DE69111716T2

DE69111716T2 - Einnadelkreislauf zum Zirkulieren von Blut ausserhalb des Körpers durch eine Blutbehandlungsvorrichtung.

Info

Publication number: DE69111716T2
Application number: DE69111716T
Authority: DE
Inventors: Jacques Chevallet; Carl-Henry Oerndal; Allan Petersen; Jean-Claude Riquier
Original assignee: Hospal Industrie SAS; Gambro AB
Current assignee: Gambro Industries SAS; Gambro Lundia AB
Priority date: 1990-08-20
Filing date: 1991-08-14
Publication date: 1996-04-04
Anticipated expiration: 2011-08-15
Also published as: EP0472480A1; JP3177268B2; EP0472480B1; ES2076497T3; CA2049465C; CA2049465A1; JPH05168704A; DK0472480T3; US5227049A; ATE125714T1; DE69111716D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Blut-Behandlungsgerät mit einem Kreislauf zum Zirkulieren von Blut außerhalb des Körpers, das derart aufgebaut ist, daß es über eine einzelne Nadel oder eine "Kanüle" mit einem Patienten verbunden wird, wobei dieses Gerät beispielsweise eine künstliche Niere, ein Plasmapheresegerät oder ein Sauerstoffgerät ist.
Bei solchen Geräten wird der Kreislauf zum Zirkulieren von Blut außerhalb des Körpers mit dem Patienten herkömmlicherweise entweder mittels zweier Nadeln verbunden, wobei über die Nadeln jeweils gleichzeitig Blut aus dem Patienten herausgezogen und zu dem Patienten zurückgebracht wird, oder aber über eine einzelne Nadel, wobei Blut abwechselnd über die einzelne Nadel herausgezogen und zurückgebracht wird.
Der Vorteil des Herstellens einer Verbindung mittels einer einzelnen Nadel besteht darin, daß es die Anzahl von Einstichen halbiert, die durch die Haut des Patienten gemacht werden müssen, und bei chronischen Behandlungen, wie beispielsweise einer Dialyse im Fall von Nierenversagen, kann dies von äußerster Wichtigkeit sein, da Zugriffsstellen zum Blut im menschlichen Körper anzahlmäßig beschränkt sind und sparsam verwendet werden müssen.
Jedoch hat die Arbeitsweise eines Einzel-Nadel- Blutbehandlungsgeräts die Nachteile, daß es nötig ist, während jedes Herauszieh- und Zurückbringzyklus eine Menge von Blut in dem Kreislauf außerhalb des Körpers zu speichern, wobei die gespeicherte Menge wenigstens so groß wie die Menge ist, die während dem Zyklus behandelt wird. Dies muß dann nicht so sein, wenn der Kreislauf zum Zirkulieren von Blut außerhalb des Körpers über zwei Nadeln mit dem Patienten verbunden ist, da das Blut dabei kontinuierlich durchfließt.
Es ist eine Tatsache, daß bei gegenwärtigen Kreisläufen, die zur Operation mit einer einzelnen Nadel geeignet sind, wie es in GB 2 141 936 beschrieben ist, diese Menge von Blut allgemein sowohl vor als auch nach der Behandlung (bei einigen Kreisläufen nur nach der Behandlung) in zwei Expansionskammern gespeichert wird, die jeweils geeignet vor und hinter der Blutbehandlungsvorrichtung (Blut-Dialysegerät, Sauerstoffgerät, etc.) angeordnet sind, wobei das Gerät als Ganzes während des Betriebs unterschiedliche und sich verändernde Drücke in der Kammer erzeugt, wodurch sich ändernde Druckdifferenzen verursacht werden, und dort, wo es anwendbar ist, sich ändernde Durchflußraten durch die Behandlungsvorrichtung.
Unglücklicherweise können solche Druckänderungen in Abhängigkeit vom Typ der Behandlungsvorrichtung höchst unerwünscht sein. Dies ist insbesondere bei Blut-Dialysegeräten so, bei denen Druckänderungen mit dem Risiko behaftet sind, die Membran zerstören zu können, eine unerwünschte in Gegen richtung wirkende Filtrierung oder Ultrafiltrierung zur Folge haben können, und es schwierig oder sogar unmöglich machen, eine Ultrafiltrierungs-Durchflußrate genau zu steuern, wenn eine Ultrafiltrierung erwünscht ist. Änderungen der Blut-Durchflußrate durch ein Blut-Dialysegerät geben Anlaß zu reduzierter Leistungsfähigkeit und insbesondere zu einem Verlust an Reinigungsleistung (clearance).
Aus der EP-A-0 140 895 ist ein zweiphasiges Blut- Durchflußsystem bekannt, bei dem ein Phasenwechsel durch eine Drucküberwachung und eine Blutpumpen-Zyklussteuerung erreicht wird.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, existierende Einzel-Nadel- Blutbehandlungsgeräte zu verbessern, um deren Betriebsweise zu optimieren. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Blutbehandlungsgerät erreicht, das folgendes aufweist:
- einen Kreislauf zum Zirkulieren von Blut außerhalb des Körpers, der derart aufgebaut ist, daß er über eine einzelne Nadel mit einem Patienten verbunden werden kann, wobei der Kreislauf eine Blutbehandlungsvorrichtung und wenigstens eine Blut- Expansionskammer zum temporären Speichern einer Menge von Blut aufweist; und
- eine Blut-Zirkulationseinrichtung zum Veranlassen, daß Blut durch den Kreislauf fließt;
wobei das Gerät dadurch gekennzeichnet ist, daß es folgendes aufweist:
- eine Druckregeleinrichtung, die mit der Blut- Expansionskammer zum Einstellen des Drucks darin verbunden ist; und
