DE2548759C3 - Gerät zur Messung der Ultrafiltration eines Dialysators - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Messung der Ultrafiltration eines Dialysators einer künstlichen Niere, mit einem mit dem Dialysatoreingang verbundenen Durchflußweg zum Zuleiten von Dialysat, einem mit dem Dialysatorausgang verbundenen Abflußweg, an den ein mit einem Ablauf verbundenes Meßgerät angeschlossen ist, mit in die Durchflußwege des Dialysatoreinganges und des Dialysatorausganges geschalteten Umschaltventilen, die während einer Meßperiode gleichzeitig absperrbar sind, und mit einem Regler, der den Dialysatordruck im Dialysator während der Meßperiode konstant hält.

Bei der Blutdialyse in künstlichen Nieren werden das Wasser sowie harnpflichtige Produkte aus dem Blut des Patienten entfernt. Das Verfahren wird in einem Dialysator durchgeführt, der einen Durchflußweg für das Blut des Patienten aufweist. Dieser Durchflußweg ist durch eine semipermeable Membran von dem Durchflußweg des flüssigen Dialysats getrennt. Die Abscheidung der harnpflichtigen Produkte oder der Schlackenprodukte erfolgt beim Massentransfer durch die Membran hindurch, und die Entferung des Wassers erfolgt durch Ultrafiltration durch die Membran. Die Rate oder Geschwindigkeit der Ultrafiltration wird geregelt, indem man das flüssige Dialysat mit konstantem Unterdruck (negativem Druck) durch den Dialysator fließen läßt, d. h. mit einem Druck, der niedriger ist als Atmosphärendruck. Die Ultrafiltrationsrate ist bei der Blutdialyse von großer Wichtigkeit und sollte sorgfältig auf einen Wert geregelt werden, der den Anforderungen des einzelnen Patienten entspricht. Bisher bestand die vorherrschende Meßtechnik darin, das Gewicht des Patienten während der Behandlung in Zeitintervallen zu ermitteln. Diese Technik liefert aber die benötigte Information erst, wenn die Behandlung bereits eine erhebliche Zeit läuft und somit schon weit fortgeschritten ist.

Ferner ist ein System zur Messung der Ultrafiltrationsrate eines Dialysators bekannt (US-PS 38 44 940), bei dem der Dialysatoreinlaß und der Dialysatorauslaß gleichzeitig abgesperrt werden können, so daß für eine Übergangsphase die Dialyse statisch erfolgt Das während dieser Übergangsphase durch die Membran hindurchgehende Ultrafiltrat erhöht das Volumen der abgesperrten Flüssigkeitsmenge, die daraufhin in einen Behälter hinein überläuft. In dem Behälter befindet sich eine Elektrodenanordnung, die den Flüssigkeitsstand im Behälter überwacht und anzeigt. Durch Messung derjenigen Zeit, die benötigt wird, um einen bestimmten Füllstand im Behälter zu erreichen, kann die Ultrafiltrationsrate ermittelt werden. Während der Absperrphase des Dialysators wird die Druckdifferenz an der Membran konstant gehalten. Dies geschieht dadurch, daß einerseits der venöse Blutdruck und andererseits der Druck der Mischung aus Dialysat und Ultrafiltrat

hinter dem Dialysator gemessen und voneinander subtrahiert werden. Das Subtraktionsergebnis wird einem Regelverstärker zugeführt, der eine an den Dialysator angeschlossene Zahnradpumpe steuert Bei diesem Dialysegerät erfolgt die Messung der Ultrafiltrauonsrate in Intervallen, deren Daue-· jeweils von der Zeitspanne bestimmt wird, die zum Füllen des Behälters benötigt wird. Damit ist eine schnelle Bestimmung der Ultrafiltrationsrate nicht möglich. Die Bestimmung der an der Membran herrschenden Druckdifferenz ist komplizieu, und der ermittelte Wert schwankt mit dem Wert des venösen Blutdrucks, der nicht Konstant sein muß.

Bei einem weiteren bekannten Blutdialysesystem (DE-AS 15 66 633) sind Ventile vorgesehen, die die Einlaßleitung und die Auslaßleitung zum Dialysator absperren und dabei gleichzeitig einen Bypass-Weg öffnen, über den der Dialysator kurzgeschlossen wird. Während des Kurzschlusses läuft ein Testzyklus ab, in dem alle angeschlossenen Überwachungssysteme und Anzeigeleuchten auf ihre Funktionsfähigkeit geprüft werden.

Ferner ist eine Dialysevorrichtung bekannt, bei der ein Regelventil parallel zu einer in die Abflußleitung geschalteten Pumpe geschaltet ist. Das Regelventil wird von einem Strömungs-Geschwindigkeitsdetektor gesteuert, der in die Abflußleitung geschaltet ist. Auf diese Weise wird die Differenz zwischen derjenigen Flüssigkeitsmenge, die in dem Dialysesystem zirkulieren kann und derjenigen Flüssigkeitsmenge, die von der Pumpe befördert wird, konstant gehalten, um die Strömungsgeschwindigkeit in dem System auf einem voreingestellten Wert zv. halten. Der Strömungs-Geschwindigkeitsdetektor erfüllt somit nicht die Aufgabe eines Durchflußmeßgerätes, sondern die Aufgabe eines Meßfühlers zur Aufrechterhaltung konstanter Strömungsbedingungen.

