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Künstliche Niere
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Die Erfindung betrifft eine künstliche Niere mit einer zwischen dem
arteriellen und vendsen Anschluß angeordneten Filtermembran, mit einer Sammeleinrichtung
fur das Filtrat und einer ZufUhreinrichtung ffir das Substituat, mit einer Pumpenanordnung
zur Zuffihrung des Substituats in den Blutf#rderkreislauf bzw. zum Abziehen des
Filtrats aus dbm Filtratkreislauf und mit einer W!geanordnung zur Bilanzierung der
geförderten Filtrat- und Substituatflfissigkeiten.
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Patienten mit chronischem Nierenversagen mUssen extern mit Hilfe kUnstlicher
Nieren von bestimmten, standig anfallenden Stoffwechselprodukten, wie Harnstoff,
Kreatinin, Harnsaure sowie anderen fUr den Organismus toxischen Substanzen ständig
befreit werden, damit ihr Leben gerettet oder verlängert werden kann. Andrerseits
sollen ffir den Organismus notwendige Substanzen, wie Natrium- und Karl im ionen,
Chlorid, Kalzium-, Magnesium-, Phosphat- und Wasserstoffionen nur soweit ausgeschieden
werden, daß bestimmte Mindestwerte nicht unterschritten werden.
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Neben den bekannten Verfahren der H#modialyse und der Hämoperfusion
gewinnt die H#modiafiltration sowie eine damit
verbundene amodialyse
immer größere Bedeutung. Während nämlich bei der Dialyse große Mengen SPüllösung
erforderlich sind und lediglich eine gute Clearance bei Substanzen mit niedrigem
Molekulargewicht (MGW) erhalten wird, benötigt die Diafiltration eine im Volumen
geringere Ersatzflussigkeit mit der das abapreßte Ultrafiltrat substituiert wird.
Da der Massentransport durch die Filtermembran schneller stattfinden kann und hierdurch
auch Moleküle mit größerem MGW (sogen. Mittelmolekule mit einem Molekulargewicht
bis 10.000) abgetrennt werden können, so daß also eine verbesserte Clearance für
Mittelmoleküle erreicht wird, werden bei der Diafiltration alle permeablen Substanzen
konzentrationsunabhängig ausgeschieden, so daß lediglich die Trenngrenze der Filtermembran
die Trennqualität bestimmt.
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Während jedoch bei der Dialyse große Flfissigkeitsmengen an der Filtermembran
vorbeigeführt und nur geringe Flüssigkeitsmengen aus dem Blut durch die Membran
entzogen werden, wird bei der Hämodiafiltration das Blut direkt mit der Substituatflfissigkeit
(bis zu 20 Ltr.) vermischt, die durch die Filtrationsmembran wieder entnommen bzw.
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abgepreßt wird, wobei die zu entfernenden Stoffwechselprodukte zugleich
eliminiert werden.
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Derart große Flüssigkeitsmengen kennen natfirlich nicht nacheinander
entzogen und wieder substituiert werden, ohne daß der menschliche Kreislauf zusammenbrechen
wUrde. Sie müssen daher grundsätzlich ausgewogen und gleichzeitig bilanziert werden,
was eine genau dosierte Zuffihrung und Entnahme der Flüssigkeit zur Folge hat.
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Es wurden daher bereits künstliche Nieren für die Hämodiafiltration
vorgeschlagen, in denen die Flfissigkeitsbilanzierung gravimetrisch erfolgt. Aus
den DE-OSen 25 52 304 und 26 54 396 sind beispielsweise künstliche Nieren bekannt,
bei denen jeweils ein Sammelbehälter ffir die Substituatzuführung und-fUr die abfiltrierte
Plussigkeit
vorgesehen ist. Diese Sammelbehälter sind jeweils einer Wägeanordnung zugeordnet,
deren Signale in einer entsprechenden Komparatorschaltung miteinander verglichen
und anschließend eine Steuervorrichtung antreiben, die die Bilanzierung der gesamten
Fldssigkelten vornimmt. Die Sammelbehälter sind dabei als Meßbehälter ausgebildet,
die entweder auf einer Waage stehen oder an dieser hängen. Die Wägeanordnung selbst
befindet sich innerhalb eines rahmenartigen Gestells, wodurch die gesamte Anordnung
sehr großvolumig wird.