- eine Steuereinheit zum Steuern der Druckregeleinrichtung, um während einer Behandlung einen im wesentlichen konstanten Druck in der Blut-Expansionskammer beizubehalten.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist die Druckregeleinrichtung eine Pumpeinrichtung auf, die mit der Expansionskammer verbunden ist, um auf den Gasdruck in der Expansionskammer einzuwirken.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist die Druckregeleinrichtung eine Einrichtung zum Ändern des Volumens der Expansionskammer als Funktion der Änderungen der Flüssigkeitsmenge darin auf.
Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung weist die Einrichtung zum Ändern des Volumens der Expansionskammer eine Kammer mit variablem Volumen auf, die gegenüber der Atmosphäre geschlossen und mit der Expansionskammer verbunden ist, zusammen mit einer Betätigungseinrichtung zum Ändern des Volumens der Kammer mit variablem Volumen als Funktion der Änderungen der Flüssigkeitsmenge in der Expansionskammer. Vorteilhafterweise enthält die Kammer mit variablem Volumen eine bewegliche Wand, die durch die Betätigungseinrichtung hin- und herverschoben wird, wobei die Verschieberichtung gleichzeitig mit dem Umschalten vom Herausziehen von Blut aus einem Patienten zum Zurückbringen von Blut zu dem Patienten und umgekehrt umgekehrt wird. Vorzugsweise weist die Betätigungseinrichtung einen Rotationsmotor auf, der mit der sich bewegenden Wand der Kammer mit variablem Volumen durch einen Verbindungsstab verbunden ist.
Bei einer Abwandlung dieses zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung enthält das Gerät zwei Blut-Expansionskammern, die jeweils vor und hinter der Blutbehandlungsvorrichtung angeordnet sind, und während des Betriebs sind die Drücke in der vorderen und hinteren Expansionskammer jeweils niedriger und höher als der Atmosphärendruck. Die Einrichtung zum Verändern des Volumens der Expansionskammern weist zwei Balgenkammern mit variablem Volumen auf, die gegenüber der Atmosphäre geschlossen und mit den jeweils entsprechenden Expansionskammern verbunden sind, und eine um ein Gelenk im Gleichgewicht gehaltene Einrichtung zum Schaffen einer mechanischen Kopplung mit den Balgenkammern.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beschreibung klar. Es wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, wobei
Fig. 1 ein Diagramm eines ersten Kreislaufes der Erfindung zum Zirkulieren von Blut außerhalb des Körpers ist;
Fig. 2 ein Diagramm eines zweiten Kreislaufes der Erfindung zum Zirkulieren von Blut außerhalb des Körpers ist;
Fig. 3 ein Diagramm eines dritten Kreislaufes der Erfindung zum Zirkulieren von Blut außerhalb des Körpers ist; und
Fig. 4 ein Diagramm einer Abänderung des in Fig. 3 gezeigten Kreislaufes zum Zirkulieren von Blut außerhalb des Körpers ist.
Der in Fig. 1 gezeigte Kreislauf zum Zirkulieren von Blut außerhalb des Körpers weist eine eigene Blutbehandlungsvorrichtung 1, z.B. ein Blut-Dialysegerät, mit einem Bluteinlaß und einem Blutauslaß auf, die jeweils mit einer vorderen Durchführung 4 und einer hinteren Durchführung 5 verbunden sind, wobei die Durchführungen an ihren entgegengesetzten Enden durch eine Y-Verbindung 6 miteinander verbunden sind, deren dritter Pfad selbst mit einer Nadel 7 zur Einführung in ein Blutgefäß eines Patienten verbunden ist. Das Blut-Dialysegerät 1 ist über seinen Dialyse-Einlaß und -Auslaß auch mit einem Dialysemonitor 2 verbunden.
Jede der vorderen und hinteren Durchführungen 4 und 5 ist mit einer jeweiligen Verschlußpumpe 8, 9 und einer jeweiligen Klammer 10, 11 versehen, wobei die Klammern 10 und 11 direkt vor und hinter der Y-Verbindung 6 angeordnet sind. Die hintere Durchführung 5 enthält weiterhin eine Blut-Expansionskammer 12, die zwischen dem Blut-Dialysegerät 1 und der Pumpe 9 angeordnet ist, und eine Blasenfalle 13, die zwischen der Pumpe 9 und der Klammer 11 angeordnet ist. Die Expansionskammer 12 ist jeweils mit zwei Flüssigkeitsdetektoren 14 und 15 zum Identifizieren eines niedrigen Pegels und eines hohen Pegels verbunden, die dazwischen ein Volumen begrenzen, das der Menge von Blut entspricht, die während eines Betriebszyklus des Kreislaufes behandelt wird, wie es unten erklärt ist. Zusätzlich sind sowohl die Expansionskammer 12 als auch die Blasenfalle 13 mit jeweiligen Drucksensoren 16 und 17 versehen.
Gemäß der Erfindung enthält der Kreislauf zum Zirkulieren von Blut außerhalb des Körpers eine Druckregeleinrichtung, die ermöglicht, daß in dem Kreislauf hinter dem Blut-Dialysegerät 1 ein konstanter bestimmter Druck aufgebaut und beibehalten wird. Diese Regeleinrichtung ist durch eine Pumpe 18 ausgebildet, die als erstes mit dem oberen Ende der Expansionskammer 12 und als zweites mit der Atmosphäre über ein steriles Filter 19 verbunden ist. Die Pumpe 18 ist sowohl zum Erniedrigen des Druckes als auch zum Erhöhen des Druckes geeignet und wird durch eine Steuereinheit 20 als Funktion eines Vergleichs zwischen einem zuvor aufgezeichneten Referenzwert und dem Druckwert gesteuert, der durch den Sensor 16 gemessen wird, wobei die Pumpe 18 derart gesteuert wird, daß veranlaßt wird, daß der gemessene Wert immer zu dem Referenzwert gelangt.
