DE2754894C2 - Vorrichtung zum Bilanzieren einer einem Patienten entnommenen Flüssigkeit mit einer Ersatzflüssigkeit - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bilanzieren einer einem Patienten entnommenen Flüssigkeit mit einer Ersatzflüssigkeit und zum Herbei- *o führen eines Ungleichgewichts der Bilanzierung, wobei die dem Patienten entnommene Flüssigkeit einem Meßgerät zugeführt und dessen Füllstand von mindestens einem Sensor abgetastet wird, der über eine Steuerschaltung eine Pumpe zum Fördern der Ersatzflüssigkeit steuert.

Eine Vorrichtung dieser genannten Art ist beispielsweise aus der DE-OS 21 Ol 168 bekanntgeworden. Es handelt sich hierbei um ein Dosiersystem für die Peritonealdialyse, das mit einem Volumenvergleich der so ein- und auslaufenden Spüllösung arbeitet. Die Förderpumpen werden hierbei in Abhängigkeit von dem Füllstand von Dosierbeuteln ein- bzw. ausgeschaltet, die als Meßgefäß dienen. Die Bilanzierung ist hierbei nur über längere Zeiträume hinweg vorzunehmen und im einzelnen zu ungenau. Der Volumenvergleich und die Zuförderung von einem Substitutionsmedium zum Patienten muß jedoch gleichförmig erfolgen, um zu große Druckunterschiede Zd vermeiden. Das von selbst entstehende Ungleichgewicht zwischen der dem Patienten zugeführten und der von ihm entnommenen Flüssigkeitsmenge wird hierbei durch einen Überlauf an einem Sammelgefäß berücksichtigt.

In der Medizintechnik, insbesondere der Hämofiltration und der Hämodiafiltration und der Hämodialyse ist es bekannt, durch Ultrafiltration dem Patienten Flüssigkeit zu entziehen, wobei eine vorgegebene Flüssigkeitsmenge während der Behandlung aus dem Flüssigkeitskreislauf entzogen wird und so die aus einem Patienten entnommene Flüssigkeitsmenge absichtlich verändert wird.

Bei der Hämofiltration besteht die Aufgabe einerseits durch Ultrafiltration dem Patienten Flüssigkeit zu entziehen, andererseits ihm eine gleich große Menge einer Ersatzflüssigkeit zuzuführen. Dies kann im Prinzip mit einer Doppel-Schlauchpumpe erfolgen, jedoch sind bei einer einfachen Anordnung der genannten Art die Eingangsdrücke nicht gleich und man muß mit Undefinierten Abweichungen in der Größenordnung von 10—20% zwischen den beiden Pumpraten rechnen. Erforderlich sind aber Genauigkeiten in der Größenordnung von 1 —2%. Bei der genannten Behandlungsart ist es weiterhin erforderlich, dem überwässerten Patienten eine vorbestimmte Menge Flüssigkeit kontrolliert zu entziehen. Es sind Einrichtungen bekannt, die diese Aufgaben mit Hilfe von Wägesystemen erzielen, die ihrerseits voneinander unabhängige Ultrafiltrationsund Substitutionspumpen steuern. Es sind ferner Einrichtungen bekannt, die die Bilanzierung mit präzise arbeitenden Dosierpumpen erzielen. Die letztgenannten Einrichtungen haben folgende Nachteile:
Wägesysteme mit angeschlossenem Rechner zur Steuerung der Pumpen sind aufwendig und sicherheitstechnisch problematisch. Präzisions- und Doiierpumpen sind entweder nicht oder schwer zu sterilisieren oder aber wenn sie mit Einmal-Artikeln arbeiten, im Verbrauchsmaterial teuer. Ferner sind für verschiedene Anwendungen sog. Doppel-Schlauchpumpen bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß zwei Flüssigkeitsströme über eine bestimmte Zeit mengenmäßig möglichst genau parallel laufen, d. h. eine definierte Abweichung voneinander durch automatisierte Bilanzierung mit hoher Genauigkeit und unter sterilen Bedingungen eingehalten werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung sieht die Erfindung vor, daß eine Vorrichtung der eingangs genannten Art einen Füllstandsmesser mit mehr als zwei Sensoren enthält, die mit einer Steuerschaltung zum Steuern der Drehzahl des Antriebsmotors einer Doppel-Schlauchpumpe verbunden sind, daß die Doppel-Schlauchpumpe mit ihrer einen Hälfte die Ersatzflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter fördert, während ihre andere Hälfte Flüssigkeit aus dem Meßgefäß entnimmt, daß eine weitere Entnahmeleitung an das Meßgefäß angeschlossen ist, die eine Pumpe enthält, deren Antriebsmotor an einen einstellbaren und mit der Steuerschaltung verbundenen Geber zum Steuern der Motordrehzahl angeschlossen ist.