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Weiterhin muß jede Waage umfangreich vom Bedienungspersonal abgeglichen
und eintariert werden, so daß die Handhabung einer derartigen, zwei Waagen aufweisenden
Anordnung als bedienungsunfreundlich anzusehen ist.
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Darüber hinaus stellen derartige offene Systeme, wie Meßbehälter und
dazugehörige Dosierpumpen, eine potentielle Infektionsquelle dar, die nur durch
eine entsprechend aufwendige Sterilisation beseitigt werden kann.
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Aus der DE-OS 26 29 717 ist eine Hämodiafiltrationsanordnung bekannt,
bei der anstelle der vorstehend genannten zwei Waagen nur eine Waage zum Einsatz
kommt, die wiederum innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist.
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In dieser Anordnung sind zwei Behälter auf einer Waage vorgesehen,
wobei das Ausgangsgewicht des gesamten PlUssigkeitssystems bei einer 1 : 1-Bilanzierung
konstant oder aber verändert werden kann, sofern dem Pa tienten während der Dialysebehandlung
FlUssigkeit entzogen werden soll. Auch bei dieser Anordnung muß also eine spezielle
Wägeanordnung in einem Gehäuse untergebracht und tariert werden, was einerseits
eine leichte Anpassung der Wägeanordnung an eine bestehende Dialyse vorrichtung
unmöglich macht und andrerseits ein eingeschultes Bedienungspersonal erfordert,
um diese Vorrichtung richtig zu betreiben.
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Aus dem Stand der Technik sind jedoch keine Zusatzeinrichtungen für
bereits bestehende Dialysevorrichtungen bekannt, die als solche leicht an der Vorrichtung
anbringbar sind und ohne geschultes Bedienungspersonal betrieben werden können.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine künstliche Niere
der eingangs erwähnten Art zur Verfugung zu stellen, die durch einfach anzubringende
Zusatzeinrichtungen auf einfache Weise sehr genau bilanziert.
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Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Zusatzeinrichtung
so auszugestalten, daß bei einem Ausfall ihrer Wägeanordnung die künstliche Niere
im Notbetrieb bis zur Behebung des Schadens weiterarbeiten kann, daß also die Wägeanordnung
lediglich die Feinregulierung der Silanzierung Ubernimmt.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt dadurch, daß an der Gehäusewand der
künstlichen Niere eine Wägevorrichtung angebracht ist, an der die Behälter für die
Substituat-bzw. Filratlsungen anbringbar sind. Es sind die Leitungen für die Filtrat-
bzw. Substituatlösungen mit einer Pumpe verbunden, mit der im wesentlichen gleiche
Filtrat und Substituatmengen förderbar sind.
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Eine erfindungsgemäße künstliche Niere läßt sich einfach dadurch herstellen,
daß man eine bereits bestehende Dialysevorrichtung an ihrer Außenwand mit einer
Wägevorrichtung, vorzugsweise einer Kraftmeßdose versieht, an der Halterungen zur
Aufnahme von im Handel erhältlichen Substituatlösungen und zunächst leeren Filtratbeuteln
vorgesehen sind. Die von diesen Beuteln bzw.
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Flaschen abgehenden Leitungen, die vorzugsweise in Form eines flexiblen
Schlauches vorliegen, werden mit einer Pumpe verbunden, die im wesentlichen gleiche
Filtrat-bzw. Substratmengen fördert. In einer speziellen Aus-
ffihrungsform
ist die Pumpe als Schlauchpumpe ausgebildet, in der beide Schläuche angebracht sind,
so daß diese Pumpe als Doppelschlauchpumpe wirkt. Sofern der Querschnitt der Schläuche
gleich ist, fördert die Pumpe im wesentlichen gleiche Filtrat- und Substituatmengen,
so daß bei einer 1 : 1-Förderung die Wägeanordnung nur zur exakt genauen Bilanzierung
dient. Eine derartige Doppelschlauchpumpe hat weiterhin den Vorteil, daß. sie im
Alarmzustand, d.h. beispielsweise bei Ausfall der Wägeanordnung, weiterarbeiten
kann, so daß die Diafiltrationsbehandlung nicht unterbrochen werden muß. Der dabei
auftretende geringe Bilanzierungsfehler ist noch zu tolerieren und bringt den Patienten
keineswegs in eine bedrohliche Situation.
