DE3111061A1

DE3111061A1 - Blutreinigungseinrichtung

Info

Publication number: DE3111061A1
Application number: DE19813111061
Authority: DE
Inventors: Yasuhiko Saitama Kato; Hirohiko Saitama Nonaka; Tuneyoshi Suita Osaka Shimonaru; Koichi Kakogawa Hyogo Takashima; Seiji Sakai Osaka Yamagami
Original assignee: Daicel Chemical Industries Ltd
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 1980-03-22
Filing date: 1981-03-20
Publication date: 1982-02-18
Also published as: JPS56132961A; US4372846A

Description

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BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Blutreinigungseinrichtung, und zwar insbesondere eine Einrichtung, in der Blut mit einem Filter gereinigt wird und die wirksam in einer künstlichen Niereneinrichtung verwendbar ist.

Nach dem Stande der Technik werden Blutreinigungseinrichtungen für die Hämo- bzw. Blutfiltration typischerweise als künstliche Niereneinrichtungen verwendet. Wenn künstliche Niereneinrichtungen für die Therapie verwendet werden, dann erfolgt das im allgemeinen in der Weise, daß das Filter ein Filtrat (das nachstehend als "Gesamtfiltrat" bezeichnet wird) abgibt bzw. entlädt, welches ausgeschieden wird. Der Teil des Gesamtfiltrats, der dem Körpergewichtsverlust entspricht, kann zwar lediglich als das "entfernte" bzw. "zu entfernende Filtrat" ausgeschieden werden, aber wenn ein Überschuß an Filtrat, der über das entfernte bzw. zu entfernende Filtrat hinausgeht, ausgeschieden wird, muß dem gereinigten Blut ein Substitutionsströmungsmittel in einer Menge zugegeben werden, die gleich der Menge des Überschusses ist, damit das Wassergleichgewicht des Patienten aufrechterhalten wird.

Es ist bekannt, daß es am optimalsten ist, wenn man dem leben= den. Körper die Ergänzung, d.h. die Auffüllung, den Ersatz o. dgl., kontinuierlich mit der gleichen Rate gibt, mit dem die Abführung an überschüssigem Filtrat erfolgt. Um diese Erfordernisse zu erfüllen, ist es bei einer künstlichen Niereneinrichtung entscheidend, daß die Mengen an Gesamtfiltrat, zu entfernendem Filtrat, überschüssigem Filtrat und Substitutionsströmungsmittel gemessen werden.

Um das Substitutionsströmungsmittel kontinuierlich im Gleichgewicht mit dem überschüssigen Filtrat zuzuführen, sind Einrichtungen vorgeschlagen worden, die sowohl solche vom Typ der Vo-

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lumensteuerung, wie sie typischer- bzw. beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 154196/1979 beschrieben sind, als auch solche vom Typ der Gewichtssteuerung, von denen ein typisches Beispiel in der US-Patentschrift 4 204 957 beschrieben ist, umfassen. Die erstere beschriebene Einrichtung ist eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik, bei dem die gewünschten Mengen nur unter der Steuerung der Drehgeschwindigkeit einer Meßpumpe gemessen wurden, und sie umfaßt einen elektromagnetischen Strömungsmesser zur Durchführung von Messungen mit erhöhter Genauigkeit. Da jedoch die ν Einrichtung noch eine Meßpumpe zum Messen der Menge an zu entfernendem Ultrafiltrat enthält, wie es beim Stande der Technik der Fall ist, hat die Einrichtung den schwerwiegenden Nachteil, daß die Gesamtgenauigkeit der Einrichtung als künstliche Niereneinrichtung von der Genauigkeit der Meßpumpe abhängt, und diese Genauigkeit ist daher nicht höher, als sie mittels anderer konventioneller Einrichtungen erreicht wird. Die letztere Einrichtung, wie sie in der genannten US-Patentschrift beschrieben ist, ist vom Typ der Gewichtsmessung und beinhaltet die Notwendigkeit, die gesamte Menge des Ultrafiltrats zu speichern und zwei Waagen zu verwenden. Demgemäß hat die Einrichtung die Nachteile, daß sie in ihrer Gesamtheit große Abmessungen besitzt, einen großen Raum für die Installation erfordert, einen komplizierten Meßmechanismus aufweist, der an Ort und Stelle mit Sorgfalt eingestellt werden muß (um beispielsweise die horizontale Position des Mechanismus sicherzustellen), und der in hohem Maße verminderte Trag- bzw. Transportfähigkeit hat.

Mit der vorliegenden Erfindung werden insbesondere die vorstehenden Nachteile überwunden, und es wird mit der Erfindung eine künstliche Niereneinrichtung zur Verfügung gestellt, mit der die Mengen an Filtraten und Substitutionsströmungsmittel genau gemessen werden können, und die kompakt, kostengünstig sowie im Hinblick auf die Hygiene besonders gut geeignet und einwandfrei ist.

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Kurz zusammengefaßt wird mit der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung zur Verfügung gestellt, die besonders für die Verwendung als künstliche Niereneinrichtung geeignet ist, und mit der Blut im Gleichgewicht mit der Zuführung eines Substitutionsströmungsmittels gefiltert werden kann, und zwar mit hoher Genauigkeit und zum Zwecke der Reinigung des Blutes.