Der Kreislauf arbeitet zyklisch, wobei jeder Zyklus eine Phase aufweist, während der zu behandelndes Blut aus dem Patienten herausgezogen wird, und eine Phase, während der behandeltes Blut zu dem Patienten zurückgebracht wird, wobei die Menge während jedes Zyklus behandelten Blutes im wesentlichen dem zwischen den zwei Flüssigkeitsdetektoren 14 und 15 in der Expansionskammer begrenzten Volumen entspricht. Die Herausziehphase wird am Ende des vorangehenden Zyklus begonnen, wenn der Blutpegel in der Expansionskammer auf einen Pegel abfällt, wo er von dem Flüssigkeitsdetektor 14 nicht mehr detektiert wird, der einen niedrigen Pegel anzeigt. Die hintere Pumpe 9, die am Ende des vorangehenden Zyklus in Betrieb war, wird dann angehalten, um dadurch die hintere Durchführung 5 abzuschließen. Gleichzeitig wird die vordere Pumpe 8 eingeschaltet, und es läuft Blut durch das Blut-Dialysegerät 1, was dazu führt, daß der Pegel in der Expansionskammer 12 ansteigt. Als Ergebnis beginnt der Gasdruck anzusteigen, und dies wird durch den Drucksensor 16 detektiert, was dazu führt, daß die Pumpe 18 eingeschaltet wird, um Luft aus der Expansionskammer 12 herauszupumpen, um dadurch darin einen konstanten Druck beizubehalten, der gleich dem Referenzdruck ist. Wenn der Blutpegel den Flüssigkeitsdetektor 15 erreicht, der einen hohen Pegel anzeigt, wird die vordere Pumpe 8 angehalten und die hintere Pumpe 9 wird gestartet, um dadurch die Phase zu beginnen, während der Blut zu dem Patienten zurückgebracht wird. Als Ergebnis beginnt der Gasdruck in der Expansionskammer 12 abzufallen, und dies wird durch den Sensor 16 erfaßt, was dazu führt, daß die Steuereinheit 20 die Pumpe 18 zum Ausgeben von Luft zu der Kammer einschaltet, um dadurch den Druck darin konstant zu halten. Die Blut-Zurückbringphase endet, wenn der Blutpegel auf die Höhe des niedrigen Flüssigkeitsdetektors 14 abfällt, woraufhin ein neuer Zyklus beginnt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Klammern 10 und 11 im wesentlichen aus Sicherheitsgründen vorgesehen, und insbesondere wird die Klammer 11 geschlossen, wenn der Druck in der Blasenfalle 13 unter einen bestimmten Wert abfällt. Jedoch kann in Kreisläufen, wo die Durchführungslänge zwischen den Klammern und den Pumpen relativ lang ist, jede der Klammern 10 und 11 geöffnet und/oder geschlossen werden, gleichzeitig wenn die Pumpe 8 oder 9, die auf derselben Seite des Blut-Dialysegeräts angeordnet ist, ein- und ausgeschaltet wird, um dadurch eine erneute Zirkulierung von Blut zu reduzieren.
Der Kreislauf zum Zirkulieren von Blut außerhalb des Körpers, der in Fig. 2 gezeigt ist, unterscheidet sich von dem oben beschriebenen darin, daß er zwei Expansionskammern anstatt nur einer enthält, wobei die Durchführung 4 vor dem Blut-Dialysegerät 1 mit einer Expansionskammer 21 zwischen der Zirkulationspumpe 8 und dem Blut-Dialysegerät versehen ist. Wie die Kammer 12 ist die Kammer 21 ausgestattet mit einem Drucksensor 22 und mit zwei Flüssigkeitsdetektoren 23 und 24, die dazwischen die Hälfte der Menge von Blut begrenzen, die während jedes Operationszyklus des Kreislaufes behandelt wird. Eine Pumpe 25, die mit dem oberen Ende der Expansionskammer 21 und auch über ein steriles Filter 26 mit der Atmosphäre verbunden ist, ermöglicht, vor dem Blut- Dialysegerät 1 einen bestimmten konstanten Druck beizubehalten.
Während eines anfänglichen Spülens und Füllens des Kreislaufes, d.h. vor der richtigen Blutbehandlung, werden die Drücke vor und hinter dem Blut-Dialysegerät 1 auf bestimmte Werte eingestellt, die als Funktion einer bestimmten Anzahl von Parametern (und insbesondere der Merkmale des Blut-Dialysegeräts und der gewünschten Blut-Durchflußrate durch den Kreislauf) ausgewählt sind Diese Werte werden in der Steuereinheit 20 auch als Referenzwerte aufgezeichnet. Bei vorgegebener Betriebsweise für den Kreislauf (wie sie unten beschrieben ist) ist der Druck vor dem Blut-Dialysegerät 1 größer als der Druck dahinter, wobei diese zwei Drücke während der gesamten Dialyse im wesentlichen beibehalten werden. Der Druckunterschied innerhalb des Blut- Dialysegeräts bleibt somit konstant, wie es auch die Rate bleibt, mit der Blut hindurch fließt.
Der Kreislauf arbeitet wie folgt. Wenn der Blutpegel in beiden Expansionskammern 12 und 21 niedrig ist, wird die Phase, während der Blut aus dem Patienten herausgezogen wird, durch Anhalten der hinteren Pumpe 9 und gleichzeitiges Starten der vorderen Pumpe 8 begonnen (wobei die Pumpen während der vorangehenden Phase jeweils betrieben und angehalten wurden). Da die hintere Durchführung 5 durch die Verschlußpumpe 9 ausgeschaltet wird, neigt eine Operation der vorderen Pumpe 8, die Blut aus dem Patienten herauszieht und es zu dem Blut-Dialysegerät 1 ausgibt, dazu, den Druck in beiden Expansionskammern 12 und 21 zu erhöhen. Dies wird in der Steuereinheit 20 erfaßt durch Vergleichen der Drücke, die durch die Drucksensoren 16 und 22 gemessen werden, mit den entsprechenden Referenzwerten, die anfangs gespeichert