DE3850178T2 - Strömungsmesssystem. - Google Patents

Description

1. Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft eine Dialysevorrichtung mit verbesserter Fehlerdetektierung
2. Beschreibung des Stands der Technik
• Ein Hämodialysesystem wird verwendet, um überschüssige Fluide aus dem Blut eines Patienten zu entfernen. Ein solches System verwendet einen Dialysator, der eine Bahn hat, durch die das Blut von dem Patienten zu- und abfließt, um zum Patienten rückgeführt zu werden. Die Blutdurchflußkammer hat eine halbdurchlässige Membran, durch die Wasser und gelöste Stoffe mit niedrigem Molekulargewicht, jedoch kein Blut hindurchtreten kann. Auf der entgegengesetzten Seite der Membran ist eine Dialysatkammer vorgesehen, durch die eine Dialysatlösung fließt. Die durch die Membran hindurchgehenden Flüssigkeiten werden von dem Dialysat aufgenommen, das aus dem Dialysator abfließt. Die entfernten Flüssigkeiten werden als Filtrate bezeichnet.
• Um den Durchfluß des Filtrats durch die Membran zu erzeugen, muß in der Blutkammer ein höherer Druck als in der Dialysatkammer bestehen. Die Differenz zwischen diesen Drücken wird als der Transmembrandruck bezeichnet. Der Bediener des Dialysesystems steuert den Durchsatz bzw. die Durchflußrate, mit der Filtrat durch die Membran geht, durch Erhöhen oder Verringern des Transmembrandrucks. Bei vielen Patienten sind Hypotonie und andere Komplikationen, die aus dem schlechten Fuidmanagement resultieren, eine Hauptschwierigkeit. In solchen Fällen ist die präzise Steuerung des Volumens und der Durchflußrate des aus dem Blut entfernten Filtrats sehr wichtig.
• Um eine genaue Steuerung zu erreichen, ist es bekannt, automatische Filtrationssteuersysteme zu verwenden. Bei solchen Systemen stellt der Bediener vor Beginn der Behandlung die Zeitdauer für die Behandlung und die während dieser Zeit zu entfernende Fluidmenge ein. Die automatische Steuerung mißt dann die abgelaufene Zeit und die während des Prozesses entfernte Fluidmenge. Immer dann, wenn die Fluidentfernungsrate zu gering ist, um die während der verbleibenden Zeit erforderliche Fluidmenge zu erzeugen, berechnet die Steuerung die Filtrationsrate, die notwendig ist, um die Soll-Fluidentfernung am Ende der Behandlung zu erreichen, und vergleicht diese Rate mit der Istrate in einem solchen Augenblick. Wenn die Istrate zu hoch oder zu niedrig ist, verstellt die Steuerung den Transmembrandruck, um die zum Erreichen des Zielwerts erforderliche Rate zu erhalten.
• Es versteht sich, daß eine Steuerung von einer sehr genauen Messung des Durchflusses des Filtrats durch die Membran in die Dialysatlösung abhängig ist. Diese Messung kann nur erfolgen durch ein exaktes Messen der Durchflußrate von Dialysat in den Dialysator, eine exakte Messung der Durchflußrate von Dialysat plus Filtrat aus dem Dialysator und eine Berechnung der Erhöhung der Durchflußrate, die das zu dem Dialysat addierte Filtrat repräsentieren würde. Das durch den Dialysator gehende Dialysatvolumen ist typischerweise um einen Faktor zehn oder mehr größer als das Filtratvolumen. Daher verlangt die Messung des Volumendurchflusses von Filtrat die Messung einer kleinen Differenz zwischen zwei größeren Zahlen. Das stellt an die Durchfluß-Meßumformer sehr hohe Genauigkeitsanforderungen.
• Bei Hämodialysesystemen, die von der Erwerberin der vorliegenden Anmeldung hergestellt werden, ist ein Durchfluß-Meßumformer an dem Dialysateinlauf des Dialysators angeordnet, und ein zweiter Durchfluß-Meßumformer ist an dem Dialysatablauf des Dialysators angeordnet und überwacht das Dialysat plus Filtrat. Dabei wird ein hochgenauer Durchfluß-Meßumformer vom lagerlosen Typ, hergestellt von Precision Bearingless Flow Company, verwendet. Diese Art von Durchflußmesser verwendet einen Ringrotor, der in einer Wirbelkammer angeordnet ist, die eine Vielzahl von symmetrisch beabstandeten Düsen in Umfangsrichtung um die Kammer herum hat. Ein durch die Düsen strömendes Fluid bewirkt ein Drehen des Rotors mit einer Drehgeschwindigkeit, die der Fluiddurchflußrate proportional ist.
