DE69838059T2 - Monitor für lösliche chemische Substanzen - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Monitor für diffundierbare chemische Substanzen und insbesondere einen Monitor, der verwendet werden kann, um das Körperfluid eines Tieres (einschließlich eines Menschen) zu analysieren, um das Vorhandensein diffundierbarer chemischer Substanzen zu bestimmen.
  • Um eine optimale Behandlung für einen Patienten zum Beispiel während einer Intensivpflege bereitzustellen, ist es wichtig, regelmäßig Information über den Zustand des Patienten zu sammeln. Wichtige Information kann durch das Analysieren des Blutes des Patienten zur Bestimmung des Vorhandenseins und der Menge von diffundierbaren chemischen Substanzen wie Blutgasen, Elektrolyten, Metaboliten (wie Glucose oder Harnstoff) oder H+-Ionen erhalten werden.
  • U.S. 5,058,416 offenbart eine Vorrichtung zur Bestimmung des Partialdrucks eines in einem Fluid gelösten Gases. Die Vorrichtung umfasst einen doppelt gebohrten Koaxialkatheter sowie eine Pumpe zur Anlieferung eines kontinuierlichen Flusses einer Trägerflüssigkeit in einen Raum zwischen den inneren und äußeren Röhren des Katheters. Die Vorrichtung umfasst auch eine Massentransfereinheit, um den Partialdruck des Gases in dem Trägerfluid auf einen zuvor festgelegten Wert zu bringen.
  • EP 0 549 394 offenbart eine Vorrichtung mit einem Dialysekatheter und einer extrakorporalen Abnahme sowie einer Zapfleitung, die Blut aus der extrakorporalen Abnahme abzieht, das Blut durch einen Aufnahmebehälter zur Analyse führt, bevor das Blut zu der extrakorporalen Abnahme zurückgeführt wird.
  • Es ist auch wichtig, dass jeglicher Monitor, der für diese Art regelmäßiger Analyse verwendet wird, dem Patienten so wenig des Körperfluids (wie Blut) wie möglich entnimmt. Ansonsten wäre die kumulierende Wirkung von vielen Einzelbestimmungen für den Patienten schädlich.
  • Ein Monitor für die in vivo-Bestimmung des Vorhandenseins von diffundierbaren Chemikalien in einem Körperfluid, bei dem dem Patienten keine Flüssigkeit entzogen wird, wird in U.S. 4,221,567 beschrieben. Der Monitor umfasst eine mit Flüssigkeit gefüllte Sonde mit einer durchlässigen Membran, die, wenn sie in das Körperfluid eingeführt ist, es den chemischen Substanzen von Interesse ermöglicht, aus dem Körperfluid in die Flüssigkeit überzutreten, Sensoren, welche auf die chemischen Substanzen von Interesse empfindlich reagieren und die entlang des Strömungspfades der Flüssigkeit angeordnet sind; sowie eine Pumpe zum Transportieren von Flüssigkeit aus dem Bereich der Membran zur Analyse durch die Sensoren nach dem Zustande kommen des Gleichgewichts zwischen den diffundierbaren Chemikalien in dem Körperfluid und in der Flüssigkeit.
  • Da das Probenvolumen der Flüssigkeit, die die diffundierbaren Chemikalien enthält, im Vergleich zu dem Volumen der Flüssigkeit zwischen den Sensoren und der Membran relativ gering ist, muss die Pumpe genau betrieben werden, um sicherzustellen, dass Flüssigkeit aus der richtigen Region der Sonde durch die Sensoren analysiert wird. Zudem muss die Pumpe die Flüssigkeit in einer gleichmäßigen und dennoch schnellen Weise transportieren, um eine Dispersion der chemischen Substanzen aus dem äquilibrierten Volumen zu vermeiden. All dies erfordert ein relativ teures Pump- und Steuerungssystem.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Monitor zur Verfügung zu stellen, der ein größeres Probenvolumen bereitstellt und der die Probleme des Pumpens verringert, die mit der zuvor beschriebenen Vorrichtung in Zusammenhang stehen.