Die Einrichtung nach der Erfindung umfaßt folgendes: eine Filtereinrichtung zum Reinigen von Blut; eine Filtratmeßeinrichtung, die einen kleinen Behälter aufweist, sowie einen oberen Flüssigkeitsniveaufühler und einen unteren Flüssigkeitniveaufühler, welche gegenüber der Seitenwand des Behälters angeordnet sind, wobei der Behälter einen Einlaßkanal hat, welcher mit einem Filtratauslaß der Filtereinrichtung verbunden ist, sowie einen mit einem Ventil versehenen Auslaßkanal; eine Blutflußeinstellungseinrichtung, die in einem Arterienkanal für die FiI-tereinrichtung vorgesehen ist; einen Mischer, der in einem Venenkanal der Filtereinrichtung vorgesehen ist; eine Versorgungsquelle zum Zuführen eines Substitutionsströmungsmittels zu dem gereinigten Blut; eine Substitutionsströmungsmittelmeßeinrichtung, die einen kleinen Behälter aufweist, sowie einen oberen Flüssigkeitsniveaufühler und einen unteren Flüssigkeitsniveaufühler, welche gegenüber der Seitenwand des Behälters angeordnet sind, wobei der Behälter einen Einlaßkanal hat, der mit der Versorgungsquelle verbunden und mit einem Ventil versehen ist, und einen Auslaßkanal, der mit dem Mischer verbunden ist; eine Ergänzungsflußeinstellungseinrichtung, die in dem Auslaßkanal der Substistutionsströmungsmittelmeßeinrichtung vorgesehen ist; und eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung, die elektrisch mit der Filtratmeßeinrichtung, der Substitutionsströmungsmittelmeßeinrichtung, der Blutflußeinstellungseinrichtung und/oder der Ergänzungsflußeinstellungseinrichtung verbunden ist.

Die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann in der folgenden Weise betrieben werden:

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Wenn das Blut mittels des Filters gereinigt wird, wird das von dem Filter abgegebene Filtrat in die Filtratmeßeinrichtung geleitet, wobei das Ventil der letzteren geschlossen ist, und zwar wird das Filtrat so lange in die Filtratmeßeinrichtung geleitet, bis es deren Behälter bis .zu einem Niveau füllt, das oberhalb der Position liegt, in welcher der obere Flüssigkeitsniveaufühler das Flüssigkeitsniveau feststellt; daraufhin wird das Ventil geöffnet, so daß das Filtrat von dem Behälter abgegeben bzw. entlanden wird, bis das Flüssigkeitsniveau unter ein Niveau abgefallen ist, welches unterhalb der Position liegt, in welcher der untere Flüssigkeitsniveaufühler das Flüssigkeitsniveau feststellt. Das Ventil wird dann wieder geschlossen, so daß der Behälter erneut gefüllt wird. Das Gesamtfiltrat wird ablaufen gelassen bzw. abgezogen ₀ indem der vorstehend beschriebene Betriebszyklus wiederholt wird. Während des Betriebs wird die Rate der Abgabe des Filtrats von dem Filter berechnet, und zwar aufgrund des bekannten Volumens des Behälters und der Zeit, welche erforderlich ist, damit das Flüssigkeitsniveau innerhalb des Behälters von der unteren Flüssigkeitsniveauermittlungsposition zur oberen Flüssigkeitsniveauermittlungsposition ansteigt. Das Volumen an abgeführtem bzw. entladenem Filtrat wird aus der Filtrationsrate bzw. -geschwindigkeit und der für den Betriebszyklus erforderlichen Zeit berechnet.

Andererseits wird das Substitutionsströmungsmittel, das zu dem gereinigten Blut hinzugefügt werden soll, in die Substitutionsströmungsmittelmeßeinrichtung eingeleitet, wobei deren Ventil geöffnet ist, und zwar so lange, bis das Strömungsmittel deren Behälter bis zu einem Niveau füllt, das sich oberhalb der oberen Flüssigkeitsniveauermittlungsposition befindet. Nachfolgend wird, während das Zuführen des Substitutionsströmungsmittels durch Schließen des Ventils unterbrochen ist, das in dem Behälter befindliche Substitutiohsströmungsmittel durch den Auslaßkanal dem gereinigten Blut zugeführt, bis das Flüssigkeitsniveau auf ein Niveau abgefallen ist, welches sich unterhalb der unteren Flüssigkeitsniveauermittlungsposition befindet, worauf-

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hin das Ventil geöffnet wird, so daß der Behälter bis über die obere Flüssigkeitsniveauermittlungsposition gefüllt wird, während die Zufuhr des Substitutionsströmungsmittels vom Behälter aufrechterhalten wird. Das Ventil wird dann erneut geschlossen, um das Flüssigkeitsniveau absinken zu lassen. Auf diese Weise wird dem gereinigten Blut das Substitutionsströmungsmittel durch Wiederholung des beschriebenen Betriebszyklus zugeführt. Während des Betriebs wird die Rate des Zuführens von Substitutionsströmungsmittel berechnet, und zwar aufgrund des bekannten Volumens des Behälters und der Zeit, die erforderlich ist, daß das Flüssigkeitsniveau innerhalb des Behälters von der oberen Flüssigkeitsniveauermittlungsposition zur unteren Flüssigkeitsniveauermittlungsposition abfällt. Das Volumen an zugeführtem Substitutionsströmungsmittel wird aus der Ergänzungsrate und der für den Betriebszyklus erforderlichen Zeit berechnet.

