DE3042657A1

DE3042657A1 - Druckregler, insbesondere fuer ein dialysegeraet

Info

Publication number: DE3042657A1
Application number: DE19803042657
Authority: DE
Inventors: James D. St. Petersburg Fla. Aid; Edward R. Clearwater Fla. Lindsay
Original assignee: Extracorporeal Medical Specialties Inc
Current assignee: Extracorporeal Medical Specialties Inc
Priority date: 1979-11-15
Filing date: 1980-11-12
Publication date: 1981-05-27
Also published as: GB2063427B; CA1158509A; JPS5683359A; IT1134064B; FR2469748B1; IT8025605A0; BE886195A; FR2469748A1; US4554069A; GB2063427A

Description

Druckregler, insbesondere für ein Dialysegerät

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckregler und speziell auf einen Membrandruckregler zur Verwendung mit einem Blutdialysator in einer künstlichen Niere.

Beim Dial ynevorganq in einer künstlichen Niere wird chi;; I)It rafiltrat, d.h. gelöste Stoffe enthaltendes Wasser aus dem Patientenblut durch die Dialysemembran entfernt und in die Dialyselösung überführt. Die Dialysegeschwindigkeit hängt von der Art des Dialysators und von der Druckdifferenz über der Membran ab. Diese Druckdifferenz, die nachfolgend mit Membrandruck bezeichnet wird, ist die Differenz zwischen dem Druck des Patientenbluts auf der einen Seite der Membran und dem Druck der durch den Dialysator fließenden Dialysatlösung auf der anderen Seite der Membran. Beispielsweise fließt während eines typischen Dialysevorgangs das Patient enblut mit einem Druck von +100 mm Hg durch den Dialysator und das Dialysat fließt bei einem Druck von -100 mm Ug, so daß dieses System durch einen Membrandruck von 200 mm Hg gekennzeichnet ist.

Vor der Dialysebehandlung wird die Gesamtmenge des aus dem Patientenblut zu entfernenden Ultrafiltrats bestimmt und die Abscheidungsgeschwindigkeit wird eingestellt. Unter Verwendung von Daten, die der Hersteller des Dialysators angegeben hat, wird der Membrandruck bestimmt, der notwendig ist, um die gewünschte Menge Ultrafiltrat abzuscheiden. Wenn die beteiligten Variablen, z.B. der Blutdruck des Patienten, der Dialysatdruck usw. konstant bleiben, dann wird die gewünschte Menge Ultrafiltrat tatsächlich auch in der vorgewählten Zeit abgeschieden. In der klinischen Praxis wird jedoch die gewünschte Ultrafiltrationsgeschwindigkeit selten ohne ständige manuelle Nachstellung des Dialysatdrucks erreicht. Wo man versucht, mit einem vorge-

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wähl tun Membraridruck zu arbeiten unter der Annahme, daß ein konstanter Vehenblutdruck herrscht und indem man ein Ventil zur Einstellung des Dialysatdrucks verwendet, rufen Veränderungen im Dialysatfluß oder Ansammlungen von Partikeln in oder um den Ventilsitz herum Veränderungen im Dialysatdruck hervor, die wiederum eine Veränderung des vorgewählten Membrandrucks zur Folge haben. Veränderungen im DialysatfluQ und/oder Partikelansammlungen am Ventilsitz können dadurch vermieden werden, daß man das vorerwähnte Ventil durch einen Dialysatdruckregler ersetzt. Aber auch bei Verwendung eines solchen Dialysatdruckreglers kann der Membrandruck aufgrund von Veränderungen im Blutdruck des Patienten schwanken. Diese Schwankungen treten besonders in solchen Fällen in Erscheinung, in denen die Dialyse bei einem Membrandruck nahe oder gleich Null durchgeführt wird.

Die vorliegende Erfindung beseitigt im wesentlichen das letztgenannte Problem, indem sie einen Membrandruckregler vorschlägt, der einen vorgewählten Dialysatdruck auf einem konstanten Wert unbeeinflußt von Änderungen im Dialysatfluß oder von der Anwesentheit von Partikeln hält und der den Dialysatdruck in Abhängigkeit vom Venenblutdruck des Patienten so einstellt, daß ein im wesentlichen konstanter Membrandruck erzielt wird»

Der Membrandruckregler nach der vorliegenden Erfindung ist speziell für den Einsatz in den in letzter Zeit entwickelten Dialyseverfahren günstig, die bei sehr niedrigen Membrandrücken vergleichsweise langsam arbeiten. Ohne den Einsatz eines erfindufKiatjornäßpri Membrand ruckreg I ers würde ein Absinken des VenenbJutdrucks des Patienten unter den Dialysatdruck dazu führen, daii die Dialyaat lösung durch die Dialysemembran hindurch in das Patientenblut zurückfließt. Solche Veränderungen im Venenblutdruck können beispielsweise als Folge eines Blutdruckabfalls oder bei Alarmsituationen auftreten, bei welchen die Blutpumpe

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nicht arbeitet. Unter Verwendung eines Membrandruckreglers nachder vorliegenden Erfindung verändert sich der Dialysatdruck mit dem Blutdruck des Patienten und hält auf diese Weise einen im wesentlichen konstanten Druckabfall über der Membran aufrecht und verhindert einen unerwünschten Dialysatfluß zurück in das Patientenblut.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockdiagramm, mit teilweise geschnittenen Einzelteilen, eines Dialysesystems mit einem Membrandruckregler nach der vorliegenden Erfindung ;

Fig. 2 einen Vertikalschnitt mit teilweise weggebrochenen Teilen eines Membrandruckreglers nach der Erfindung;

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnittes aus Fig. 2;

Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie 4-4 von Fig. 2, Fig. 5 einen Querschnitt längs der Linie 5-5 von Firj. 2.