  • Dies wird durch die Erfindung von Anspruch 1 erreicht, wie sie dort beschrieben wird. Durch die Anordnung, dass die Flüssigkeit relativ schnell zurück zirkuliert wird, wird ein größeres Probenvolumen, nämlich das gesamte Flüssigkeitsvolumen des geschlossenen Strömungspfades, zur periodischen Analyse zur Verfügung gestellt, was es wiederum ermöglicht, dass ein weniger genaues Pump- und Steuerungssystem verwendet wird. Zudem dient die Dispersion, die unweigerlich zustande kommt, dazu, die Diffusion der Chemikalien durch die durchlässige Membran der Sonde zu beschleunigen.
  • Am nützlichsten ist es, wenn das Pumpsystem eine Pumpe wie eine relativ kostengünstige peristaltische Pumpe umfasst, die adaptiert ist, um einen pulsierenden Flüssigkeitsstrom zur Verfügung zu stellen. Dies kann die Dispersion der diffundierbaren Chemikalien in der gesamten Sondenflüssigkeit beschleunigen, um deren Diffusionsgeschwindigkeiten über die durchlässige Grenzschicht weiter zu verbessern.
  • Obwohl jede Art von Sensoren der Sensoreinheit entlang des Strömungspfades der Sonde positioniert sein kann, kann es vorteilhaft sein, die Sensoreinheit von der Sonde zu trennen und Extraktionsmittel wie eine Mikroliterspritzenpumpe, eine Unterdruckampulle oder einfach eine Ventilanordnung zur Verfügung zu stellen, die in einer Weise positioniert sind, um eine Probe aus der Sonde zu extrahieren und diese zu den Sensoren innerhalb der Sensoreinheit zu bringen. Auf diese Weise wird der Strom durch die Sensoren unabhängig von dem durch die Sonde gestaltet, so dass die Reaktionszeiten der Sensoren nicht mit der Zirkulationsgeschwindigkeit der Flüssigkeit abgeglichen werden müssen. Dies ermöglicht dem System einen schnellen kontinuierlichen Strom innerhalb der Sonde bei gleichzeitiger Verringerung der Anforderungen an die Sensoren. Zudem kann die Trennung der Sensoreinheit und des Flüssigkeitsströmungspfades das systematische Rauschen verringern, wie es durch die mechanische Bewegung der Sensoreinheit als ein Ergebnis des pulsierenden oder schnellen Stroms ausgelöst werden kann, und so die Empfindlichkeit des Monitors verbessern.
  • Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen der Figuren beschrieben werden, bei denen:
  • 1 einen Patienten zeigt, der mit Intensivpflegezubehör einschließlich einem Monitor gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden ist.
  • 2 Details einer Ausführungsform des Monitors zeigt, der in der Situation von 1 verwendbar ist.
  • 3 Details einer Sensoreinheit zeigt, die mit dem Monitor von 2 verwendbar ist.
  • 4 zeigt Details einer alternativen Sensoreinheit eines Monitors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Bei der Betrachtung der 1 wird ein Patient 1 mit einer Anzahl von Elementen eines Intensivpflegezubehörs verbunden, das typischerweise in einer Intensivpflegeeinheit eines Krankenhauses eingesetzt wird. Der Patient 1 ist zum Beispiel mit einer ECG-Vorrichtung 2 verbunden, die durch Elektroden 3, die mit verschiedenen Positionen auf dem Patienten 1 verbunden sind, die Herzsignale des Patienten aufnimmt und analysiert. Zudem ist ein Beatmungsgerät 4 mit dem Patienten 1 über die Gasleitungen 5 zur Unterstützung oder Steuerung der Atmung des Patienten verbunden. Ein Infusionssystem 6 ist mit dem Patienten 1 über die Infusionsleitung 7 zur Belieferung des Patienten mit Nährstofflösung, Plasma oder anderen Substanzen verbunden, die während der Intensivpflege infundiert werden können. Ein Monitor 8 gemäß der Erfindung umfasst einen Katheter 9 zur Verbindung des Blutsystems des Patienten 1 mit einem Gehäuse 10, in dem eine Sensoreinheit (nicht gezeigt) positioniert ist. Für Klarheitszwecke wird der Katheter 9 in unverhältnismäßiger Länge gezeigt. Tatsächlich sollte der Katheter 9 so kurz wie möglich sein, um das Gesamtflüssigkeitsvolumen in dem Katheter zu verringern und das Gleichgewicht dieses Volumens mit dem Blut zu beschleunigen. Die Anordnung 8 wird daher normalerweise sehr nahe zu dem Patienten 1 positioniert sein, wenn nicht sogar in direktem Kontakt mit dem Patienten 1 stehen, wie es in der 1b gezeigt wird.