Das Entladungs- bzw. Abgabevolumen und das Zuführungsvolumen werden in einem vorbestimmten Zeitintervall verglichen, um eines dieser Volumen aufgrund des anderen zu steuern bzw. zu regeln, so daß das Verhältnis zwischen diesen Volumen in Übereinstimmung mit dem für den Pati-anten spezifizierten Wert ist bzw. bleibt.

Auf diese Weise wird das Blut, gereinigt, während das Gleichgewicht zwischen dem Betrag der Blutfiltration und dem Betrag der Ergänzung bzw. des Ersatzes in einem kurzen Zeitintervall eingestellt wird.

Außerdem ist es zur Steuerung bzw. Regelung des Entladungsbzw. Abgabevolumens an Filtrat basierend auf dem Zuführungsvolumen an Substitutionsströmungsmittel zu bevorzugen, eine Filtratflußeinstellungseinrichtung zu verwenden, die im Einlaßkanal der Filtratmeßeinrichtung vorgesehen ist. Alternativ wird zum Steuern bzw. Regeln des Zuführungsvolumens an Substitutionsströmungsmittel basierend auf der Filtratabgabe die Ergänzungsflußeinstellungseinricjitung Verwendet.

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In der vorstehenden Einrichtung bzw. deren Ausführungsformen ist die Flußeinstellungseinrichtung vorzugsweise eine Meßpumpe, wie beispielsweise eine Rollenpumpe.

Der Flüssigkeitsniveaufühler ist bevorzugt ein photoelektrischer Fühler, der eine Lichtquelle, wie beispielsweise eine lichtemittierende Diode, und einen Photo- bzw. Lichtfühler, wie beispielsweise einen Phototransistor, umfaßt. Diese Fühler sind gewöhnlich bzw. vorzugsweise auf einem Halter gegenüber der Seitenwand des.Behälters angebracht. Der Fühler sollte nicht sehr nahe am oberen oder unteren Ende des Behälters vorgesehen sein, aber es sollte Sorge dafür getragen werden, daß der Fühler in einem kleinen Abstand vom Ende entfernt positioniert wird, so daß das Flüssigkeitsniveau über der oberen Flüssigkeitsniveaufühl- bzw. -ermittlungsposition und/oder unter der unteren Flüssigkeitsniveaufühl- bzw. -ermittlungsposition positioniert werden kann. Besonders zu bevorzugen ist es, einen dritten Flüssigkeitsniveaufühler zwischen dem oberen und unteren Flüssigkeitsniveaufühler vorzusehen. Damit der Fühler das Flüssigkeitsniveau genau aufgrund der Brechungseigenschaften der Flüssigkeit in dem Behälter emitteln bzw. detektieren kann, hat der Behälter vorzugsweise die Form eines vertikalen Zylinders, und bevorzugt verläuft die optische Achse, die durch die Lichtquelle und den Photo- bzw. Lichtfühler hindurchgeht, in einem Abstand von der Mitte des zylindrischen Behälters.

Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung ist vorzugsweise eine Mikrocomputereinrichtung, die Steuer- bzw. Regelsignale an die Flußeinstellungseinrichtungen abgibt, so daß das Verhältnis zwischen dem Abgabevolumen des Filtrats und dem Zuführungsvolumen des Substitutionsströmungsmittels gleich dem Verhältnis zwischen dem vorgesehenen Volumen an Gesamtfiltrat und dem vorgesehenen Gesamtvolumen an Substitutionsströmungsmittel ist (d. h. gleich dem vorgesehenen Volumen an Gesamtfiltrat minus dem vorgesehenen Gesamtvolumen an zu entfernendem Filtrat). Vor-

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zugsweise steuert bzw. regelt die Steuer- bzw. Regeleinrichtung die Meßeinrichtungen und führt die Berechnungen durch.

Bei der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung befindet sich der obere Totpunkt, in dem das ansteigende Flüssigkeitsniveau in ein absteigendes Flüssigkeitsniveau übergeht und/oder der untere Totpunkt, in dem das absteigende Flüssigkeitsniveau in ein ansteigendes Flüssigkeitsniveau übergeht, absichtlich entfernt von der oberen und/oder unteren Flüssigkeitsniveaufühl- bzw. -ermittlungsposition, so daß eine mechanische Verzögerung der Einrichtung, wie es beispielsweise eine Verzögerung in der Betätigung des Ventils für die Meßeinrichtung ist, aufgenommen werden kann bzw. ohne Einfluß auf die Meßgenaaigkeit ist, während die innere Wand des Behälters in der Fühl- bzw. Ermittlungsposition weniger zu einer Verschmutzung neigt, so daß es auf diese Weise ermöglicht wird, daß der Fühler jeweils das Flüssigkeitsniveau mit verbesserter Genauigkeit feststellt. Darüberhinaus ist die gesamte Einrichtung kompakt, kostengünstig und hygienisch.

Weiterhin kann die Meßeinrichtung mit dem vorgesehenen dritten Flüssigkeitsniveaufühler bezüglich Feh!funktionen überwacht werden, wobei dann, wenn entweder äer obere oder der untere Fühler ausfällt, der normale Fühler oder der dritte Fühler so betrieben werden können, daß sie die Flüssigkeit kontinuierlich messen, so daß auf diese Weise eine unterbrechung des Betriebs der Einrichtung selbst im Fall eines Fehlers _r Ausfalls ₀ einer Störung o.dgl. in vorteilhafter Weise verhindert wird.

