DE19541783C1 - Verfahren zum Betreiben einer Blutbehandlungsvorrichtung zur Ermittlung hämodynamischer Parameter während einer extrakorporalen Blutbehandlung und Vorrichtung zur Ermittlung hämodynamischer Parameter während einer extrakorporalen Blutbehandlung - Google Patents
Verfahren zum Betreiben einer Blutbehandlungsvorrichtung zur Ermittlung hämodynamischer Parameter während einer extrakorporalen Blutbehandlung und Vorrichtung zur Ermittlung hämodynamischer Parameter während einer extrakorporalen BlutbehandlungInfo
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Description
Die Erfindung hat ein Verfahren zum Betreiben einer
Blutbehandlungsvorrichtung zur Ermittlung hämodynamischer Parameter
während einer extrakorporalen Blutbehandlung zum Gegenstand sowie eine
Vorrichtung zur Ermittlung hämodynamischer Parameter während einer
extrakorporalen Blutbehandlung und eine Verwendung hierfür.
Bei Verfahren der chronischen Blutreinigungstherapie wie Hämodialyse,
Hämofiltration und Hämodiafiltration wird Blut über einen extrakorporalen
Kreislauf geleitet. Als Zugang zum Blutgefäßsystem wird häufig operativ eine
arteriovenöse Fistel angelegt. Ebenso ist der Einsatz eines Implantats möglich.
Wenn nachfolgend von dem Begriff "Fistel" die Rede ist, wird darunter jede
Art der Verbindung zwischen einer Vene und einer Arterie des Patienten
verstanden.
Der Gefäßzugang sollte einen Blutfluß liefern, der mindestens so groß ist, wie
der extrakorporale Blutfluß, der durch die im extrakorporalen Kreislauf
vorhandene Pumpe vorgegeben ist. Ist dies nicht der Fall, z. B. infolge von
Verengungen (Stenosen) der Gefäße, kann sich die arterielle Nadel an der
Gefäßwand ansaugen, was eine Unterbrechung des extrakorporalen Kreislaufs
bewirkt. In den meisten Fällen wird aber ein Teil des extrakorporalen
Blutflusses, nämlich die Differenz aus dem extrakorporalen Blutfluß und dem
Blutfluß des in die Fistel strömenden Blutes, im extrakorporalen Kreislauf
rezirkulieren. Diese Erscheinung wird als Rezirkulation bezeichnet.
Die Fistelrezirkulation hat zur Folge, daß die dem Körper pro Zeiteinheit
entzogene Menge an dialysepflichtigen Substanzen verringert wird. Der
rezirkulierende Anteil passiert nicht das Kapillarsystem des Körpers und wird
folglich nicht erneut mit toxischen Substanzen beladen. Dieser Anteil trägt
daher nur vermindert zur Blutreinigung bei. Wird eine durch die Rezirkulation
bedingte erhebliche Verminderung der Dialyseeffektivität nicht erkannt und
kompensiert, wird langfristig ein Anstieg der Morbidität solcher Patienten
erfolgen. Die Messung der Qualität des Gefäßzugangs ist damit ein wichtiges
Mittel zur Qualitätssicherung bei der Dialysebehandlung.
Es sind verschiedene Verfahren zur Messung der Fistelrezirkulation bekannt.
Allen gemeinsam ist die Messung einer physikalischen oder chemischen Kenngröße
des Blutes, die im venösen Blut veränderbar sein muß. Die
Kenngröße kann durch direkte Aktion des Anwenders oder
mittelbar über die Dialysataufbereitungseinheit geändert werden. Das Auftreten
von Fistelrezirkulation kann anschließend festgestellt bzw. quantifiziert
werden, indem eine Änderung dieser Kenngröße auch im arteriellen Blut
nachgewiesen wird.
US 5,312,550 und EP 0 590 810 A1 beschreiben ein derartiges Verfahren,
bei dem eine Indikatorlösung in die venöse Leitung injiziert und deren
Konzentration im arteriellen Blut überwacht wird. Die Injektion einer
Indikatorlösung kann auch dadurch umgangen werden, daß ein kurzzeitiger
Temperaturabfall im Dialysierflüssigkeitskreislauf erzeugt wird, der sich auf
den venösen Zweig des extrakorporalen Kreislaufs überträgt und zu einem
nachweisbaren Temperatursprung im arteriellen Zweig des extrakorporalen
Kreislaufs dann führt, wenn Fistelrezirkulation vorliegt (M. Krämer und H.D.
Polaschegg, EDTNA-ERCA J. 19, Nr. 2 (1993), Seite 8-15).
Die Interpretation der gemessenen Rezirkulation ist jedoch nicht immer ganz
einfach, da dieser technische Parameter mit dem eigentlich interessierenden
physiologischen Parameter, nämlich dem Blutfluß zur Fistel QF, nicht in
einfacher Weise korreliert ist. So variiert z. B. die Rezirkulation trotz
konstantem Fistelfluß QF mit dem Blutfluß QB. Außerdem erfassen viele
Meßverfahren nicht nur die Fistelrezirkulation, sondern die Summe aus Fistel- und
kardiopulmonärer Rezirkulation (M. Krämer und H.D. Polaschegg, Q.Q.O.).