• Der lagerlose Durchflußmesser hat eine Vielzahl von reflektierenden Markierungen an dem Ringrotor, die von einem elektro-optischen Sensor überwacht werden, so daß ein elektrisches Signal erzeugt wird, dessen Frequenz der Drehgeschwindigkeit des Rotors proportional ist. Nach der Kalibrierung haben diese Durchflußmesser gemäß den Herstellerangaben eine Genauigkeit von 0,001%. In der Praxis wird vor dem Beginn der Behandlung mit dem Dialysesystem ein Bypass zu dem Dialysator hergestellt, und es wird ein gleichmäßiger Durchfluß durch die beiden Meßumformer erzeugt. Die Meßwerte der beiden Durchfluß-Meßumformer werden miteinander verglichen, und ein Normierungsfaktor wird berechnet, um eine etwaige Differenz der Meßwerte der beiden Instrumente zu korrigieren.
• Die lagerlosen Durchfluß-Meßumformer erfüllen zwar die Anforderungen hinsichtlich der Genauigkeit, aber während der Behandlung eines Patienten kann ein Problem auftreten. Wenn der Meßwert an einem der Durchfluß-Meßumformer eine Änderung anzeigt, die nicht durch eine tatsächliche Änderung der Durchflußraten hervorgerufen ist, kann die automatische Filtrations-Steuerung den fehlerhaften Meßwert als eine Änderung der Filtration akzeptieren und den Transmembrandruck verringern, was zu Meßungenauigkeiten führt. Solche Änderungen im Betrieb des lagerlosen Durchfluß-Meßumformers sind beobachtet worden und werden anscheinend von geringen Ungleichgewichten in den Ringrotoren hervorgerufen, was zu einem gelegentlichen Wobbel-Rotationsmodus führt, der die genannten Verringerungen der Durchflußrate bewirkt. Es besteht daher ein Bedarf für ein Durchflußrate-Meßsystem, das Mittel aufweist, um fehlerhafte Meßwerte von Eingangs- oder Ausgangsdurchfluß-Meßumformern festzustellen.
• Die Erfindung ermittelt automatisch das Auftreten jeder Änderung von Meßwerten von den Durchflußmessern und stellt automatisch fest, ob solche Änderungen auf eine fehlerhafte Durchflußmeßeinrichtung zurückgehen. Die Erfindung nutzt eine Redundanz in Kombination mit einer Rechnersteuerung. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind zwei lagerlose Durchflußmesser in Reihe geschaltet an dem Dialyseeingang des Dialysators angeordnet. Ein Bypassventil ist zwischen die Durchflußmesser und den Dialysator geschaltet. Zwei lagerlose Durchflußmesser sind gleichermaßen an dem Dialysatausgang des Dialysators mit einem Kalibrierventil in Tandem verbunden. Das Bypassventil im Einlaß dient dazu, den Durchfluß von Dialysat in den Dialysator zu blockieren und ihn zum Eingang des zweiten Ausgangsdurchfluß-Meßumformers umzuleiten. Das Kalibrierventil, wie nachstehend erläutert wird, kann von dem Rechner geschlossen werden, um den Dialysator per Bypass zu umgehen. Die beiden Eingangsdurchfluß-Meßumformer messen den Zulauf des Dialysats, während die beiden Ausgangsdurchfluß-Meßumformer den Ablauf des Dialysats plus Filtrat messen.
• Jeder Sensor erzeugt ein elektrisches Signal in Form eines Impulszugs mit einer Frequenz in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit der Rotoren in den Durchfluß-Meßumformern. Beispielsweise kann eine Durchflußrate von 500 ml/min eine Nennausgangsfrequenz von 220 Hz erzeugen. Das Signal von jedem der vier Durchfluß-Meßumformer wird an einen Digitalrechner angelegt. Während einer Anfangskalibrierung des Systems werden die Dialysatoranschlüsse manuell umgangen. Ein unveränderlicher Dialysatdurchfluß wird durch die vier Durchfluß-Meßumformer in Reihe vorgesehen. Typischerweise wird ein Durchfluß von 500 ml/min verwendet.