Die Figuren 2 bis 5 zeigen eine Ausführungsform eines Reglers nach der vorliegenden Erfindung. Der Regler 10 besteht aus einem im allgemeinen zylindrischen Gehäuse 12, bestehend aus einem oberen Gehäuseteil 14 und einem unteren Gehäuseteil 16. Eine eine Abwälzbewegung ausführende Membran 20 teilt den oberen Gehäuseteil vom unteren Gehäuseteil ab. Beide Gehäuseteile sind durch mehrere Schrauben 18 zusammengehalten. Die beiden Gehäuseteile können beispielsweise aus einem Acrylharz bestehen.

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Der obere Gehäuse teil 14 enthält im Inneren einen ersten Druckhohlrauin 25, der von der Membran an seinem unteren Ende abgeschlossen ist und an seiner Oberseite einen Ausgang nach außen aufweist. Der Hohlraum 25 besteht vorzugsweise aus einer unteren Kammer 25a, einer mittleren Kammer 25b und einer oberen Kammer 25c, die jeweils im wesentlichen zylindrische Gestalt aufweisen. Wie man am besten aus den Figuren 2 und 3 sieht, weist die untere Kammer 25a einen Durchmesser auf, der etwas größer ist als der der oberen Kammer 25c, während die mittlere Kammer 25b einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als die Durchmesser der anderen Kammern.

In die Stirnwand des Gehäusen 12 ist ein Einlaßfitting 26 mit einer durchgehenden Bohrung 26a eingeschraubt, welch letztere mit der oberen Kammer 25c des Hohlraums 25 in Verbindung steht.

Fine erste Leitung 28 ist im oberen Gehäuseteil 14 ausgebildet und führt von der mittleren Kammer 25b nach außen. In diese Leitung 28 ist ein Auslaßfitting 27 mit einer durchgehenden Bohrung 27a eingeschraubt. Eine zweite Leitung 29 ist im oberen Gehäuseteil 14 ausgebildet und führt von der unteren Kammer 25a des Hohlraums 25 nach außen. In diese Leitung 29 ist ein Auslaßfitting 30 mit einer durchgehenden Bohrung 30a eingeschraubt. Bei der dargestellten Ausführungsform liegen Einlaß 30 und Auslaß 27 auf einander gegenüberliegenden Seiten des oberen Gehäuseteils 14. In der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Lage stehen die untere Kammer 25a und die mittlere Kammer 25b in Verbindung miteinander. Weiterhin ist in der dargestellten Lage die obere Kammer 25c gegenüber der mittleren Kammer 25b abgetrennt, weil die Außenseite des kegeligen Kopfes 57 der Schraube 56 abdichtend auf einem O-Ring 36 aufsitzt, der in einer Ausnehmung im Boden der oberen Kammer 25c angeordnet ist. Wenn der kegelige Kopf 57 von dem O-Ring 36 abgehoben wird, dann besteht eine Verbindung zwischen der mittleren Kammer 25b und der oberen Kammer 25c.

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Der untere Gehäuseteil 16 enthält einen zweiten Hohlraum 35, der an seinem oberen Ende durch die Membran 20 verschlossen ist· In der hier beschriebenen Ausführungsform ist der Hohlraum 35 im wesentlichen zylindrisch und weist einen Durchmesser auf, der jenem der unteren Kammer 25a des ersten Hohlraums entspricht. Im unteren Gehäuseteil 16 ist eine Leitung 37 ausgebildet, die von dem Hohlraum 35 nach außen führt. In diese Leitung 37 ist ein Auslaßfitting 38 mit einer durchgehenden Bohrung 39 eingeschraubt.

Das Gehäuse 12 wird durch Zusammensetzen der Gehäuseteile 14 und 16 gebildet, so daß die untere Kammer 25a und der obere Teil des Hohlraums 35 einander gegenüberstehen. Die untere Kammer 25a und der obere Teil des Hohlraums 35 wurden in Fluidverbindung miteinander stehen, wenn nicht die Membran 2ü zwischen ihnen angeordnet wäre.

Die Membran 20 besteht aus einem flexiblen, im wesentlichen fluidundurchlässigen Material, wie beispielsweise gewebeverstärktem Silikongummi oder Neoprengummi. Eine Membran mit einer Stärke von 0,76 mm bis 1,3 mm Dicke hat sich als geeignet erwiesen. Der Außendurchmesser der Membran ist vorzugsweise im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des Gehäuses. Auf jeden Fall muß der Außendurchmesser so gewählt sein, daß die untere Kammer 25a von der Membran gegen den Hohlraum 35 abgedichtet ist.

Die Membran 20 ist an einem Träger 40 befestigt, der aus einem Oberteil 41 und einem Unterteil 42 besteht. Wie Fig. 3 zeigt, ist die Membran 20 zwischen diesen beiden Teilen eingeschlossen, die von einer Schraube 43 zusammengehalten werden. Das Unterteil 42 ist im wesentlichen scheibenförmig und seine Oberseite weist eine Vertiefung zur Aufnahme der Membran 20 auf. Diese Vertiefung kann an ihrem äußeren Randbereich abgerundet sein, um eine Be-