Die kardiopulmonäre Rezirkulation, die als
fraktioneller Anteil des Fistelflusses am Herzminutenvolumen definiert ist,
betrifft bereits dialysiertes Blut, das über den Herz-/Lungenkreislauf direkt in
den arteriellen Zweig des extrakorporalen Kreislaufs gelangt, ohne das
Kapillarsystem zu durchlaufen. Auf die kardiopulmonäre Rezirkulation ist die
Änderung der Bluttemperatur in der arteriellen Blutleitung vor Einsetzen der
Fistelrezirkulation zurückzuführen. Die Überlagerung der Fistelrezirkulation
und der kardiopulmonären Rezirkulation erschwert zusätzlich die Interpretation
der Meßergebnisse.
Wünschenswert ist daher eine direkte Messung des Fistelflusses QF. Erste
Ansätze dazu sind in einer Veröffentlichung von Aldridge et al. Journal of
Medical Engineering and Technology 8, Nr. 3 (1984), Seite 118-124 beschrieben. Es werden
einzelne Rezirkulationsmessungen mit der Thermodilutionsmethode nach
Injektion eines Bolus kalter Kochsalzlösung durchgeführt. Die Messungen
werden bei schrittweise erhöhtem Blutfluß solange wiederholt, bis eine
merkliche Rezirkulation festgestellt wird. Bei diesem Blutfluß ist dann der
Fistelfluß Q überschritten. Problem dieses Verfahrens ist, daß der Fistelfluß
nur auf das Meßintervall eingegrenzt und damit nicht genau bestimmt wird und
daß die Messung wegen der fortwährenden Bolusinjektionen aufwendig ist. Vor
allem aber wird in dieser Arbeit nicht berücksichtigt, daß in vivo bei jedem
Blutfluß eine Rezirkulation vorhanden ist, nämlich die kardiopulmonäre
Rezirkulation, die sich der Fistelrezirkulation überlagert. Aldridge et al. geben
noch eine zweite Methode an, die zur Detektion des Fistelflusses geeigneter
erscheint. Wenn bei Variation des extrakorporalen Blutflusses QB dieser sehr nahe
am Fistelfluß QF liegt, wird eine Oszillation der arteriellen Temperatur TA
beobachtet. Diese resultiert aus den periodisch schwankenden Druckverhältnissen
in der Fistel durch die Aktion der Blutpumpe, die üblicherweise als Rollenpumpe
ausgebildet ist. Nachteil dieses Verfahrens ist, daß der "richtige" Blutfluß QB =
QF nur langwierig durch Variation von QB und Prüfen von TA auf das Vorliegen
von Oszillationen gefunden werden kann. Vor allem aber muß die
Temperatursensorik im arteriellen System eine sehr niedrige Ansprechzeit
aufweisen, da die Periode der Oszillationen im Bereich einiger Zehntel Sekunden
bis etwa einer Sekunde liegt. Diese Anforderung kann i.A. nur durch direktes
Plazieren der Sensoren im Blutstrom erreicht werden, was für die
Routinebehandlung nicht tragbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer
Blutbehandlungsvorrichtung anzugeben, das es erlaubt, hämodynamische
Parameter während einer extrakorporalen Blutbehandlung mit großer
Zuverlässigkeit zu ermitteln und eine Vorrichtung zu schaffen, mit der sich
hämodynamische Parameter mit großer Zuverlässigkeit ermitteln lassen, sowie
eine Verwendung für diese Vorrichtung anzugeben.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit dem Verfahren des
Patentanspruchs 1, bzw. mit der Vorrichtung des Patentanspruchs 7, bzw. mit der Verwendung
nach dem Patentanspruch 10.
Bei dem beanspruchten Verfahren zur Ermittlung hämodynamischer
Parameter wie Fistelfluß, Herzminutenvolumen und für den Fall der
Temperaturmessung die Körpertemperatur wird eine physikalische oder chemische
Kenngröße des Blutes im arteriellen Zweig des extrakorporalen Kreislaufs
gemessen. Es kann jede beliebige physikalische oder chemische Größe gemessen
werden, die folgende Bedingungen erfüllt. Sie muß im venösen, d. h. in dem aus
dem extrakorporalen Kreislauf in den venösen Teil der Fistel des Patienten
zurückfließenden Blut einen anderen Wert als in dem zur Fistel fließenden Blut
haben. Der Wert der physikalischen oder chemischen Kenngröße in einer
Mischung aus
zwei Teilvolumina Blut (V₁ und V₂) muß sich in analoger Weise wie für die
Temperatur T mit hinreichender Genauigkeit nach der folgenden
Mischungsgleichung ergeben:
V₁·T₁+ V₂·T₂ = (V₁ + V₂)·TM,
wobei V1/2 die Teilvolumina und T1/2 die Werte der zu messenden physikalischen
oder chemischen Kenngröße in den beiden Teilvolumina sind und TM der Wert
nach der Mischung ist.
Als physikalische oder chemische Kenngröße können neben der Temperatur auch
die Konzentration eines Blutbestandteils, der Hämatokrit, die Dichte, die
Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls, die optische Dichte, die Leitfähigkeit
oder die Viskosität gemessen werden. Diese Größen lassen sich mit bekannten
Meßfühlern ermitteln.
Vorteilhaft ist, wenn als physikalische oder chemische Kenngröße die
Bluttemperatur gemessen wird. Wenn die Bluttemperatur gemessen wird, lassen
sich mit dem beanspruchten Verfahren neben dem Fistelfluß und dem
Herzminutenvolumen auch die Körpertemperatur bestimmen, worunter die
mittlere Temperatur des Bluts nach Durchfließen aller Kapillarsysteme verstanden
wird. Eine Injektion einer Indikatorlösung ist dann nicht erforderlich.