Mit der vorliegenden Erfindung wird demnach eine hinreichende Bilanzierung unter sterilen Bedingungen mit Hilfe einer Doppel-Schlauchpumpe dadurch erzielt, daß in dem Ultrafiltrationszweig des Bilanzierungssystems ein Druckausgleichsgefäß mit Niveausensor vorgeschaltet wird, die Ultrafiltration durch eine diesem Kreis vorgeschaltete Pumpe erfolgt, die die ultrafiltrierte Menge in das Druckausgleichsgefäß fördert und die Doppel-Schlauchpumpe, die in einem Kreis das Ultrafiltrat in einem Abfluß- oder einem Auffanggefäß und im anderen Kreis die Substituatlösung in den Blutkreislauf fördert, so gesteuert wird, daß das Niveau im Druckausgleichsgefäß im zeitlichen Mittel konstant wird. Zur Erzielung eines Flüssigkeitsentzuges wird dem Ultrafiltrationskreis eine weitere volumetrisch steuerbare Pumpe parallel geschaltet.

Bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrich-

tung bei der Hämofiltration hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, einen bestimmten Unterdruck auf der Austrittsseite des Filters in der Zuführleitung zu erzeugen. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß in der Zuführleitung (von einem zwischengeschalteten Filter) zur Meßkammer eine Schlauchpumpe angeordnet ist, deren Antriebsmotor mittels einer Steuerschaltung gesteuert ist, die ihrerseits von einem den Druck in der Leiuing abtastenden Druckmeßwandler angesteuert ist.

Die Erfindung ist im folgenden in Form von Beispielen anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Bilanzierungsvorrichtung in schematischer Darstellung,

F i g. 2 eine Bilanzierungsvorrichiung für die Hämofiltration,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Pumpenkopf der Doppel-Schlauchpumpe,

F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie Λ-ßvon F i g. 3,

Fig.5 eine vorgefertigte Doppel-Pumpenschlauch-Einheit.

Bei der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung wird eine dem Patienten entnommene Flüssigkeit, z. B. Blut oder eine Spüllösung oder Urin, die in irgendeiner Weise behandelt, z. B. filtriert wurde, durch den Schlauch 1 einer Meßkammer 2 zugeführt und gelangt von dort durch den Schlauch 3 zu der einen Hälfte einer Doppel-Schlauchpumpe 4 und danach durch den Schlauch 5 in ein nicht dargestelltes Sammelgefäß oder dergleichen.

Die Steuerung des elektrischen Antriebsmotors 6 für die Doppel-Schlauchpumpe 4 erfolgt über eine elektronische Steuerschaltung 7. Diese Steuerschaltung hat die Aufgabe, die Antriebsgeschwindigkeit der Doppel-Schlauchpumpe so einzustellen, daß der Füllstand in der Meßkammer 2 etwa konstant bleibt und somit die über die Leitung 1 zufließende Flüssigkeitsmenge durch die Schlauchpumpe über den Schlauch 3 in gleichem Maße wieder aus der Meßkammer abgepumpt wird. Zu diesem Zweck ist an der Meßkammer eine Einrichtung zur Messung des Füllstandes vorgesehen. Für diese kommen verschiedene bekannte Einrichtungen in Betracht, hauptsächlich solche, die eine Füllstandsmessung von außen her, ohne Berührung mit dem Meßkammerinhalt, ermöglichen.

Solche Einrichtungen sind z. B. kapazitive Füllstandsmesser mit außen an die Meßkammer angelegten Elektroden oder Füllstandsmesser nach dem Durchstrahlungsverfahren mit Licht oder Ultraschall. In ^⁰ F i g. 1 ist das letztere Meßprinzip durch eine Reihe von Strahlungssendern 8 und Strahlungsempfängern 9 als Beispiel angedeutet.