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Schädigung der Membran zu vermeiden. Die Unterseite des Unterteils 42 des Membranhalters weist eine zylindrische Vertiefung 45 auf, die dazu bestimmt ist, das obere Ende einer Schraubendruckfeder 50 aufzunehmen. Das Oberteil 41 des Membranhalters 40 weist eine im Querschnitt T-förmige Gestalt auf, d.h. es besteht aus einer scheibenförmigen Grundplatte 41a (Fig. 3) und einem davon hochstehenden Zapfen 41b. Die Oberseite der Grundplatte 41a weist eine ringförmige Vertiefung 47 zur Aufnahme des einen Endes einer Schrauberidruckfeder 55 auf. Das andere Ende dieser Feder 55 wird von einer Vertiefung 48 in der Stirnwand der unteren Kammer 25a des Hohlraums 25 aufgenommen. Die Feder 55 ist zwischen den beiden Vertiefungen 47 und 48 eingespannt. Eine Schraube 56 mit einem geschlitzten, kegelförmigen Kopf 57 ist beispielsweise mittels eines Gewindes an dem Zapfen 41b befestigt. Wie man am besten aus den Figuren 2 und 3 ersieht, erstreckt sich der Schaft 58 der Schraube 56 innerhalb der mittleren Kammer 25b des Hohlraums 25. Die Außenseite des kegelförmigen Kopfes 57 der Schraube wirkt mit dem O-Ring 36 zusammen und bildet ein Ventil zur Regelung der Fluidströmung zwischen der oberen Kammer 25c und der mittleren Kammer 25b. Die Außenseite des kegeligen Kopfes 57 bildet einen fluiddichten Verschluß, wenn sie auf dem O-Ring 36 aufsitzt. Wenn die Schraube von dem O-Ring 36 abgehoben ist, dann wird zwischen den Kammern 25b und 25c eine direkte Strömungsverbindung hergestellt.

Es sei nun im besonderen die untere Hälfte von Fig. 2 betrachtet. Man sieht, daß der Regler 10 weiterhin einen länglichen Schaft aufweist, der durch ein Loch 63 in der Stirnwand des unteren Gehäuseteils 16 in den Hohlraum 35 hineinragt. Derjenige Teil des Schaftes, der sich im Hohlraum 35 erstreckt, ist mit einem Gewinde versehen. Außerhalb des Gehäuses 12 ist an dem Schaft ein Einstellknopf 61 befestigt. Zwei 0-Ringe 62 dichten den Schaft 60 an der Gehäusewand in der Bohrung 63 ab.

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Der Schaft 60 wird mit zwei Federringen 64a und 64b an seinem Platz gehalten, die in ringförmige Nuten am Umfang des Schaftes eingreifen. Der Federring 64a liegt in einer äußeren Vertiefung 66 in der Stirnwand des unteren Gehäuseteils 16, während der andere Federring 64 sich im Inneren des Hohlraums 35 befindet. Zwischen den Federringen und den benachbarten Gehäusewänden befinden sich noch Unterlegscheiben 67 aus Nylon.

Auf den Schaft 60 ist innerhalb des Hohlraums 35 eine Stützscheibe 68 mit einem Ansatz 69 verringerten Durchmessers aufgeschraubt, die ein Stützlager für die Feder 50 bildet. Die Stützscheibe 68 kann aus jedem geeigneten Material, wie beispielsweise Messing oder Stahl, bestehen und weist an ihrem Umfang an einer Stelle einen Ausschnitt 70 auf. Dieser Ausschnitt 70 nimmt einen vertikal verlaufenden Führungsstift 71 auf, der beispielsweise mit Hilfe eines geeigneten Klebstoffes in einem Loch befestigt ist, das in die Bodenwand des Gehäuses gebohrt ist. Dieser Führungsstift erstreckt sich innerhalb des Hohlraums 35. In der hier beschriebenen Ausführungsform sind der Führungsstift 71 und der Ausschnitt 70 kreisförmig und der Führungsstift erstreckt sich über die halbe Länge des Hohlraums 35. Zwischen dem Führungsstift 71 und dem Ausschnitt 70 bleibt ein geringes Spiel vorhanden. Weiterhin herrscht ein geringes Spiel zwischen dem Umfang der Stützplatte 68 und der Wand des Hohlraums 35. Ein Ring 73 mit einer Feststellschraube oder eine andere geeignete Halteeinrichtung ist oberhalb der Stützscheibe 68 am Schaft 60 befestigt und begrenzt den Weg, den die Stützscheibe 68 durch Verdrehen des Schaftes 60 gegenüber dem Schaft axial bewegt werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen der Schaft 60, die Stützscheibe 68, der Führungsstift 71 und die Begrenzungsscheibe 73 aus Metall.

Ein Ende der Schraubendruckfeder 50 liegt um den Ansatz 69 verringerten Durchmessers und stützt sich an der Stützscheibe 68 ab. Das andere Ende dieser Schraubendruckfeder 50 liegt inner-

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halb der Vertiefung 45 in der Unterseite des Unterteils des Membranhalters 40. Diese Anordnung hält die Feder in ihrer geeigneten Position und verhindert ein seitliches Verrutschen der Feder.

Wie man aus den Figuren 2 und 3 ersieht, weist der Zapfen 41b des Oberteils des Mejmbranhalters einen kegeligen Abschnitt auf. In einer Vertiefung in der oberen Stirnwand der Kammer 25a ist ein O-Ring 52 angeordnet. Zwischen der Innenfläche der, fj — Fi i rnjo 52 und d ti in Umfang des Schraubenschaftes 58 ist ein gewisser ringförmiger Durchlaß vorhanden. Die Außenfläche des kegeligen Abschnittes 46 des Zapfens 41b wirkt mit dem O-Ring 52 zusammen und bildet mit diesem ein Ventil zum Regeln der Fluidatrömung zwischen der unteren Kammer 25a und der mittleren Kammer 25b. Der Membranhalter 40 kann oben bewegt werden, d.h. gegen das obere Ende der Zeichnung in der Sicht des Betrachters von Fig. 2, indem man am Knopf 61 den Schaft 60 dreht. Die Stützscheibe 68 für die Feder 50 bewegt sich bei geeignetem Drehsinn nämlich nach oben und drückt hierdurch die Feder 50 zusammen, die als Folge davon den Membranhalter 40 nach oben drückt. Wenn de;r Schaft 60 genügend weit gedreht worden ist, dann nitzt der kegelige Abschnitt 46 auf dem O-Ring 52 auf und verschließt den dort vorhandenen Durchlaß.