Das beanspruchte Verfahren setzt voraus, daß die physikalische oder
chemische Kenngröße, vorzugsweise die Bluttemperatur, im venösen Zweig des
extrakorporalen Kreislaufs während der Aufnahme der Meßwerte konstant
gehalten ist. Ferner setzt das Verfahren voraus, daß die
physikalische oder chemische Kenngröße im venösen Zweig ihrem Wert nach
bekannt ist. Für den Fall, daß die physikalische oder chemische Kenngröße weder
konstant noch ihrem Wert nach bekannt sein sollte, muß dieser gemessen und
während der Aufnahme der Meßwerte konstant gehalten werden.
Das beanspruchte Verfahren beruht darauf, daß sich die in diskreten
Meßwerten vorliegende Meßkurve durch zwei Teilfunktionen darstellen läßt,
wobei die erste Teilfunktion die physikalische oder chemische Kenngröße in
Abhängigkeit vom extrakorporalen Blutfluß für Blutflußwerte kleiner als der
Fistelfluß oder gleich dem Fistelfluß angibt und die zweite Teilfunktion die
physikalische oder chemische Kenngröße in Abhängigkeit vom Blutfluß für
Blutflußwerte größer oder gleich dem Fistelfluß angibt. Der Schnittpunkt beider
Teilfunktionen gibt den Punkt an, an dem der extrakorporale Blutfluß gleich dem
Fistelfluß ist. Aus dem "Knickpunkt" des Funktionsverlaufs, d. h. der
Diskontinuität der Kurvensteigung läßt sich also der Punkt bestimmen, an dem die
Fistelrezirkulation einsetzt, d. h. der Blutfluß gleich dem Fistelfluß ist.
Zur Bestimmung des Fistelflusses wird aus der abgespeicherten Folge von
Wertepaaren der physikalischen oder chemischen Kenngröße des Blutes im
arteriellen Zweig des extrakorporalen Kreislaufs derjenige Wert des Blutflusses
bestimmt, nach dessen Überschreiten der Betrag der Änderung der physikalischen
oder chemischen Kenngröße in einem bestimmten Blutflußintervall, d. h. der
Betrag der Steigung der die Meßwertpaare darstellenden Funktion größer als ein
vorgegebener Grenzwert ist. Die Steigungen in den einzelnen Meßintervallen
können z. B. durch Berechnung der Differenzenquotienten der Meßwertpaare
bestimmt werden. Der ermittelte Blutflußwert stellt einen Schätzwert für den
Fistelfuß dar.
Die Unteransprüche geben Ausführungsarten der
Erfindung an.
Für den Fall, daß der Fistelfluß mit sehr großer Genauigkeit bestimmt werden
soll, wird der in der Folge der Wertepaare vorliegende Funktionsverlauf für
Blutflußwerte kleiner als der Schätzwert für den Fistelfluß durch eine erste
Teilfunktion dargestellt, während der in der Folge der Wertepaare vorliegende
Funktionsverlauf für Blutflußwerte größer als der Schätzwert durch eine zweite
Teilfunktion dargestellt wird.
Der exakte Wert des Fistelflusses wird dann aus dem Schnittpunkt der beiden
Teilfunktionen ermittelt. Die Teilfunktion für Blutflußwerte kleiner oder gleich
dem Fistelfluß kann näherungsweise durch eine lineare Gleichung dargestellt
werden.
Der mittlere Wert der physikalischen oder chemischen Kenngröße im venösen
Blut des Patienten ergibt sich durch Extrapolation des Funktionsverlaufes für
Blutflußwerte kleiner oder gleich dem Fistelfluß auf einen Blutflußwert von Null.
Im Falle einer Temperaturmessung läßt sich die Körpertemperatur bestimmen.
Nachdem der Fistelfluß und der mittlere Wert der physikalischchemischen
Eigenschaft ermittelt sind, kann das Herzminutenvolumen berechnet werden.
Die beanspruchte Vorrichtung zur Ermittlung der hämodynamischen
Parameter weist eine arterielle Meßeinrichtung zum Messen der physikalisch
chemischen Eigenschaft im arteriellen Zweig des extrakorporalen Kreislaufs, und
eine Steuereinheit zum Verändern der Förderrate der Blutpumpe auf. Ferner ist
eine Speichereinheit zum Abspeichern der Werte der physikalischchemischen
Eigenschaft und des extrakorporalen Blutflusses und eine Recheneinheit zur
Ermittlung der hämodynamischen Parameter aus den abgespeicherten Wertepaaren
vorgesehen. Die Vorrichtung kann in die bekannten
Blutreinigungsvorrichtungen integriert werden, wobei auf bereits vorhandene
Komponenten, über die die bekannten Blutbehandlungsvorrichtungen bereits
verfügen, zurückgegriffen werden kann.
Für den Fall, daß die physikalische oder chemische Kenngröße im venösen Zweig
des extrakorporalen Kreislaufs nicht konstant sein sollte, weist die
Vorrichtung vorteilhafterweise eine Regeleinrichtung auf, die
die physikalische oder chemische Kenngröße im venösen Zweig konstant hält.