Die vorstehenden sowie weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung seien nachfolgend anhand einiger in den Figuren 1 bis 6 der Zeichnung im Prinzip dargestellter, besonders bevorzugter Ausführungsformen näher erläutertι es zeigen?

Figur 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Blutreinigungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Figuren 2 (I) und (II) eine Filtratmeßeinheit, die in der Einrichtung nach Figur 1 vorgesehen ist, wobei Figur 2 (I) eine Seitenaufrißansicht ist, bei der aus Darstellungsgründen Teile weggebrochen sind; während Figur 2 (II) eine Querschnittsansicht ist;

Figur 3 eine Darstellung, welche die Bewegung des Flüssigkeitsniveaus innerhalb der Filtratmeßeinheit veranschaulicht;

Figur 4 eine Darstellung, welche die Bewegung des Flüssigkeitsniveaus innerhalb einer Substitutionsströmungsmittelmeßeinheit darstellt, die in der Einrichtung nach Figur 1 vorgesehen ist;

Figur 5 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Meßeinheit; und

Figur 6 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer zweiten Ausführungsform einer Blutreinigungseinrichtung gemäß der Erfindung.

Die Figur 1 zeigt eine Ausführungsform 20 der Erfindung zum Reinigen von Blut. Das Blut, das von einer Verbindung M1 zu einer Arterie herkommt, wird mittels einer Pumpe 2 durch einen Arterienkanal 3 geleitet. Das mittels des Filters 1 gereinigte Blut wird durch einen Venenkanal 4 in einen Mischer 5 geleitet, von wo das Blut über einen Venenkanal 6 einer Verbindung M2 zu einer Vene zugeführt wird. Das Filtrat wird vom Filtratauslaß des Filters 1 entnommen und durch einen Einlaßkanal 7 in einen kleinen Behälter 8 einer Filtratmeßeinheit K1 geleitet, von der es durch einen mit einem Ventil 9 versehenen Auslaßkanal 10 auslaufen gelassen und vollständig ausgeschieden wird. Ein Tank enthält ein Substitutionsströmungsmittel, das durch einen mit

einem Ventil 13 versehenen Einlaßkanal 14 in einen kleinen Behälter 12 einer Substitutionsströmungsmittelmeßeinheit K2 geleitet wird, von dem das Substitutionsströmungsmittel durch einen Auslaßkanal 15 in eine Bemessungspumpe 17 geleitet wird, die mittels eines Impulsmotors angetrieben wird. Das Substitutionsströmungsmittel wird dann dem Mischer 5 zugeführt, in dem es zu dem gereinigten Blut hinzugefügt wird. Mit 16 ist eine Steuereinheit bezeichnet, die elektrisch mit der Filtratmeßeinheit Ki, der Pumpe K2, der Substitutionsströmungsmittelmeßeinheit K2 und der Bemessungspumpe 17 verbunden ist, wie durch gestrichelte Linien angedeutet ist.

Die Figuren 2 (I) und (II) zeigen die Filtratmeßeinheit K1 in näheren Einzelheiten. Der Behälter 8, dessen Innenvolumen bekannt ist, hat die Form eines zylindrischen Behälters, welcher aus transparentem, starrem Kunststoff hergestellt und mit flexiblen Kunststoffrohren versehen ist, von denen das eine als Einlaßkanal 7 und das andere als Auslaßkanal 10 dient. Das Ventil 9 im bzw. auf dem Auslaßkanal 10 ist ein Klemmventil. Ein Halter 19 hält den Behälter 8 mit einem Polster- bzw. Federungsteil 21 und einem Riemen 22 fest, jedoch lösbar. Ein oberer Flüssigkeitsniveaufühler 8H und ein unterer Flüssigkeitsniveaufühler 8L, von denen jeder eine lichtemittierende Diode und einen Phototransistor umfaßt, sind an dem Halter 19 angebracht. Die optische Achse durch die Diode und den Phototransistor ist in einem kleinen Abstand von der Mitte des Behälters 8 weg vorgesehen, wodurch eine kritische Ermittlung des Flüssigkeitsniveaus in dem Behälter erzielt werden kann. Das innere Volumen V1 des Behälters 8 zwischen der oberen und unteren Flüssigkeitsniveauermittlungsposition ist genau gemsessen worden und daher bekannt.

Die Figur 3 ist ein Diagramm, das die Bewegung des Niveaus des Filtrats in der Filtratmeßeinheit K1 veranschaulicht.

Wenn das Filtrat bei geschlossenem Ventil 9 in den Behälter 8 zu fließen beginnt, steigt die Flüssigkeitsoberfläche 8a all-