• Der Rechner mittelt die Frequenzrate jedes Signals der vier Durchfluß-Meßumformer. Da der Durchfluß durch jeden Meßumformer der gleiche ist, erkennt der Rechner alle Unterschiede der gemittelten Frequenz zwischen den vier Durchfluß-Meßumformern und berechnet erforderliche Kalibrierungs- Normierungsfaktoren, um alle geringfügigen Differenzen auszugleichen, die aufgrund von Herstellungstoleranzen oder dergleichen auftreten können. Während der Kalibrierung darf der Frequenzunterschied zwischen den vier Durchfluß-Meßumformern einen vorgewählten Wert, beispielsweise 20 Hz, nicht überschreiten. Wenn das der Fall ist, erscheint eine Fehleranzeige auf einem Display, das dem Rechner zugeordnet ist.
• Die Kalibrierungstests umfassen eine erste Phase, in der Abtastwerte von Meßwerten von allen vier Meßumformern zum gleichen Zeitpunkt bei einer konstanten Durchflußrate abgenommen werden. Eine vorgewählte Anzahl von Abtastwerten wird aufgenommen, und nachdem sämtliche Abtastwerte gesammelt sind, werden der Mittelwert und die Standardabweichung für jeden Meßumformer berechnet. Wenn die Standardabweichung für einen der Sensoren größer als 10% des jeweiligen Mittelwerts ist oder wenn eine der gemessenen Frequenzen die doppelte jeweilige Standardabweichung überschreitet, kann ein Fehler vorliegen.
• Wenn sämtliche Tests bestanden sind, werden die Normierungsfaktoren berechnet, um die Unterschiede zwischen den Durchflußsensoren zu berücksichtigen.
• Nach Beendigung der Kalibrierung und Beginn einer Betriebsphase des Hämodialysesystems überwacht der Rechner das Ausgangssignal jedes der Durchfluß-Meßumformer und wendet die Normierungsfaktoren an, die während der Kalibrierung festgelegt wurden. Der Rechner überwacht außerdem die korrigierten Durchflußmessungen der beiden Eingangs-Meßumformer und der beiden Ausgangs-Meßumformer. Wenn der Rechner eine Differenz zwischen den Meßwerten der beiden Eingangs-Durchflußmesser oder den Meßwerten der beiden Ausgangs-Durchflußmesser feststellt, läuft eine automatische Überprüfung ab, um festzustellen, ob die Durchfluß-Meßumformer innerhalb der Toleranz liegen. Wenn der detektierte Fehler bestehenbleibt oder bei der automatischen Neuüberprüfung der Kalibrierung angezeigt wird, daß er akzeptable Grenzwerte überschreitet, wird ein Fehler erkannt, und der Ablauf wird angehalten und das Problem beseitigt. In manchen Fällen wird das Problem durch Reinigen des fehlerhaften Durchfluß-Meßumformers beseitigt. Vorteilhaft kann die Erstkalibrierung der Durchfluß-Meßumformer während einer Behandlung an der Vorrichtung überprüft werden.
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Dialysevorrichtung anzugeben, die automatisch einen Fehler der Durchflußmessung während des Betriebs der Vorrichtung erkennt, um beispielsweise eine Warnung an einen Bediener abzugeben.
• Die charakteristischen Merkmale der Erfindung sind im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 angegeben, und der Oberbegriff dieses Patentanspruchs basiert auf der vorher beschriebenen bekannten Dialysevorrichtung.
• Die US-A-4 118 780 zeigt eine Technik zur Überwachung der Differenz von Durchflußraten in einer Eingangs-Kühlmittelleitung zu einer Blasdüse eines Hochofens und einer Ausgangsleitung von der Blasdüse durch Überwachung von elektrischen Signalen von Meßumformern in den jeweiligen Leitungen. Der Zweck ist die Erkennung von Undichtheiten bzw. Lecks.
• Die EP-A-0 106 940 betrifft ein mit Ventilen versehenes Kreuzungssystems, das den Durchfluß von reiner Dialyselösung durch verschiedene Leitungen ermöglicht, ohne durch den Dialysator selbst zu gehen, und zwar für Spül- und Kalibrierzwecke.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Fig. 1 ist ein vereinfachtes Schema des Dialysatorteils einer Hämodialysevorrichtung, die die Durchflußraten-Meßsysteme gemäß der Erfindung verwendet;
• Fig. 2 ist ein Blockdiagramm des Rechnersystems der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung; und