Diese kann z. B. im Falle einer Temperaturmessung als
Temperaturregeleinrichtung ausgebildet sein.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung
näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 die Vorrichtung zur Ermittlung hämodynamischer
Parameter zusammen mit einer Dialysevorrichtung in schematischer
Darstellung einschließlich des intrakorporalen Kreislaufs,
Fig. 2 die Temperatur im arteriellen Zweig des extrakorporalen Kreislaufs als
Funktion des extrakorporalen Blutflusses, und
Fig. 3 das Verhältnis der Steigungen der beiden Kurvenabschnitte der ersten und
zweiten Teilfunktion zur Darstellung des Meßkurvenverlaufs für einen dem
Fistelfluß entsprechenden extrakorporalen Blutfluß.
Die Vorrichtung zur Ermittlung hämodynamischer Parameter
kann eine separate Baugruppe bilden. Sie kann aber auch Bestandteil einer
Dialysevorrichtung sein, zumal einige ihrer Komponenten
in den bekannten Dialysevorrichtungen bereits vorhanden sind.
Nachfolgend wird die Vorrichtung zusammen mit den
wesentlichen Komponenten der Dialysevorrichtung beschrieben. In dem
Ausführungsbeispiel wird als physikalische oder chemische Kenngröße XA die
Temperatur TA im arteriellen Zweig des extrakorporalen
Kreislaufs gemessen, so daß sich neben dem Fistelfluß QF, die Körpertemperatur TB, d. h. die mittlere Temperatur des Blutes nach Durchfließen aller Kapillarsysteme, und das Herzminutenvolumen CO ermitteln lassen.
Kreislaufs gemessen, so daß sich neben dem Fistelfluß QF, die Körpertemperatur TB, d. h. die mittlere Temperatur des Blutes nach Durchfließen aller Kapillarsysteme, und das Herzminutenvolumen CO ermitteln lassen.
Der intrakorporale Kreislauf 1 umfaßt das rechte Ventrikel 2 des Herzens, die
Lunge 3, das linke Ventrikel 4 und sämtliche Kapillarsysteme des Körpers in
inneren Organen, Muskulatur und Haut 5 etc. Um einen Zugang zu dem
Blutgefäßsystem zu schaffen, ist eine arteriovenöse Fistel 6 angelegt.
Die Dialysevorrichtung 7 besteht im wesentlichen aus einem
Dialysierflüssigkeitsteil 8 und einem extrakorporalen Blutkreislauf 9, zwischen
denen sich ein Dialysator 10 mit einem Dialysierflüssigkeitskompartement 11
und einem Blutkompartement 12 befindet. Das
Dialysierflüssigkeitskompartment 11 ist stromauf des Dialysators 10 über eine
Dialysierflüssigkeitsleitung 13 mit einer Dialysierflüssigkeitsquelle 14
verbunden. In die Dialysierflüssigkeitsleitung 13 ist eine Temperiereinrichtung
15 geschaltet, die über eine Steuerleitung 16 mit einer Regeleinrichtung 17 in
Verbindung steht. Stromab des Dialysators 10 ist an das
Dialysierflüssigkeitskompartment 11 eine weitere Leitung 18 angeschlossen,
die eine Dialysierflüssigkeitspumpe 19 aufweist.
Der extrakorporale Kreislauf 9 umfaßt einen arteriellen Zweig 20, der mit dem
arteriellen Teil 21 der Fistel 6 in Verbindung steht, das Blutkompartement 12
des Dialysators 10 und einen venösen Zweig 22, der mit dem venösen Teil 23
der Fistel 6 in Verbindung steht. Im arteriellen Zweig 20 und im venösen Zweig
22 des extrakorporalen Kreislaufs ist jeweils eine Temperaturmeßeinrichtung
24, 25 zur Messung der arteriellen Fisteltemperatur, d. h. der Bluttemperatur
nach Eintritt in den arteriellen Zweig 20 des extrakorporalen Kreislaufs 9 bzw.
zur Messung der venösen Fisteltemperatur, d. h. der Bluttemperatur nach
Eintritt in den venösen Zweig 22 des extrakorporalen Kreislaufs vorgesehen.
Ferner ist im arteriellen Zweig 20 des extrakorporalen Kreislaufs 9 eine
Blutpumpe 26 angeordnet. Die venöse Temperaturmeßeinrichtung 25 ist über
eine Leitung 27 an die Regeleinrichtung 17 angeschlossen. Die
Regeleinrichtung 17 steuert die Temperiereinrichtung 15 im
Dialysierflüssigkeitsteil 8 der Dialysevorrichtung 7 derart an, daß die
Temperatur im venösen Zweig 22 des extrakorporalen Kreislaufs 9 konstant
gehalten wird. Weitere bei einer Dialysevorrichtung gewöhnlich vorhandene
Komponenten, wie Tropfkammern und Absperrklemmen sind in Fig. 1 nicht
dargestellt.
Die Blutpumpe 26 im arteriellen Zweig 20 des extrakorporalen Kreislaufs ist
über eine Steuerleitung 28 mit einer Steuereinheit 29 verbunden, mit der die
Förderrate der Blutpumpe innerhalb bestimmter Bereiche verändert werden
kann. Ferner ist eine Speichereinheit 30 vorgesehen, die über eine Datenleitung
31 die Meßwerte der arteriellen Temperaturmeßeinrichtung 24 empfängt und in
zeitlicher Abfolge abspeichert. Ferner speichert die Speichereinheit 30 über
eine Datenleitung 32 den konstanten Temperaturwert der venösen
Temperaturmeßeinrichtung 25 ab. Die Speichereinheit 30 ist über eine Leitung
33 mit der Steuereinheit 29 verbunden. Über die Leitung 33 empfängt die
Speichereinheit 30 den der eingestellten Förderrate der Blutpumpe 26
entsprechenden Wert des extrakorporalen Blutflusses und speichert diesen ab.