Schließlich ist ein Dialysegerät bekannt (US-PS 35 98 727), bei dem das Dialysat vor Einführung in den Dialysator erwärmt und entgast wird, um den bei der Erwärmung freigewordenen Sauerstoff abzuleiten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Dialysegerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das in der Bypass-Phase eine kontinuierliche Messung der Ultrafiltrationsrate ermöglicht und bei dem in der Bypass-Phase der Druck im Dialysator automatisch auf einem Wert gehalten wird, der den Verhältnissen in der Betriebsphase gut angepaßt ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Meßgerät ein Durchflußmengenmesser ist und daß der Regler derart ausgelegt ist, daß er während der Meßperiode den Druck am Dialysator auf einem Wert hält, der im wesentlichen dem Mittelwert des Druckes im Dialysator vor der Meßperiode entspricht.

Die Ultrafiltrationsrate kann damit jederzeit während der Blutdialysebehandlung gemessen werden, und eine Ablesung ist gleichzeitig mit dem Meßvorgang kontinuierlich möglich. Der Dialysatdruck wird während der Bypass-Phase unabhängig von dem Augenblickswert des Blutdrucks des Patienten auf einem Wert gehalten, der dem Mittelwert de^c _v. . auf den jeweiligen Patienten abgestimmten und entsprechend eingestellten Drucks im Dialysator angepaßt ist. Damit ist sichergestellt, daß die Druckbedingungen in der Bypass-Phase durch den Regler konstant aufrechterhalten werden. Die Regelung ist mit einer relativ einfachen Apparatur zuverlässig durchzuführen und sie erfolgt so, daß der Regler von einer Fluidquelle ein Fluid in den Dialysatorauslaß einläßt, wenn der am Dialysator auftretende Druck unter einen vorbestimmten Druck abfällt, um dadurch den Unterdruck am Dialysator auf dem vorbestimmten Wert zu halten. Besonders günstig ist es als Fluidquelle den Gasauslaß eines Gasakkumulators zu verwenden, der eine Entgasung des Dialysates bzw. des zur Herstellung des Dialysates verwendeten Wassers vornimmt. Damit wird vermieden, daß der Dialysatfluß bzw. der Gasstrom zur Atmosphäre hin geöffnet wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert

F i g. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Gerätes,

F i g. 2 zeigt in detaillierterer Form den Druckregler,

Fig.3 zeigt eine grafische Darstellung der Durchflußcharakteristik des Durchflußreglers,

Fig. 4 zeigt eine grafische Darstellung der Pumpenleistung und

F i g. 5 zeigt eine grafische Darstellung der Druckänderung in dem Dialysatfluß.

Bei dem in F i g. 1 abgebildeten Gerät arbeitet ein Dialysator 110 mit einem Blutzirkulationssystem 112 zusammen, das Bestandteil der künstlichen Niere ist. Der Dialysator und das Blutzirkulationssystem sind von bekannter Bauart und brauchen daher nicht näher erläutert zu werden.

Das Dialysat-Durchflußregelsystem enthält einen Wasserspender 114 und eine von diesem ausgehende Dialysatleitung zu dem Einlaß des L ialysators 110. Die Dialysatleitung enthält im wesentli hen einen Durchflußregler 116, eine Heizvorrichtung 118, eine eine erste Pumpenstufe bildende Saugpumpe 120, einen ersten Entgaser oder Luftakkumulator 122 und einen Mischer 124, der eine geregelte Menge an Dialysenkonzentratlosung liefert. Die Zuführungsleitung enthält zusätzlich einen zweiten Entgaser 126, eine Zelle 128 zur elektrischen Leitfähigkeitsmessung und einen Durchlaß durch ein Umschaltventil 130, das mit dem Einlaß des Dialysators 110 verbunden ist. Das Dialysat-Durchflußregelsystem enthält ferner eine Rücklaufleitung, die sich vom Auslaß des Dialysators 110 bis zu einem Flüssigkeitsablauf 132 erstreckt. Die Rücklaufleitung enthält einen Durchlaß durch das Umschaltventil 130, einen Blutauslaufdetektor 134 und eine Saugpumpe 136. Ferner ist ein Unterdruckregler 138 in dem Regelsystem für den Dialysatfluß vorgesehen. Das Meßgerät 142 dient zur Messung der Ultrafiltrationsrate UFR. Den Pumpen 120 und 136 sind Absperrventile 121 bzw. 137 parallelgeschaltet, um einen Flüssigkeitsfljß durch das System zu ermöglichen, wenn die Pumpen nicht laufen. Das Regelsystem für den Dialysatfluß wird im folgenden detaillierter beschrieben.