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Uberdies werden durch eine derartiges vorzugsweise miniaturisierte
Wägeanordnung die Anpassung unterschiedlicher Dialysevorrichtungen an das Diafiltrationsverfahren
möglich, sowie komplizierte Wägeeinstellungsverfahren überflüssig, so daß hierdurch
bedingte Einstellungsfehler im wesentlichen entfallen.
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Es treten ebenso praktisch keine Ausfälle bei der Waage mehr auf bzw.
können mit einfachsten Handgriffen sofort behoben werden, da das gesamte Wägesystem
sehr einfach ausgebildet ist und infolge seiner externen Anordnung leicht zu warten
und auszutauschen ist.Eine dennoch auftretende Störung im Wägesystem kann - wie
vorstehend festgestellt - durch die Doppelschlauchpumpe im Notbetrieb aufgefangen
werden, die höchstens eine Förderungenauigkeit von etwa 10 % besitzt.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich anhand
der Zeichnung aus der nachstehenden Beschreibung.
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Es zeigen Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
kfinstlichen Niere, Fig. 2 eine Teilansicht, in der perspektivisch eine weitere
Aus ffihrungs form der Erfindung dargestellt ist, und Fig. 3 ein Blockschaltbild
mit den wesentlichen Einzelheiten des Leitungsschemas.
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Gemäß Fig. 1 ist perspektivisch die gesamte künstliche Niere mit 10
gezeigt, wobei aus Grunde der Ubersichtlichkeit nur die erfindungsgemäß wesentlichen
Vorrichtungsteile gezeigt sind. Die künstliche Niere 10 besteht im wesentlichen
aus einem Kasten 12, in den von der Frontseite her diverse Einschub eingeschoben
werden können, beispielsweise der Einschub 14, der die erfindungsgemäße Doppelschlauchpumpe
16 aufweist. Hierdurch ist eine einfache Austauschbarkeit unterschiedlicher Einschub
möglich, wodurch die Anpassung bestehender Dialysevorrichtungen an die erfindungsgemäße
Ausbildung ermöglicht wird.
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Weiterhin weist die künstliche Niere 10 an ihrer Außenwand 18 eine
Wägevorrichtung 20 auf, die in einer ersten Ausführungsform im unteren Wandbereich
angeordnet ist, wobei sie mit der Wand 18 fieber eine entsprechende Haltevorrichtung
22 in Verbindung steht. Vorzugsweise ist diese Wägevorrichtung 20 als Kraftaufnehmer
und/oder Wägezelle ausgebildet, deren Ausgangssignal linear mit der Druck- bzw.
Zugbelastung steigt und die Uberdies hochempfindlich ist.
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Derartige Wägezelien werden beispielsweise unter der Bezeichnung INTERFACE
von der Firma Ziegler-Instruments GmbH S Co., M#nchengladbach, in den Handel gebracht
und stellen infolge ihrer einfachen Handhabung,
kompakten Bauform
und ihres linearen Verhaltens keine Schwierigkeiten für den Betreiber dar. Das Ausgangssignal
dieser Wägezelle 20 wird Uber eine elektrische Leitung 24 durch das Gehäuse der
kfinstlichen Niere 10 geffihrt und mit einem Schalter 26 verbunden, dessen Funktion
nachstehend erläutert wird. Vorzugsweise ist dieser Schalter 26 auf dem Einschub
14 angeordnet.