Die Speichereinheit 30 steht über eine Datenleitung 34 mit einer Recheneinheit
35 in Verbindung, die ihrerseits über eine Datenleitung 36 mit einer
Anzeigeeinheit 37 zur Anzeige der ermittelten hämodynamischen Parameter
verbunden ist. Die Recheneinheit kann als bekannter Digitalrechner ausgebildet
sein.
Nachfolgend wird das Prinzip der Messung im einzelnen erläutert.
Das vom linken Ventrikel 4 emittierte Blut fließt zum größten Teil in die
Kapillarsysteme aller Organe, zu einem kleinen Teil in die Fistel. Für den
Fall, daß der Blutfluß im extrakorporalen Kreislauf kleiner als der Blutfluß des
in die Fistel bzw. aus der Fistel fließenden Blutes ist, fließt das Fistelblut zum
einen Teil durch den extrakorporalen Kreislauf 9, zum anderen Teil durch die
Fistel 6. Wenn der extrakorporale Blutfluß jedoch größer als der Fistelfluß ist,
dann rezirkuliert Blut aus dem extrakorporalen Kreislauf 9, wobei die Fistel 6
vom venösen 23 zum arteriellen Anschluß 21 durchflossen wird. Das
extrakorporale Blut, das durch die Fistel 6 fließende Blut und das aus den
Kapillarsystemen stammende Blut vereinigt sich schließlich wieder im Rücklauf
zum Herzen.
Die Temperaturen und Flüsse werden wie folgt bezeichnet:
QF Fistelfluß, d. h. der Fluß in die Fistel 6 bzw. aus der Fistel heraus,
QB Blutfluß im extrakorporalen Kreislauf 9,
QR Rezirkulationsfluß, d. h. der Fluß zwischen dem venösen Teil 23 und dem arteriellen Teil 21 der Fistel 6, falls Q QB ist,
CO Herzminutenvolumen,
TB Körpertemperatur, d. h. die mittlere Temperatur des Blutes nach Durchfließen der Kapillarsysteme,
TF Fisteltemperatur, d. h. die Temperatur des in die Fistel 6 fließenden Blutes,
TA arterielle Fisteltemperatur, d. h. Bluttemperatur nach Eintritt in den arteriellen Zweig 20 des extrakorporalen Kreislaufs,
TV venöse Fisteltemperatur, d. h. Bluttemperatur nach Eintritt in den venösen Zweig 22 des extrakorporalen Kreislaufs.
QF Fistelfluß, d. h. der Fluß in die Fistel 6 bzw. aus der Fistel heraus,
QB Blutfluß im extrakorporalen Kreislauf 9,
QR Rezirkulationsfluß, d. h. der Fluß zwischen dem venösen Teil 23 und dem arteriellen Teil 21 der Fistel 6, falls Q QB ist,
CO Herzminutenvolumen,
TB Körpertemperatur, d. h. die mittlere Temperatur des Blutes nach Durchfließen der Kapillarsysteme,
TF Fisteltemperatur, d. h. die Temperatur des in die Fistel 6 fließenden Blutes,
TA arterielle Fisteltemperatur, d. h. Bluttemperatur nach Eintritt in den arteriellen Zweig 20 des extrakorporalen Kreislaufs,
TV venöse Fisteltemperatur, d. h. Bluttemperatur nach Eintritt in den venösen Zweig 22 des extrakorporalen Kreislaufs.
Das beanspruchte Verfahren beruht darauf, daß sich die gemessene
Bluttemperatur TA im arteriellen Zweig des extrakorporalen Kreislaufs in
Abhängigkeit von dem extrakorporalen Blutfluß QB durch zwei Teilfunktionen
darstellen läßt, wobei die eine Teilfunktion die arterielle Bluttemperatur TA für
einen extrakorporalen Blutfluß kleiner oder gleich dem Fistelfluß angibt und
die andere Teilfunktion die arterielle Bluttemperatur TA bei einem
extrakorporalen Blutfluß größer oder gleich dem Fistelfluß angibt. Die beiden
Teilfunktionen lassen sich wie folgt herleiten, wobei davon ausgegangen wird,
daß die Ultrafiltration während der Messung abgeschaltet ist.
Es sei zunächst angenommen, daß der Blutfluß QB im extrakorporalen Kreislauf 9
kleiner oder gleich dem Fistelfluß QF ist. Das ins rechte Herz fließende Blut
setzt sich aus den drei folgenden Komponenten zusammen, nämlich aus dem
aus dem Kapillarsystem zum Herz zurückfließenden Blut, aus dem aus dem
extrakorporalen Kreislauf 9 stammenden Blut und aus dem durch die Fistel 6,
jedoch nicht durch den extrakorporalen Kreislauf fließenden Blut. Daraus
ergibt sich für die Temperaturen folgende Mischungsgleichung:
(CO-QF)·TB + QB·TV + (QF-QB)·TF = CO·TF
Da das arterielle Blut nur aus einer Komponente, nämlich dem zur Fistel 6
fließenden Blut besteht, ist die arterielle Fisteltemperatur TA gleich der
Fisteltemperatur TF. Damit erhält man die folgende Teilfunktion:
Die obige Gleichung läßt sich auch wie folgt darstellen:
TA(QB) = (γ + δ QB)/(ε + QB)
mit γ = (CO-QF)TB, δ = TV, ε = CO-QF (1)
mit γ = (CO-QF)TB, δ = TV, ε = CO-QF (1)
Nun sei angenommen, daß der Blutfluß QB im extrakorporalen Kreislauf 9
größer als der Fistelfluß QF ist. In diesem Fall setzt sich das in den arteriellen
Zweig 20 des extrakorporalen Kreislaufs 9 einfließende Blut zusammen aus
dem in die Fistel 6 strömenden Blut und dem über die Fistel rezirkulierenden,
d. h. aus dem venösen Zweig 22 des extrakorporalen Kreislaufs stammenden
Blut. Daraus ergibt sich für die Temperaturen folgende Mischungsgleichung:
QF·TF + QR·TV = QB·TA
Das Fistelblut setzt sich wie folgt zusammen aus dem Kapillarblut und dem aus
dem extrakorporalen Kreislauf 9 stammenden Blut.