Der Wasserspender 114 ist eine Zapfstelle des Wasserversorgungsnetzes, an der das Wasser einen Druck von ca. 1,4 bis 2,1 bar über Atmosphärendruck hat. Das Versorgungswasser ist normalerweise kälter als Raumtemperatur und enthält eine wesentliche Menge an gelöster Luft. Das Wasser wird annähernd auf Körpertemperatur erwärmt, mit der konzentrierten Dialysatlösung gemischt, und das daraus entstehende Dialysat wird von dem Dialysator angesaugt. Die Entgasung des Dialysates ist erforderlich, um zu verhindern, daß in dem Dialysator wegen des dort erfolgenden Temperaturanstiegs und Druckabfalls zu

viel Luft frei wird. Um den Dialysatfluß mit Unterdruck (negativem Druck) durch den Dialysator zu treiben und bei diesem Unterdruck eine Entgasung unter allen Betriebsbedingungen zu erreichen, ist das System mit dem Durchflußregler 116, einer die erste Pumpenstufe bildenden Saugpumpe 120 in der Vorlaufleitung und einer die zweite . umpenstufe bildenden Saugpumpe 136 in der Rücklaufleitung versehen. Der Durchflußregler 116 ist von üblicher Konstruktion. Es handelt sich im wesentlichen um ein Drosselelement, das die in Fig.3 dargestellte Durchflußcharakteristik aufweist. Der Flüssigkeitsfluß durch den Regler 116 steigt bei ansteigendem Druckabfall am Regler nichtlinear an und erreicht eine im wesentlichen konstante Durchflußmenge bei einem bestimmten Druckabfall. Der Durchflußregler kann beispielsweise eine Durchfiußmenge von 425 mi pro Minute bei ca. 0,7 bar Druckdifferenz liefern. Diese Durchflußmenge bleibt bei höheren Werten des Druckabfalles im wesentlichen konstant. Die Pumpe 120, die von dem Motor 148 angetrieben wird, ist eine Verdrängerpumpe mit der in Fig.4 dargestellten Charakteristik. Die Verdrängerkapazität bzw. die Fördermenge verringert sich nichtlinear mit einer Vergrößerung des an der Pumpe herrschenden Druckes bzw. des Unterdruckes am Pumpeneinlaß. Beispielsweise hat die Pumpe 120 eine Kapazität von 150OmI pro Minute, wenn sie nicht gegen einen Druck, der höher ist als ihr Eingangsdruck, anpumpt.

Die zweite Pumpe 136 ist ebenfalls von dem Motor 148 angetrieben. Es handelt sich um den gleichen Pumpentyp mit derselben Nennkapazität wie Pumpe 120. Die Pumpe 136 hat daher eine Charakteristik, die wenigstens annähernd der Kurve der F i g. 4 entspricht. Für vorgegebene Arbeitsbedingungen des Systems arbeitet die Pumpe 120 z. B. bei einem Arbeitspunkt A der Kurve von F i g. 4. Dies bedeutet eine Durchflußrate von 500 ml pro Minute bei einem Druckanstieg über die Pumpe von ca. 0,7 bar. Die Pumpe 136 wird dagegen bei einem Arbeitspunkt ßder Kurve nach F i g. 4 betrieben. Hier beträgt ihre Durchflußrate 750 ml pro Minute bei einem Druckanstieg über die Pumpe von ca. 0,56 bar.

Die Einstellung des Dialysatdruckes in dem Dialysator und der Arbeitspunkte der Pumpen erfolgt, indem man den von dem Regler 138 gelieferten Unterdruck in noch zu erläuternder Weise einstellt.

Zur Erläuterung ist eine vereinfachte grafische Darstellung der Druckverteilung in dem Regelsystem des Dialysatflusses in F i g. 5 dargestellt Diese grafische Darstellung zeigt die Druckverteilung zwischen dem Wasserspender 114 und dem Ablauf 132, wobei längs der Abszisse einige Komponenten des Systems der F i g. 5 bezeichnet sind. 5η F i g. 5 ist an der Abszisse die Länge des Flußweges aufgetragen und an der Ordinate der Druck im Flußweg. Der Ordinaten-Nullwert entspricht dem Atmosphärendruck. Man erkennt,.daß die Kurve von positiven Druckwerten zu negativen Druckwerten verläuft, d. h. von einem Druck oberhalb des Atmosphärendrucks zu Druckwerten unterhalb des Atmosphärendrucks. Die in F i g. 5 bezeichneten Komponenten im Durchflußweg sind in der Reihenfolge angeordnet, in der sie in Strömungsrichtung im Durchflußweg liegen. Der Abstand der einzelnen Komponenten ist in F i g. 5 willkürlich gewählt Die gegenseitigen Positionen und Werte sind lediglich zum Zwecke der Erläuterung dargestellt

Im folgenden wird die Erzeugung des Unterdrucks in dem Durchflußregelsystem unter Bezugnahme auf F i g. 1 und die Druckverteilungskurve der F i g. 5 erläutert. Das von dem Wasserspender 114 kommende Wasser wird bei einem positiven Druck von ca. 3,33 bar zugeführt. Die durch die Kurve I in F i g. 5 repräsentierte Druckverteilung gibt einen bestimmten Zustand in dem Durchflußregelsystem wieder, bei dem die Pumpen 120 und 136 in Betrieb sind und das Ventil 130 in Durchlaßstellung ist, d. h. den Dialysatstrom durch den Dialysator 110 leitet. Auf diese Weise fließt ein kontinuierlicher Flüssigkeitsfluß von dem Spender 114,