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In dieser ersten Ausffihrungsform nimmt die Wägevorrichtung 20 die
Druckkräfte fieber eine Stange 28 auf, die ebenfalls mit der Gehäusewand 18 fieber
eine Halterung 30 verbunden ist. In dieser Halterung 30 ist di Stange 28 axial gleitbeweglich
gelagert, so daß die über die Stange 28 auf die Wägevorrichtung 20 ausge-Ubten Drücke
frei übertragbar sind.
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Im oberen Stangenbereich 32 besitzt die Stange 28 Aufhängeeinrichtungen
34, beispielsweise hakenförmige Arme, an denen die Behälter 36 bzw. 38 für die Filtrat
Substituatl#sungen anbringbar sind. Vorzugsweise können wenigstens 4 Beutel mit
Substituatlösung a 4,5 Ltr. an diesen Befestigungseinrichtungen 34 sowie die entsprechenden,
zu Beginn der Dialyse leeren Filtratbeutel angebracht werden. Beispielsweise ist
es zweckmäßig,.
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wenn die Aufhängeeinrichtung 34 vier kreuzförmig angeordnete Befestigungsarme
34 aufweist, an denen jeweils zwei Behälter hängen.
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An ihrem unteren Ende 40 steht die Stange 28 fest auf dem druckempfindlichen
Bereich 42 der Wägevorrichtung auf, so daß der am Fuß oder unteren Ende 40 der Stange
28 erzeugte Druck auf dem druckempfindlichen Bereich der vorzugsweise zum Einsatz
kommenden Meßdose oder Wägezelle 20 vollständig aufliegt.
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Eine weitere Ausführung ist im Ausschnitt in Fig. 2 dargestellt. Dabei
ist die Wägevorrichtung 42 ebenfalls über eine Befestigung 44 an der Gehäusewand
18
befestigt, wobei diese Befestigung im oberen Bereich der Gehäusewand
erfolgt. Die Aufhängevorrichtung 46 für die Beutel 36 bzw. 38 ist an der Unterseite
48 der Wägevorrichtung 42 angebracht, die somit auf Zugbelastung anspricht. Andrerseits
kann jedoch die unterhalb der Wägevorrichtung 42 angeordnete Aufhängevorrichtung
46 auch um die Wägevorrichtung 42 herumgeführt sein und auf der Oberseite auflagern,
so daß sie auch auf die Druckbelastung anspricht. In jedem Fall werden die Beutel
oder Behälter 36 bzw. 38 wiederum an der Befestigungseinrichtung 46 befestigt, hängen
somit etwa in der gleichen 1#he wie bei der ersten Ausffihrungsform.
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Als vorteilhaft hat sich die räumliche Trennung zwischen Beutel 36
bzw. 38 und Wägevorrichtung 20 bzw. 42 über eine Stange erwiesen, da hierdurch das
Auftreten exzentrischer Kräfte sowie Seiten-Biegemomente und Torsion am Kraftaufnehmer
bzw. an der Wägezelle verhindert werden. Es muß nicht hinzugefügt werden, daß die
in der zweiten Ausffihrungsform gezeigte Wägeanordnung natürlich auch einen sich
nach unten erstreckenden Stab aufweisen kann, der wiederum in einer Führung geführt
ist, die ebenfalls mit der Gehäusewand in Verbindung sein kann. Es muß nicht hervorgehoben
werden, daß die Stange 28 auch in mehreren Haltevorrichtungen gelagert sein kann,
um ihre seitliche Versetzung zu verhindern.
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Nachstehend wird die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen künstlichen
Niere unter Bezugnahme auf das in Fig. 3 gezeigte Blockschaltbild erläutert.
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Von dem Behälter 38 fUr die Substituatlösung geht der Schlauch 50
ab, der über eine Absperrvorrichtung 52, deren Wirkungsweise nachstehend erläutert
wird und die vorzugsweise als Regelventil ausgebildet ist, in die Doppelschlauchpumpe
16 fuhrt. Bei Drehung des Rotors 54 der Doppelschlauchpumpe 16 in Pfeilrichtung
wird die
Substituatlösung mit einem entsprechenden Durchsatz mit
der blutseitigen Leitung in Verbindung gebracht, was eine Voraussetzung für die
Diafiltration ist. Diese Verbindung kann vor oder hinter dem Dialysator 56 liegen.
