DE202012012626U1

DE202012012626U1 - Vorrichtung zum Ermitteln eines Volumenstroms und/oder eines Volumens eines Fluids

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Publication number: DE202012012626U1
Application number: DE202012012626U
Authority: DE
Original assignee: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Current assignee: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2013-07-19
Anticipated expiration: 2022-08-02

Abstract

Blutbehandlungsvorrichtung (400) mit einer Vorrichtung (100, 100') zum Ermitteln eines Volumenstroms und/oder eines Volumens eines ersten Fluids (1), insbesondere eines medizinischen Fluids, welches eine Pumpkammer (200) durchströmt oder sich in einer Volumenkammer (300) befindet, – wobei die Vorrichtung (100, 100') einen oder mehrere Fluidwege für ein weiteres Fluid (3) derart aufweist, dass das weitere Fluid (3) mittels einer Trennvorrichtung von dem ersten Fluid (1) getrennt und/oder in direktem Kontakt mit dem ersten Fluid (1) vorliegt; – wobei die Vorrichtung (100, 100') eine Einrichtung (17) zum Erfassen des Wertes eines Durchflusses des weiteren Fluids (3) innerhalb des wenigstens einen Fluidwegs aufweist oder hiermit verbunden ist; und – wobei die Vorrichtung (100, 100') eine Recheneinrichtung, welche vorbereitet ist zum Berechnen des in der Pumpkammer (200) herrschenden Volumenstroms des ersten Fluids (1) und/oder dessen Volumen in der Volumenkammer (300), unter Einbeziehung des gemessenen Durchflusswerts des weiteren Fluids (3), aufweist oder hiermit verbunden ist, und wobei – die Blutbehandlungsvorrichtung (400) als Hämodialysevorrichtung, Hämofiltrationsvorrichtung, Hämodiafiltrationsvorrichtung oder Peritonealdialysevorrichtung ausgestaltet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Blutbehandlungsvorrichtung mit einer Vorrichtung zum Ermitteln eines Volumenstroms und/oder eines Volumens eines ersten Fluids gemäß Anspruch 1.
Aus der Praxis sind Messgeräte und Vorrichtungen zum Messen und Bestimmen von Volumenströmen und Volumen von Fluiden, beispielsweise von medizinischen Fluiden, bekannt. Beispielsweise werden die Flussraten von Blutströmungen oder Infusionslösungen, die mittels Pumpen gefördert werden, mittels Rückschluss über die Pumpendrehzahl, oder Weginformationen von Kolben- oder Membranpumpen ermittelt. Zum Bestimmen von Fluidvolumina werden beispielsweise Füllstandsmesser eingesetzt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine weitere Blutbehandlungsvorrichtung mit einer Vorrichtung zum Ermitteln eines Volumenstroms, der eine Pumpkammer durchströmt, und/oder zum Ermitteln eines Volumens, das sich in einer Volumenkammer befindet, eines – hier als erstes Fluid bezeichneten – Fluids vorzuschlagen. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Blutbehandlungsvorrichtung mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
So wird erfindungsgemäß eine Blutbehandlungsvorrichtung mit einer Vorrichtung vorgeschlagen, mit der ein Volumenstrom und/oder ein Volumen eines ersten Fluids ermittelt wird. Die Vorrichtung ist einerseits dafür geeignet, vorgesehen und ausgestaltet, einen Volumenstrom (synonym zum Begriff „Volumenstrom” werden die Begriffe „hydraulischer Fluss” oder „Flussrate” verwendet), der eine Pumpkammer durchströmt, zu bestimmen. Zugleich oder alternativ ist die Vorrichtung dafür geeignet, vorgesehen und ausgestaltet, um das Volumen eines in einer Volumenkammer vorliegenden ersten Fluids zu ermitteln. Die Volumenkammer kann zu verschiedenen Zeitpunkten verschiedene Volumina aufweisen, die jeweils von der Vorrichtung ermittelt werden.
Die Vorrichtung weist einen oder mehrere Fluidwege für ein weiteres Fluid (der Begriff „weiteres Fluid” wird im Folgenden synonym zum Begriff „Arbeitsfluid” verwendet) auf. Das Arbeitsfluid und das erste Fluid sind in der Vorrichtung durch eine Trennvorrichtung voneinander getrennt und/oder stehen in direktem Kontakt zueinander.
Die Vorrichtung weist ebenso eine Einrichtung auf, mit welcher der Durchfluss des Arbeitsfluids innerhalb eines Fluidwegs der Vorrichtung erfasst wird, oder ist hiermit verbunden.