(CO-QF)·TB + QF·TV = CO·TF
Aus diesen beiden Gleichungen folgt mit QR = QB-QF die zweite
Teilfunktion:
Die zweite Teilfunktion läßt sich auch wie folgt darstellen:
TA(QB) = α/QB + β
mit α = QFTB(1-QF/CO) + QF²TVCO-QFTV, β = TV (2)
mit α = QFTB(1-QF/CO) + QF²TVCO-QFTV, β = TV (2)
Die Funktion TA(QB) besteht also aus den beiden Teilfunktionen (1) und (2),
jeweils für die Bereiche QF QB und QF < QB.
Fig. 2 zeigt die Bluttemperatur TA im arteriellen Zweig 20 des extrakorporalen
Kreislaufs 9 als Funktion des extrakorporalen Blutflusses QB, wobei auf der
horizontalen Achse der gängige Blutflußbereich bei der Hämodialyse von 100
bis 600 ml/min angegeben ist. An dem Punkt, an dem die Steigung der Kurve
eine Unstetigkeitsstelle aufweist, ist der extrakorporale Blutfluß gleich dem
Fistelfluß. Der Funktionsverlauf ist nach Gleichung (1) und (2) berechnet,
wobei CO = 5 l/min, QF = 200 ml/min, TB = 37°C und TV = 34°C gesetzt
wurde.
Fig. 3 zeigt das Verhältnis der Steigungen der beiden Kurvenabschnitte der
Funktion TA(QB) für den Schnittpunkt bei QB = QF. Abhängig vom Fistelfluß
QF ergeben sich Werte zwischen 50 (QF; = 100 ml/min) und 8,3
(QF = 600 ml/min). Die Diskontinuität der Kurvensteigung kann also im gesamten
Blutflußintervall von 100 bis 600 ml/min ausreichend scharf detektiert werden.
Zur Ermittlung des Fistelflusses wird die den extrakorporalen Blutfluß
vorgebende Förderrate der Blutpumpe 26 ausgehend von einem vorgegebenen
unteren Grenzwert von z. B. 100 ml/min bis zu einem oberen Grenzwert von
z. B. 600 ml/min langsam erhöht, wobei der untere Grenzwert einem
extrakorporalen Blutfluß QB entspricht, der auf jeden Fall kleiner als der zu
erwartende Fistelfluß QF ist und der obere Grenzwert einem entsprechenden
Blutfluß entspricht, der auf jeden Fall größer als der zu erwartende Fistelfluß
ist. Die Temperatur TA des Bluts im arteriellen Zweig 20 des extrakorporalen
Kreislaufs 9 wird während der Erhöhung des Blutflusses mit der arteriellen
Meßeinrichtung 24 gemessen und die Werte des extrakorporalen Blutflusses
und der Temperatur TA werden in der Speichereinheit 30 in zeitlicher Abfolge
abgespeichert.
In der Recheneinheit 35 werden aus der abgespeicherten Folge von
Wertepaaren die Differenzenquotienten berechnet. Die berechneten
Differenzenquotienten der Wertepaare werden mit einem vorgegebenen
Grenzwert verglichen. In der Recheneinheit 35 wird nun derjenige Wert des
Blutflusses QB im extrakorporalen Kreislauf bestimmt, nach dessen
Überschreiten die Beträge der ermittelten Differenzenquotienten größer als ein
vorgegebener Grenzwert sind, d. h. es wird derjenige Punkt bestimmt, an dem
die in Fig. 2 dargestellte Kurve plötzlich stark abfällt. Während die Steigung
des in Fig. 2 dargestellten linken Kurvenabschnitts nämlich klein und nahezu
konstant ist, tritt in dem Fall, daß der Blutfluß QB größer als der Fistelfluß QF
ist, eine plötzlich starke Erhöhung des Betrages der Steigung auf. Bei der
Messung wird angenommen, daß der ermittelte Wert des Blutflusses QB dem
Fistelfluß QF entspricht. Dieser Wert wird als Schätzwert für den Fistelfluß in
der Speichereinheit 30 abgespeichert.