ίο dem der hohe Druck des Anfangswertes der Kurve in F i g. 5 entspricht, zu dem Ablauf 132, dem der niedrige Druckwert am Ende der Kurve entspricht Der Durchflußregler 116 erzeugt an dem an der Kurve I bezeichneten Punkt einen großen Druckabfall. Tatsäch lieh fällt der Druck von einem hohen positiven Wert auf einen relativ niedrigen negativen Wert, d. h. unter den Atmosphärendruck. Die Kurve I in Fig. 5 zeigt auch den auf den Strömungswiderstand der Leitung zurückzuführenden linearen Strömungswiderstand. Einige der in Fig. 1 gezeigten Komponenten, wie der Blutauslaufdetektor 134, sind in F i g. 5 nicht erwähnt Ein typisches Dialysatdurchlußsystem kann aber auch noch weitere Bestandteile zusätzlich zu denen der Fig. 1 aufweisen, beispielsweise ein Wasserfilter oder einen Druckschalter. Obwohl jeder Bestandteil des Systems einen gewissen Druckabfall im Durchflußweg erzeugt, bleiben dennoch die Prinzipien, unter denen das Durchflußregelsystem mit negativem Druck arbeitet, dieselben. Der Druck verringert sich in dem Durchflußintervall zwischen dem Regler 116 und der Pumpe 120 geringfügig, hauptsächlich infolge des Durchflußwiderstandes der Heizvorrichtung 118. Die Pumpe 120 erzeugt natürlich zwischen ihrem Einlaß und ihrem Auslaß einen Druckanstieg, durch den der Druck sich jedoch infolge der Wirkung der Pumpe 136 nicht über den Atmosphärendruck erhebt, wie die Kurve I deutlich zeigt. Der relativ geringe negative Druck am Auslaß der Pumpe 120 wird durch die Wirkung der Pumpe 136 aufrechterhalten. Die Flüssigkeits-Fördermenge der Pumpe 136 wird durch geregelte Zugabe von Luft zu der Flüssigkeit beeinflußt. Zwischen dem Auslaß der Pumpe 120 und dem Einlaß des Dialysators 110 enthält der Durchflußweg einen Teil des Umschaltventils 130, das den dargestellten Druckabfall verursacht Der Durchflußweg durch den Dialysator 110 bildet einen Durchflußwiderstand und verursacht den dargestellten linearen Druckabfall. Vom Dialysatorausgang verringert sich der Druck stetig, und ein weiterer Druckabfall entsteht am Umschaltventil 130. Der am stärksten

so negative Wert zwischen den Pumpen herrscht am Einlaß der Pumpe 136. Die Pumpe 136 erzeugt einen Druckanstieg, der durch der. Fluiddruck am Auslauf 132 begrenzt ist. Wie Fig.5 zeigt, liegt der Auslaufdruck und damit der Förderdruck der Pumpe 136 geringfügig oberhalb des Atmosphärendruckes. Die Druckverteilung in dem Durchflußweg des Dialysators wird nachfolgend noch unter Bezugnahme auf die Regelung des Unterdrucks in dem Dialysator beschrieben. Die obige Erörterung bildet jedoch eine ausreichende Basis für die Beschreibung des Entgasungssystems.

Die Entgasung des Dialysates erfolgt im Durchflußweg mit Hilfe des Unterdruckes und einer Aufheizung an speziellen Stellen im Durchflußweg. Das zugeführte Wasser ist normalerweise in einem solchen Zustand, daß es eine relativ große Menge an gelöster Luft enthält, d. h. das Wasser ist kalt erheblich unter Raumtemperatur und hat einen Druck von über 3 bar. In der Zuführungsleitung zwischen dem Strömungsregler 116

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und dem Einlaß der ersten Pumpe 120 wird der Druck auf einen negativen Wert von mehr als 0,13 bar unter Atmosphärendruck reduziert. Der am stärksten negative Punkt in dem Dialysatdurchflußsystem ist der Eingang der ersten Pumpe 120. Ein gleich starker negativer Druck kann unter extremen Betriebsverhältnissen, die noch erläutert werden, am Einlaß der Pumpe 136 herrschen. Die Heizvorrichtung 118 liegt im Durchflußweg zwischen dem Durchflußregler und der Pumpe 120 und arbeitet in üblicher Weise, indem sie die Temperatur des Wassers auf etwa die Körpertemperatur des Patienten erhöht. Sowohl der Druckabfall als auch der Temperaturanstieg bewirken die Freisetzung von in dem Wasser in Lösung enthaltener Luft in Form von Blasen. Das Zusammenwirken des Temperaturensliegs und des Druckabfalls ist außerordentlich wirksam zur Freisetzung gelöster Luft, da das Wasser unter derartigen Verhältnissen übersättigt ist. Die Freisetzung der gelösten Luft wird ferner durch die Tatsache verstärkt, daß das Wasser zum Teil in Berührung mit den Heizelementen kommt und Temperaturen annimmt, die erheblich über den Temperaturen des Wassers im gesamten Durchflußstrom liegen. Die Entgasung des Dialysates in dem Durchflußweg erfolgt daher zum größten Teil zwischen der Heizvorrichtung 118 und der Pumpe 120. Bei diesem Entgasungsprozeß wird die in Form kleinster Bläschen in der Flüssigkeit enthaltene gelöste Luft freigesetzt, indem die Bläschen sich zu größeren Blasen vereinigen, die aufsteigen. Dies ist ein kontinuierlicher Prozeß im Abschnitt zwischen der Heizvorrichtung und dem Pumpeneinlaß. Auf diese Weise bringt die Pumpe 120 die Flüssigkeit mit der darin gefangenen Luft auf einen höheren Druck und schickt sie durch den ersten Akkumulator 122. Dieser Akkumulator ist in F i g. 1 schematisch und in F i g. 5 als Block abgebildet, um seine Stellung innerhalb der Druckverteilung des Systems zu verdeutlichen. Der Akkumulator 122 enthält einen Flüssigkeitsbehälter oder Tank 162, dessen Einlaßanschluß im oberen Bereich und dessen Auslaßanschluß im unteren Bereich liegt. Die Querschnittsfläche des Tanks 162 ist wesentlich größer als diejenige des Einiaßanschiusses und des Auslaßanschlusses, wodurch erreicht wird, daß die Flüssigkeit jeweils eine Zeitlang in dem Tank verbleibt Während die Flüssigkeit in dem Tank 162 steht, steigen die Luftblasen zur Oberfläche und sammeln sich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels. Der Akkumulator ist mit einer Entlüftungsöffnung am oberen Ende versehen. Dieser Luftauslaß ist über eine Leitung 164 mit einer Luftsammelleitung 166 verbunden, die in Durchflußrichtung hinter dem Akkumulator 162 und vor der zweiten Pumpe 136 liegt. Der Akkumulator 122 weist ein Schwimmerventil 168 auf, das den Luftauslaß verschließt, wenn die Flüssigkeit in dem Tank über einen bestimmten Wert ansteigt Wenn die Flüssigkeit unter diesem Wert liegt, ist das Ventil geöffnet und die Luft die sich oberhalb der Flüssigkeit angesammelt hat wird durch die Leitung zu der Luftsammelleitung 166 abgelassen.