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mählich an und wird zunächst mittels des unteren Fühlers 8L an der -Stelle A festgestellt, wo ein Zyklus beginnt. Die Oberfläche 8a steigt weiter an und wird durch den oberen Fühler 8H an der Stelle B festgestellt. Nachdem die Zeit D2 nach dem Feststellen der Flüssigkeitsoberfläche 8a an der Stelle B vergangen ist, wird das Ventil 9 geöffnet, so daß sich die Oberfläche 8a nach abwärts zu bewegen beginnt. Die Flüssigkeitsoberfläche 8a bewegt sich an der Stelle C vorbei, d.h. an der Position des oberen Fühlers 8H, und sie erreicht die Stelle D, an welcher der untere Fühler 8L positioniert ist. Nach dem Vergehen der Zeit D1_r nachdem die Oberfläche 8a an der Stelle D ermittelt worden ist, wird das Ventil 9 geschlossen. Das Filtrat beginnt nun, den Behälter erneut zu füllen, und die ansteigende Flüssigkeitsoberfläche 8a wird durch den unteren Fühler 8L an der zweiten Stelle A¹ festgestellt, woraufhin ein Zyklus vollendet ist, der sich über eine Zeitdauer T2 erstreckt. Das Volumen des Filtrats, welches pro Zeiteinheit vom Filter 1 abgegeben wird (nämlich im wesentlichen die FiItrationsrate bzw. -geschwindigkeit R1), kann auf der Basis des bekannten Volumens V1 und der Zeit T1, welche das Flüssigkeitsniveau benötigt, um vom Punkt A zum Punkt D anzusteigen, berechnet werden. Das Volumen des Filtrats Vs, das während der Zeitdauer T2 abgegeben wird, erhält man durch die Filtrationsrate bzw. -geschwindigkeit R1 multipliziert mit der Zeitdauer T2.

In Verbindung mit dem Betrieb der Filtratmeßeinheit KI führt die Steuereinheit 16 hauptsächlich die folgenden Berechnungen und die folgende Steuerfunktion aus.

(1) Berechnung der Rate bzw. Geschwindigkeit R1n des Filtrats pro Zeiteinheit für jede gemessene Charge:

R1n = V1/Tin

(2) Berechnung der Zeit, die für jeden Zyklus erforderlich ist,

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nämlich der Zeitdauer T2n, und des Volumens des Filtrats Vsn, das während des Zyklus abgegeben worden ist:

Vsn = RIn χ T2n

(3) Berechnung der Zeit T, die nach dem Beginn der Filtration vergangen ist, und des Volumens V des Filtrats, das während der Zeit T abgegeben worden ist:

T = &T2n und V = ^

(4) öffnen und Schließen des Ventils 9 in Ansprechung auf die Signale von den Flüssigkeitsniveaufühlern 8H und 8L.

Gewünschtenfalls wird eine Korrektur für das Volumen an Filtrat ausgeführt, das nach dem Beginn der Filtration abgegeben worden ist, bis sich das Flüssigkeitsniveau an dem unteren Fühler 8L vorbeibewegt, und zwar basierend auf der Abgaberate R1, die von dem ersten Zyklus erhalten worden ist.

Die Substitutionsströmungsmittelmeßeinheit K2, die nachstehend beschrieben wird, hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die in Figur 2 gezeigte Filtratmeßeinheit K1, jedoch mit der Ausnahme, daß das Klemmventil 13 in bzw. auf dem Einlaßkanal 14 angebracht ist. Die Figur 4 zeigt die Bewegung des Flüssigkeitsniveaus in der Substitutionsströmungsnsittelmeßeinheit K2.

Das Ventil 13 wird vor dem Beginn der Filtration geöffnet, damit der Behälter 12 mit dem Substitutionsströmungsmittel gefüllt wird. Dann wird mit der Filtration begonnen, und gleichzeitig kann die Bemessungspumpe 17 angeschaltet werden, so daß sie sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit dreht und so mit der Ergänzung begonnen wird. Vorzugsweise wird die Pumpe 17 mit der Geschwiiv digkeit gedreht, die sich in Übereinstimmung mit dem Volumen an abgegebenem Filtrat befindet, das man während eines Zyklus des Filtratmeßvorgangs erhält. Das Substitutionsströmungsmittel wird

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über eine abnehmende Zeit gemessen, was in umgekehrter Weise wie das Messen des Piltrats bei dessen zunehmender Zeit ist. Das Volumen an Substitutionsströmungsmittel, das pro Zeiteinheit zugeführt wird (nämlich im wesentlichen die Ergänzungsrate bzw. -geschwindigkeit R2), wird aus dem bekannten Volumen V2 und der Zeit T1 berechnet, die erforderlich ist, damit die Flüssigkeitsoberfläche 12a von der Position des oberen Fühlers 12H auf diejenige des unteren Fühlers 12L absinkt.

In Verbindung mit dem Substitutionsströmungsmittelmeßvorgang führt die Steuereinheit 16 hauptsächlich die folgenden Berechnungen und die folgende Steuerfunktion aus.

(1) Berechnung der Zuführungsrate bzw. -geschwindigkeit R2n des· Substitutionsstromungsmittels pro Zeiteinheit für jede gemessene Charge:

R2n = V2/t1n

(2) Berechnung der Zeit, die für jeden Zyklus erforderlich ist, nämlich der Zeitdauer t2n, und des Volumens V'sn an Substitutionsströmungsmittel, das während des Zyklus zugeführt wird:

V'sn = R2n χ t2n

(3) Berechnung des Volumens V an Substitutionsströmungsmittel, das nach dem Beginn der Filtration zugeführt worden ist:

V¹ =£V'sn

(4) öffnen und Schließen des Ventils 13 in Ansprechung auf die Signale von den Flüssigkeitsniveaufühlern 12H und 12L.

Auf diese Weise wird das Filtrat oder das Substitutionsströmungsmittel mittels der Anordnung nach der Erfindung gemessen.