  • Eine zentrale Steuereinheit 11 ist mit allen Vorrichtungen 2, 4, 6, 8 verbunden, die in die Intensivpflegebehandlung des Patienten involviert sind, zur Aufzeichnung, Analyse und Steuerung (automatisch oder durch vorgeschlagene Änderungen) der Behandlung, die dem Patienten 1 verabreicht wird. Eine Anzeige 12 kann verschiedene Kurven oder Messergebnisse in Bezug auf den Patienten 1 wie ECGs, Atmungskurven, Blutgasgehalt, etc., anzeigen.
  • Nun wird auf 2 Bezug genommen, die eine Ausführungsform des Monitors 8 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, der in der Intensivpflegesituation nützlich ist, wie sie in 1 dargestellt ist. Die Kathetersonde 9 enthält eine konzentrische Anordnung von jeweils inneren und äußeren Lumen 13, 14. Das äußere Lumen 14 besteht aus einem flüssigkeitsdichten Material außer einer Region 15, die bei der Verwendung dazu vorgesehen ist, mit dem Blut des Patienten in Kontakt zu stehen, und die aus einem durchlässigen Material hergestellt ist, das ausgewählt ist, um es den Chemikalien von Interesse zu ermöglichen, dadurch zu wandern. Das innere Lumen 13 ist für diese Chemikalien undurchlässig und endet kurz vor der Katheterspitze 16.
  • Beide Lumen 13,14 sind mit einem Gehäuse 10 verbunden, in dem die Lumen 13 und 14 getrennt werden. Das innere Lumen 13 wird durch die Wand des äußeren Lumens 14 zu einer peristaltischen Pumpe 17 und zurück in das äußere Lumen 14 geführt, das in dem Gehäuse 10 endet. Auf diese Weise wird ein geschlossener Strömungspfad (durch die Pfeile innerhalb des Katheters 9 gezeigt) für ein Sondenfluid wie eine Salzlösung gebildet.
  • Innerhalb des Gehäuses 10 ist das innere Lumen 13 mit einer Sensoreinheit 19 in einer solchen Weise verbunden, die es der Einheit 19 ermöglicht, von der strömenden Sondenflüssigkeit isoliert zu sein. Bezug nehmend auf die 3 sind zwei Ventile 20 und 21, eines auf jeder Seite einer Probenkammer 23 der Sensoreinheit 19, angeordnet und öffnen und schließen synchron, um periodisch Flüssigkeitsproben mit dem inneren Lumen 13 auszutauschen. Das heißt, dass bei beiden geöffneten Ventile 20, 21 die Pumpe 17 arbeitet, um Flüssigkeit aus dem Lumen 13 entlang des Strömungspfades 22 durch das Ventil 20 und in die Probenkammer 23 zu führen, wobei die gleiche Menge an Flüssigkeit aus der Sensoreinheit 19 durch das Ventil 21 verdrängt wird, um in das innere Lumen 13 zurückgeführt zu werden. Wenn die neue Probe die alte in der Sensoreinheit 19 ersetzt hat, dann werden die Ventile 20, 21 geschlossen und es wird durch die Sensoren 18a..c eine neue Analyse durchgeführt. Weil das Probenvolumen in diesem System erheblich geringer als das Gesamtvolumen der Sondenflüssigkeit ist, werden die Ventile 20, 21 wesentlich länger geschlossen als sie offen sind, so dass die Sondenflüssigkeit mehrfach an der durchlässigen Region 15 des Katheters 9 vorbeigeführt wird, bevor eine neue Probe entnommen wird. Somit wird ein großes, im Wesentlichen das ganze Volumen der Flüssigkeit mit dem Blut äquilibriert.