Das entgaste Wasser fließt aus dem Akkumulator 162 durch den Mischer 124, der ein relativ kleines Volumen an konzentriertem flüssigem Dialysat in den Wasserstrom injiziert Der Mischer 124 ist von üblicher Konstruktion und das »Konzentrat« wird ihm von der Quelle 144 über die Pumpe 146 zugeführt Die Pumpe 146 gibt das Konzentrat in dosierter Form in den Mischer ein. Bei der Pumpe handelt es sich um eine peristaltische Pumpe. Da dieser Pumpentyp wegen der periodischen Injektion des Konzentrats dazu neigt, eine nicht homogene Mischung von Konzentrat und Wasser zu erzeugen, wird zweckmäßigerweise eine zusätzliche Mischung durchgeführt, so daß die Konzentration des Dialysats, wenn dieses den Dialysator erreicht, gleichmäßig ist. Dies ist der Hauptzweck des zweiten Akkumulators 126. Ferner trennt dieser Akkumulator eine zusätzliche Luftmenge von dem flüssigen Dialysat ab. Der Akkumulator 126 hat im wesentlichen dieselbe Konstruktion wie der Akkumulator 122, und der Luftauslaß ist über die Auslaßleitung 164 mit der Luftsammelleitung 166 verbunden. Während das flüssige Dialysat in dem Tank des Akkumulators 126 steht, wird das Gemisch aus Konzentrat und Wasser immer gleichmäßiger, und die durch das Pulsieren der pcristaltischen Pumpe verursachten Druckwellen in dem Flüssigkeitsfluß werden vor dem Dialysator geglättet.

Das flüssige Dialysat, das den Akkumulator 126 verläßt, wird vor dem Eintritt in den Dialysator 110 konditioniert. Das System weist eine geschlossene Regelschleife zur Regelung der Dialysatkonzentration und der Dialysattemperatur auf. Zu diesem Zweck ist der Meßfühler 128 in den Durchflußweg geschaltet. Der Meßfühler erzeugt ein die Leitfähigkeit des Dialysates kennzeichnendes elektrisches Signal, das in dem (nicht dargestellten) Konzentrat-Regelkreis, der die Pumpe 146 steuert, verarbeitet wird.

Der Meßfühler 128 enthält ferner einen Temperatursensor, der ein der Dialysattemperatur entsprechendes elektrisches Signal für den (nicht dargestellten) Temperatur-Regelkreis erzeugt, der die Heizvorrichtung 118 steuert. Die erwähnten Regelkreise können in der üblichen Weise konstruiert sein und werden normalerweise in künstlichen Nieren angewandt. Die Anbringung des Meßfühlers 128 hinter der Entgasungseinrichtung des Dialysates stellt sicher, daß die Leitfähigkeitsmessung für die Konzentrationsregelung nicht von gelöster oder in der Flüssigkeit gefangener Luft beeinträchtigt wird.

Das Umschaltventil 130 schaltet den Dialysatfluß so, daß er entweder durch den Dialysator oder durch einen den Dialysator kurzschließenden Bypass hindurchfließt. Das Umschaltventil ist schematisch in F i g. 1 zu erkennen. Wenn es in Durchflußstellung ist, sind die in durchgezogenen Linien abgebildeten Leitungen geöffnet, während die gestrichelte Leitung gesperrt ist. Der Flüssigkeitsfluß wird so durch einen ersten Durchgang des Ventils dem Einlaß des Dialysators 110 zugeführt und gelangt von dem Dialysatorausgang durch einen zweiten Durchgang in dem Ventil 130 zurück. Wenn das Umschaltventil in Bypass-Stellung ist, werden die ersten und zweiten (in durchgezogenen Linien dargestellten) Durchgänge geschlossen und ein dritter (in gestrichelten Linien dargestellter) Durchlaß geöffnet. Auf diese Weise wird der Flußweg um den Dialysator herumgeleitet

