DE2240342B2 - Vorrichtung zur akustischen Erkennung von Gasblasen in Flüssigkeiten mit korpuskularen Bestandteilen - Google Patents

Description

Aus der US-PS 36 22 9.58 ist bekannt, zur akustischen Erkennung von Gasblasen in Flüssigkeiten, und zwar im Blut von Tauchern, Schallschwächungsmessungen durchzuführen. Die Messungen werden vorgenommen in einer bestimmten Meßsireeke eines Hohlkörpers, durch welche die Flüssigkeit fließt, durch Bestimmung des Schallwiderstandes in der Meßstrecke zwischen einem von einem elektrischen Inipulsfolgegenerator gespeisten Schallsendewandler und einem diesem gegenüberliegenden Schallempfängerwandler, dessen Ausgangssignal über einen Verstärker einer Vorrichtung zur Erkennung des Vorhandenseins von Gasblasen zugeführt wird. Die Synchronisation zwischen Impulsfolgegenerator und Anzeigevorrichtung ist an sich aus der US-PS 27 00 894 bekannt.

Besonders wichtig ist eine zuverlässige Erkennung von Gasblasen im Blasenfangbehälter des extrakorporalen Blutkreislaufs in einem Hämodialyse-Gerät. Diese Geräte dienen dazu, die reinigende Funktion der menschlichen Nieren bei deren Versagen zu übernehmen. Dabei wird an den menschliehen Blutkreislauf ein Schlauch- und Pumpensystem angeschlossen, welches das Blut des Patienten durch einen sogenannten Dialysator führt. Der Dialysator besteht aus dünnen Diaphragmen, die das fließende Blut von der ebenfalls fließenden Waschwasserlösung trennen, deren Aufgabe es ist, durch Osmose dem Blut die Harnstoffe zu entziehen.

Durch Undichtigkeiten am Schlauchsystem und durch Bildung von Gasen an den Diaphragmen können Gasblasen in den menschlichen Körper gelangen, die für den Patienten lebensbedrohende Thrombosen hervorrufen. Diese Gefahr besteht nicht nur durch relativ große Blasen, sondern auch durch Akkumulation von kleinsten Bläschen. Um diese Gefahr zu vermindern, wird am Ausgang des Dialysators der Blasenfangbehälter zwischengeschaltet, der die im Blut befindlichen Blasen ausscheiden soll, die aufsteigen und sich im oberen Teil des Behälters sammeln. Das gelingt aber n.cht für alle Blasen. Die sehr kleinen Blasen, insbesondere bei einem niedrigen Füllstand des Blutes im Gefäß und bei einer hohen Strömungsgeschwindigkeit, werden durch die Strömung selbst mitgerissen und gelangen so doch in den korporalen Kreislauf. Andererseits sind der Größe des Blasenfangbehälters dadurch Grenzen gesetzt, daß die Menge des zuzuführenden Fremdblutes oder einer physiologischen Lösung zu dem patienteigenen Blut möglichst niedrig gehalten wird.

Da sich die Durchführung einer Hämodialyse über mehrere Stunden erstreckt, ist eine ständige visuelle Kontrolle der Blasenansammlung im Blasenfangbehälter praktisch kaum durchführbar. Es ergab sich also die Notwendigkeit, eine absolut zuverlässig arbeitende automalische Vorrichtung zu schaffen, die erkennen und signalisieren kann, ob sich in einer bestimmten Meßstrecke eines Hohlkörpers eine Flüssigkeit, wie z. B. Blut, oder Gas oder mit Gasblasen durchsetzte Flüssigkeit befindet. Nach Möglichkeit soll auch das Vorhandensein von kleinen Blasen, die von der Strömung mitgerissen werden, erkannt und signalisiert werden.

Es wurde versucht, das Problem durch photoelektrische oder kapazitive Sensoren zu lösen. Es zeigte sich aber, daß eine photoelektrische Abtastung die Aufgabe nicht zufriedenstellend löst, da sie nicht zwischen blasenfreier Flüssigkeit und einer Ansammlung von kleinsten Blasen zu unterscheiden vermag und durch die Lichiundurchlässigkeit des Filmes, den z. B. das viskose Blut an der innenwand des Blasenfangbehälters beim Abfließen zurückläßt, getäuscht wird. Eine Erfassung der kleineren mitströmenden Blasen ist überhaupt nicht möglich, da diese sich im Zentrum des Behälters befinden. Die kapazitive Abtastung hat sich ebenfalls als unzuverlässig erwiesen, da auch sie nicht zwischen Ansammlungen von kleineren Blasen und blasenfreier Flüssigkeit unterscheiden kann und sich ebenfalls von dem an der Innenwand haftenden, elektrisch leitenden Blutfilm täuschen läßt sowie die in der Behältermitte befindlichen Blasen nicht ermitteln kann.