sind. Die Steuereinheit 20 veranlaßt dann, daß die Druckregelpumpen 18 und 25 Luft aus den Kammern nehmen, um in jeder der Expansionskammern 12 und 21 einen konstanten Druck beizubehalten. Das zu behandelnde Blut wird durch die Pumpe 8 zu der vorderen Expansionskammer 21 ausgegeben, und es wird daraus durch den Druckunterschied ausgestoßen, der zwischen den Expansionskammern besteht, wodurch veranlaßt wird, daß das Blut mit konstanter Geschwindigkeit durch das Dialysegerät 1 fließt, wobei behandeltes Blut die Expansionskammer 12 füllt. Wenn das Blut in den Expansionskammern 12 und 21 den hohen Pegel erreicht, wird die Phase des Herausziehens von Blut aus dem Patienten angehalten, und gleichzeitig wird die Phase des Zurückbringens von Blut zu dem Patienten begonnen. Die vordere Pumpe 8 wird angehalten, und gleichzeitig wird die hintere Pumpe 9 gestartet, und da die Pumpe 8 die vordere Durchführung 5 abschließt, führt dies dazu, daß der Druck in den Expansionskammern 12 und 21 abfällt. Die Steuereinheit 20 veranlaßt dann, daß die Druckregelpumpen 18 und 25 in der entgegengesetzten Richtung arbeiten, oder wenn sie gerade nicht arbeiteten, veranlaßt die Steuereinheit die Regelpumpen, Luft in die Kammern zu pumpen, um die Drücke darin konstant zu halten. Das in der hinteren Expansionskammer 12 vorhandene behandelte Blut wird durch die hintere Pumpe 9 zu dem Patienten mit der Pumpgeschwindigkeit dieser Pumpe ausgegeben, während das in der vorderen Expansionskammer 21 vorhandene nicht behandelte Blut durch den Druckunterschied ausgestoßen wird, der zwischen den Expansionskammern 12 und 21 besteht, damit es durch das Blut- Dialysegerät 1 und somit in die hintere Expansionskammer 12 fließt. Wenn das Blut in den Expansionskammern 12 und 21 auf den niedrigen Pegel abgefallen ist, dann wird die Phase beendet während der Blut zu dem Patienten zurückgebracht wird, und gleichzeitig wird die folgende Blut-Herausziehphase begonnen.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren wird beobachtet, daß die vordere und die hintere Zirkulationspumpe 8 bzw. 9 nicht nur dazu dienen, Blut mit konstanter Durchflußrate aus dem Patienten herauszuziehen und Blut zu ihm zurückzubringen, sondern auch zum Aufrechterhalten der Drücke, die anfangs in den Expansionskammern 12 und 21 erzeugt werden, wobei die Drücke durch die Druckregelpumpen 18 und 22 im wesentlichen konstant gehalten werden. Es wird auch beobachtet, daß es der Druckunterschied zwischen den Kammern 12 und 21 ist, der das Blut mit konstanter Durchflußrate von einer Kammer zu der anderen treibt, wobei die Durchflußrate sowohl vom Druckunterschied als auch von den Druckverlusten im Blut-Dialysegerät 1 abhängt.
Der in Fig. 3 gezeigte Kreislauf zum Zirkulieren von Blut außerhalb des Körpers unterscheidet sich von jenem, der unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben ist, im wesentlichen dadurch daß er nur eine Zirkulationspumpe 30 enthält, die an der vorderen Durchführung 4 zwischen der Expansionskammer 21 und dem Blut- Dialysegerät 1 angeordnet ist, und dadurch, daß die Einrichtung zum Regeln des Drucks in den Expansionskammern 12 und 21 durch zwei Kammern mit variablem Volumen 31 und 32 gebildet sind, die gegenüber der Atmosphäre geschlossen sind, und die mit jeweils entsprechenden der Expansionskammern 21 und 12 über sterile Filter 33 und 34 verbunden sind.
Jede der zwei Kammern mit variablem Volumen 31, 32 weist eine flexible Balgenwand auf, die sich zwischen einem Paar gegenüberliegender ebener Endwände 36, 38 bzw. 37, 39 erstreckt. Sie werden durch jeweils entsprechende ihrer Endwände 36 und 37 gegenüber einem Rahmen 35 an einer Stelle derart gehalten, daß die festen Wände 36 und 37 im wesentlichen in derselben Ebene liegen. Sie sind auch über ihre jeweils anderen Endwände 38 und 39 mittels eines Kopplungselements 40 miteinander mechanisch gekoppelt, das so angebracht ist, daß sie sich in einer zu den festen Endwänden 36 und 37 der Kammern 31 und 32 rechtwinkligen Richtung bewegen.
Ein Betätigungselement 41 ist mit dem Kopplungselement 40 verbunden, um diesem eine Hin- und Herbewegung zuzuteilen, d.h. sowohl zum Komprimieren als auch zum Expandieren der Kammern mit variablem Volumen 31 und 32. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Betätigungselement 41 einen Motor 42 auf, der eine Kurbelwelle 43 dreht, die mit dem Kopplungselement 40 mittels eines Pleuels 44 verbunden ist. Der Motor 42 wird veranlaßt, die Kurbelwelle abwechselnd in einer Richtung und in der anderen zwischen zwei Sicherheits- Begrenzungspositionen zu drehen, die durch Endkontakte 45 und 46 definiert sind, die zum Ausschalten des Motors 42 vorgesehen sind, wenn die Kurbelwelle in Kontakt mit einer oder der anderen von ihnen gelangt.