Um den Wert des Fistelflusses exakt, d. h. unbeeinflußt von eventuellen
Fluktuationen des Blutflusses im Bereich des Fistelflusses, bestimmen zu
können, werden in der Recheneinheit 35 die abgespeicherten Meßwertpaare für
Blutflußwerte QB kleiner als der Schätzwert für den Fistelfluß durch die erste
Teilfunktion (1) angepaßt und die abgespeicherten Meßwertpaare für
Blutflußwerte größer als der Schätzwert für den Fistelfluß werden durch die
zweite Teilfunktion (2) angepaßt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn Meßwertpaare
aus einem kleinen Bereich (z. B. ± 30 ml/min) um den Schätzwert für den
Fistelfluß ausgespart werden. Zur Berechnung der Parameter der beiden
Gleichungen können die bekannten numerischen Verfahren herangezogen
werden (z. B. Levenberg-Marquardt-Methode). Eine hinreichende Genauigkeit
wird im allgemeinen auch dann erreicht, wenn anstelle von Gleichung (1) eine
einfache lineare Funktion zur Darstellung des Kurvenverlaufs herangezogen
wird. Anschließend berechnet die Recheneinheit 35 den Wert des
extrakorporalen Blutflusses QB, der dem Fistelfluß QF entspricht durch
Bestimmung des Schnittpunktes 40 der beiden Teilfunktionen 38 und 39.
Dieser Wert wird in der Speichereinheit 30 abgespeichert und mit der
Anzeigeeinheit 37 angezeigt.
Zur Ermittlung der Körpertemperatur TB wird in der Recheneinheit der in Fig.
2 durch Gleichung (1) dargestellte linke Kurvenabschnitt auf einen Blutflußwert
von 0 extrapoliert (TB = TA(0)). Der Temperaturwert für einen Blutflußwert
von 0, der sich durch eine Messung nicht ermitteln läßt, entspricht der
Körpertemperatur TB. Diese wird in der Speichereinheit 30 abgespeichert und
auf der Anzeigeeinheit 37 zur Anzeige gebracht.
Nachdem der Fistelfluß Q und die Körpertemperatur TB ermittelt und
abgespeichert sind, wird in der Recheneinheit 35 das Herzminutenvolumen CO
wie folgt berechnet:
Gleichung (3) folgt aus Gleichung (1) mit QB = QF.
Auch dieser hämodynamische Parameter wird auf der Anzeigeeinheit 37
angezeigt.
Die Steuereinheit 29 der erfindungsgemäßen Vorrichtung steuert die einzelnen
Systemkomponenten nach einem vorgegebenen Programmablauf an, so daß der
Blutfluß QB nach Betätigung einer in Fig. 1 nicht dargestellten Taste zum
Starten der Messung automatisch in dem Intervall von 100 bis 600 ml/min
verändert wird, die Meßwerte mittels der Temperaturmeßeinrichtungen 24, 25
in den entsprechenden Intervallen aufgenommen und in der Speichereinheit 30
abgespeichert werden und aus den Meßwerten die hämodynamischen Parameter
in der Recheneinheit 35 berechnet und auf der Anzeigeeinheit 37 angezeigt
werden.
Das Verfahren erfordert keine wesentlichen Änderungen am extrakorporalen
Kreislauf und am Sicherheitskonzept der Dialysevorrichtung. Die Injektion
einer Indikatorlösung ist nicht erforderlich. Zwar sind Fistelflüsse nur im
Bereich des einstellbaren Blutflusses meßbar (ca. 100 bis 600 ml/min), dies
bedeutet in der Praxis allerdings keine Einschränkung. Falls der Fistelfluß
größer als der einstellbare Blutfluß ist, ergeben sich nämlich für die Therapie
keine Probleme.
Claims (10)
1. Verfahren zum Betreiben einer Blutbehandlungsvorrichtung zur Ermittlung
hämodynamischer Parameter während einer extrakorporalen
Blutbehandlung, bei der Blut über den arteriellen Zweig (20) eines
extrakorporalen Kreislaufs (9), der mit dem arteriellen Teil (21) einer
Fistel (6) in Fluidverbindung steht, in den Dialysator (10) oder das Filter
der Blutbehandlungsvorrichtung (7) gelangt und über einen venösen Zweig
(22) des extrakorporalen Kreislaufs (9), der mit dem venösen Teil (23) der
Fistel (6) in Fluidverbindung steht, zurückgeführt wird, wobei in den
extrakorporalen Kreislauf (9) eine Blutpumpe (26) geschaltet ist, mit
folgenden Verfahrensschritten:
- - eine physikalische oder chemische Kenngröße XA des Blutes wird im arteriellen Zweig (20) des extrakorporalen Kreislaufs (9) gemessen, wobei die zu messende physikalische oder chemische Kenngröße in dem im venösen Zweig (22) des extrakorporalen Kreislaufs fließenden Blut einen anderen Wert als in dem zur Fistel (6) fließenden Blut hat,
- - die Förderrate der Blutpumpe (26) im extrakorporalen Kreislauf (9) wird variiert,
- - die Werte des durch die Förderrate der Blutpumpe (26) vorgegebenen extrakorporalen Blutflusses QB und die gemessenen Werte der physikalischen oder chemischen Kenngröße des Blutes im arteriellen Zweig (20) des extrakorporalen Kreislaufs (9) werden gespeichert,
- - aus der abgespeicherten Folge von Wertepaaren der physikalischen oder chemischen Kenngröße XA des Blutes im arteriellen Zweig (20) des extrakorporalen Kreislaufs (9) und des extrakorporalen Blutflusses QB wird derjenige Wert des Blutflusses bestimmt, nach dessen Überschreiten der Betrag der Änderung der physikalischen oder chemischen Kenngröße XA in einem bestimmten Blutflußintervall größer als ein vorgegebener Grenzwert ist, wobei aus dem ermittelten Blutflußwert auf den Fistelfluß geschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in Folge
der Wertepaare vorliegende Funktionsverlauf für Wertepaare kleiner als
der ermittelte Blutflußwert durch eine vorgegebene erste Teilfunktion XA
(QB) dargestellt wird,
daß der in Folge der Wertepaare vorliegende Funktionsverlauf für Wertepaare größer als der ermittelte Blutflußwert durch eine vorgegebene zweite Teilfunktion XA (QB) dargestellt wird und
daß zur exakten Ermittlung des Fistelflusses Q der Schnittpunkt der ersten und zweiten Teilfunktion bestimmt wird.