In der in Fig. 3 gezeigten Ausftlhrungsform liegt diese Verbindung hinter dem Dialysator
auf der venösen Seite und wird für die bessere Regulierung und Steuerung des Zuflusses
und der Vermischung mit dem Blut in eine Tropfkammer 58 und von dort zum Patienten
geleitet. Das Blut selbst wird wieder über die Leitung 60 dem Dialysator 56 zugeführt
und von dort über die Leitung 62 und die Tropfkammer 58 sowie die Leitung 64 zurückgeführt.
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Dem durch das Dialysefilter 56 strömenden Blut wird durch eine Leitung
66, die in den anderen Zweig der Doppelschlauchpumpe 16 eingeführt ist, Blutwasser
dadurch entzogen, daß diese Doppelschlauchpumpe 16 in Betrieb gesetzt wird und hierdurch
einen Unterdruck an der Dialysemembran 56 erzeugt. Diese Leitung 66 steht wiederum
mit einem oder mehreren Filtratbeuteln 36 in Verbindung, die das gefOrderte Filtrat
aufnehmen.
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Das vorstehend erläuterte Fördersystem unter Anwendung einer Doppelschlauchpumpe
16 erweckt den Eindruck, als ob bei einem Einsatz identischer Querschnitte der Schläuche
bzw. Leitungen 50 und 66 eine 1 : 1-Bilanzierung möglich wäre, so daß eine Steuerung
der Bilanzierung über eine W#gevorrichtung sich erübrigen würde. Eine solche#Steuerung
ist jedoch mit einem Fehler von ca. 10 % behaftet, der im Regelbetrieb nicht toleriert
werden kann, beim Ausfall der Steuervorrichtung jedoch noch hinzunehmen ist. Dieser
Fehler ist auf die unterschiedlichen Drücke in den Leitungen 50 und 66 (überdruck
und Unterdruck) zurückzuführen, wobei regelmäßig weniger Flüssigkeit auf der Filtratseite
als auf der Substituatseite gefördert wird. Dementsprechend muß die Flüssigkeitsf#rderung
in der
Sllbstituat-3eite entsprechend gesteuert werden, was durch
das Absperrorgan 52 erfolgt.
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Das von der Wägevorrichtung 20 bzw. 42 ausgehende Signal wird über
eine Leitung 68 sowohl an einen Verstärker 70 als auch an den Schalter 26 angelegt.
Bei Drükken des Schalters 26 wird ein Tarierungsvorgang eingeleitet, wobei der von
der#Wägevorrichtung bzw. Meßdose 20, 42, gelieferte Signalwert, der dem auf der
Meßdose 20, 42 auflagernden Gewicht entspricht, als Sollwert in einem Sollwertspeicher
72, der mit dem Schalter 26 über die Leitung 74 in Verbindung steht, gespeichert
wird. Dieser Sollwert wird während der gesamten Behandlung im Sollwertspeicher gehalten
und über eine Leitung 76 an einen Komparator 78 angelegt. Dieser Komparator 78 steht
über die Leitung 80 mit dem Verstärker 70 in Verbindung, der jeweils den Istwert
liefert. Sollwert und Istwert werden im Komparator miteinander verglichen, der so
geschaltet ist, daß ein über die Leitung 82 mit dem Komparator 78 in Verbindung
stehendes Stellglied 84, das die Öffnung und Schließung des Absperrorgans 52 steuert,
angetrieben wird. Dementsprechend wird das Absperrorgan 52 geschlossen, wenn Sollwert
und Istwert um mehr als 1 % differieren und wiederum geöffnet, wenn der Istwert
dem Sollwert entspricht.