Eine Verschlußpumpe 47 zum Aufbauen eines Drucks ist über ein Auswahlventil 48 wahlweise mit einer oder der anderen der Expansionskammern 12 und 21 verbindbar, und ist andererseits mit der Atmosphäre über ein steriles Filter 49 verbunden. Diese Pumpe 47 dient dazu, die gewünschten Drücke in jeder der Expansionskammern 12 und 21 vor Beginn der eigentlichen Blutbehandlung aufzubauen, und dient während der Operation auch zum Korrigieren existierender Drücke in dem Fall, daß eine Druckabweichung auftritt, um sie dadurch zu ihren anfänglichen Druckpegeln zurückzubringen, d.h. zu Referenzdrücken, die in der Steuereinheit 20 aufgezeichnet sind.
Dieser Kreislauf arbeitet wie folgt. Die Zirkulationspumpe 30 läuft kontinuierlich, wobei ein Schalten zwischen der Blut- Herausziehphase und der Blut-Zurückbringphase während aufeinanderfolgender Zyklen durch gleichzeitiges Ändern der Position (offen/geschlossen) der Klammern 10 und 11 erhalten wird, wobei diese Klammern immer in einer gegensätzlichen Phase sind. Bei gegebener Position der Zirkulationspumpe 30 relativ zu den Expansionskammern 12 und 21 ist der Druck in der vorderen Kammer 21 immer niedriger als der Atmosphärendruck, und der Druck in der hinteren Kammer 12 ist immer größer als der Atmosphärendruck, wobei diese Drücke während eines anfänglichen Füllens des Kreislaufes auf bestimmte Werte eingestellt werden, die in der Steuereinheit 20 auch als Referenzwerte aufgezeichnet werden. Aus unten klar werdenden Gründen werden die Größen dieser Werte vorzugsweise so groß wie möglich gewählt, unter Berücksichtigung von der Festigkeit der Durchführungen 4 und 5, von dem akzeptierbaren Druckunterschied über dem Blut- Dialysegerät 1 und von den Risiken der Blut-Hämolyse in der Nadel 7, wenn die Durchflußrate des Blutes durch sie zu groß wird.
Die Phase, während der Blut aus dem Patienten herausgezogen wird, wird dann begonnen, wenn die zuvor offene Klammer 11 geschlossen wird, während gleichzeitig die vorher geschlossene Klammer 10 geöffnet wird. Unter der Wirkung des reduzierten Drucks in der vorderen Expansionskammer 21 wird das zu behandelnde Blut in diese Kammer gesaugt, und es wird mit einer konstanten Durchflußrate hereingezogen, da der Betätiger 41, wenn der Pegel des Blutes innerhalb beider Expansionskammern 12 und 21 ansteigt, die Kammern mit variablem Volumen 31 und 32 entsprechend expandiert, so daß die Drücke in den Kammern im wesentlichen konstant bleiben. Das in der vorderen Expansionskammer 21 vorhandene Blut wird durch die Zirkulationspumpe 30 ausgepumpt, die eine im wesentlichen konstante Durchflußrate zu dem Blut-Dialysegerät 1 ausgibt, wobei gereinigtes Blut das Blut-Dialysegerät verläßt und sich in der hinteren Expansionskammer 12 sammelt. Wenn das Blut in den Expansionskammern 21 und 12 den hohen Pegel erreicht, wird die Klammer 10 geschlossen, und gleichzeitig wird die Klammer 11 geöffnet, wodurch die Phase des Zurückbringens von Blut zu dem Patienten beginnt.
Vorteilhafterweise wird der Beginn der Blut-Zurückbringphase am Ende der Blut-Herausziehphase aus Sicherheitsgründen gesteuert, sobald Blut von einem der oberen Flüssigkeitsdetektoren 15 und 24 erfaßt wird.
Sobald die Klammer 11 geöffnet wird, wird unter der Wirkung des angestiegenen Drucks, der innerhalb der hinteren Expansionskammer 12 existiert, das gereinigte Blut zu dem Patienten ausgestoßen. Dies findet wie während der Blut- Herausziehphase mit einer im wesentlichen konstanten Durchflußrate statt, da im Moment des Phasenwechsels die Richtung, in der der Betätiger 41 arbeitet, umgekehrt wird, so daß die Kammern mit variablem Volumen 31 und 32 komprimiert werden, um dem Blutpegel zu folgen, der innerhalb der Expansionskammern 12 und 21 abfällt.
Gemäß der Erfindung wird die Dreh richtung des Motors 42 wie folgt umgekehrt : anfangs wird die Drehgeschwindigkeit des Motors 42 als Funktion der Drehgeschwindigkeit der Zirkulationspumpe 30 ausgewählt, so daß sich der Motor 42 während jeder Blut- Herauszieh- oder -Zurückbringphase dreht. Unter solchen normalen Betriebsbedingungen folgt die Änderung des Volumens der Balgenkammern 31 und 32 im wesentlichen jener des Blutes in den Expansionskammern 12 und 21, und die Kurbelwelle 43 gelangt nicht in Kontakt mit den Endkontakten 45 und 46. Diese Kontakte sind somit nur für den Fall vorgesehen, daß die Geschwindigkeit des Motors 42 in positiver Richtung abweicht, in welchem Fall sie den Motor davon abhalten, sich während jeder Blut-Herauszieh- oder -Zurückbringphase um mehr als eine einzige Drehung zu drehen, was verhindert, daß Volumenänderungen der Balgenkammern 31 und 32 selbst bis zu einem kleinen Ausmaß außer Phase mit den Änderungen der Menge von Blut in den Expansionskammern 12 und 21 gelangen. Aufgrund dieser Endkontakte wird, wenn die Geschwindigkeit des Motors 42 unerwünschterweise ansteigt, seine Drehung vor dem Ende einer Blut-Herauszieh- oder -Zurückbringphase angehalten. In jedem Fall wird der Motor 42 gleichzeitig mit einer Betätigung der Klammern 10 und 11 umgekehrt (möglicherweise aus einem bereits angehaltenen Zustand).