  • Es wird betont, dass eine Änderung in der Behandlung (mittels eines Beatmungsgerätes oder anderen Zubehörs) eines Patienten normalerweise keine sofortige Wirkung auf die gemessene Menge von diffundierbaren Blutchemikalien haben wird, da ein systemischer Austausch zwischen der Behandlung und dem Körper (wie der Gasaustausch zwischen Gasen in den Lungen und dem Blutsystem) zuerst zustande kommen muss, bevor der Parameter von Interesse beeinflusst wird. Dies könnte in einigen Fällen abhängig von dem einzelnen Fall und dem zu messenden Parameter bis zu ein paar Minuten in Anspruch nehmen. Es kann daher ausreichend sein, die Ventile 20, 21 periodisch in einer dazu ähnlichen Häufigkeit zu öffnen, was in den meisten Fällen sicherstellen wird, dass das gesamte Flüssigkeitsvolumen zwischen den Probenextraktionen äquilibriert wird.
  • Einer oder mehrere der bekannten optischen, elektrochemischen oder ähnlichen Sensoren 18a..c werden innerhalb der Kammer 23 zum Analysieren eines Fluids positioniert und können in so einer Weise angeordnet werden, um mit externen Vorrichtungen des Monitors 8 unter Verwendung jeglicher bekannter telemetrischer Techniken zu kommunizieren, zum Beispiel über elektrisch leitende Kabel 24; optische oder Radiofrequenztransmitter/Receiveranordnungen (nicht gezeigt). In dem vorliegenden Fall, in dem es gewünscht wird, Blutgase zu analysieren, können geeignete Sensoren eine Sauerstoffelektrode 18a, wie eine Elektrode vom Clark-Typ, eine Kohlendioxidelektrode 18b, wie normal verfügbare Glaselektroden, oder ein IonenSelektiver FeldEffektTransistor (ISFET) und eine Elektrode wie ein ISFET mit einer geeigneten chemisch empfindlichen Beschichtung 18c sein, um selektiv das Vorhandensein von Elektrolyten zu erkennen. Diese sind alle auf dem Gebiet wohlbekannt, so dass es nicht notwendig ist, die Sensoren 18a..c in weiterem Detail zu beschreiben. Zudem ist die oben genannte Auswahl, weil solche Elektroden auf dem Gebiet wohlbekannt sind und abhängig von den zu messenden Parametern ausgewählt werden können, nicht dazu vorgesehen, eine Beschränkung des Umfangs der vorliegenden Erfindung zu sein.
  • Ein zweiter Strömungspfad 25 wird innerhalb der Einheit 19 zur Verfügung gestellt, der auch eine Fluidverbindung mit der Probenkammer 23 über die Steuerventile 26, 27 bereitstellt und dazu verwendet wird, Kalibrierungsfluid in die Sensoren einzuführen, z. B. von außerhalb des Gehäuses 10, typischerweise wenn die Ventile 20, 21 geschlossen sind. Dieser zweite Strömungspfad 25 kann auch verwendet werden, um eine Spülflüssigkeit in die Kammer 23 einzuführen, wenn es wünschenswert ist, die Sondenflüssigkeit nicht mit Kalibrierungsfluid zu verunreinigen, oder er kann verwendet werden, um neue Sondenflüssigkeit in den Monitor 8 einzuführen.
  • Die Ventile 20, 21, 26, 27 können alle unter Verwendung von üblichen mikromechanischen Techniken hergestellt werden oder sie können übliche magnetische oder durch Druck gesteuerte Ventile sein.
  • Es wird eine weitere Ausführungsform einer Sensoreinheit 19 mit alternativen Extraktionsmitteln 28 in 4 gezeigt, die in dem Monitor gemäß der vorliegenden Erfindung nützlich ist. Komponenten, die sowohl dieser Figur wie auch denen der 2 und 3 gemeinsam sind, werden die gleichen Bezugszahlen zugeordnet. Hier wird eine Miniaturspritze 28 verwendet, um eine Probe der Sondenflüssigkeit für die Analyse durch die Sensoren 18a..c zu extrahieren. Die Spritze 28 wird mit einer Flüssigkeitsleitung 29 verbunden, die zwischen dem inneren Lumen 13 und den Sensoren 18a...c angeordnet ist, und zwar mittels eines variablen Strömungspfades wie z. B. eines Abzweigventils. Das Abzweigventil 30 ist zwischen einer Position, bei der die Flüssigkeit von dem inneren Volumen 13 in die Spritze 28 aufgezogen werden kann, und einer Position, bei der die Flüssigkeit aus der Spritze 28 ausgestoßen werden kann, um eine Probe an den Sensoren 18a..c zur Verfügung zu stellen, beweglich.