Die Information über den Füllstand in der r4eßkammer kann mit bekannten technischen Mitteln z. B. in eine dem Füllstand entsprechende elektrische Spannung umgewandelt werden. Diese Isispannung wird an der Steuerschaltung 7 mit einer Sollspannung, entsprechend einem vorgegebenen Soll-Füllstand, verglichen. Solange die Istspannung niedriger ist als die Sollspannung und demgemäß der Ist-Füllstand niedriger als der Soll-Füllstand, wird dem Motor 6 keine Antriebsleistung zugeführt. In dem Maße wie der Ist-Füllstand den Soll-Füllstand überschreitet, erhält jedoch der Motor von der Steuerschaltung eine steigende Antriebsleistung, um auf diese Weise den Ist-Füllstand in der Nähe des Soll-Füllstandes zii stabilisieren. Schaltungsanordnungen, die aufgrund des Vergleiches eines Ist-Wertes mit einem Soll-Wert eine mit zunehmender Differenz ansteigende elektrische Leistung an einen Motor abgeben können, sind in vielfältigen Ausführungen bekannt.

Die Meßkammer 2 ist entweder oben offen oder, falls notwendig, über ein für Bakterien undurchlässiges Sterilfilter 10 belüftet, so daß in der Meßkammer in jedem Falle Atmosphärendruck herrscht. Unter den genannten Bedingungen herrscht am Eingang der Schlauchpumpe ein praktisch konstanter Druck, der unter Vernachlässigung des hydrostatischen Druckgefälles und des strömungsbedingten Druckverlustes gleich dem Atmosphärendruck ist. Dies und die selbsttätige Anpassung der Förderleistung an den Flüssigkeitszustrom über die Leitung 1 ist der eigentliche Zweck der Kombination von Meßkammer, Niveau-Meßeinrichtung und Regler.

Die andere Hälfte der Doppel-Schlauchpumpe 4 wird dazu benutzt, eine Ersatzflüssigkeit, zum Beispiel Blut aus einer Blutkonserve, dem Patienten zuzuführen. Zu diesem Zweck ist der über ein Sterilfilter belüftete oder als kollabierbarer Beutel ausgebildete Vorratsbehälter 11 über den Schlauch 12 mit dem Eingang dieses Teils der Pumpe verbunden, und vom Ausgang führt ein Schlauch 13 zum Patienten.

Dadurch, daß der Vorratsbehälter 11 etwa in Höhe der Meßkammer 2 aufgehängt wird, herrscht am Eingang dieser Pumpenhälfte praktisch der gleiche Druck wie am Eingang der anderen Pumpenhälfte. Durch die Übereinstimmung der Eingangsdrücke ist eine wesentliche Voraussetzung zur Erzielung der angestrebten Gleichheit der Förderströme in den Leitungen 1 und 13 erfüllt. Außerdem ist durch die vorgesehene Verwendung gleichen Pumpenschläuche aus gleichem Material der Ermüdungseffekt bei beiden Pumpenhälften gleich groß, so daß auch hieraus keine Abweichungen zu erwarten sind. Entsprechendes gilt für die Antriebsbedingungen, die für beide Pumpenhälften aufgrund des gemeinsamen Antriebes übereinstimmen.

In Fig. 1 ist weiterhin eine zusätzliche Pumpe 14 dargestellt, die über die Leitung 16 Flüssigkeit aus der Meßkammer 2 abpumpt, um die Bilanzierung verändern zu können. Zur Steuerung des Antriebsmotors 17 der zusätzlichen Pumpe ist ein Steuergerät 18 vorgesehen, an dem die abzuzweigende Flüssigkeitsmenge einstellbar ist. Da an die Genauigkeit der Volumenbestimmung der abgezweigten Flüssigkeitsmenge keine extremen Anforderungen gestellt werden, kann die Pumpe 14 z. B. eine normale Schlauchpumpe sein, und die Messung des von ihr geförderten Volumens kann mit hinreichender Genauigkeit durch Zählung der Umdrehungen des Antriebsmotors 17 erfolgen. Es kann zweckmäßig sein, in die Leitung 13 ein Puffergefäß einzufügen, das in F i g. 5 nicht dargestellt ist.