Das Ventilgehäuse weist eine Einlaßöffnung 182 auf, an die die Einlaßleitung angeschlossen werden kann und die sich bis in eine Zentralbohrung oder Zentralkammer hinein erstreckt Die Auslaßöffnung 186 des Ventils 130 geht von der Zentralkammer aus. An sie ist eine externe Auslaßleitung angeschlossen, die zu dem Blutauslaufdetektor 134 und weiter zu der Pumpe 136 führt Der Auslaßstutzen 188 führt in die Zentralkammer hinein und dient dem Anschluß einer mit dem Dialysatoreinlaß verbundenen externen Leitung. In gleicher Weise führt die Rücklaufleitung 192 von dem Auslaß des Dialysators

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110 in die Zentralkammer hinein. Von der Zentralkammer geht ein Meßdurchlaß ab, der mit dem Auslaß des UFR-Meßgerätes 142 verbunden ist.

Der Dialysatdruck wird in dem Dialysator selbsttätig geregelt, um einen bestimmten Wert einzuhalten, der entsprechend den Bedürfnissen des einzelnen Patienten manuell eingestellt werden kann. Wie F i g. 1 zeigt, enthält die Regeleinrichtung einen Regler 138, der in Blockdarstellung abgebildet ist, wobei seine Anschlüsse an den Dialysatflußweg sichtbar sind. Der Regler weist einen mit der Einlaßleitung des Dialysators verbundenen Steuereinlaß 222 und einen mit dem Dialysatorauslaß verbundenen Steuerauslaß 224 auf. Zusätzlich weist der Regler 138 eine mit der Umgebungsluft verbundene Eingangsleitung 232 und eine über ein Absperrventil 228 mit der Luftsammelleitung 166 verbundene Auseanesleitung 226 auf. Der Durchfluß der Luft von der Eingangsleitung 232 zur Ausgangsleitung 226 wird in Abhängigkeit von der vom Steuereinlaß 222 zum Steuerauslaß 224 fließenden Flüssigkeitsmenge geregelt.

Die Konstruktion des Reglers 138 ist in Fig. 2 dargestellt. An dem Reglergehäuse 234 erkennt man den Steuereinlaß 222 und den .Steuerauslaß 224 sowie die Eingangsleitung 232 und die Ausgangsleitung 226. In dem Reglergehäuse ist ein Ventil 236 untergebracht, das axial von einer Membran 238 verschoben werden kann, um den Durchfluß des geregelten Fluids entsprechend dem Druck der Steuerflüssigkeit zu verändern. Das Ventil 236 ist durch eine Druckfeder 242 in einer Richtung vorgespannt. Die Vorspannung der Druckfeder 242 ist manuell an einem Stellknopf 244 einstellbar.

Das Reglergehäuse 234 weist einen ringförmigen Ventilsitz 246 auf, der gegen das axial abgestützte Dichtungsteil 248 preßbar ist und dabei den Luftauslaß 226 von dem Lufteinlaß 232 abtrennt. Wenn das Ventil 236 von dem Ventilsitz 246 abgezogen ist, steht der Luftauslaß 226 über eine Luftkammer 252 mit dem Lufteinlaß 232 in Verbindung. Innerhalb des Ventilgehäuses 234 wird eine Unterdruckkammer 254 nach rechts von der Membran 238 und nach links von der Membran 256 begrenzt. Beide Membranen bilden zusammen mit dem Ventilgehäuse, in das sie mit ihren Rändern eingespannt sind, eine fluiddichte Abdichtung. Innerhalb der Unterdruckkammer 254 befindet sich ein Kolben 258, der axial verschiebbar von den Membranen 238 und 256 getragen wird. Das Ventil 236 ist auf dem vergrößerten Kopf des Kolbens 258 unter Zwischenschaltung der Membran 238 montiert. Er bewegt sich zusammen mit dem Kolben gegenüber dem Ventilsitz 246. Der Kolben 258 ist in Schließrichtung des Ventils 236 gegen den Ventilsitz 246 durch die Feder 242 vorgespannt. Die Feder 242 ist mit ihrem einen Ende an einer Scheibe 262 abgestützt Die Scheibe 262 drückt über die Membran 256 gegen den Kolben 258. Die Feder 242 ist in einem rohrförmigen Gehäuse 264 untergebracht und drückt gegen eine verschiebbare Mutter 266. Diese Mutter steht in Eingriff mit einer Führungsschraube 268, die durch eine Wand des Gehäuses 264 hindurchragt und durch einen Federring 272 gesichert ist Die Führungsschraube 268 ist in der Gehäusewand drehbar und kann durch Drehen des an ihrem Ende befestigten Drehknopfes 244 verstellt werden. Der Knopf 244 weist einen Zeiger auf, der entlang einer Skala 274, die in Druckeinheiten geeicht ist, bewegt wird.