• Fig. 3 ist ein Flußdiagramm für die Kalibrierungsalgorithmen des Systems.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
• In Fig. 1 ist ein Schema eines Dialysators 10 gezeigt mit einem Zulauf 41, in den Patientenblut fließt, und einem Ablauf 43, aus dem das Blut abzüglich der extrahierten Fluide fließt. Eine Dialysatbahn 48 durch den Dialysator 10 ist durch die gestrichelte Linie angedeutet. Frisches Dialysat wird durch eine Leitung 11 einem Paar von lagerlosen Durchfluß-Meßumformern oder Sensoren 12 und 14 zugeführt, die durch eine Leitung 13 in Tandem verbunden sind, so daß die Durchflußrate durch jeden gleich ist. Die Durchfluß-Meßumformer 12 und 14 haben elektro-optische Rotorgeschwindigkeitsgeber 31 bzw. 33, die jeweils ein Wechselspannungssignal erzeugen, dessen Frequenz der Drehgeschwindigkeit der jeweiligen Rotoren direkt proportional ist.
• Eine Ausgangsleitung 15 vom zweiten Eingangsdurchfluß-Meßumformer 14 ist mit einem elektrisch betätigten Bypassventil 20 verbunden, das schematisch in der Bypassposition gezeigt ist. Es versteht sich, daß das Ventil 20 die Eingangsleitung 15 mit der Bypassleitung 22 über die Öffnung B oder mit der Dialysator-Eingangsleitung 49 über die Öffnung A verbinden kann und von einem Signal auf einer Leitung 40 gesteuert wird. Wenn sich das Ventil 20 im Arbeitsmodus befindet, fließt das Dialysat über Leitung 49 durch die Dialysatbahn 48 des Dialysators 10 zu einem elektrisch gesteuerten Kalibrierventil 24, wie Pfeile C und D zeigen. Zu diesem Zeitpunkt ist das Kalibrierventil 24 geöffnet, so daß das Dialysat plus Filtrat, durch Pfeil Q bezeichnet, über eine Leitung 21 zu einem Durchfluß-Meßumformer 16 fließt.
• In einem Kalibrierungs-Prüfzustand, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, umgeht aber das Dialysat, das in die Leitung 11 einströmt, den Dialysator 10 und strömt durch eine Leitung 22 gemäß dem Pfeil E zum Meßumformer 16. In einem solchen Zustand wird das Kalibrierventil 24 von einem Signal auf einer Leitung 42 geschlossen, so daß jeder Rückfluß in den Dialysator 10 verhindert wird. Ein Paar von lagerlosen Ausgangsdurchfluß-Meßumformern 16 und 18 ist mit der Leitung 21 und in Tandem durch die Leitung 23 verbunden. Eine Ausgangsleitung 25 vom zweiten Ausgangsdurchfluß-Meßumformer 18 ist an einen Ablauf zur Entsorgung des Dialysats plus Filtrat aus dem Patientenblut angeschlossen. Die Durchfluß-Meßumformer 16 und 18 sind mit den Eingangsdurchfluß-Meßumformern 12 und 14 identisch und haben nominell die gleichen Charakteristiken. Wechselspannungssignale treten auf Leitungen 39 und 46 proportional zu den Drehgeschwindigkeiten der Rotoren der Durchfluß-Meßumformer 16 und 18 von elektrooptischen Gebern 35 bzw. 37 auf.
• Der Betrieb des Durchflußmeßsystems wird von einem Digitalrechner 30 gesteuert. Der Digitalrechner 30 ist so programmiert, daß er eine Reihe von Funktionen beim Betrieb einer Hämodialysevorrichtung gemäß der Erfindung ausführt. Von besonderem Interesse ist dabei, daß der Rechner 30 programmiert ist, um das Durchflußmeßsystem vor der Behandlung eines Patienten zu kalibrieren. Bei einem Hämodialysesystem trennt der Bediener den Dialysator 10 und verbindet die Leitung 15 direkt mit der Leitung 21. Bei einer manuellen Eingabe von der manuellen Eingabeeinrichtung 34 initiiert der Rechner eine Kalibriersequenz. Signale auf einem Bus 47 zu dem Durchflußsteuersystem aktivieren die Dialysatpumpe unter Erzeugung einer vorgewählten unveränderlichen Durchflußrate von Dialysatlösung am Eingang 11. Es ist ersichtlich, daß der Ablauf durch die Ablaufleitung 25 exakt gleich der Durchflußrate ist, die bei 11 zuläuft, da die vier Meßumformer 12, 14, 16 und 18 in Reihe liegen.