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Die Steuereinheit 16 umfaßt ein Mikrocomputersystem, das vorzugsweise eine Eingangsanschlußeinheit, wie beispielsweise einen Digitalschalter, hat, die bzw. der zum Eingeben des vorgesehenen Volumens an Gesamtfiltrat, des vorgesehenen Gesamtvolumens an zu entfernendem Filtrat, und des Zeitintervalls, auf welches die Bemessungspumpe 17 eingestellt wird, um die Filtratabgabe bzw. -entladung und die Substitutionsströmungsmittelzufuhr im Gleichgewicht zu halten, verwendet wird.

In dem Zeitintervall (beispielsweise alle zwei Meßchargen) während der Filtration wird der Unterschied V-V bestimmt und mit dem Volumen an Filtrat verglichen, das während des Vergehens der betreffenden Zeit entfernt werden soll, und zwar auf der Basis des vorgesehenen Gesamtvolumens an zu entfernendem Filtrat. Wenn irgendein Unterschied zwischen beiden vorhanden ist, wird die Geschwindigkeit der Bemessungspumpe 17 zum Zwekke der Korrektur gesteuert. Die Therapie ist gewöhnlich beendet, wenn der Unterschied V-V gleich dem Gesamtvolumen an zu entfernendem Filtrat wird. Vorzugsweise ist das Volumen an Filtrat, das entfernt werden soll, der Wert, der durch Teilen des Volumens V an Filtrat/ das während des Vergehens der betreffenden Zeit abgegeben bzw. entladen wird, durch das vorgesehene Volumen an Gesamtfiltrat und Multiplizieren des Quotienten durch das vorgesehene Gesamtvolumen an zu entfernendem Filtrat erhalten wird. Infolgedessen kann man sagen, daß die Steuereinheit 16 in der Weise arbeitet, daß sie das Verhältnis des Substitutionsströmungsmittelzuführungsvolumens V zum Filtratabgabe- bzw. -entladungsvolumen V konstant hält. Der Ausgang bzw. die Ausgangsleistung der Bemessungspumpe 17 und die Drehgeschwindigkeit der Pumpe stehen in einem vorbestimmten Verhältnis zueinander.

Es sei darauf hingewiesen, daß das vorgesehene Volumen an Gesamtfiltrat, das vorgesehene Gesamtvolumen an zu entfernendem Filtrat, etc. gewünschtenfalls während der Therapie geändert werden können.

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Die Behälter 8 und 12, die in ihrer Abmessung je nach Wunsch variabel sind, können vorzugsweise das gleiche innere Volumen haben, beispielsweise von 40 cm bis zu 150 on , bevorzugt etwa 80 can . Vorzugsweise beträgt das Volumen dieser Behälter zwischen der oberen und unteren Flüssigkeitsniveauermlttlungsposition etwa 50 cm . Weiter können die Behälter 8 und 10 bevorzugt so bemessen sein, daß das Verhältnis T1/T2 oder t1/t2 wenigstens 5/6 beträgt.

Die vorstehend beschriebene BIutreinigungsanordnung 20 ist kompakt, hygienisch einwandfrei und kostengünstig. Da die Meßeinheiten so angeordnet sind, daß ihre FehIfunktionen ausgeschlossen werden und daß die beim Betrieb der Ventile an Ansprechung auf die Signale von den Fühlern auftretende Zeitverzögerung absorbiert bzw. aufgenommen wird, können die Flüssigkeiten mit hoher Genauigkeit gemessen werden.

Die Figur 5 zeigt eine andere bevorzugte Ausführungsform der Meßeinrichtung. Ein Behälter 30 hat einen photoelektrischen Flüssigkeitsniveaufühler 3OH in seinem oberen Teil, einen photoelektrischen Niveaufühler 3OL in seinem unteren Teil und einen dritten photoelektrischen Niveaufühler 3OM für das Flüssigkeitsniveau im mittleren Teil. Der dritte Niveaufühler 3OM dient dazu, die Meßeinrichtung bezüglich eines richtigen Betriebs zu überprüfen. Vorzugsweise ist eine Steuereinheit 31 vorgesehen, welche in der Lage ist, die Zeit abzuschätzen, die erforderlich ist, damit die Flüssigkeitsoberfläche den oberen Fühler 3OH erreicht, und zwar basierend auf der Anstiegsgeschwindigkeit der Flüssigkeitsoberfläche beim Anstieg der Flüssigkeit vom unteren Fühler 3OL zum mittleren Fühler 3OM. Wenn sich die tatsächliche Zeit, die dann erforderlich war, in hohem Maße von der Abschätzung unterscheidet, geht ein Alarm an, durch den angezeigt wird, daß es zu einer Schwierigkeit, einem Fehler o.dgl. gekommen ist. Alternativ schätzt die Steuereinheit 31 die Zeit ab, die erforderlich ist, damit die Flüssigkeit den unteren Fühler 3OL er-

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reicht, und zwar basierend auf der ^fallgeschwindigkeit der Flüssigkeitsoberfläche bei deren Bewegung vom oberen Fühler zum mittleren Fühler 3OM; £;o daß dann, wenn sich die tatsächlich erforderliche Zeit in hohem Umfang von der Abschätzung unterscheidet, in entsprechendes: Weise ein Alarm angeht. Weiter führt die Steuereinheit 31 vorzugsweise in dem Fall, in dem eine Schwierigkeit, ein Fehler {».dgl. auftritt, und wenn· eine Fehlfunktion eines der Fühler auf der Basis der in der Steuereinheit 31 gespeicherten Daten ermittelt wird, den Meßbetrieb unter Verwendung der beiden übrigen Fühler fort« Dadurch wird eine Unterbrechung des Betriebs der Blutreinigungsanordnung selbst dann vermieden, wenn entweder der obere oder der untere Fühler ausfällt oder nicht richtig arbeitet»