Der Regler 138 regelt den Flüssigkeitsdruck in der Unterdruckkammer 254 auf einen durch die Vorspannung der Feder 242 vorgegebenen Wert, der an dem Stellknopf 244 eingestellt worden ist. Der Regler funktioniert nach Art eines einstellbaren Überdruckventils, jedoch mit dem Unterschied, daß er auf Unterdruck in der Kammer 254 anspricht, und daß, wenn dieser negative Druck zu groß wird, der Kolben 258 die Vorspannung der Feder 242 überwindet, so daß er sich zusammen mit dem Ventil 236 nach links bewegt. Hierdurch wird die Ventilfläche 248 von dem Ventilsitz

ίο 246 abgehoben, so daß Fluid durch das Ventil und die externen Leitungen hindurchfüeßen kann, um den Sog in der Unterdruckkammer 254 zu verringern. Der Regler 138 kann somit als einstellbares Sog-Ablaßventil bezeichnet werden. Wie F i g. 2 zeigt, wird der Druck in der Unterdruckkammer 254 gleich dem Mittelwert des Druckes im Dialysator 110,d.h.,er nimmt einen Wert in der Mitte zwischen dem Einlaßdruck und dem Auslaßdruck des Dialysators an, wenn der Steuereinlaß 222 und der Steuerauslaß 224 jeweils mit dem Einlaß und dem Auslaß des Dialysators 110 verbunden sind. Die Eingangsleitung 232 steht in Verbindung mit der unter Atmosphärendruck stehenden Umgebungsluft und die Eingangsleitung 226 ist über das Absperrventil 228 mit der Luftsammelleilung 166 verbunden. Wenn das System mit einem geringen Unterdruck im Dialysator betrieben werden soll, wird die Feder 242 so eingestellt, daß sie dem Kolben 258 eine geringe Vorspannung erteilt. Wenn der geregelte Druck in dem Dialysator einen hohen negativen Wert annehmen soll, wird die Feder 242 so eingestellt, daß sie eine große Kraft auf den Kolben 258 ausübt. Die Kraft der Feder 242 ist an dem Knopf 244 über einen Bereich einstellbar, der dem Druckbereich entspricht, der von Null (d. h. Atmosphärendruck) bis zu 665 mbar unter Atmosphärendruck reicht.

In F i g. 5 stellt die Druckverteilung des Dialysatflusses, die durch Kurve I angegeben wird, einen gewissen Mittelwert des Unterdrucks im Dialysator dar, z. B. —475 mbar. Der Mittelwert im Dialysator wird auf dem gewünschten Wert gehalten, indem der Stellknopf 244 des Reglers 138 so eingestellt wird, daß eine entsprechende Federkraft aufgebracht wird. Da der Druck in der Unterdruckkammer 254 gleich dem mittleren Druck im Dialysator ist, bleibt das Regelventil so lange geschlossen, wie der mittlere Unterdruck in dem Dialysator nicht größer wird als der Sollwert. Die zweite Pumpe arbeitet jedoch mit einer Pumpenkapazität, die kontinuierlich bestrebt ist, den negativen Wert auf einen Wert zu erhöhen, der größer ist als der

so eingestellte Sollwert Wenn dieser zu große Wert erreicht ist, öffnet das Ventil 236 und läßt Luft aus der Atmosphäre durch den Fluideinlaß 232, den Auslaß 226 und das Absperrventil 228 zur Luftsammelleitung 166 durch. Zum Einlaß der Pumpe 136 gelangt eine solche Luftmenge, die ausreicht, um den negativen Druck im Dialysator zu verringern, so daß durch eine entsprechende Verringerung des Druckes in der Unterdruckkammer 254 des Reglers das Ventil 236 schließt Diese Regelwirkung wiederholt sich während des Betriebes des Systems, wobei das Öffnen und Schließen des Ventils mit relativ hoher Frequenz erfolgt, so daß der Druckwert in einem sehr schmalen Abweichungsbereich um den Sollwert herum schwankt
Wenn der Dialysator mit einem größeren negativen Druck betrieben werden soll, wird der Regler 138 entsprechend eingestellt und die oben beschriebene automatische Regelung setzt ein. Wie F i g. 5 zeigt führt der Betrieb des Dialysators mit unterschiedlichen

Unterdruckwerten zu unterschiedlichen Druckverteilungen hinter der ersten Pumpe 120. Die Kurve Il zeigt den Maximalwert des negativen Drucks in dem Dialysator. Man erhält sie, indem man den Regler mit der maximalen Vorspannung der Feder 242 beaufschlagt. Diese Vorspannung verhindert, daß das Ventil 236 überhaupt öffnet, so daß keine Luft durch den Regler hindurch zur Luftsammelleitung 166 gelangt. Die zweite Saugpumpe 136 arbeitet mit maximalem Sog, der infolge der im wesentlichen gleichen Pumpencharaktenstiken etwa denselben negativen Druck am Pumpeneinlaß erzeugt wie die erste Pumpe 120. Das andere Extrem des Betriebsdruckes des Dialysators zeigt Kurve III in Fig.5. Diese Kurve repräsentiert den Mitteldruck in dem Dialysator bei Atmosphärendruck. Man erreicht diese Kurve, indem man den Regler so einstellt, daß die Kraft der Feder 242 minimal ist und etwa durch den atmosphärischen Druck in der Kammer 254 ausgeglichen wird. In diesem Betriebszustand hat das Dialysat einen positiven Druck am Dialysatoreingang und einen negativen Druck am Dialysatorausgang, wie Kurve III zeigt.