Das Übertragungsvermögen vom Schall ist bei Flüssigkeiten und Gasen sehr unterschiedlich. Wenn also an der einen Seite eines Gefäßes ein Schallsender und an der gegenüberliegenden Seite ein Schallempfänger angebracht wird, ist es möglich, bei einer definierten Intensität des gesendeten Schalls durch die Intensität des empfangenen Schalls, zu unterscheiden, ob sich nur Flüssigkeiten oder nur Gasblasen oder mit Gasblasen durchsetzte Flüssigkeit in der beschallten Strecke befinden.

Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung hoher Frequenzen durch die Streuung an Blut und dessen Bestandteilen erhebliche Störungen auftreten. Eine weitere starke Störung kommt daher, daß die korpuskularen Bestandteile des Blutes dazu neigen, infolge der Scherkräfte in Strömungen unterschiedlicher Geschwindigkeitsbereiche sich an bestimmten Punkten stärker zu sammeln. Durch eine Aggregation oder Segregation von korpuskularen Blutbestandteilen wird bei hohen Schallfrequenzen sogar eine Luftblase vorgetäuscht. Es sah also zunächst so aus, als sei eine densitometrische Meßmethode, die Aufschluß über den Gasblasengehalt in Blut und anderen Flüssigkeiten geben soll, überhaupt nicht möglich.

Ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Technik liegt dem Anmeldungsgegenstand die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur akustischen Er-

22

kennung von Gasblasen in Flüssigkeiten mit korpuskularen Bestandteilen der bekannten Art dahingehend zu verbessern, daß bei dem Meßvorgang weder eine Verformung noch eine Aggregation oder Segregation der korpuskularen Bestandteile der Flüssigkeit eintritt und der Meßvorgang selbst unter möglichster Ausschaltung von äußeren Störeinflüssen abläuft und ein leicht erkennbares Meßergebnis liefert.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß gelöst durch die im Patentanspruch angegebene Vorrichtung zur akustischen Erkennung von Gasblasen in Flüssigkeiten mit korpuskularen Bestandteilen in einer bestimmten Meßstrecke eines Hohlkörpers, durch welche die Flüssigkeit fließt, durch Bestimmung des Schallwiderstandes in der Meßstrecke zwischen einem von einem elekirischen Impulsfolgegenerator gespeisten Schall-Sendewandler und einem diesem gegvnüberliegenden Schali-Empfängerwandler, dessen Ausgangssignal über einen Verstärker einer Vorrichtung zur Erkennung des Vorhandenseins von Gasblasen zugeführt wird, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der elektrische Impulsfolgegenerator als ein Generator niederfrequenter, etwa im menschlichen Hörbereich liegender Impulsfolgen ausgebildet ist, daß das Ausgangssignal des einstellbaren Verstärkers in einem nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler digitalisiert und danach an eine logische Schaltung weitergegeben wird, die von dem niederfrequenten Impulsfolgegenerator syncluonisiert wird und ein digitales Signal an die Vorrichtung zur Erkennung des Vorhandenseins von Gasblasen abgibt.

Mit dieser Vorrichtung wird ein erheblicher technischer Fortschritt in der Erkennung von Gasblasen in Flüssigkeiten mit korpuskularen Bestandteilen erzielt. Der Meßvorgang läuft absolut zuverlässig ohne Störungen und ohne Aggregation oder Segregation der korpuskularen Bestandteile der Flüssigkeiten ab und liefert leicht erkennbare Meßergebnisse.

Die Vorrichtung wird an Hand der Zeichnungen naher erläutert (F i g. 1 bis 4).