• Während die Dialysatlösung durch jeden der Durchfluß-Meßumformer geht, dreht sich deren Rotor mit einer Geschwindigkeit, die durch die Durchflußrate des Dialysats bestimmt ist. Ein photoelektrischer Geber in dem elektrooptischen Gebersystem 31 des Meßumformers 12 erzeugt ein Wechselspannungssignal auf einer Leitung 36, das der Drehgeschwindigkeit des Rotors des Durchfluß-Meßumformers 12 direkt proportional ist. Gleichartige Wechselspannungssignale werden von den Meßumformern 14, 16 und 18 erzeugt. Im Idealfall erzeugt jeder der vier Meßumformer exakt das gleiche Frequenzsignal bei gleicher Durchflußrate. Aufgrund von unvermeidlichen Herstellungsabweichungen ist jedoch zu erwarten, daß diese Frequenzen geringfügig von einem Meßumformer zum nächsten verschieden sind. Der Rechner 30 korrigiert diese Abweichungen durch Berechnen von geeigneten Normierungsfaktoren.
• Kurz gesagt, der Rechner 30 tastet die Ausgänge aller vier Durchfluß-Meßumformer ab, um eine Vielzahl von Abtastwerten über einen vorgewählten Zeitraum zu erhalten. Diese Abtastwerte werden durch ein geeignetes Softwareprogramm analysiert, um festzustellen, ob die Frequenzunterschiede zwischen den Meßumformern innerhalb zu erwartender Toleranzen liegen, und wenn das der Fall ist, geht das Programm weiter, um Normierungsfaktoren zu berechnen, die für jeden Durchflußmesser angewendet werden, um alle Meßwerte in Übereinstimmung zu bringen. Diese Normierungsfaktoren werden dann in einem Zwischenspeicher gespeichert, um während der nachfolgenden Behandlung eines Patienten genutzt zu werden. Wenn die ersten Abtastwerte und Kalibriervorgänge auf einen Durchflußmesser hinweisen, der außerhalb der Toleranzen liegt, wird auf einem digitalen Display 32 ein Fehler angezeigt, der den Bediener warnt, um das Problem festzustellen.
• Wenn das Problem durch Verunreinigungen in dem bezeichneten Durchflußmesser hervorgerufen ist, kann es durch eine geeignete Reinigung oder einen Austausch von Filtern und dergleichen korrigiert werden. Nach beendeter Kalibrierung steuert der Rechner 30 das Bypassventil 30, um die Leitung 15 mit der Eingangsleitung 49 des Dialysators 10 zu verbinden, und betätigt das Kalibrierventil 24, um den Dialysatauslaß vom Dialysator 10 zu öffnen. Das digitale Display 32 zeigt dem Bediener an, daß das System kalibriert und in einem Zustand ist, um die Behandlung des Patienten zu beginnen.
• Nach der Anfangskalibrierungsphase schließt der Bediener den Dialysator wieder an das System an. Zu diesem Zeitpunkt kann der Rechner eine Test- und Aktualisierungsphase ablaufen lassen. In diesem Fall schaltet ein Steuersignal auf einer Leitung 40 das Bypassventil 20 in die Position von Fig. 1, und ein Signal auf einer Leitung 42 schließt das Kalibrierventil 24. Somit wird der Dialysator 10 von der Leitung 22 umgangen. Der Rechner zeichnet eine Reihe von Abtastwerten von den vier Durchflußmessern auf, wendet die vorher kalibrierten Normierungsfaktoren an und berechnet für jeden Durchflußmesser eine gemittelte Rate. Eine gemittelte Systemdurchflußrate wird bestimmt und mit jeder einzelnen gemittelten Durchflußmesser-Durchflußrate verglichen. Wenn die Unterschiede zwischen den Werten innerhalb einer vorgewählten Toleranz des gemittelten Systemwerts liegen, ist die Kalibrierung komplett, und die Behandlung des Patienten beginnt. Wenn der Test- und Aktualisierungsvorgang nach einigen Malen fehlschlägt, zeigt das einen größeren Fehler an.
• Während einer Behandlung fährt der digitale Rechner 30 fort, die Ausgangssignale von den Eingangsdurchfluß-Meßumformern 12 und 14 zu überwachen und ihre Meßwerte zu vergleichen, die identisch sein sollten, wenn die Normierungsfaktoren angewandt werden. Ebenso überwacht der Rechner 30 die Ausgangsdurchfluß-Meßumformer 16 und 18 auf Anzeigen gleicher Durchflußrate. Wenn während der Behandlung irgendeine Abweichung erkannt wird, initiiert der digitale Rechner 30 die Test- und Aktualisierungsphase, um die Kalibrierung erneut zu prüfen, und modifiziert erforderlichenfalls die Normierungsfaktoren, wenn die Meßwerte im übrigen innerhalb der Toleranzen liegen. Wenn in einem der Durchflußmesser ein Fehler vorliegt, kann ein Fehleralarm auf dem digitalen Display 32 angezeigt werden in Verbindung mit einem geeigneten akustischen Alarm, um den Bediener aufmerksam zu machen.