Die Vorrichtung weist weiterhin eine Recheneinrichtung auf, mit der der Volumenstrom in der Pumpkammer und/oder das Volumen in der Volumenkammer berechnet wird, oder ist hiermit verbunden. Die Recheneinrichtung ist für diese Berechnung vorbereitet, konfiguriert und/oder programmiert (diese Begriffe können synonym oder austauschbar zu verstehen sein). In diese Berechnung geht der gemessene Durchflusswert des Arbeitsfluid mit ein.
Ein Verfahren umfasst das Ermitteln eines Volumenstroms eines ersten Fluids, das eine Pumpkammer durchströmt und/oder das Ermitteln eines Volumens eines ersten Fluids in einer Volumenkammer. Das Verfahren wird mittels der Vorrichtung ausgeführt.
Dabei wird das Arbeitsfluid in einem Fluidweg der Vorrichtung mit Druck beaufschlagt, wobei die Vorrichtung erfindungsgemäß optional eine Druckquelle aufweisen kann, nicht aber muss. Ein Durchflusswert des Arbeitsfluids (also der Wert oder die Höhe des Durchflusses) innerhalb des Fluidwegs wird mittels einer Einrichtung erfasst. Schließlich wird unter Einbeziehung des gemessenen Durchflusswerts des Arbeitsfluids der Volumenstrom in der Pumpkammer und/oder das Volumen in der Volumenkammer berechnet. Die Berechnung erfolgt mittels einer Recheneinrichtung.
Ein weiteres Verfahren umfasst das Überwachen oder Steuern der Funktion einer Blutbehandlungsvorrichtung. Dabei wird ein Volumenstrom eines ersten Fluids in einer Pumpkammer und/oder ein Volumen eines ersten Fluids in einer Volumenkammer ermittelt. Hierfür wird eine Vorrichtung verwendet, die zur Volumenstromermittlung in der Pumpkammer und/oder zur Volumenermittlung in der Volumenkammer eine Durchflusswertermittlung eines Arbeitsfluids innerhalb eines Fluidwegs der Vorrichtung nutzt. Ferner werden der Volumenstrom und/oder das Volumen des ersten Fluids in Abhängigkeit der zuvor ermittelten Werte des Volumenstroms und/oder des Volumens gesteuert oder geregelt.
Die erfindungsgemäße Blutbehandlungsvorrichtung weist wenigstens eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Volumenstroms eines ersten Fluids, das eine Pumpkammer durchströmt, auf.
Alternativ oder ergänzend weist die Blutbehandlungsvorrichtung eine Steuer- oder Regelvorrichtung auf, die konfiguriert, eingerichtet oder bestimmt ist, um das Verfahren zum Ermitteln eines Volumens auszuführen.
Bei allen folgenden Ausführungen ist der Gebrauch des Ausdrucks „kann sein” bzw. „kann haben” usw. synonym zu „ist vorzugsweise” bzw. „hat vorzugsweise” usw. zu verstehen und soll weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen erläutern.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen und Ausführungsformen.
Erfindungsgemäße Ausführungsformen können eines oder mehrere der im Folgenden genannten Merkmale aufweisen.
In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen wird der Volumenstrom und/oder das Volumen des ersten Fluids durch Berechnen mittels einer mathematischen Gleichung ermittelt. Die Gleichung zur Berechnung des Volumenstroms in der Pumpkammer kann sich von jener Gleichung zur Berechnung des Volumens in der Volumenkammer unterscheiden.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist das erste Fluid Blut, eine Dialysierflüssigkeit, ein Dialysat, eine Infusionslösung, ein Ultrafiltrat oder ähnliches.
Unter dem Durchfluss des Arbeitsfluids wird in gewissen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ein Massefluss des Arbeitsfluids, ein Volumenstrom des Arbeitsfluids oder eine Flussrate des Arbeitsfluids verstanden.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Pumpkammer eine Membranpumpkammer einer Membranpumpe. Die Membran kann das erste Fluid als Strömungsmedium, welches auf der einen Seite der Membran vorliegt oder strömt, von dem Arbeitsfluid (synonym zu „Arbeitsmedium” oder „Antriebsmedium”) auf der anderen Seite der Membran trennen. Mit Bezug auf 1 wird exemplarisch ein Ausführungsbeispiel mit einer Membranpumpe, welche ein Einlassventil und ein Auslassventil aufweist, näher erläutert.
In gewissen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist das Arbeitsmedium ein Gas. Ein mögliches Arbeitsmedium ist Luft, beispielsweise Druckluft. Die Pumpkammer kann als pneumatisch betriebene Membranpumpkammer betrieben werden. Das Arbeitsmedium kann alternativ flüssig sein. Flüssige Arbeitsmedien sind beispielsweise Wasser, Öl, Infusionslösung, Dialysat (siehe z. B. die Offenlegungsschrift DE 10 2010 007 464 A1 , auf deren diesbezüglicher Offenbarungsgehalt hiermit per Verweis vollumfänglich Bezug genommen wird), usw. Daher kann die Pumpkammer auch hydraulisch anstatt pneumatisch mittels des Arbeitsmediums betätigt werden.