daß der in Folge der Wertepaare vorliegende Funktionsverlauf für Wertepaare größer als der ermittelte Blutflußwert durch eine vorgegebene zweite Teilfunktion XA (QB) dargestellt wird und
daß zur exakten Ermittlung des Fistelflusses Q der Schnittpunkt der ersten und zweiten Teilfunktion bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste
Teilfunktion XA (QB) zur Bestimmung des mittleren Wertes XB der
physikalischen oder chemischen Kenngröße im venösen Blut des Patienten
auf einen Blutflußwert von 0 extrapoliert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
erste Teilfunktion die folgende Form hat:
XA(QB) = (γ + δ QB)/(ε + QB)
mit γ = (CO-QF)XB, δ = XV, ε = CO-QF (1)wobei XV die physikalische oder chemische Kenngröße im venösen Zweig (22) des extrakorporalen Kreislaufs (9) und CO das Herzminutenvolumen ist.
mit γ = (CO-QF)XB, δ = XV, ε = CO-QF (1)wobei XV die physikalische oder chemische Kenngröße im venösen Zweig (22) des extrakorporalen Kreislaufs (9) und CO das Herzminutenvolumen ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Teilfunktion die folgende Form hat:
XA(QB) = α/QB + β
mit α = QFXB(1-QF/CO) + QF²XV/CO-QFXV, β = XV (2)wobei XV die physikalische oder chemische Kenngröße im venösen Zweig (22) des extrakorporalen Kreislaufs (9) ist und CO das Herzminutenvolumen ist.
mit α = QFXB(1-QF/CO) + QF²XV/CO-QFXV, β = XV (2)wobei XV die physikalische oder chemische Kenngröße im venösen Zweig (22) des extrakorporalen Kreislaufs (9) ist und CO das Herzminutenvolumen ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die im arteriellen Zweig (20) des extrakorporalen Kreislaufs (9)
gemessene physikalische oder chemische Kenngröße XA die Temperatur TA
des Blutes ist.
7. Vorrichtung zur Ermittlung hämodynamischer Parameter während einer
extrakorporalen Blutbehandlung, bei der Blut über den arteriellen Zweig
(20) des extrakorporalen Kreislaufs (9), der mit dem arteriellen Teil (21)
einer Fistel (6) in Fluidverbindung steht, in einen Dialysator (10) oder
Filter der Blutbehandlungsvorrichtung (7) gelangt und über einen venösen
Zweig (22) des extrakorporalen Kreislaufs (9), der mit dem venösen Teil
(23) der Fistel (6) in Fluidverbindung steht, zurückgeführt wird, wobei in
den extrakorporalen Kreislauf (9) eine Blutpumpe (26) geschaltet ist, mit
- - einer arteriellen Meßeinrichtung (24) zum Messen einer physikalischen oder chemischen Kenngröße XA des Blutes im arteriellen Zweig (20) des extrakorporalen Kreislaufs (9), wobei die physikalische oder chemische Kenngröße in dem im venösen Zweig (22) des extrakorporalen Kreislaufs (9) fließenden Blut einen anderen Wert als in dem in die Fistel (6) fließenden Blut hat,
- - einer Steuereinheit (29) zum Verändern der Förderrate der Blutpumpe (26),
- - einer Speichereinheit (30), die derart ausgebildet ist, daß die Werte des durch die Förderrate der Blutpumpe (26) vorgegebenen Blutflusses QB und die Werte der mit der arteriellen Meßeinrichtung (24) gemessenen physikalischen oder chemischen Kenngröße XA im arteriellen Zweig (20) des extrakorporalen Kreislaufs (9) abspeicherbar sind, und
- - einer Recheneinheit (35), die derart ausgebildet ist, daß aus der abgespeicherten Folge von Wertepaaren der physikalischen oder chemischen Kenngröße XA des Blutes im arteriellen Zweig (20) des extrakorporalen Kreislaufs (9) und des extrakorporalen Blutflusses QB derjenige Wert des Blutflusses bestimmbar ist, nach dessen Überschreiten der Betrag der Änderung der physikalischen oder chemischen Kenngröße in einem bestimmten Blutflußintervall größer als ein vorgegebener Grenzwert ist, wobei aus dem ermittelten Blutflußwert der Fistelfluß QF ermittelbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Recheneinheit (35) derart ausgebildet ist, daß aus dem ermittelten
Fistelfluß QF der mittlere Wert XB der physikalischen oder chemischen
Kenngröße im venösen Blut und/oder das Herzminutenvolumen CO
ermittelbar sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
im arteriellen Zweig (20) des extrakorporalen Kreislaufs (9) zu messende
physikalische oder chemische Kenngröße des Blutes die Bluttemperatur TA
und die arterielle Meßeinrichtung (24) eine Temperaturmeßeinrichtung ist.
10. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9 in einer
Hämodialysevorrichtung.
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