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Mit dieser Anordnung, die eine 1 : 1-Bilanzierung gewährleistet, kann
das Bedienungspersonal ohne Schwierigkeiten arbeiten, wenn es die handelsüblichen
DialyselösuÄgen und Beutel auf der Aufhängevorrichtung angebracht hat und die entsprechenden
Schlauchsysteme mit der künstlichen Niere verbunden hat. Anschließend muß lediglich
noch der Startknopf und der Tarierungsschalter 26 gedrückt werden, um die künstliche
Niere in Betrieb zu nehmen.
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In einer weiteren Ausführungsform, die ebenfalls in Fig. 3 gezeigt
ist, erfolgt der für den Patienten üblicherweise notwendige Flüssigkeitsentzug von
bis zu 2 Litern über eine Leitung 86, die von der Leitung 66 hinter dem Dialysator
56 abgeht. In einem kombinierten Hämodialyse-/Hämodiafiltrations-Verfahren dient
diese Leitung 86 zugleich zur Abführung der Dialysierflüssigkeit, die über eine
Leitung 88 dem Dialysator zugeführt wird. In einem entsprechenden, nicht gezeigten
Bilanziersystem der Dialysevorrichtung erfolgt dieser Flüssigkeitsentzug neben eler
Förderung der Dialysierflüssigkeit.
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Bei Durchführung der Hämodiafiltration allein, die eine weitere bevorzugte
Ausführungsform darstellt, ist die Leitung 88 weggelassen, so daß die Flüssigkeit
über die ausschließlich diesem Zweck dienende Leitung 86 entzogen wird.
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In einer weiteren Ausführungsform kann auch diese Leitung 86 weggelassen
werden, wenn der Sollwert im Sollwertspeicher 72 elektronisch verstimmt wird. Hierzu
dient ein entsprechend programmiertes Steuerglied 90, das mit Beginn der Dialyse
in Funktion tritt und stetig den Sollwert über die gesamte Dialysedauer entsprechend
der gewählten Einstellung verstimmt. Hierdurch wird auf elektronischem Wege erreicht,
daß eine bestimmte Filtratmenge vor der Zuführung zu den Filtratbeuteln 36 entfernt
wird, die als Flüssigkeitsentzug für den Patienten anzusehen ist.
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Es muß nicht hinzugefügt werden, daß natürlich auch das Absperrorgan
52 in der Filtratleitung vorgesehen sein kann, sofern in dieser Leitung mehr Flüssigkeit
als in der Substituatleitung gefördert wird. Weiterhin können jeweils ein Absperrorgan
in der Filtratleitung und der Substituatleitung vorgesehen sein, sofern in beiden
Leitungen etwa die gleiche Flfissigkeitsmenge
Als besonders vorteilhaft
hat es sich herausgestellt, wenn als Stange 40 eine übliche Infusionsstange eingesetzt
wird. Künstliche Nieren weisen häufig eine direkt an ihr befestigte Stange auf,
die als Stativstange ausgebildet ist und die Beutel für die Infusionslösungen zu
tragen hat. Erfindungsgemäß wird eine derartige Stange nicht mehr an der künstlichen
Niere befestigt und anstatt dessen in wenigstens einer Halterung 30 axialgleitbeweg
lich gelagert und mit de#r Wägevorrichtung 20, 42 in Verbindung gebracht. Vorzugsweise
wird diese übliche Stange auf einer Wägezelle aufgelagert, so daß in einfachster
Anordnung sowohl eine Wägevorrichtung als auch eine Halterung für die Infusionsbeutel
in einem einzigen kombinierten Vorrichtungsteil geschaffen werden. Insofern kann
eine bereits längst fertiggestellte und handelsübliche Dialysiervorrichtung mit
einem sehr geringen Aufwand umgebaut werden, da lediglich die vorzugsweise verwendete
Wägezelle mit der Infusionsstange in Verbindung gebracht werden muß und eine in
Form eines Einschubs vorgesehene Steuerung im Gehäuse der Dialysevorrichtung untergebracht
werden muß.
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Erfindungsgemäß sind nattirlich auch weitere Abwandlungen möglich.
Beispielsweise kann die Wägevorrichtung auch auf der Deckenwand angeordnet sein.