Im Folgenden wird rein exemplarisch angenommen, dass das Arbeitsmedium ein Gas ist, ohne jedoch die Erfindung hierauf beschränken zu wollen.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Volumenkammer eine „Levelkammer”, in der zu verschiedenen Zeitpunkten unterschiedliche Fluidniveaus (sogenannte „Level”) vorliegen können. Unterschiedliche Fluidniveaus sind bei einem konstanten Gesamtvolumen der Volumenkammer gleichbedeutend mit unterschiedlichen Fluidvolumina in der Volumenkammer.
Die Volumenkammer kann einen gemeinsamen Zugang als Einlass und Auslass aufweisen, sie kann jedoch auch einen oder mehrere Einlässe haben, welche separat vom einen oder den mehreren Auslässen vorliegen.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist die Volumenkammer keine Trennvorrichtung zwischen erstem Fluid und Arbeitsfluid auf. Ein direkter Kontakt zwischen beiden Fluiden ist möglich. Das erste Fluid und das Arbeitsfluid können alternativ durch eine Trenneinrichtung wie eine Membran oder ähnliches getrennt sein.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird der Durchfluss des Arbeitsfluids mittels einer Durchflussmessung bestimmt. Mit einem Durchflussmesser kann der Volumendurchfluss oder der Massedurchfluss gemessen werden. Die hierzu genutzten physikalischen Prinzipien unterscheiden sich. Dasselbe gilt für die jeweils verwendeten Sensoren.
In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist die Vorrichtung eine Druckquelle zum Beaufschlagen des Arbeitsfluids mit Druck auf oder ist hierzu mit einer Druckquelle verbunden.
In anderen erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist die Vorrichtung keine Druckquelle zum Beaufschlagen des Arbeitsfluids mit Druck auf und/oder ist mit keiner Druckquelle zu diesem Zweck verbunden. In diesen Ausführungsformen wird beispielsweise keine Druckluft und/oder kein hydraulisches Fluid als Arbeitsfluid eingesetzt. Alternativ kann die Volumenkammer allerdings beispielsweise mit der Umgebungsluft verbunden sein. Beim Pumpvorgang mittels einer beliebigen Pumpe strömt in diesen Fällen Luft in die Volumenkammer hinein oder aus dieser heraus, wobei der Luftmassensensor die vorbeiströmende Luft detektiert und daraus das Volumen oder den Volumenstrom bestimmt. Eine Druckquelle ist somit erfindungsgemäß nicht zwingend erforderlich.
In bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird der Durchfluss des Arbeitsfluids mittels eines Differenzdruckdurchflusssensors, eines thermischen Massedurchflusssensors, eines induktiven Durchflusssensors und/oder eines magnetischen Durchflusssensors erfasst.
Ein Differenzdruckdurchflusssensor arbeitet nach dem Differenzdruckverfahren, bei dem das strömende Medium im Messkörper durch eine Querschnittsverengung fließt. Die Querschnittsverengung bewirkt einen Druckunterschied zwischen der Ein- und der Abströmseite. Diese Druckdifferenz ist ein Maß für den Durchfluss des Arbeitsfluids.
Ein thermischer Massedurchflusssensor arbeitet nach dem Prinzip, dass ein Sensor in der Strömung elektrisch geregelt wird, beispielsweise geregelt auf eine konstante Temperatur. Je nach Strömungsgeschwindigkeit am Sensor wird die Temperatur durch den Energieentzug der Strömung nachgeregelt. Diese Nachregelung ist korrelierbar zur Strömungsgeschwindigkeit, die wiederum korrelierbar zum Durchfluss ist.
Es können jedoch auch andere Durchflusssensoren verwendet werden, beispielsweise: Ultraschalldurchflusssensor, Coriolisdurchflusssensor oder Wirbelstromdurchflusssensor, ferner die o. g. Durchflusssensoren, welche magnetisch und/oder induktiv arbeiten oder messen.
In bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Membranpumpe als Einmalpumpe ausgeführt.
In bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung einen Drucksensor zum Erfassen des Drucks des Arbeitsfluids auf. Der Drucksensor kann zwischen der Druckquelle einerseits und der Pumpkammer oder der Volumenkammer andererseits angeordnet sein.
In bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird das Volumen des ersten Fluids in der Volumenkammer mittels der Recheneinrichtung mit der folgenden Formel berechnet:
mit:

V_x: – Volumen x des ersten Fluids in der Volumenkammer;
m • / AF: – Massestrom des gasförmigen Arbeitsfluids, gemessen mit einem Durchflussmesser innerhalb einer Zeitspanne Δt;
R_m: – Gaskonstante des Arbeitsfluids;
T: – Temperatur des gasförmigen Arbeitsfluids; und
Δp: – Druckdifferenz des gasförmigen Arbeitsfluids zwischen Beginn und Ende der Zeitspanne Δt, über welche integriert wird.

Der Massestrom des gasförmigen Arbeitsfluids kann als Gasfluss bezeichnet werden.
Die Temperatur T und der Druck p des Arbeitsfluids kann an einer beliebigen Stelle in der Vorrichtung zwischen der Druckquelle und dem ersten Fluid gemessen werden, vorzugsweise unmittelbar vor oder nach dem Durchflussmesser.
Die Gaskonstante R_m kann als universelle, ideale, molare oder allgemeine Gaskonstante bezeichnet werden. Die Gaskonstante kann den Wert: R_m = 8,3144621 J/(mol·K) haben.
In bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird der Volumenstrom des ersten Fluids der Pumpkammer mittels der Recheneinrichtung nach der folgenden Formel berechnet:
mit:

V • / mF: – Volumenstrom des ersten Fluids;
m • / AF: – Massestrom des gasförmigen Arbeitsfluids, gemessen mit einem Durchflusssensor;
R_m: – Gaskonstante des gasförmigen Arbeitsfluids;
T: – Temperatur des gasförmigen Arbeitsfluids;
k: – Korrekturfaktor;
p: – Druck der Druckluft.

In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der Druck p konstant oder wird innerhalb vorgegebener Grenzen als konstant angenommen. Dann kann die Formel zur Berechnung des Volumenstroms des ersten Fluids wie folgt vereinfacht werden: V • / mF = m • / AF·R_m·T·k' (3) mit:

k': – Korrekturfaktor (dimensionsbehaftet);

In bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung die Pumpkammer und/oder die Volumenkammer auf.
In bestimmten Aspekten des Verfahrens zum Ermitteln des Volumenstroms und/oder des Volumens des ersten Fluids wird der Durchfluss des Arbeitsfluids mittels eines Differenzdruckdurchflusssensors oder eines thermischen Massedurchflusssensors erfasst.
In bestimmten erfindungsgemäßen Aspekten des Verfahren zum Ermitteln des Volumenstroms und/oder des Volumens des ersten Fluids wird der Druck des Arbeitsfluids mittels eines Drucksensors erfasst, der zwischen der Druckquelle einerseits und der Pumpkammer oder der Volumenkammer andererseits angeordnet ist.
In bestimmten Aspekten des Verfahrens zum Ermitteln des Volumenstroms und/oder des Volumens des ersten Fluids wird das Volumen des ersten Fluids in der Volumenkammer mittels der Recheneinrichtung nach der folgenden Formel errechnet:
mit:

V_x: – Volumen x des ersten Fluids in der Volumenkammer;
m • / AF: – Massestrom des Arbeitsfluids, gemessen mit einem Durchflusssensor innerhalb einer Zeitspanne Δt;
R_m: – Gaskonstante des Arbeitsfluids;
T: – Temperatur des Arbeitsfluids; und
Δp: – Druckdifferenz des Arbeitsfluids zwischen Beginn und Ende der Zeitspanne Δt, über welche integriert wird.

In bestimmten Aspekten des Verfahrens zum Ermitteln des Volumenstroms und/oder des Volumens des ersten Fluids wird der Volumenstrom des ersten Fluids in der Pumpkammer mittels der Recheneinrichtung nach der folgenden Formel berechnet:
mit:

In bestimmten Aspekten des Verfahrens wird die Funktion einer Blutbehandlungsvorrichtung mittels der folgenden beiden Schritte überwacht oder gesteuert. Im ersten Schritt wird der Volumenstrom, der die Pumpkammer durchströmt, und/oder das Volumen der Volumenkammer mittels der Vorrichtung zum Ermitteln eines Volumenstroms und/oder eines Volumens eines ersten Fluids ermittelt. Im zweiten Schritt wird der Volumenstrom und/oder des Volumen des ersten Fluids in Abhängigkeit der ermittelten Werte des Volumenstroms und/oder des Volumens des ersten Fluids gesteuert oder geregelt.
Die Blutbehandlungsvorrichtung ist als Hämodialysevorrichtung, Hämofiltrationsvorrichtung, Hämodiafiltrationsvorrichtung, oder Peritonealdialysevorrichtung ausgestaltet.
Beispielsweise kann bei einer Peritonealdialysevorrichtung das ein- und ausfließende Dialysatvolumen bestimmt werden, etwa wenn dieses pneumatisch gepumpt wird.
Manche oder alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen können einen, mehrere oder alle der oben und/oder im Folgenden genannten Vorteile aufweisen.
Ein erfindungsgemäß erzielbarer Vorteil besteht darin, dass der Volumenstrom eines ersten Fluids, der durch eine Pumpkammer strömt, nicht direkt gemessen oder bestimmt wird. Alle Messparameter zur Bestimmung des Volumenstroms werden mittels Sensoren außerhalb der Pumpkammer ermittelt. Dadurch kann die Pumpkammer vorteilhaft als Einmalartikel hergestellt werden. Es ist nicht notwendig, wieder verwendbare und teure Sensoren an diesen Einmalartikel anzuschließen, um beispielsweise bestimmte Regel- oder Überwachungsfunktionen auszuführen. Dieser Vorteil ist bei medizinischen Vorrichtungen und Verfahren besonders ausgeprägt, da hier hohe Anforderungen an die Sterilität, Desinfizierbarkeit etc. gestellt werden. Weiterhin ist es oft auch kostengünstiger, beispielsweise blutführende Flüssigkeitswege und/oder andere hydraulische Verbindungen als Einmalartikel herzustellen und einzusetzen.
Ein weiterer erfindungsgemäß erzielbarer Vorteil besteht darin, dass eine pneumatische Überwachung mittels Drucksensoren unter bestimmten Bedingungen nicht mehr notwendig ist. Dies ist besonders vorteilhaft bei kleinen Flussraten oder Dosiermengen, die mittels der Pumpkammer erzeugt werden sollen. Auf Drucksensoren kann dann verzichtet werden, wenn der Druck des Arbeitsfluids in der Vorrichtung konstant ist. Zumindest von einem annähernd konstanten Druck des Arbeitsfluids in der Vorrichtung kann ausgegangen werden, wenn der Druck in der Druckquelle konstant und bekannt ist. Gleiches gilt für einen möglichen Unterdruck in einem Unterdruckbehälter. Des Weiteren ist die Trennung zwischen einem Schutz- und einem Betriebssystem durch alleinige Auswertung von Drucksignalen sehr erschwert und kann durch die Vermeidung von Druckmessungen vorteilhaft vermieden werden.
Die vorliegender Erfindung kann ferner in bestimmten Ausführungsformen zur reinen Drucküberwachung eingesetzt werden. Ein solcher Einsatz kann geeignet sein, die Sicherheit der Messung und/oder nachgeschalteter Prozesse und nicht zuletzt des Patienten zu erhöhen.
Weitere erfindungsgemäß erzielbare Vorteile sind der Einsatz einfacher Komponenten und Bauteile auf der Steuer- und Überwachungsseite der Pumpkammer und/oder der Volumenkammer (die Steuer- und Überwachungsseite kann auch als Maschinenseite bezeichnet werden), die Integrierbarkeit der Vorrichtung in bereits bestehende pneumatische Systeme, eine geringe Komplexität eines Einmalartikels (da keine zusätzlichen Komponenten wie beispielsweise Sensoradapter usw. auf Seite des Einmalartikels erforderlich sind) und die Option einer möglicherweise erforderlichen oder zumindest gewünschten Redundanz für Schutzsysteme. Eine Redundanz kann beispielsweise durch einen Abgleich mit weiteren Durchflussmessungen, Druckmessungen und Volumeninformationen erfolgen.
Von Vorteil kann ferner die gute Überwachbarkeit mittels der Sensoren (auch unter Einbeziehung von Drucksensoren, soweit vorhanden) sein.
Ein weiterer Vorteil besteht in der Möglichkeit, bei Verwendung auf die vorliegende Erfindung eine Redundanz zu bereits vorhandenen, anderen System zu schaffen, was zu erhöhter Sicherheit und verbesserten Schutzsystemen führen kann.
Ein wiederum weiterer Vorteil kann darin bestehen, dass aufgrund der indirekten Bestimmung des Volumens oder des Volumenstroms, bei welcher kein Kontakt mit dem ersten Fluid bestehen muss, sterile Schnittstellen geschaffen werden können.