Der Blasenfangbehälter 1, zweckmäßig aus einem nichttoxischen Kunststoff, wie Polyäthylen, Polypropylen, Polyamiden, Polyvinylchlorid, Polyurethanen und anderen, ist an seinem oberen Ende mit einem Zulaufschlauch 2 und am unteren Ende mi· dem Ablaufschlauch 3, ebenfalls aus nichttoxischem Material, verbunden. Der relativ flexible Behälter 1 ist in einem Träger 4 aus Kunststoff oder Metall formschlüssig eingebettet. Der Träger 4 ist für ein einfaches Einsetzen des Behälters 1 m,i einem Deckel 5, zweckmäßig aus Kunststoff, wie z. B. aus Polymethylaerylsäureester, versehen, der durch Schnellspannverschlüsse 6 gehalten wird. Auf zweckmäßiger Höhe sind der Schallsender 7 und der Schallempfänger 8 angebracht. Diese bestehen jeweils aus einem Körper 9, zweckmäßig aus Leichtmetall, wie Aluminium oder einer Leichtmetalllegierung, mit einem festverbundenen elektromechanischen Energie-Wandler, in diesem Fall einem piezoelektrischen Element 10. Zur Erhöhung der Funktionssicherheit können der Schallsender 7 sowie der Schallempfänger 8 in einem weichen Werkstoff, i. B. aus Polyurethan 11, eingebettet werden, um unerwünschte Nebenschlüsse über den Träger 4 zu vermeiden. Außerdem sind Schallsender 7 und Schallempfänger 8 mittels eines elastischen Gliedes, z. B. jeweils einer Druckfeder 12, durch den Deckel 13, zweckmäßig aus Kunststoff, gehalten, so daß sie an die Wand des Behälters 1 fest angepreßt werden, um eine sichere Schallübertragung zu gewährleisten. Ein pulsphase- und pulsamplitudemodulierter Impulsfolgegenerator 16, der als ein Generator niederfrequenter, etwa im menschlichen Hörbereich liegender Impulsfolgen ausgebildet ist, erzeugt definierte einzelne Impulse und speist über die Zuleitung 14 den Schallsender 7. Durch die Veränderbarkeit des Generators wird eine Optimierung der Frequenz und der Intensität der Schallimpulse gegenüber den Eigenschaften der Flüssigkeit und deren Strömungsgeschwindigkeit ermöglicht. Der Schallempfänger 8 gibt dem einstellbaren Verstärker 17 durch das Kabel 15 ein elektrisches Signal, das in seiner Intensität relativ zu der Intensität des empfangenen Schalls ist. Durch die FJnstellbarkeit des Verstärkers kann die Empfindlichkeit des Systems eingestellt werden. Der nachgeschallete Analog-Digital-Wandler 18 digitalisiert das Signal und gibt dieses an eine logische Schaltung 19 weiter, die von dem niederfrequenten Impulsfolgegenerator 16 synchronisiert wird, um Fremdeinflüsse tu unterdrükken. Aus der logischen Schaltung 19 wird also ein digitales Signal gegeben, das das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein entweder von gasblasenfreier Flüssigkeit oder von Gasblasen oder von mit Gasblasen durchsetzter Flüssigkeit in der Abtastzone des Behälters 1 eindeutig mitteilt.

Die Verwendung einer niederfrequenten Impulsfolge bringt außer an einem Hämodialysegerät ganz allgemein Voneile bei der Überwachung der Blasenfreiheit in Flüssigkeiten mit korpuskularen Bestandteilen.

Weitere Anwendungsgebiete, auf denen die niederfrequente Impulsfolge vorteilhaft ist, sind z. B. die Verwendung zur Überwachung der Blasenfreiheit von Blut an Herz-Lungen-Maschinen, Blutaustauschgeräten und Re-lnfusionsgeräten und beim Durchfluß von Blut in Transfusions- und Infusionsgeräten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. 22

   Patentanspruch:

   Vorrichtung zur akustischen Erkennung von Gasblasen in Flüssigkeiten mit korpuskularen Bestandteilen in einer bestimmten Meßstrecke eines Hohlkörpers, durch welche die Flüssigkeit fließt, durch Bestimmung des Schallwiderstandes in der Meßstrecke zwischen einem von einem elektrischen Impulsfolgegenerator gespeisten Schall-Sendewandler und einem diesem gegenüberliegenden Sehall-Empfängerwardler, dessen Ausgangssignal über einen Verstärker einer Vorrichtung zur Erkennung des Vorhandenseins von Gasblasen zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der clektrisehe Impulsfolgegenerator (16) als ein Generator niederfrequenter, etwa im menschlichen Hörbereich liegender Impulsfolgen ausgebildet ist, daß das Ausgangssignal des einstellbaren Verstärkers (17) in einem nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler μ (18) digitalisiert und danach an eine logische Schaltung (19) weitergegeben wird, die von dem niederfrequenten Impulsfolgegenerator (16) synchronisiert wird und ein digitales Signal an die Vorrichtung zur Erkennung des Vorhandenseins von Gasblasen abgibt.