssigkeitsausgangskonzentration cdo1 und der Differenz zwischen
dem zweiten angenommenen Wert für die Dialysierflüssigkeitseingangskonzen
tration cdi1 und dem berechneten Wert für die Dialysierflüssigkeitsausgangskon
zentration cdo2 bestimmbar ist, durch die Differenz des ersten angenommenen
Wertes für die Dialysierflüssigkeitseingangskonzentration cdi1 und dem zweiten
Wert für die Dialysierflüssigkeitseingangskonzentration cdi2 teilbar und mit dem
Dialysierflüssigkeitsfluß Qd multiplizierbar ist.
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