Das soeben beschriebene Druckregelsystem reagiert sowohl während der Durchlaßstellung als auch während der Bypass-Stellung des Umschaltventils auf den Dialysatordruck. Das Umschaltventil 130 schaltet während des Bypass-Betriebes den Dialysatfluß vom Dialysatoreinlaß ab und schaltet gleichzeitig den Dialysatorauslaß 192 von dem Durchlaß 186 ab. Der Dialysatorauslaß bleibt jedoch über den Durchflußmengenmesser 142 und ein Absperrventil 282 mit dem Auslaß 186 in Verbindung. Der Dialysator bleibt natürlich während dieser Bypass-Phase mit Dialysat gefüllt, jedoch wird der Dialysatfluß beendet, und die Dialyse wird daher statisch. Unter der Voraussetzung, daß durch die Anschaltung des Meßgerätes keine Änderung des Dialysatdruckes eintritt, wird der statische Druck gleich dem mittleren Druck im Dialysator, der unmittelbar vor der Bypass-Phase geherrscht hat. Der DialysaHruck erreicht schnell das Gleichgewicht im Dialysator 110, und die Ultrafiltrationsrate läuft während der Meßphase mit demselben Wert weiter wie während der Betriebsphase. Das in die Dialysatkammer eintretende Ultrafiltrat erhöht das Flüssigkeitsvolumen (das dann aus einer Mischung aus Dialysat und Ultrafiltrat besteht) und erzeugt einen Fluß durch den Durchflußmesser 142, dessen Durchflußrate gleich der Ullrafiltrationsrate in dem Dialysator ist. Demnach bleibt die Ullrafiltrationsrate im Bypass-Betrieb die gleiche, und das Durchflußvolumen durch das Meßgerät 142 und den Durchlaß 186 entspricht vollständig der Ultrafiltrationsrate, die durch das Dialysatorteil hindurchdringt. Die Ultrafiltrationsrate wird daher außerordentlich genau durch momentanes Umschalten des Umschaltventil 130 von Durchlaß-Betrieb auf Bypass-Betrieb gemessen. Die Genauigkeit dieser Messung wird dadurch erhöht, daß man den mittleren Druck im Dialysator als Regelgröße im Regler verwendet. Hierdurch ist sichergestellt, daß der Dialysatorfluß durch das Meßgerät bei demselben Druck erfolgt, der auch im Dialysator herrscht. Wenn am Dialysator ein anderer Druck zur Regelung abgenommen würde, würde beim Umschalten auf Bypass-Betrieb eine Änderung des Dialysatdruckes auftreten. Diese würde die Ultrafiltrationsrate während des Bypass-Betriebes verändern, un 1 man würde daher kein Meßergebnis ablesen können, ias die Ultrafiltrationsrate während des Durchlaßbetri ?bes repräsentiert

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Gerät zur Messung der Ultrafiltration eines Dialysators einer künstlichen Niere, mit einem mit dem Dialysatoreingang verbundenen Durchflußweg zum Zuleiten von Dialysat, einem mit dem Dialysatorausgang verbundenen Abflußweg, an den ein mit einem Ablauf verbundenes Meßgerät angeschlossen ist, mit in die Durchflußwege des Dialysatoreinganges und des Dialysatorausgangs geschalteten Umschaltventilen, die während einer Meßperiode gleichzeitig absperrbar sind, und mit einem Regier, der den Dialysatordruck im Dialysator während der Meßperiode konstant hält, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät (142) ein Durchflußmengenmesser ist und daß der Regler (138) derart ausgelegt ist, daß er während der Meßperiode den Druck am Dialysator auf einem Wert hält, der im wesentlichen dem Mittelwert des Druckes im Dialysator (110) vor der Meßpericde entspricht.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (138) mit einer Eingangsleitung (222) an die zum Dialysatoreinlaß führende Leitung und mit einer Auslaßleitung (224) an die mit dem Dialysatorausgang verbundene Leitung angeschlossen ist, mit der auch das Meßgerät (142) verbunden ist.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (138) an eine Fluidquelle (232) angeschlossen ist und von dieser Fluid in die Dialysatorauslaßleitung einläßt, wenn der am Dialysator auftretende Druck unter einen vorbestimmten Druck abfällt.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang (222) des Reglers mit einer Einrichtung zur Ermittlung des mittleren Druckes am Dialysator verbunden ist.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ermittlung des mittleren Druckes aus einer dem Dialysator parallelgeschalteten Leitung besteht, die in der Mitte ihrer Länge eine mit dem Regler verbundene Öffnung aufweist.

6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Entgaser (122) über eine Gasauslaßleitung (164) mit der von dem Auslaß des Dialysators zu einer Pumpe (136) führenden Flüssigkeitsleitung verbunden ist und daß die Gasauslaßleitung mit dem Regler (138) zur Regelung des Unterdruckes im Dialysator (110) verbunden ist.

7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Durchflußweg zwischen einer Drosselstelle (116) und dem Dialysator (110) ein zweiter Entgaser (126) vorgesehen ist.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mischer (124) zwischen den ersten Entgaser (122) und den zweiten Entgaser (126) geschaltet ist.

9. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle (116) eine Charakteristik aufweist, die, wenn der Druckabfall an dem Drosselelement einen bestimmten Wert übersteigt, eine im wesentlichen konstante Durchflußrate ergibt.

10. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Dialysatstrom vor dem Dialysator

(110) eine weitere Pumpe (120) angeordnet ist und daß beide Pumpen (120,136) in Verbindung mit dem Regelsystem derart eingestellt sind, daß die dem Dialysator (110) nachgeschakete Pumpe (136) eine höhere Förderleistung aufweist als die dem Dialysator vorgeschaltete Pumpe (120).

11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Pumpen (120, 136) Verdrängerpumpen sind.