Wenn der kegelige Abschnitt 46 auf dem O-Ring 52 aufsitzt, dann ist die Fluidverbindung zwischen der unteren Kammer 25a und der mittleren Kammer 25b unterbrochen. Gleichzeitig aber hat der kegelige Abschnitt 57 der Schraube 56 vom O-Ring 36 abgehoben, womit eine Fluidverbindung zwischen der mittleren Kammer 25b und der oberen Kammer 25c hergestellt ist. Wenn der kegelige Abschnitt 46 vom O-Ring 52 abgehoben ist, dann besteht eine Fluid-verbindung zwischen der unteren Kammer 25a und der mittleren Kammer 25b.Es sei betont, daß dip beiden kegeligen Abschnitte 57 und 46 gleichzeitig eine Mittelstellung einnehmen können,

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in welcher sie beide nicht auf ihren U-Ririgen 36 und 52 aufsitzen. Diese Mittelstellung ist in Fig. 1 dargestellt. In solcher Stellungen besteht eine Fluidverbindung zwischen den Kammern 25a, 25b und 25c untereinander. Der Grad der Fluidverbindung hängt selbstverständlich davon ab, wie weit die Dichtungsflächen der kegeligen Abschnitte 57 und 46 von den O-Ringen 36 und 52 abgehoben sind. Der kegelige Abschnitt der Schraube 56 und der O-Ring 36 bilden ein Ventil zur Regelung des Fluides aus dem Einlaß 26 durch den Hohlraum 25 in den Auslaß 28. Der kegelige Abschnitt 46 und der O-Ring 52 bilden ein weiteres Ventil zur Regelung des Fluidstromes aus dem Einlaß 30 durch den Hohlraum 25 in den Auslaß 28.

Die Feder 55 ist zusammengedrückt, wenn sie sich in ihrer Position innerhalb der unteren Kammer 25a befindet. Die Feder 55 übt daher stets eine nach unten gerichtete Kraft auf den Membranträger 40 aus und drückt somit den kegeligen Abschnitt 57 der Schraube 56 in abdichtenden Kontakt mit dem O-Ring oder wirkt jedenfalls in dieser Richtung. Die Feder 5(J ist leicht zusammengedrückt, wenn sie sich in ihrer Position im Hohlraum 35 befindet und wenn die Siützscheibe 56 auf dem Schaft 60 ihre unterste Lage einnimmt. Der Kompressionsgrad der Feder 50 kann durch Drehen am Knopf 61, was die Stützscheibe 68 auf dem Schaft verstellt, gesteigert werden. Wenn die Feder 50 nicht weit genug zusammengedrückt ist, um die Kraft der Feder 55 zu überwinden, dann sitzt der kegelige Abschnitt 57 auf seinem O-Ring 36 auf. Wenn man die Stützscheibe 68 durch Drehen des Schaftes 60 an diesem entlang nach oben verstellt, dann wächst die Kraft der Feder 50 an, bis schließlich der kegelige Abschnitt 57 vom O-Ring 36 abgehoben wird, wobei gleichzeitig der kegelige Abschnitt 46 noch nicht auf dem O-Ring 52 aufsitzt. Wenn man die Kraft der Feder 50 weiter steigert, d.h. diese weiter zusammendrückt, dann wird die Kraft der Feder 55 weiter überwunden und der kegelige Abschnitt 46 sitzt auf dem O-Ring 52 auf. Fs sei betont, daß

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sich die Erläuterung des Reglers 10 hier zunächst auf einen Zustand bezieht, in welchem er nicht am Dialysesystem angeschlossen ist. Andere Faktoren, speziell jene, die durch die fluide in den Hohlräumen 25 und 35 bestimmt sind, müssen betrachtet werden, wenn der Regler 10 als Bauteil eines Dialysesysterns im Einsatz ist.

Es ist günstig, wenn man während des Zusammenbaus des Reglers 10 den Hohlraum 35 mit einem im wesentlichen inkompressiblen Fluid füllt. Dieses Fluid darf die anderen Teile des Reglers, mit denen sie in Kontakt kommen, nicht nachteilig beeinflussen. Weißes Öl NF hat sich für diesen Zweck als brauchbar erwiesen, es sind jedoch auch andere inkompressible Fluide, wie Wasser oder Silikonöle, verwendbar. Wenn das inkompressible Fluid verwendet wird, dann muß der Auslaß 38 vorübergehend verschlossen werden, damit während des Transports und der Lagerung des Reglers nichts ausfließt. Der Auslaß 38 sollte daher nach oben zeigen, wie es Fig. 1 zeigt. Es sei jedoch hervorgehoben, daß der Druckregler 10 auch ordnungsgemäß funktioniert, wenn der Hohlraum 35 nicht mit einem inkompressiblen Fluid gefüllt ist. In einem solchen Fall kann es jedoch wesentliche Änderungen im Blutpegel in der l/enenbluttropfkammer geben, wenn sich der Blutdruck des Patienten ändert. Wenn der Blutdruck des Patienten steigt, dann kann das Blut in der Tropfkammer überlaufen und die Flüssigkeitsschranke auswaschen, die gewöhnlich in der Leitung zwischen der Tropfkammer und der Blutdruckmeßvorrichtung im Leitungszug angeordnet ist. Wenn hingegen der Blutdruck des Patienten ausreichend stark abfällt, dann kann der Blutpegel in der Tropfkammer fallen, wodurch die Gefahr besteht, daß Luft mit dem zum Patienten zurückgeführten Blut mitgenommen wird. Wenn der Hohlraum 35 mit einem im wesentlichen inkompressiblen Fluid gefüllt wird, dann haben Veränderungen des Blutdrucks des f'aiienten nur rierincje Auswirkungen auf den Blutpegel in der Tropfkammer.