Wenn gerade gereinigtes Blut zu dem Patienten zurückgebracht wird, wird in der vorderen Expansionskammer 21 vorhandenes zu behandelndes Blut durch die Zirkulationspumpe 30 gepumpt und zu dem Blut-Dialysegerät 1 ausgegeben, so daß gereinigtes Blut in die hintere Expansionskammer 12 gelangt, während die Kammer gerade geleert wird. Wenn der Blutpegel in beiden Kammern den niedrigen Pegel erreicht, werden die Positionen der Klammern 10 und 11 ausgewechselt und ein neuer Zyklus beginnt.
Vorteilhafterweise wird aus Sicherheitsgründen der Beginn der Blut-Herausziehphase am Ende der Blut-Zurückbringphase gesteuert, sobald kein Blut mehr durch einen der unteren Flüssigkeitsdetektoren 14 und 23 erfaßt wird.
Der Druck in jeder der Kammern wird überwacht und auf kontinuierlicher Basis durch die Steuereinheit 20 eingestellt, die die Druckpumpe 47 steuert, um Luft aus der einen oder anderen der Expansionskammern 12 und 21 herauszunehmen oder Luft zu ihnen auszugeben, wann immer die in diesen Kammern durch die Drucksensoren 16 und 22 gemessenen Drücke sich aus einem Bereich anfangs aufgezeichneter Referenzwerte für jede der Expansionskammern 12 und 21 herausbewegen.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren wird beobachtet, daß zusätzlich zum Veranlassen, daß Blut kontinuierlich durch das Blut-Dialysegerät 1 fließt, die Zirkulationspumpe 30 auch die Drücke aufrechterhält, die zu Anfang in den Expansionskammern 12 und 21 mittels der Druckpumpe 47 aufgebaut werden. Es wird auch beobachtet, daß es der reduzierte Druck in der vorderen Expansionskammer 21 und der erhöhte Druck in der hinteren Expansionskammer 12 ist, der jeweils zum Herausziehen von Blut aus dem Patienten und zum Zurückbringen von Blut zu dem Patienten dient. Es ist daher insbesondere vorteilhaft, diese Drücke konstant und so unterschiedlich wie möglich vom Atmosphärendruck zu halten, um maximale Durchflußraten zu erhalten, wenn Blut herausgezogen wird und wenn Blut zurückgebracht wird, um dadurch eine Zyklusdauer auf ein Minimum zu reduzieren und somit die Dauer einer Dialyse zu minimieren.
Der in Fig. 4 gezeigte Kreislauf zum Zirkulieren von Blut außerhalb des Körpers unterscheidet sich von dem unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschriebenen Kreislauf dadurch, daß die zum Ändern des Volumens der Balgenkammern 31 und 32 verwendete Einrichtung einfach durch eine mechanische Kopplung gebildet ist, wobei eine der Endwände 36, bzw. 37, der Kammern an einem festen Rahmen 35 derart fixiert ist, daß die Kammern an gegenüberliegenden Seiten eines Ausgleichsarms 50 angeordnet sind, der an einem Drehgelenk 51 gelagert ist, wobei jedes Ende des Ausgleichsarms durch ein Gelenk mit der freien Endwand 38, bzw. 39, einer entsprechenden der Balgenkammern verbunden ist. Die Position des Gelenks 51 an dem Ausgleichsarm 50 ist als Funktion der Drücke gewählt, die für jede der Expansionskammern 12 und 21 gewählt sind, so daß die auf das entsprechende Ende des Ausgleichsarms 50 durch die Balgenkammer 31, in der der Druck reduziert ist, ausgeübte Zugkraft die an dem anderen Ende des Ausgleichsarms durch die Balgenkammer 32, in der der Druck erhöht ist, ausgeübte Schubkraft ausgleicht.
Als Ergebnis wird während des Betriebs, wenn der Druck in der Expansionskammer 21 anfängt, während der Blut-Zurückbringphase kontinuierlich abzufallen, weil die vordere Klammer 10 geschlossen wird, und weil durch die Zirkulationspumpe 30 Blut aus dieser Kammer genommen wird, dieser Druckabfall durch die Balgenkammer 31, die gerade durch Atmosphärendruck komprimiert wird, kontinuierlich kompensiert, und diese Kompression wirkt über den Ausgleichsarm 50 zum Komprimieren der Balgenkammer 32, wodurch auch in dieser Kammer der Druck konstant gehalten wird. Gegensätzlich dazu, wenn der Druck in der Expansionskammer 12, während der Blut-Herausziehphase, kontinuierlich anzusteigen beginnt, weil die hintere Klammer 11 gerade geschlossen wird und das Blut durch die Zirkulationspumpe 30 gerade zu dieser Kammer ausgegeben wird, wird dieser Druckanstieg durch die sich ausdehnende Balgenkammer 32 kontinuierlich kompensiert, der über den Ausgleichsarm 50 bewirkt, so daß die Balgenkammer 31 ausgedehnt wird und auch in der Kammer einen konstanten Druck beibehalten wird.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, und es sind zahlreiche Varianten möglich. Insbesondere bei den in den Fig. 3 und 4 gezeigten Kreisläufen ist es natürlich möglich, daß die Expansionskammern 12 und 21 mit festem Volumen, die mit den Kammern 31 und 32 mit variablem Volumen verbunden sind, durch Expansionskammern mit variablem Volumen ersetzt werden, welche Kammern mit jeweiligen Balgenwänden in ihren oberen Teilen versehen sein könnten, oder durch Körper in der Form von Zylindern gebildet sein könnten, die Kolben aufweisen, die auf abgedichtete Weise darin gleiten, um deren inneres Volumen zu ändern.
Gleichermaßen könnten die Pumpen 18, 25 und 47, die in den oben gezeigten Kreisläufen zum Nehmen von Luft aus den Expansionskammern 12 und 21 oder zum Ausgeben von Luft zu ihnen verwendet werden, durch Pumpen für Saug- oder Ausgabezwecke ersetzt werden, denen zur Verbindung dieser Kammern mit der Atmosphäre Ventile zugeordnet sind.