Die übrige technische Ausgestaltung des in Fig. 1 gezeigten Systems bietet keine Besonderheiten und kann den Anforderungen entsprechend variiert werden. Beispielsweise kann die Meßkammer als relativ dünner Schlauch ausgebildet werden, um einen geringen Totraum und ein empfindliches Ansprechen der Niveaumeßeinrichtung zu erreichen. Es ist ferner z. B. möglich, die Zufuhr der Flüssigkeit in die Meßkammer von oben vorzusehen, um eine Beobachtung des Flüssigkeitsstrahls zu ermöglichen. Es kann ferner zweckmäßig sein, mit einem geeigneten Sensor, z. B. einer Licht- oder Ultraschallschranke, den Vorratsbehälter 11 oder die Leitung 12 zu überwachen, um ein

Leerwerden des Vorratsbehälters zu erkennen, die Transfusion mit geeigneten Mitteln selbsttätig zu unterbrechen und ein Warnsignal auszulösen.

Ein zweites Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die in Fig. 2 schematisch dargestellte Vorrichtung zur Bilanzierung bei der Hämofiltration. Die Flüssigkeit, die in diesem Falle über die Leitung 1 der Meßkammer 2 zufließt, ist das aus dem Blut des Patienten in bekannter Weise gewonnene Filtrat. Zur Filtration ist es normalerweise notwendig, einen bestimmten Unterdruck auf der Austrittsseite des Filters zu erzeugen. Diesem Zweck dient die Pumpe 41 mit ihrem Antriebsmotor 42 in Verbindung mit einem Druckmeßwandler 43 und einer Steuerschaltung 44. Der Antriebsmotor der Pumpe wird durch die Steuerschaltung so gesteuert, daß der auf der Saugseite der Pumpe mit dem Druckmeßwandler 43 gemessene Unterdruck einen vorgegebenen Sollwert erreicht.

Von dem der Meßkammer 2 zugeführten Filtrat wird wie im vorigen Beispiel ein Teil durch die Leitung 16 und die Pumpe 14 abgezweigt, um einen bestimmten voreingestellten Netto-Flüssigkeitsentzug zu erreichen. Da übrige Filtrat gelangt durch die Leitung 3, die rechte Hälfte der Pumpe 4 und die Leitung 5 z. B. in einen in der Abbildung nicht dargestellten Sammelbehälter. Aufgrund der zuvor beschriebenen Eigenschaften des Bilanzierungssysiems wird eine gleich große Menge Subsiitutionslösung aus dem Vorratsbehälter durch die linke Hälfte der Doppel-Schlauchpumpe 4 und die Leitung 13 dem extracorporalen Blutkreislauf des Patienten zugeführt.

Eine zweckmäßige Konstruktion der Doppel-Schlauchpumpe ist in Fig. 3 und 4 dargestellt. Der Pumpenkopf besteht aus einem Stator 21 und einem Rotor 27. Die beiden Pumpenschläuche 24a und 24b werden beim Einlegen in den Stator um 180° gebogen und schmiegen sich der Innenfläche des Stators an. An der offenen Seite des Stators 21 sind durch Rändelmuttern 25 zu betätigende Klemmstücke 26 zum Fixieren der Schläuche 24a und 246 im Stator 21 angeordnet. Fig. 3 zeigt die Klemmstücke vor dem Festklemmen der Schiauchenden.

In der Mitte des Stators ist der Rotor 27 angeordnet, der über seine Achse 28 durch einen Getriebemotor 29 gedreht werden kann. An dem Rotor sind zwei gleiche Hebel 30 um je eine Achse 31 schwenkbar befestigt. Die Hebel tragen je eine in ihrer Achse drehbar gelagerte Walze 32, die bei Drehung des Rotors auf den eingelegten Pumpenschläuchen abrollt, wobei die Schläuche im Druckpunkt von den Walzen gegen die Innenfläche des Stators so weit zusammengedrückt ...^-^i„- j«ß j^- c^uu„^Kn,ier^[injtt tin dieser Steile verschlossen wird und die Walzen durch ihre Abrollbewegung den Inhalt der Schläuche vor sich her schieben. Die Hebel 30 werden durch je zwei vorgespannte Schraubenfedern 33 radial nach außen gedrückt, wobei die maximale Auslenkung durch einen Anschlag begrenzt wird. Durch die Wirkung der Federn passen sich die Walzen 32 elastisch der Wandstärke der Schläuche an. Durch entsprechende Wahl der Federkraft kann erreicht werden, daß die verwendeten Schläuche im Druckpunkt sicher abgeklemmt werden, andererseits aber eine Überbeanspruchung des Schlauchmaterials vermieden wird.