Die Figur 6 zeigt eine andere Ausführungsform 40, in der eine Bemessungspumpe 42 im Einlaßkanal 7 der Filtratmeßeinheit Kl vorgesehen ist. Unter einem vorbestimmten Progranfm steuert eine Steuereinheit 41 die Bemessungspumpe 17 so, daß diese Substitutionsströmungsmittel zuführt, und die Steuereinheit steuert die Bemessungspumpe 42, basierend auf «dem Zuführungsvolumen so, daß diese das Volumen an Filtrat, das abgegeben bzw= entladen werden soll, kontrolliert bzw. steuert.

Insgesamt hat die vorliegende Erfindung, wie sie oben beschrieben worden ist, insbesondere die folgenden Merkmale und Vorteile;

(1) Anstelle der direkten Messung des Volumens an Flüssigkeit Ia dem Meßbehälter zwischen zwei spesifiEierten Stellen ist die Anordnung nach der Erfindung so ausgebildet, daß sie nur die Zeit mißt, welche für die Aufwärtsbewegung oder Abwärtsbewegung der Flüssigkeitsoberfläche zwischen den beiden Stellen erforderlich ist.

(2) Die Flüssigkeitsoberfläche muß nicht an den beiden spezifizierten Stellen gestoppt werden, sondern sie kann sich über diese Stellen hinausbewegen» Dadurch wird die Fehlfunktion der Fühler ausgeschaltet, die sich von einem Verschmutzen

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des Behälters ergeben würde, und es werden Verzögerungen beim physikalischen bzw. physischen Betrieb aufgenommen bzw. absorbiert, so daß es ermöglicht wird, daß der Meßbehälter kontinuierlich mit verbesserter Genauigkeit arbeitet bzw. betrieben wird.

(3) Das Filtrat und das Substitutionsströmungsmittel werden unabhängig voneinander gemessen und nur mittels der Steuereinheit miteinander in Beziehung gebracht.

(4) Die Flüssigkeit kann· unabhängig, beispielsweise unabhängig von Änderungen in der Konzentration der Flüssigkeit, gemessen werden.

(5) Der Meßbehälter, der von kleiner Abmessung ist, ist wegwerfbar und hygienisch einwandfrei.

(6) Die Anordnung ist kompakt oder von kleiner Abmessung in ihrer Gesamtheit.

Wegen dieser Merkmale und Vorteile ist die vorliegende Erfindung sehr nützlich.

Da die obigen wie auch andere Abwandlungen und Änderungen innerhalb des Gegenstands der vorliegenden Erfindung und des allgemeinen Erfindungsgedankens liegen, wird die Erfindung durch die vorstehende Beschreibung nicht beschränkt sondern vielmehr in Ausführungsbeispielen deutlich gemacht, so daß die Erfindung im Rahmen des Gegenstands der Erfindung, wie er in den Ansprüchen zum Ausdruck kommt, sowie im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens, wie er in den gesamten Unterlagen enthalten ist, in vielfältiger Weise mit Erfolg ausgeführt werden kann.

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Leerseite

Claims

KRAUS,& WEISERT

PATENTANWÄLTE tj | | I UO I

UND ZUGELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.-I NG. AN NEKÄTE WEISERT DIPL.-ΙΝΘ. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 13 · D-8OOO MÜNCHEN 71 · TELEFON Ο8Θ/797Ο77-79 7O78 · TELEX O5-212156 kpat d

TELEGRAMM KRAUSPATENT

2851 JS/an

DAICEL CHEMICAL INDUSTRIES LTD. Osaka, Japan

Blutreinigungseinrichtung

PATENTANSPRÜCHE

Blutreinigungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß sie folgendes umfaßt: eine Filterein

richtung (1) zum Reinigen von Blut; eine Filtratmeßeinrichtung (K1), die einen kleinen Behälter (8;3O) aufweist, sowie einen oberen Flüssigkeitsniveaufühler (8H;3QH) und einen unteren Flüssigkeitsniveaufühler (8L;3QL), welche gegenüber der Seitenwand des Behälters (8;30) angeordnet sind, wobei der Behälter (8;30) einen Einlaßkanal (7) hat, welcher mit einem Filtratauslaß (18) der Filtereinrichtung (1) verbunden ist, sowie einen mit einem Ventil (9) versehenen Auslaßkanal; eine Blutflußeinstellungseinrichtung (2), die in einem Arterienkanal (3) für die Filtereinrichtung (1) vorgesehen ist; einen Mischer (5), der in einem Venenkanal (4) der Filtereinrichtung (1) vorgesehen ist; eine Versorgungsquelle (11) zum Zuführen eines Substitutionsströmungsmittels zu dem gereinigten Blut; eine Substitutionsströmungsmittelmeßeinrichtung (K2), die einen kleinen Behälter (12) aufweist, sowie einen oberen Flüssigkeitsniveaufühler (12H) und einen unteren Flüssigkeitsniveaufühler (12L), welche gegenüber