Claims

1. Blutbehandlungsgerät, das folgendes aufweist:

- einen Kreislauf zum Zirkulieren von Blut außerhalb des Körpers, der derart aufgebaut ist, daß er über eine einzelne Nadel (7) mit einem Patienten verbunden werden kann, wobei der Kreislauf eine Blutbehandlungsvorrichtung (1) und wenigstens eine Blutexpansionskammer (12, 21) zum temporären Speichern einer Menge von Blut aufweist; und

- eine Blutzirkulationseinrichtung (8, 9; 30) zum Veranlassen, daß Blut durch den Kreislauf fließt;

wobei das Gerät dadurch gekennzeichnet ist, daß es folgendes aufweist:

- eine Druckregeleinrichtung (18, 25; 31, 32, 41), die mit der Blutexpansionskammer (12, 21) verbunden ist, zum Einstellen des Drucks darin; und

- eine Steuereinheit (20) zum Steuern der Druckregeleinrichtung (18, 25; 31, 32, 41), um während einer Behandlung einen im wesentlichen konstanten Druck in der Blutexpansionskammer (12, 21) beizubehalten.

2. Blutbehandlungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es folgendes aufweist:

- eine erste Blutexpansionskammer (21), die in dem Kreislauf vor der Blutbehandlungsvorrichtung (1) angeordnet ist, zum temporären Speichern einer Menge von Blut, das zu behandeln ist;

- eine zweite Blutexpansionskammer (12), die in dem Kreislauf hinter der Blutbehandlungsvorrichtung (1) angeordnet ist, zum temporären Speichern einer Menge behandelten Blutes; und

- eine erste und eine zweite Druckregeleinrichtung (18, 25; 31, 32, 41), die jeweils mit der ersten und der zweiten Blutexpansionskammer (12, 21) verbunden sind, zum Einstellen des Druckes darin, wobei die Steuereinheit (20) die erste und die zweite Druckregeleinrichtung (18, 25; 31, 32, 41) steuert, um während einer Behandlung einen im wesentlichen konstanten Druck in jeder der ersten und der zweiten Kammer (12, 21) beizubehalten.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregeleinrichtung eine Pumpeinrichtung (18, 25) enthält zum Veranlassen einer Gasdruckänderung in der jeweiligen Blutexpansionskammer (12, 21).

4. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregeleinrichtung eine Einrichtung (31, 32, 41) enthält zum Ändern des Volumens der entsprechenden Expansionskammer (12, 21) als Funktion der Änderung der Flüssigkeitsmenge darin.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Ändern des Volumens der Expansionskammer (12, 21) eine Kammer (31, 32) mit variablem Volumen enthält, die gegenüber der Atmosphäre abgeschlossen und mit der Expansionskammer (12, 21) verbunden ist, wobei die Volumenänderungseinrichtung auch eine Betätigungseinrichtung (41) enthält zum Verändern des Volumens der Kammer (31, 32) mit variablem Volumen als Funktion der Änderung der Flüssigkeitsmenge in der Expansionskammer (12, 21).