  • Obwohl die hierin enthaltenen Ausführungsformen in Verbindung mit dem Überwachen von Blutgasen beschrieben werden, ist dies nicht als eine Beschränkung des Umfangs der Erfindung vorgesehen. Man wird verstehen, dass der Monitor der oben genannten Ausführungsformen leicht adaptiert werden kann, um andere diffundierbare chemische Substanzen wie Glucose oder H+-Ionen zu messen; dass der Doppellumenkatheter durch jeden Katheter vom Dialysetyp ersetzt werden könnte, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, vorausgesetzt dass der Katheter es der Sondenflüssigkeit ermöglicht, mehrmals entlang eines geschlossenen Flüssigkeitsströmungspfads an der durchlässigen Region des Katheters vorbei zu zirkulieren, wie es hierin beschrieben wird, und dass die Körperflüssigkeit während der Analyse nicht innerhalb des Körpers vorliegen muss.

Claims (6)

  1. Monitor (8) zum Analysieren eines Körperfluids im Hinblick auf diffundierbare chemische Substanzen, der Folgendes umfasst: eine mit Flüssigkeit gefüllte Sonde (9) mit einer Region (15), die mit dem Körperfluid innerhalb eines Körpers in Kontakt gebracht werden kann und für chemische Substanzen von Interesse durchlässig ist; eine Sensoreinheit (19) in Flüssigkeitsverbindung mit der Sonde, die einen oder mehrere Sensoren (18a..c) hat, die jeweils ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von der Anwesenheit einer chemischen Substanz von Interesse liefern können; und ein Pumpsystem (17), das so gestaltet ist, dass es eine Sondenflüssigkeitsprobe aus der Nähe der durchlässigen Region (15) zur Analyse durch die ein oder mehreren Sensoren (18a..c) der Sensoreinheit (19) befördert, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (19) und das Pumpsystem (17) zusammenwirken, um eine Analyse von Sondenflüssigkeit zu liefern, nachdem sie mehrere Male um einen geschlossenen Flüssigkeitsströmungspfad (13, 14, 15) zirkuliert ist, und dass eine Steuereinheit (11) vorgesehen ist, damit Sensoreinheit (19) und Pumpsystem (17) so zusammenwirken können, dass die Sensoreinheit (19) und das Pumpsystem (17) eine Analyse der Sondenflüssigkeit liefern, nachdem die Sondenflüssigkeit mehrere Male an der durchlässigen Region (15) der mit Flüssigkeit gefüllten Sonde (9) vorbei um den geschlossenen Flüssigkeitsströmungspfad (13, 14, 15) zirkuliert wurde, bevor eine neue Probe der Sondenflüssigkeit zur Analyse genommen wird, so dass im Wesentlichen das gesamte Volumen der Sondenflüssigkeit äquilibriert wird.
  2. Monitor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpsystem eine Pumpe (17) mit der Aufgabe beinhaltet, eine gepulste Flüssigkeitszirkulation zu bewirken.
  3. Monitor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (17) eine peristaltische Pumpe ist.
  4. Monitor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Sensoreinheit (19) außerhalb des geschlossenen Flüssigkeitsströmungspfads (13, 14, 15) befindet und mit einem Extraktionsmittel (20, 21, 22; 28, 29, 30) versehen ist, das mit der Sondenflüssigkeit in Verbindung gebracht werden kann und die Aufgabe hat, regelmäßig eine Probe davon zur Analyse durch die Sensoren (18a..c) zu extrahieren.
  5. Monitor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsmittel eine Flüssigkeitsleitung (22), deren gegenüberliegende Enden mit dem geschlossenen Strömungspfad (13, 14, 15) verbunden sind, und Ventile (20, 21) in der Leitung (22) beinhaltet, um die ein oder mehreren Sensoren (18a..c) in regelmäßigen Abständen von dem geschlossenen Strömungspfad (13, 14, 15) zu isolieren und damit in Kontakt zu bringen.
  6. Monitor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsmittel eine Spritze (28) umfasst, in die Sondenflüssigkeit gezogen werden kann und aus der eine Probe zu den Sensoren (18a..c) zur Analyse ausgegeben werden kann.
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