Die als Beispiel beschriebene Pumpe erscheint für den vorliegenden Zweck besonders geeignet, jedoch sind auch andere gleichwertige Konstruktionen von Schlauchpumpen, die ein zuverlässiges Abklemmen der Schläuche ohne Überbeanspruchung des Schlauchmaterials gewährleisten, einsetzbar.

Wichtig für eine geringe Abweichung der Förderleistung der beiden Pumpenhälften ist auch eine möglichst genaue Übereinstimmung der beiden Pumpenschläuche hinsichtlich der Dimensionen und Materialeigenschaften. Außerdem ist es zweckmäßig, die beiden Schläuche möglichst gleichmäßig und definiert in den Pumpenkopf einzulegen. In Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist daher mit Rücksicht auf diese Punkte vorgesehen, die beiden Pumpenschläuche in Form einer vorgefertigten Einheit zu verwenden, wie sie beispielsweise in Fig. 5 vereinfacht dargestellt ist. Eine solche Einheit besteht aus zwei Schlauchstücken 24a und 24b von gleicher Länge, die von dem Schlauchmaterial unmittelbar aufeinanderfolgend abgeschnitten sind. Somit kann davon ausgegangen werden, daß aufgrund der gleichen Herstellungsbedingungen beide Schläuche hinsichtlich ihrer Dimensionen und Materialeigenschaften sehr genau übereinstimmen. Die beiden Schläuche sind unter Vermeidung jeglicher Torsion mit zwei Endstücken 34 verbunden, beispielsweise durch Verkleben oder andere gebräuchliche Verbindungstechniken. Die Endstücke haben z. B. konisch geformte Anschlußtüllen 35, um die Verbindungen zu dem übrigen Schlauchsystem herzustellen. Eine solche vorgefertigte Einheit gewährleistet auch bei weniger sorgfältiger Handhabung, daß die beiden Schläuche sehr gleichmäßig in den Pumpenkopf eingelegt werden, da die Endstücke 34 weder eine unterschiedliche Längsdehnung noch eine Torsion der Schläuche zulassen. Durch die Anwendung der angeführten Maßnahmen kann der Bilanzierungsfehler zwischen den beiden in Übereinstimmung zu bringenden Flüssigkeitsströmen sehr gering gehalten werden. Messungen an einem System dieser Art haben gezeigt, daß die Abweichungen unter Routinebedingungen zweckmäßig in der Größenordnung von 0,2—O,5%o liegen können, so daß noch ein Sicherheitsabstand um den Faktor ! 0 von der üblicherweise z. B. für die Hämofiltrationsbehandlung als zulässig angesehenen Fehlergrenze besteht.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Bilanzieren einer einem Patienten entnommenen Flüssigkeit mit einer Ersatzflüssigkeit und zum Herbeiführen eines Ungleichgewichts der Bilanzierung, wobei die dem Patienten entnommene Flüssigkeit einem Meßgefäß zugeführt und dessen Füllstand von mindestens einem Sensor abgetastet wird, der über eine Steuerschaltung eine Pumpe zum Fördern der Ersatzflüssigkeit steuert, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Füllstandsmesser (8, 9) mit mehr als zwei Sensoren enthält, die mit einer Steuerschaltung (7) zum Steuern der Drehzahl des Antriebsmotors (6) einer Doppel-Schlauchpumpe (4) verbunden sind, daß die Doppel-Schlauchpumpe mit ihrer einen Hälfte die Ersatzflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter (11) fördert, während ihre andere Hälfte Flüssigkeit aus dem Meßgefäß (2) entnimmt, daß eine weitere Entnahmeleitung (16) an das Meßgefäß (2) angeschlossen ist, die eine Pumpe (14) enthält, deren Antriebsmotor (17) an einen einstellbaren und mit der Steuerschaltung (7) verbundenen Geber (18) zum Steuern der Motordrehzahl angeschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung eines Filters in der Zuführleitung (1) vom Patienten her in dieser Zuführleitung (1) zur Meßkammer (2) eine Schlauchpumpe (41) angeordnet ist, deren Antriebsmotor (42) mittels einer Steuerschaltung (44) gesteuert ist, die ihrerseits von einem den Druck in der Leitung abtastenden Druckmeßwandler (43) angesteuert ist.