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (31, 32) mit variablem Volumen eine sich bewegende Wand (38, 39) enthält, die durch die Betätigungseinrichtung (41) hin- und herverschibbar ist, wobei die bewegliche Wand (38, 39) während einer Blut-Herausziehphase in einer ersten Richtung verschoben wird, und während einer Blut-Zurückbringphase in einer zweiten Richtung, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist, verschoben wird

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (41) einen Rotationsmotor (42) enthält, und einen Verbindungsstab (44), der zwischen der beweglichen Wand (38, 39) der Kammer (31, 32) mit variablem Volumen und dem Rotationsmotor (42) angeschlossen ist.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (42) in zwei Richtungen drehbar ist, und die Betätigungseinrichtung (41) zwei Endkontakte (45, 46) enthält, um eine Drehung des Motors (42) in jeder Richtung auf weniger als eine Umdrehung zu begrenzen.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (31, 32) mit variablem Volumen, die mit der ersten und der zweiten Blutexpansionskammer (12, 21) verbunden sind, miteinander mechanisch verbunden sind und auch jeweils mit der Betätigungseinrichtung (41) verbunden sind, um zuzulassen, daß sich die Volumen der Kammern (31, 32) mit variablem Volumen gleichzeitig und in derselben Richtung ändern.

10. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (31, 32) mit variablem Volumen eine flexible Wand aufweist, die einen Balg enthält.

11. Blutbehandlungsgerät, das folgendes aufweist:

- einen Kreislauf zum Zirkulieren von Blut außerhalb des Körpers, der derart aufgebaut ist, daß er über eine einzelne Nadel (7) mit einem Patienten verbunden werden kann, wobei der Kreislauf folgendes aufweist:

- eine Blutbehandlungsvorrichtung (1);

- eine erste Blutexpansionskammer (21), die in dem Kreislauf vor der Blutbehandlungsvorrichtung (1) angeordnet ist, zum temporären Speichern einer Menge von Blut, die zu behandeln ist;

- eine zweite Blutexpansionskammer (12), die in dem Kreislauf hinter der Blutbehandlungsvorrichtung (1) angeordnet ist, zum temporären Speichern einer Menge behandelten Blutes;

wobei das Gerät dadurch gekennzeichnet ist, daß es folgendes aufweist : zwei Balgenkammern (31, 32) mit variablem Volumen, die von der Atmosphäre abgeschlossen sind, und die jeweils mit einer der ersten und der zweiten Expansionskammer (21, 12) verbunden sind, und dadurch, daß die Balgenkammern (31, 32) durch eine Kopplungseinrichtung (50) mechanisch gekoppelt sind, die um ein Gelenk (51) im Gleichgewicht gehalten ist, wobei die Drücke in der ersten und der zweiten Expansionskammer (12, 21) während einer Behandlung geringer als und größer als der Atmosphärendruck gehalten werden.

12. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es ein steriles Filter (33, 34) aufweist, das zwischen jeder der ersten und der zweiten Expansionskammer (12, 21) und der entsprechenden Kammer (31, 32) mit variablem Volumen angeordnet ist.

13. Gerät nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Druckeinrichtung (48) aufweist, die mit den Expansionskammern (12, 21) verbunden ist, zum Ändern des Gasdrucks darin.

14. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es eine erste und eine zweite Flüssigkeits- Detektionseinrichtung (14, 15; 23, 24) aufweist, die jeweils mit der ersten und der zweiten Expansionskammer (12, 21) verbunden sind, zum Detektieren von hohen und niedrigen Flüssigkeitspegeln darin.

15. Blutbehandlungsgerät, das folgendes aufweist:

- eine Blutbehandlungsvorrichtung (1);

- eine erste Blutexpansionskammer (21), die vor der Blutbehandlungsvorrichtung (1) angeordnet ist, zum temporären Speichern einer Menge von zu behandelndem Blut; und

- eine zweite Blutexpansionskammer (12), die hinter der Blutbehandlungsvorrichtung (1) angeordnet ist, zum temporären Speichern einer Menge behandelten Blutes;

- zwei Blutpumpeinrichtungen (8, 9; 30) zum Veranlassen, daß Blut durch den Kreislauf fließt, wobei eine erste Blutpumpeinrichtung (8) vor der ersten Blutexpansionskammer (21) angeordnet ist und eine zweite Blutpumpeinrichtung (9) hinter der zweiten Blutexpansionskammer (12) angeordnet ist, wobei das Gerät dadurch gekennzeichnet ist, daß es eine Einrichtung (18, 25) zum Beibehalten einer im wesentlichen konstanten Blut-Durchflußrate durch die Blutbehandlungsvorrichtung (1) aufweist.

16. Gerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Beibehalten einer im wesentlichen konstanten Blut-Durchflußrate durch die Blutbehandlungsvorrichtung (1) eine Druckregeleinrichtung (18, 25) enthält zum Beibehalten eines im wesentlichen konstanten Druckes in den Expansionskammern (12, 21), und eine Einrichtung zum Beibehalten des Druckes in der vorderen Expansionskammer (21) auf einem Druck, der höher als der Druck in der hinteren Expansionskammer (12) ist.

17. Gerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregeleinrichtung zwei Pumpen (18, 25) enthält, wobei jede Pumpe mit einer der ersten und der zweiten Expansionskammern (12, 21) verbunden ist, um Expansionskammerdrücke zu ändern.