• Der Rechner 30 hat außerdem die Aufgabe, die Rate der Extraktion von Filtrat aus dem Blut des Patienten in Abhängigkeit von Eingaben von der manuellen Eingabeeinrichtung 34, die von dem Bediener vor der Behandlung eingegeben wurden, zu steuern. Beispielsweise werden die Gesamtbehandlungszeit und auch das Volumen des zu entfernenden Filtrats vorgegeben. Der Rechner überwacht dann die Rate der Filtratextraktion aus dem Blut des Patienten durch Subtraktion des Meßwerts der Eingangsdurchfluß-Meßumformer 12 und 14 von dem Meßwert der Ausgangsdurchfluß-Meßumformer 16 und 18. Der Rechner berechnet ständig das gesamte entfernte Filtrat und die Extraktionsrate. Er vergleicht ständig diese Rate mit der Sollrate und berechnet, ob in der verbleibenden Behandlungszeit das erforderliche Filtratvolumen erreicht wird. Wenn die Berechnungen eine übermäßig hohe Extraktionsrate oder eine unzureichende Extraktionsrate anzeigen, steuert der Rechner den Transmembrandruck, um den Filtratdurchfluß so zu korrigieren, daß in der verbleibenden Behandlungszeit die richtige Menge aus dem Blut entfernt wird.
• Der Bus 45 liefert dem Rechner 30 weitere Systembetriebsdaten. Beispielsweise wird ein Signal von einem Startschalter benötigt, damit das System eine Behandlung beginnt. Ebenso muß die Blutpumpe während des Betriebs des Dialysators aktiv sein.
• Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm des digitalen Rechners und der zugehörigen Elemente. Eine CPU 60 ist über die entsprechenden Busse mit einem EPROM 64, einem RAM 66 und einem NOVRAM 68 verbunden. Der NOVAAM 68 ist ein batteriegestützter nichtflüchtiger RAM und speichert temporäre Daten, die einen Stromausfall überstehen und erforderlichenfalls bei der späteren Verwendung der Dialysevorrichtung verfügbar sind. Betriebsdaten werden über einen digitalen Eingabebaustein 59 eingegeben und umfassen alle Bedienersignale und Statusinformationen von den verschiedenen Pumpen und sonstigen wirksamen Elementen des Hämodialysesystems.
• Eine Steuerlogik 62 nutzt Betriebsdaten von der Arterien- und Venenpumpe, die während einer Behandlung verwendet werden. Die lagerlosen Durchflußmesser 12, 14, 16 und 18 sind über einen Satz von signalverarbeitenden Verstärkern 50 angeschlossen. Jeder dieser Verstärker hat ein Bandpaßfilter für die Wechselspannungssignalfrequenzen, die von den lagerlosen Durchfluß-Meßumformern über die Durchflußraten, für die das System ausgelegt ist, erzeugt werden. Rechteckverstärker sind auch in den signalverarbeitenden Verstärkern vorgesehen, um für den Rechner reine Signale zu erzeugen.
• Zeitgebermodule 52 steuern die Perioden der Abnahme von Abtastwerten von den Durchfluß-Meßumformern 12, 14, 16 und 18. Ein serieller Kommunikationsbaustein 65 ist vorgesehen, um einen Drucker oder Monitor zu betätigen und Eingangsdaten zu empfangen. Ein digitaler Ausgabebaustein 63 erzeugt Steuersignale für das Bypass- und das Kalibrierventil, für die Steuerung des Transmembrandrucks und weitere Durchfluß-Steuerfunktionen. Der Displaytreiber 61 betätigt das digitale Display 32, um dem Bediener notwendige Informationen zu liefern.
• Die Algorithmen für die geordnete Steuerung des Rechners durch die verschiedenen Kalibrierungsschritte sind in dem programmierbaren EPROM 64 gespeichert.
• Wie nunmehr ersichtlich ist, wird ein redundantes Durchflußmeßsystem zur Verwendung in einer Hämodialysevorrichtung angegeben, wobei die Meßwerte eines Paars von lagerlosen Eingangsdurchfluß-Meßumformern überwacht werden können, um sicherzustellen, daß beide Durchflußüberwacher funktionsfähig sind, und wobei ein Paar von lagerlosen Ausgangsdurchflußmessern überwacht wird, um sicherzustellen, daß der von jedem gemessene Ausgangsdurchfluß der gleiche ist. Die Systemfrequenz ist der Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl des Ringrotors 10 und damit der Durchflußrate des Fluids durch den Durchflußmesser direkt proportional.