Zudem kann die Erfindung vorteilhaft in Verbindung mit Einmalartikeln (Disposables wie Pumpkammern und dergleichen) eingesetzt werden, da diese keine teuren Sensoren tragen müssen, die entweder mitentsorgt werden würden oder, sollte dies nicht gewünscht sein, zuvor demontiert werden müssten.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen, in welcher identische Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Bauteile bezeichnen, exemplarisch erläutert. In der Zeichnung gilt:
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Volumenstroms in einer Membranpumpe einer erfindungsgemäßen Blutbehandlungsvorrichtung;
2 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Füllstands in einer Volumenkammer einer erfindungsgemäßen Blutbehandlungsvorrichtung; und
3 zeigt schematisch mehrere Vorrichtungen erfindungsgemäßer Blutbehandlungsvorrichtungen zum Ermitteln von Füllständen in einer Blutbehandlungsvorrichtung.
1 zeigt schematisch vereinfacht eine Vorrichtung 100 einer erfindungsgemäßen Blutbehandlungsvorrichtung zum Ermitteln eines Volumenstroms eines ersten Fluids 1 in einer Membranpumpe 200.
Die Membranpumpe 200 wird in dieser Ausführungsform pneumatisch mittels Druckluft angetrieben. Das heißt, dass in diesem Beispiel als Arbeitsfluid 3 (hierin auch als weiteres Fluid 3 bezeichnet) Druckluft verwendet wird, weshalb das Bezugszeichen 3 im Folgenden sowohl das Arbeitsfluid als auch die Druckluft bezeichnet. Tatsächlich kann erfindungsgemäß jedes andere Arbeitsfluid anstelle von Druckluft verwendet werden. Insbesondere kann anstelle von Luft jedes andere Gas verwendet werden.
Die Druckluft 3 wird der Vorrichtung 100 mittels eines Einlassventils 5, beispielsweise aus einem Überdruckbehälter oder einer Überdruckquelle, zugeführt (siehe den großen Pfeil in y-Richtung) und mittels eines Auslassventils 7 (siehe den großen Pfeil entgegen der y-Richtung) abgeführt. Eine derartige Druckquelle ist, wie vorstehend ausgeführt, nicht in allen erfindungsgemäßen Ausführungsformen vorgesehen.
Das Auslassventil 7 kann in bestimmten Ausführungsformen eine Fluidkommunikation zu einem Unterdruckbehälter oder zu einer Unterdruckquelle öffnen oder verschließen.
Die Membranpumpe 200 ist eine diskontinuierliche Fördereinrichtung, die zyklisch das erste Fluid 1 in einem ersten Takt ansaugt und in einem zweiten Takt mit einem erhöhten hydraulischen Druck ausgibt. Im ersten Takt wird das erste Fluid 1 über ein Pumpeneinlassventil 9 der Membranpumpe 200 in Richtung des linken, horizontalen Pfeils zugeführt. Das Pumpeneinlassventil 9 ist hier exemplarisch ein passives Ventil, das rein druckgesteuert öffnet und schließt. Bei dem ersten Takt wird eine Membran 11, welche als Trennvorrichtung zwischen dem ersten Fluid 1 und der Druckluft 3 innerhalb der Membranpumpe 200 vorgesehen ist, nach oben bewegt (in 1 durch die kleinen Pfeile entgegen der y-Richtung angedeutet). Dabei herrscht Unterdruck auf der Membranseite der Druckluft 3, das heißt, das Auslassventil 7 ist geöffnet und das Einlassventil 5 geschlossen. Gleichzeitig ist das Pumpenauslassventil 13 geschlossen. Das Pumpenauslassventil 13 ist in dieser Ausführungsform ebenfalls ein rein druckgesteuertes passives Ventil. Beim zweiten Takt wird die Membran 11 in y-Richtung (in 1 nach unten) bewegt, es herrscht Überdruck im Bereich der Druckluft 3, das Auslassventil 7 ist geschlossen und das Einlassventil 5 geöffnet. Das erste Fluid 1 wird mit einem erhöhten hydraulischen Druck über das Pumpenauslassventil 13 aus der Membranpumpe 200 gepumpt, bei geschlossenem Pumpeneinlassventil 9.
Eine Druckmessung kann optional vorgesehen sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird sowohl beim ersten Takt als auch beim zweiten Takt der Druck der Druckluft 3 gemessen. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt dies mittels eines Drucksensors 15.
Erfindungsgemäß wird der Volumenstrom des ersten Fluids 1 in der Membranpumpe 200 (oder in den unmittelbar zu- und abführenden Leitungen der Membranpumpe 200) mittels einer Durchflussmessung der Druckluft 3 ermittelt. Dazu wird der Durchfluss mittels eines Durchflusssensors 17 gemessen. Das Messergebnis kann an einer Messanzeige 19 ausgegeben werden. Der Zusammenhang zwischen dem Volumenstrom des ersten Fluids 1 und dem Durchfluss der Druckluft 3 wird nach der folgenden Formel berechnet:
mit:

V • / MF: – Volumenstrom des ersten Fluids 1
m • / DL: – Massestrom der Druckluft, gemessen am Durchflusssensor 17
R_m: – Gaskonstante
T: – Temperatur der Druckluft 3
k: – Korrekturfaktor
p: – Druck der Druckluft 3, gemessen am Drucksensor 15

Das erste Fluid 1 kann beispielsweise eine Dialysierflüssigkeit, eine Substituierflüssigkeit, Blut oder dergleichen sein.
2 zeigt schematisch eine Vorrichtung 100' zum Ermitteln eines Füllstands 21 in einer Volumenkammer 300. Dargestellt wird dies anhand von zwei unterschiedlichen Zeitpunkten t1 und t2. Die linke Darstellung der 2 zeigt den Füllstand 21 zum Zeitpunkt t1, die rechte Darstellung zeigt den Füllstand 21' zum Zeitpunkt t2.
Zum Zeitpunkt t1 ist die Volumenkammer 300 mit dem ersten Fluid 1 bis zum Füllstand 21 gefüllt. Die Volumenkammer 300 weist zum Zeitpunkt t1 somit ein Volumen V_x,t1 an erstem Fluid 1 auf.
Das Arbeitsfluid 3 ist hier wiederum Druckluft 3.
Für die Druckluft 3 sind drei Ventile dargestellt: ein Einlassventil 5 für Druckluft, beispielsweise aus einem angeschlossenen Überdruckbehälter (oder einer Überdruckquelle), ein Auslassventil 7 für Druckluft 3 beispielsweise zum Ausströmen in einen angeschlossenen Unterdruckbehälter (oder Quelle) und ein weiteres Ventil 23, das an einen Behälter mit einem (beispielsweise aufgrund seines Volumens) konstanten Ausgleichsdruck angeschlossen ist, beispielsweise an Atmosphärendruck. Das Ventil 23 kann alternativ eine Verbindung zur Umgebung eröffnen.
Zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 ist ein bestimmtes Volumen des ersten Fluids 1 über das Volumenbehälterventil 25 aus dem Volumenbehälter 300 herausgeflossen. Dies wird in der rechten Darstellung in 2 mittels des Pfeils am Volumenbehälterventil 25 angedeutet.
Mittels der folgenden Formeln wird jeweils das Volumen V_x,t1 und das Volumen V_x,t2 berechnet. Das angegebene Integral integriert den Massenfluss ṁ_DL, der Druckluft 3, gemessen am Durchflusssensor 17 zum jeweiligen Zeitpunkt t1 und t2 über jeweils eine Zeitspanne Δt_(t1) und Δt_(t2):
mit:

V_x,t1, V_x,t2: – Volumen x des ersten Fluids 1 in der Volumenkammer 300, jeweils zum Zeitpunkt t1 und t2;
m • / DL: – Massestrom der Druckluft, gemessen am Durchflusssensor 17 innerhalb einer Zeitspanne Δt;
R_m: – Gaskonstante der Druckluft 3;
T: – Temperatur der Druckluft 3; und
Δp_(Δt): – Druckdifferenz der Druckluft 3 zwischen Beginn und Ende der Zeitspanne Δt, über welche integriert wird, gemessen am Drucksensor 15.

Mit Hilfe der Formeln zum Berechnen des Volumen V_x,t1 und des Volumen V_x,t2 kann der jeweilige Füllstand 21, 21', oder anders ausgedrückt das jeweilige Niveau oder der jeweilige Pegelstand in der Volumenkammer 300 bestimmt werden. Die Volumenkammer 300 kann auch als sogenannte „Levelkammer” bezeichnet werden.
Weiterhin kann die Berechnung und die darin enthaltene Durchflussmessung dazu genutzt werden, bestimmte Pegelstände in der Volumenkammer 300 zu erzielen oder anzusteuern.
3 zeigt schematisch mehrere Vorrichtungen 100' erfindungsgemäßer Blutbehandlungsvorrichtungen zum Ermitteln von Füllständen 21, 21' in einer Behandlungsvorrichtung 400 oder einem hiermit verbundenen extrakorporalen Blutkreislauf.