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Die Verwendung des erfindungsgemäßen Reglers in einer künstlichen Niere soll nachfolgend erläutert werden. Speziell wird der Regler in einem extrakorporealen Dialysesystem beschrieben, das außer den Regler einen Dialysator, eine Venenbluttropfkammer, einen Uenenblutdruckmesser, eine Dialysatquelle, einen Dialysatflußregler, einen Dialysatdruckmesser und ein Dialysatreservoir enthält.

Fig. 1 zeigt ein solches Dialysesystem, bestehend aus einer Dialysatquelle 100, einem Dialysatflußreg]er 105, einem Hohlfaserdialysator 110, einem Dialysatdruckmesser 115, dem Regler 10, einer Dialysatpumpe 120, einer Venenbluttropfkammer 125, einem Reservoir 130, einer Blutpumpe 135 und einer Venenblutdruckmeßeinrichtung 140.

Im System nach Fig. 1 fließt Dialysat unter positivem Druck von der Dialysatquelle 100 in den Flußregler 105, der in einem typischen Dialysevorgang einen Durchfluß von 500 cm /min einstellt. Das Dialysat verläßt den Flußregler und tritt in den Dialysateinlaß 111 am Dialyaator 1Jü ein. Nach dem Durchströmen des Dialysators vex'läßt es diesen am Auslaß 112 und fließt durch Röhren oder Schläuche zum Einlaß 30 des Reglers 10 und in die untere Kammer 25a des Hohlraums 25.

Der Dialysatdruckmesser 1Ϊ5, der zwischen dem Dialysatauslaß des Dialysators 110 und dem Einlaß 30 des Reglers 10 angeordnet ist, mißt den Druck des Dialysates, der typischerweise irn Bereich zwischen +50 mm Hg und -450 mm Hg liegen kann.

Der Auslaß des Reglers 10 ist durch Rohre oder Schläuche mit dem Finlaß der Dialysatpumpe 120 verbunden. Eine Verbindung existiert auch zwischen dem Auslaß der Dialysatpumpe und dem Einlaß 131 des Reservoirs 130. Die Dialysatpumpe arbeitet in einem typischen Dialysevorgang mit einer Fördermenge von etwa 1100 cm /min. Das Reservoir 120 weist weiterhin einen Auslaß

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für Luft und verbrauchtes Dialysat auf. Dieser Auslaß ist über Schläuche mit einem Ablauf verbunden. Die Strömungsmenge des Dialysats zum Ablauf entspricht der Menge des Dialysats am Auslaß des Dialysatflußreglers 105. Das Reservoir 130 weist auch einen Rücklaufauslaß 132 an seinem Boden auf. Dieser Auslaß ist mit Schläuchen mit dem Einlaß 26 des Reglers 10 verbunden.

Während des Dialysevorgangs wird das zu behandelnde Blut von einem Patienten abgezogen und durch die Blutpumpe 135, die typischerweise eine Fördermenge von 200 cm /min aufweist, durch Schläuche zum Bluteinlaß 113 des Dialysators geleitet. Nach dem Durchströmen des Dialysators wird es am Blutauslaß 114 abgegeben und durch Schläuche dem Einlaß 128 der l/enenbluttropfkammer 125 zugeleitet. Das Blut fließt dann durch deren Auslaß 12 6 ab und wird durch Schläuche einer Vene des Patienten wieder zugeführt. Oben an der Blut t rop fkammer ist ein Druckmeßauslaß 127, der über einen Schlauch oder ein Rohr mit dem Einlaß 38 des Reglers 10 verbunden ist, angeordnet. Der Venenblutdruckmesser 140 ist durch Schlauch- oder Rohrleitungen an einen Punkt, zwischen dem Druckmeßauslaß 127 und dem Reglereinlaß 38 angeschlossen. Eine für Flüssigkeiten, wie Blut, undurchlässige, jedoch für Gase, wie Luft, durchlässige Sperre ist in der Leitung zwischen der Meßeinrichtung 140 und dem Druckmeßauslaß 127 der Tropfkammer angeordnet.

Um das Verständnis der Betriebsweise des Reglers 10 zu erleichtern, sei nun angenommen, daß der IJltrafiltrationskoeffizient des Dialysators 110 aus 3 cm Ultrafiltrat pro Stunde und mm Hg bestoht, daß die Blutpumpe 135 mit einer Förderleistung von 200 cm pro Minute a-rbei I et, duG das Dialysat den F1 u0r eg 1 er 105 mit einer Menge von 500 cm"/min verläßt und daß die Dialysatpumpe, die eine selbstansaugende Pumpe ist, mit einer Förderleistung von 1100 cm /min arbeiLet. Es sei weiterhin angenommen,

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dai3 aus dem Patienten blut 600 cm Ultrafiltrat pro Stunde entfernt werden soll.

Aufgrund der Gleichung

Ultrafiltrationsgeschwindigkeit = 600 cm /Stunde

Ultrafiltrationskoeffizient _{3 cm}3_/stunde / _{mm Hq}

und weil dieser Quotient den Membrandruck angibt, mufi ersichtlich bei den vorgenannten Bedingungen der Membrandruck 200 mm Hg betragen.

Der Membrandruck vorgenannter Art ist die Differenz zwischen dem Venenblutdruck, der am Blutauslaß des Dialysators vom Venenblutdruckmesser 140 gemessen wird, und dem Dialysatdruck, der am Dialysatauslaß des Dialysators durch den Dialysatdruckmesser 115 gemessen wird.