• Fig. 3 ist ein Ablaufdiagramm, das die in dem RAM 66 gespeicherten Algorithmen zur Durchführung der Kalibrierfunktionen zeigt. Wenn die Kalibrierung initiiert wird, wird das Bypassventil 20 in den Bypassmodus gesetzt, und das Kalibrierventil 24 wird geschlossen, wie bereits erläutert wurde, und ein Konstantdurchfluß von Dialysat durch die Durchfluß-Meßumformer 12, 14, 16 und 18 wird während des gesamten Kalibriervorgangs beibehalten.
• Der Rechner zeichnet eine vorgewählte Anzahl von Sätzen von Abtastwerten auf und berechnet einen gemittelten Wert des Frequenzsignals für jeden Abtastwert. Zur Verdeutlichung sei angenommen, daß 25 Sätze aufgezeichnet werden. Eine geeignete Toleranz von z. B. 20 Hz wird angewandt, und es wird bestimmt, ob jedes Sensorsignal mit dem Abtastmittelwert innerhalb dieser Toleranz liegt. Jeder Abtastwert, der diesen Test nicht besteht, wird gelöscht. Wenn 10% der Abtastwerte nicht bestehen, wird der Kalibriervorgang erneut gestartet. Wenn ein drittes Scheitern auftritt, bedeutet das einen erheblichen Fehler, und die Kalibrierung wird abgebrochen.
• Wenn die Abweichungen der Abtastwerte von der gemittelten Frequenz innerhalb der Toleranz liegen, wird die gemittelte Frequenz für jeden Sensor zusammen mit der Standardabweichung des Mittelwerts für jeden Sensor berechnet. Wenn die Standardabweichung eines Sensors größer als 10% seines Mittelwerts ist, wird die Kalibrierung erneut gestartet. Wenn dieses Kriterium erfüllt ist, werden die Abtastwerte von jedem Sensor daraufhin geprüft, ob irgendeiner die doppelte Standardabweichung dieses Sensors überschreitet. Wenn das der Fall ist, werden diese Abtastwerte gelöscht. Wenn die Anzahl von gelöschten Abtastwerten 10% der Anzahl von Abtastwerten überschreitet, wird die Kalibrierung erneut gestartet.
• Als nächstes wird ein Normierungsfaktor berechnet, der dann, wenn er auf die Meßwerte von jedem Meßumformer angewandt wird, Abweichungen in den Meßumformern korrigiert. Um eine zusätzliche Prüfung hinsichtlich der Genauigkeit der Kalibrierung zu haben, ist nach der Bestimmung des Normierungsfaktors bevorzugt eine Test- und Aktualisierungsphase vorgesehen.
• Bei diesem Ablauf wird eine kleinere Anzahl Abtastwerte von den vier Meßumformern aufgezeichnet; beispielsweise haben sich sechs Sätze als zufriedenstellend erwiesen. Der Normierungsfaktor wird auf jeden Abtastwert angewandt, und es wird eine Durchflußrate berechnet. Die gemittelte Durchflußrate Fa für jeden Sensor wird dann berechnet, und aus den vier gemittelten Sensor-Durchflußraten Fa wird eine Systemdurchflußrate Fs bestimmt.
• Die Differenz zwischen der gemittelten Systemdurchflußrate Fs und jeder gemittelten Sensordurchflußrate Fa wird aufgezeichnet und mit einer vorgewählten Toleranz verglichen. Beispielsweise kann verlangt sein, daß Fs innerhalb von +10% jedes Fa-Werts liegt. Wenn die Toleranz nicht erfüllt wird, wird der Test- und Aktualisierungsvorgang wiederholt. Dreimaliges Scheitern wird als erheblicher Fehler angesehen, und der Betrieb wird für Reparaturen abgebrochen.
• Vorstehend wurde ein verbessertes Durchflußmeßsystem, das in Fällen anwendbar ist, die hohe Genauigkeit verlangen, unter Bezugnahme auf ein Hämodialysesystem beschrieben. Es ist jedoch für den Fachmann ersichtlich, daß das System in jedem Prozeß verwendbar ist, der eine exakte Durchflußmessung und eine ständige Überwachung solcher Messungen im Hinblick auf fehlerhafte Durchflußmeßwerte und Fehler in den Meßwerten erfordert. Spezielle Hardware- und Software-Konfigurationen wurden beispielhaft angegeben.