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der Seitenwand des Behälters (12) angeordnet sind, wobei der Behälter (12) einen Einlaßkanal (14) hat, der mit der Versorgungsquelle (11) verbunden und mit einem Ventil (13) versehen ist, und einen Auslaßkanal (15), der mit dem Mischer (5) verbunden ist; eine Ergänzungsflußeinstellungseinrichtung (7), die in dem Auslaßkanal (15) der Substitutionsströmungsmittelmeßeinrichtung (K2) vorgesehen ist; und eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung (16;31;41), die elektrisch mit der Filtratmeßeinrichtung (K1), der Substitutionsströmungsmittelmeßeinrichtung (K2), der Blutflußeinstellungseinrichtung (2) und/oder der Ergänzungsflußeinstellungseinrichtung (17) verbunden ist;

wobei die Piltratmeßeinrichtung (K1) so Steuer- bzw. regelbar ist, daß sie die folgenden Verfahrensschritte wiederholt: Einfüllen des Filtrats von der Filtereinrichtung (1) in den Behälter (8;30) der Filtratmeßeinrichtung (K1) bis zu einem Niveau oberhalb der Position, in welcher der obere Flüssigkeitsniveaufühler (8H;3OH) das Flüssigkeitsniveau (8a) feststellt; und nachfolgendes Abgeben bzw. Entladen des Filtrats von dem Behälter (8;30), bis sich das Flüssigkeitsniveau (8a) bis auf ein Niveau abgesenkt hat, das unterhalb der Position liegt, in welcher der untere Flüssigkeitsniveaufühler (8L;3OL) das Flüssigkeitsniveau (8a) feststellt; so daß die Steuer- bzw. Regeleinrichtung (16;31;41) das Volumen an Filtrat, das von der Filtereinrichtung (1) abgegeben bzw. entladen worden ist, aufgrund der Anstiegsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsniveaus (8a) zwischen der oberen und unteren Flüssigkeitsniveauermittlungsposition berechnen kann;

wobei ferner die Sübstitutionsströmungsmittelmeßeinrichtung (H2) so Steuer- bzw. regelbar ist, daß sie die folgenden Verfahrensschritte wiederholt: Einfüllen des Substitutionsströmungsmittels in den Behälter (12) der Substitutionsströmungsmittelmeßeinrichtung (H2) bis zu einem Niveau oberhalb der Position, in welcher der obere Flüssigkeitsniveaufühler (12H) das Flüssigkeitsniveau (12a) feststellt; und nachfolgendes Ablaufenlassen des Substi-

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tutionsströmungsmittels aus dem Behälter (12), bis das Flüssigkeitsniveau (12a) auf ein Niveau abgefallen ist, welches sich unterhalb der Position befindet, in der der untere Flüssigkeitsniveaufühler (12L) das Flüssigkeitsniveau (12a) feststellt; so daß die Steuer- bzw. Regeleinrichtung (16;31;41) das Volumen an Substitutionsströmungsmittel, welches dem gereinigten Blut zugeführt wird, aufgrund der Absinkgeschwindigkeit des Substitutionsströmungsmittelniveaus (12a) berechnen kann;

so daß das Blut gereinigt wird, während das Filtratabgabe- bzw. -entladungsvolumen und/oder das SübstitutionsStrömungsmitte1zufuhr ungs volumen aufgrund des jeweils anderen Volumens bzw. aufgrund des jeweils anderen dieser beiden Volumen so gesteuert bzw. geregelt wird, daß die beiden Volumen in einem für den Patienten spezifizierten bzw. in einem vorbestimmten Verhältnis gehalten werden.
2. Blutreinigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie weiter eine Filtratflußeinstelleinrichtung (42) aufweist, die im Einlaßkanal (7) der FiI-tratmeßeinrichtung (K1) vorgesehen und elektrisch mit der Steuer- bzw. Regeleinrichtung (41) verbunden ist.
3. Blutreinigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußeinstellungseinrichtung (2,17,42) eine Meß- bzw. Zumeßpumpe ist.
4. Blutreinigungseinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Filtratmeßeinrichtung (K1) als auch die Substitutionsströmungsmittelmeßeinrichtung (K2) mit einem weiteren Flüssigkeitsniveaufühler (3OM) zwischen dem oberen Flüssigkeitsniveaufühler (3OH) und dem unteren Flüssigkeitsniveaufühler (30L) versehen ist.

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5. Blutreinigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Flüssigkeitsniveaufühler (8H,8L;12H,12L;3OH,3OM,3OL) jeweils eine Lichtquelle und einen Photo- bzw. Lichtfühler aufweist.
6. Blutreinigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der kleinen Behälter (8,12,30) die Form eines vertikalen zylindrischen Behälters hat.
7. Blutreinigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Flüssigkeitsniveaufühler (8H,8L;12H,12L;3OH,3OM,3OL) eine Lichtquelle und einen Photo- bzw. Lichtfühler aufweist; daß jeder der kleinen Behälter (8,12,30) die Form eines vertikalen zylindrischen Behälters hat; und daß die optische Achse durch die Lichtquelle und den Photo- bzw. Lichtfühler in einem kleinen Abstand vom Zentrum des zylindrischen Behälters (8,12,30) verläuft.
8. Blutreinigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- bzw. Regeleinrichtung (16,31,41) eine Mikrocomputereinrichtung umfaßt oder ist.

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