In dem oben beschriebenen System wird die Blutpumpe 135 in Betrieb gesetzt und dann wird der Venenblutdruck am Meßgerät IAO abgelesen. Der Knopf 61 am Regler 10 wird dann so eingestellt, daß man jenen Dialysatdruck erhält, der notwendig ist, um einen Membrandruck von 200 mm Hg zu erzeugen. Wenn sich beispielsweise herausstellt, daß nach dem Inbetriebsetzen der Blutpumpe der Venendruck +100 mm Hg ist, dann ist es notwendig, den Regler 10 durch Verdrehen des Knopfes 61 so einzustellen, daß der Dialysatdruckmesser einen Dialysatdruck von -100 mm Hg anzeigt. Hierdurch wird ein Membrandruck von 200 mm Hg erzeugt, d.h. die Differenz zwischen dem Venenblutdruck von +100 mm Hg und dem Dialysatdruck von -100 mm Hg ist 200 mm Hg. Wenn man für den Augenblick annimmt, daß keine Veränderungen in den Variablen eintreten, die das System beeinflussen, dann bleibt der Membrandruck auf 200 mm Hg und die Ventile im Regler nehmen die Mittelstellung ein, die in Fig. 1 dargestellt ist. Mit

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anderen Worten, solange das System ungestört arbeitet, gibt es einen Durchtritt zwischen dem O-Ring 36 und dem kegeligen Abschnitt 57 der Schraube 56 und auch einen Durchtritt zwischen dem O-Ring 52 und dem kegeligen Abschnitt 46 des Oberteils 41 des Mernbranträgers 40.

Man sieht auch, daß, wenn der Knopf 61 des Reglers 10 so eingestellt ist, daß sich der gewünschte Dialysatdruck von -100 mm Hg einstellt, die Feder 5U einem gewissen Druck ausgesetzt ist. Diese Zusammendrückung der feder 50 wirkt sich nun auf die Feder 55 aus. Wenn der Druck an der Feder 50 gesteigert wird, dann steigt auch der Druck gegen den Boden des Membranträgers und vermindert den Einfluß der Kraft der Feder 55, die von oben gegen den Membranträger drückt.

Jede Feder übt eine bestimmte Kraft aus, die davon abhängt, wie weit die Feder zusammengedrückt ist. Wenn der gewünschte Membrandruck erreicht ist, dann ist es nicht weiter notwendig, am Knopf 6L irgendwelche weiteren Einstellungen vorzunehmen, es sei denn, man wünscht eine Veränderung des Membrandrucks. Solange die Einstellung am Regler 10 unverändert bleibt, ändert sich die Kraft F--, die von der Feder 55 hervorgebracht wird, nicht, ebenso ändert sich auch die Kraft F_5n, die von der Feder 5ü hervorgebracht wird, nicht. Aus diesem Grunde ändert sich auch das Kräfteverhältnis nicht-

Betrachtet man Fig. 3, dann siehl man, daß die Kraft F^₅, die j 111 Hohlraum 35 gegen die Membran 20 wirkt, die Summe aus der Kraft F-η, die von der Feder ^O im zusammengedrückten Zustand hervorgebracht wird, und der Kraft P,., die vom Fluiddruck im Hohlraum 35 auf den wirksamen Querschnitt A_n der Membran ausgeübt w i r d , i s t.

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Mit anderen Worten:

^F35 = ^F50 ^{+ (P}35 ^X V·

Ebenso ist die Kraft F₂₅ , die in der unteren Kammer 25a des . Hohlraums 25 gegen die Membran 20 wirkt, die Summe aus der Federkraft. F₅₅ (im zusammengedrückten Zustand der Feder 55) und der Kraft, die vom Druck P₇₁- auf den wirksamen Querschnitt A„ der Membran in der Kammer 25a erzeuqt wird.

Mit anderen Worten:

^F25a ^{= F}55 ^{+ (P}25a ^X

Da im Gleichgewichtszustand F..,. = F_?I- , folgt,

daß

+ (P₃₅ χ A_D) = F₅₅ + (P_25a x ^A _D) (Gleichung 1)

Formt man Gleichung 1 um, sieht man, daß

^(F50 " ^Γ55^{} = A}D ^(P25a " ^P35⁾ (Gleichung 2).

Wie zuvor erläutert, ist der Wert (F₅₀ - F55) ei" konstanter Wert für eine spezielle Einstellung des Knopfes 61. Wie man aus Gleichung 2 sieht, erzeugt eine Veränderung des Venenblutdrucks P-iii im Hohlraum 35 eine entsprechende Veränderung des Dialysatdrucks in der unteren Kammer 25a. Der Membrandruck P_?t- - P^c bleibt auf dem gewünschten Wert konstant.

Um zu erläutern, wie der Regler 10 zur Aufrechterhaltung eines konstanten Membrandrucks arbeitet, sei nun angenommen, daß der Venenblutdruck vom zuvor erwähnten Wert von +100 mm Hg sich auf einen neuen Wert von +150 mm Hg verändert. Wie es die Gleichung 2 verlangt, ändert sich der Dialysatdruck von -100 mm Hg

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auf -50 mm Hg, d.h. der Regler 10 steigert den Dialysatdruck und hält somit den Membrandruck auf dem gewünschten Wert von 200 mm Hg. Wenn der Venenblutdruck steigt, dann steigt der Druck des Fluides in dem Hohlraum 35 ebenfalls, und die Kräfte, die gegen den Boden des Membranhalters wirken, werden vergrößert. Diese vergrößerten Kräfte bewegen den kegeligen Abschnitt 57 der Schraube 56 eine geringe Distanz weiter vom O-Ring 36 weg, d.h. der Zwischenraum zwischen dem kegeligen Abschnitt und dem O-Ring wird vergrößert. Dieser vergrößerte Zwischenraum erlaubt, einen vermehrten Zufluß von Dialysat vom Reservoir 130 durch die obere Kammer 25c in die mittlere Kammer 25b. Dieser vermehrte Zufluß von Dialysat und der vermehrte Ausfluß von Dialysat aus dem Dialysator kann nun durch die Leitung 2f3 fließen und den Bedarf für die Dialysatpumpe befriedigen. Da die nun der Dialysatpumpe zugeführte Dialysatmenge gesteigert ist, wird der Dialysatdruck, der von der Meßvorrichtung festgestellt wird, gesteigert, d.h. der Dialysatdruck verändert sich vom negativeren Wert -100 mm Hg auf den weniger negativen Wert -50 mm Hg. Die Steigerung im Dialysatdruck beträgt 50 mm Hg, was der Steigerung im Venenblutdruck entspricht. Da sich die Drücke um gleiche absolute Werte verändert haben, bleibt ihre gegenseitige Differenz unverändert, d.h. der Membrandruck bleibt konstant.