Zur Beschreibung der Behandlungsvorrichtung 400 im Einzelnen wird auf die Offenbarungsschrift DE 10 2009 048 561 A1 verwiesen. Bezugszeichenliste

Bezugszeichen	Beschreibung
100, 100'	Vorrichtung zum Ermitteln eines Volumenstroms oder eines Volumens
200	Pumpkammer, Membranpumpe
300	Volumenkammer
400	Blutbehandlungsvorrichtung
1	erstes Fluid
3	weiteres Fluid, Arbeitsfluid, Druckluft
5	Einlassventil
7	Auslassventil
9	Pumpeneinlassventil
11	Membran
13	Pumpenauslassventil
15	Drucksensor
17	Durchflusssensor, Einrichtung zum Erfassen eines Durchflusses
19	Messanzeige
21, 21'	Füllstand
23	Druckventil
25	Volumenbehälterventil
27	Steuervorrichtung, Regelvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010007464 A1 [0020]
DE 102009048561 A1 [0078]

Claims

Blutbehandlungsvorrichtung (400) mit einer Vorrichtung (100, 100') zum Ermitteln eines Volumenstroms und/oder eines Volumens eines ersten Fluids (1), insbesondere eines medizinischen Fluids, welches eine Pumpkammer (200) durchströmt oder sich in einer Volumenkammer (300) befindet, – wobei die Vorrichtung (100, 100') einen oder mehrere Fluidwege für ein weiteres Fluid (3) derart aufweist, dass das weitere Fluid (3) mittels einer Trennvorrichtung von dem ersten Fluid (1) getrennt und/oder in direktem Kontakt mit dem ersten Fluid (1) vorliegt; – wobei die Vorrichtung (100, 100') eine Einrichtung (17) zum Erfassen des Wertes eines Durchflusses des weiteren Fluids (3) innerhalb des wenigstens einen Fluidwegs aufweist oder hiermit verbunden ist; und – wobei die Vorrichtung (100, 100') eine Recheneinrichtung, welche vorbereitet ist zum Berechnen des in der Pumpkammer (200) herrschenden Volumenstroms des ersten Fluids (1) und/oder dessen Volumen in der Volumenkammer (300), unter Einbeziehung des gemessenen Durchflusswerts des weiteren Fluids (3), aufweist oder hiermit verbunden ist, und wobei – die Blutbehandlungsvorrichtung (400) als Hämodialysevorrichtung, Hämofiltrationsvorrichtung, Hämodiafiltrationsvorrichtung oder Peritonealdialysevorrichtung ausgestaltet ist.
Blutbehandlungsvorrichtung (400) nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung (17) zum Erfassen des Durchflusses des weiteren Fluids (3) ausgewählt ist aus einer Gruppe, welche aus einem Differenzdruckdurchflusssensor, einem thermischen Massedurchflusssensor, einem induktiven und/oder einem magnetischen Durchflusssensor sowie Kombinationen hiervon besteht.
Blutbehandlungsvorrichtung (400) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (100, 100') eine Druckquelle zum Beaufschlagen des sich im wenigstens einen Fluidweg befindenden weiteren Fluids (3) mit Druck aufweist oder hiermit verbunden ist.
Blutbehandlungsvorrichtung (400) nach Anspruch 3, wobei die Vorrichtung (100, 100') wenigstens einen Drucksensor (15) zum Erfassen des Drucks des weiteren Fluids (3) aufweist, wobei der Drucksensor (15) zwischen der Druckquelle einerseits und der Pumpkammer (200) oder der Volumenkammer (300) andererseits angeordnet ist.
Blutbehandlungsvorrichtung (400) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Recheneinrichtung konfiguriert ist, um das Volumen des ersten Fluids (1) in der Volumenkammer (300) mittels der folgenden Formel zu ermitteln:
mit: V_x – Volumen x des ersten Fluids (1) in der Volumenkammer (300); m • / wF – Massestrom des weiteren Fluids (3), gemessen mit der Einrichtung (17) innerhalb einer Zeitspanne Δt; R_m – Gaskonstante des weiteren Fluids (3); T – Temperatur des weiteren Fluids (3); und Δp_(Δt) – Druckdifferenz des weiteren Fluids (3) zwischen Beginn und Ende der Zeitspanne Δt, über welche integriert wird.
Blutbehandlungsvorrichtung (400) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Recheneinrichtung konfiguriert ist, um den Volumenstrom des medizinischen Fluids (1) in der Pumpkammer (200) mittels der folgenden Formel zu ermitteln:
mit: V • / mF – Volumenstrom des ersten Fluids (1); m • / wF – Massestrom des weiteren Fluids (3), gemessen am Durchflusssensor (17); R_m – Gaskonstante des weiteren Fluids (3); T – Temperatur des weiteren Fluids (3); k – Korrekturfaktor; p – Druck der Druckluft (3).
Blutbehandlungsvorrichtung (400) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (100, 100') die Pumpkammer (200) und/oder die Volumenkammer (300) aufweist.