Claims (5)

1. Dialysevorrichtung, die folgendes aufweist:

einen Dialysator (10) mit einer Dialysateingangsleitung (11) und einer Ausgangsleitung (25) für ein kombiniertes Dialysat und Filtrat, wobei ein Eingangsdurchfluß-Meßumformer (12) in der Eingangsleitung (11) angeordnet ist und ein Ausgangsdurchfluß-Meßumformer (16) in der Ausgangsleitung angeordnet ist, wobei jeder Meßumformer ein elektrisches Signal erzeugt, das der Fluiddurchflußrate in der jeweiligen Leitung proportional ist, wobei eine Kalibrierleitung (22) eine Bypassleitung zu dem Dialysator bildet, und einen Rechner (30), der mit den Meßumformern verbunden ist, um die elektrischen Signale zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (30) so programmiert ist, daß er einen Kalibrieralgorithmus hat, um während einer Kalibrierbetriebsphase aus der jeweiligen Differenz zwischen den elektrischen Signalen einen Normierungsfaktor zu berechnen,

daß der Eingangs-Meßumformer (12) mit einem zusätzlichen Eingangs-Meßumformer (14) in der Eingangsleitung (11) im Tandem angeordnet ist,

daß der Ausgangs-Meßumformer (16) mit einem zusätzlichen Ausgangs-Meßumformer (18) in der Ausgangsleitung im Tandem angeordnet ist,

daß der Rechner (30) in der Kalibrierphase aus der jeweiligen Differenz zwischen den elektrischen Signalen der beiden Eingangs-Meßumformer (12, 14) einen Normierungsfaktor und aus der jeweiligen Differenz zwischen den beiden Ausgangs-Meßumformern (16, 18) einen weiteren Normierungsfaktor berechnet, um die elektrischen Signale jedes Paars von Meßumformern zu mitteln,

und daß der Rechner so programmiert ist, daß er einen Überwachungsalgorithmus hat, um während einer Betriebsphase des Dialysators (10) einen Fehler anzuzeigen, wenn die Differenz zwischen den elektrischen Signalen der beiden Eingangs-Meßumformer (12, 14) oder der beiden Ausgangs-Meßumformer (16, 18) von der Differenz in der Kalibrierphase abweicht.

2. Dialysevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rechner in der Kalibrierphase einen Satz mit einer Vielzahl von Abtastwerten der elektrischen Signale von jedem der Meßumformer (12, 14, 16, 18) erzeugt und einen Mittelwert für jeden Satz und eine Standardabweichung für jeden Satz berechnet.

3. Dialysevorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Rechner einen Fehler anzeigt, wenn die Standardabweichung des Signals von einem der Meßumformer einen vorgewählten Prozentsatz seines Mittelwerts überschreitet.

4. Dialysevorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Rechner jeden Abtastwert in jedem Satz, dessen Wert das Doppelte der Standardabweichung des Satzes überschreitet, löscht und einen Fehler anzeigt, wenn mehr als eine vorgewählte Anzahl von Abtastwerten gelöscht worden ist.

5. Verfahren zur Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1, das folgendes aufweist:

a) Erzeugen einer konstanten Durchflußrate durch die Meßumformer (12, 14, 16, 18);

b) Initiieren einer Kalibrierphase der Vorrichtung;

c) Aufzeichnen eines Satzes von Abtastwerten der Signale von jedem der Meßumformer;

d) Berechnen eines Mittelwert-Signalpegels aus jedem Satz von Abtastwerten;

e) Vergleichen des Mittelwerts von jedem der Signale und Berechnen eines Normierungsfaktors, um gleiche Durchflußmeßwerte für jeden Meßumformer zu erzeugen;

f) Initiieren einer Betriebsphase der Vorrichtung; g) Vergleichen von berechneten Werten von jedem Meßumformer während der Betriebsphase; und

h) Initiieren einer Fehleranzeige, wenn die verglichenen berechneten Werte sich um einen vorgewählten Betrag unterscheiden.