Zuvor ist der Regler in einem System beschrieben worden, in welchem der Dialysatdruck negativ ist. Der negative Druck im Djalyaat wird i in allgemeinen durch die Saugwirkung der selbstansauqenden Dialysatpumpe 120 erzeugt. Wie oben beschrieben wurde, wird der exakte Wert des negativen Dialysatdrucks durch Veränderung des Zwischenraums zwischen dem kegeligen Abschnitt 57 der Schraube 56 konstant gehalten. Der Regler nach der Erfindung kann jedoch auch in einem Dialysesystem eingesetzt werden, in welchem der Dialysatdruck auf einem positiven Wert

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gehalten ist, d.h. auf einem Wert, der über dem atmosphärischen Luftdruck liegt. Es sei beispielsweise angenommen, daß der mit dem Venenblutdruckmesser gemessene Venenblutdruck +100 mm llg betrage und daß man mit einem Membrandruck von 75 min Hg arbeiten möchte. Es ist dann notwendig, einen Dialysatdruck von +25 mm Hg einzustellen. Der Knopf 61 wird so lange gedreht, bis am Dialysatdruckmesser ein Druckwert von +25 mm Hg abgelesen werden kann. Der gewünschte Membrandruck von 75 mm Hy ist nun eingestellt und der kegelige Abschnitt 46 des Oberteils des Membranhalters 40 hat sich dem O-Ring 52 genähert, sitzt auf" ihm aber nicht auf. Zur g Je ic ti en Zeit hat sich der kegelige Abschnitt 57 der Schraube 56 vom O-Ring 36 entfernt, womit es möglich ist, das Dialysat frei aus dem Reservoir 130 durch die obere Kammer 25c in die mittlere Kammer 25b, durch die Leitung 28 zum Einlaß der Dialysatpumpe und schließlich zurück zum Reservoir 130 rezirkulieren kann. Aufgrund des verringerten Zwischenraumes zwischen dem kegeligen Abschnitt 46 und dein O-Ring .52 baut sich in der unteren Kammer 25a und im Kreislauf stromaufwärts davon ein Druck auf, weil der Dialysatflußrerjler 105 weiterhin für einen Zustrom von 500 cm /min Dialysat sorgt. Dieser gesteigerte Druck wirkt auf die wirksame Querschrü ttsfläche der Membran 20 in der Kammer 25a ein und bewegt den kegeligen Abschnitt 46 ausreichend weit vom O-Ring 52 weg, daß ein Druckgleichgewicht erzielt wird und die Bedingungen der Gleichung 2 erfüllt werden.

Der gewünschte Membrandruck von 75 mm Hg wird nun unbeeinfluüt. von Änderungen im Venenblutdruck konstant gehalten. Wenn beispielsweise der Venenblutdruck sich von +100 mm Hg auf +125 mm Hg verändert, dann erfolgt auch eine entsprechende Veränderung des Dialysatdrucks von +25 mm Hg auf +50 mm Hg, womit der gewünschte Membrandruck von 75 mm Hg aufrechterhalten bleibt. Dies geschieht wie folgt: Wenn der Venenblutdruck steigt, dann wird diese Steigerung auf das Fluid im Hohlraum 35 übertragen. Dies

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steigert die Kraft, die auf die wirksame Querschnittsfläche der Membran 20 im Hohlraum 35 einwirkt, womit der kegelige Abschnitt 46 in Richtung auf den O-Ring 52 gedrückt wird. Dies ruft eine Steigerung im Dialysatdruck in der unteren Kammer 25a des Hohlraums 25 hervor. Der Betrag der Steigerung des Dialysatdrucks entspricht der Steigerung des Venenblutdrucks, d.h. der Dialysatdruck steigt von +25 mm Hg auf +50 mm Hg, Da der Dialysatdruck und der Venenblutdruck um gleiche Beträge gestiegen sind, bleibt die Differenz zwischen ihnen gleich, d.h. der Membrandruck bleibt auf dem vorgewählten Wert.

Es sei betont, daß am Regler 10 Veränderungen vorgenommen werden können, ohne die Erfindung zu verlassen. Es können beispielsweise andere Ventile anstelle der Kegel- und O-Ring-Anordnungen eingesetzt werden. Auch können die beschriebenen Druckfedern durch äquivalente Anordnungen, die dieselben Funktionen erfüllen, ersetzt werden. Beispielsweise kann ein zusammendrückbares Bauteil aus Silikongummi anstatt einer Feder eingesetzt werden. Der mit einem Gewinde versehene Schaft 60 kann durch eine; drehbare Exzenl erscheibe ersetzt werden, die von unten gegen die Stützscheibe 68 drückl, um die Feder 50 zusammenzudrücken.

Obwohl der obige Regler in Zusammenhang mit einem Dialysesystem mit einem Dialysator vom Hohlfasertyp beschrieben worden ist, sei doch betont, daß er auch in Dialysesystemen verwendbar ist, die andersartige Dialysatoren verwenden und in denen der Dialysatdruck veränderbar ist, um die Ultrafiltration zu beeinflussen.

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Claims

Ansprüche

1.J Druckregler mit einem Gehäuse, das durch eine Rollmembran in einen oberen und einen unteren Abschnitt unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Gehäuseteil (14) einen ersten innen liegenden Hohlraum (25) aufweist, der durch getrennte erste, zweite und dritte Leitungen (26,28,30) mit der Außenseite des Reglers (10) verbunden ist, der untere Gehäuseteil (16) einen zweiten innen liegenden Hohlraum (35) aufweist, der durch eine getrennte vierte Leitung (37) mit der Außenseite des Reglers (10) verbunden ist, die Membran (20) mit dem Regler (10) so verbunden ist, daß sie die Gehäuseteile (14,16) voneinander trennt und einen Fluidübertritt zwischen den Hohlräumen (25,35) verhindert, dem oberen Gehäuseteil (14) Einrichtungen (55) zugeordnet sind, die auf die Membran (20) eine Kraft in Richtung auf den unteren Gehäuseteil (16) ausüben, dem oberen Gehäuseteil (14) erste Einrichtungen (57,36) zugeordnet sind, um die Menge des aus der ersten Leitung (26) durch den ersten Hohlraum (25) in die zweite Leitung (28) strömenden Fluids zu regeln, dem oberen Gehäuseteil (14) weiterhin zweite Einrichtungen (46,52) zugeordnet sind, um die Menge der von der dritten Leitung (30)

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MÜNCHEN: TELEFON (Ο89) 395580 KABEL; PROPINDUS · TELEX 0524244

BERLIN: TELEFON (O3O) 8312O8B KABEL: PROPINDUS -TELEX OI 84Ο57

durch den ersten Hohlraum (25) und in die zweite Leitung (28) strömenden Flüssigkeit zu regeln, und dem unteren Gehäuseteil (16) Einrichtungen (50,60) zugeordnet sind, um auf die Membran (20) eine einstellbare, gegen den oberen Gehäuseteil (14) gerichtete Kraft zu erzeugen.

2. Druckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (35) im unteren Gehäuseteil (16) ein im wesentlichen inkompressibles Fluid enthält.

3. Druckregler mit einem oberen Gehäuseteil und einem unteren Gehäuseteil, die durch eine Rollmembran voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Gehäuseteil (14) einen innen liegenden Hohlraum (25) aufweist, der eine obere Kammer (25c), eine mittlere Kammer (25b) und eine untere Kammer (25c) enthält, die jeweils über eine eigene Leitung (26,28,30) mit der Außenseite des Reglers (10) verbunden sind, die mittlere Kammer (25b) mit der unteren und der oberen Kammer (25a,25c) in Fluidverbindung ist, die Membran (20) in einem Halter (40) befestigt ist, der aus einem unteren Teil (42) und einem oberen Teil (41) besteht, welch letzterer einen ersten und einen zweiten kegeligen Abschnitt (57,46) an einander entgegengesetzten Enden eines Schaftes (58) aufweist, der erste kegelige Abschnitt (57) dazu geeignet ist, mit einer ersten Dichtungseinrichtung (36) zusammenzuwirken, die im Boden der oberen Kammer (25c) ausgebildet ist, um mit dieser ein Ventil zum Beeinflussen der Fluidströmung zwischen der oberen Kammer (25c) und der mittleren Kammer (25b) zu bilden, der zweite kegelige Abschnitt (46) dazu geeignet ist, mit einer zweiten Dichtungseinrichtung (32) am Kopf der unteren Kammer (25a) zusammenzuwirken, um mit dieser ein Ventil zum Beeinflussen der Fluidmenge zu bilden, di(! zwischen der mittleren Kammer (25b) und der unteren Kammer (25a) fließt, in der unteren Kammer (25a) Einrichtungen (55)

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zum Ausüben einer qeqen den unteren Gehäuseteil (16) gerichteten Kraft auf die; Membran (20) anqeordnet sind, und der untere Gehäuseteil (16) einen im Inneren gelegenen Hohlraum (35) aufweist, der mittels einer Leitung (30) mit der Außenseite des Reglers (10) verbunden ist und der einstellbare Einrichtungen (50,60) zum Ausüben einer gegen den oberen Gehäuseteil (14) gerichteten Kraft auf die Membran (20) enthält.

4. Druckregler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (35) im unteren Gehäuseteil (1-6) ein im wesentlichen inkompressibles Fluid enthält.

5. Druckregler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das inkompressible Fluid ein Mineralöl, Wasser, Silikonös od.dgl. Fluid ist.

6. Druckregler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ausübung einer Kraft im unteren Gehäuseabschnitt (35) eine Feder (50), ein mit einem Gewinde versehener Schaft (60) und eine Stützscheibe (68) ist, welch letztere auf den Schaft (60) aufgeschraubt ist und zwischen sich und den Membranhalter (40) die Feder (50) einspannt.

7. Druckregler nach An spruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (60) sich fluiddicht durch die Bodenwand des unteren Gehäuseteils (16) erstreckt.

8. Regler in einer künstlichen Niere, der einen vorbestimmten Membrandruck auf einen im wesentlichen konstanten Wert hält, indem er den Dialysatdruck in Abhängigkeit des Venenblutdrucks eines Patienten regelt, gekennzeichnet durch einen kraftausbalancierten Membranregler (10), wobei eine Seite der Membran (20) Teil einer ersten geschlossenen Kammer (35) bildet, die dazu eingerichtet ist, luftgekuppelt mit der

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Venenbluttropfkammer (125) der künstlichen Niere zu sein, und die andere Seite der Membran (20) Teil einer zweiten geschlossenen Kammer (25) bildet und dazu eingerichtet ist, auf Veränderungen im Dialysatdruck anzusprechen, und daß die erste geschlossene Kammer (35) Einrichtungen (20) enthält, die auf Änderungen im Venenblutdruck ansprechen, um auf den geregelten Dialysatdruck in der zweiten Kammer (25) zu drücken, wodurch ein vorgewählter Membrandruck aufrechterhalten wird.

9. Regler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (35) ein im wesentlichen inkompressibles Fluid enthält.

10. Regler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkraft-Ausgleichsanordnung dazu eingerichtet ist, den Dialysatdruck auf einem positiveren Wert zu halten als den Venenblutdruck, um eine Null-Ultrafiltration zu erreichen.

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