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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Vorhandenseins
von Lecks in einem System mit strömendem Fluid und eine Vorrichtung
hierfür.
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STAND DER
TECHNIK
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In
Bezug auf Systeme mit strömendem
Fluid ist bekannt, den Durchsatz und/oder die Strömungsgeschwindigkeit
in das System an dem Eingang und aus dem System heraus an dem Ausgang
zu bestimmen, um die Strömung
des Fluids durch das System mit diesen bestimmten Werten zu steuern.
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Zum
Beispiel wird in Dialysegeräten
die Strömungsgeschwindigkeit
unter anderem des Dialysefluids sowohl vor dem Dialysator als auch
nach dem Dialysator detektiert, um die Strömung des Dialysefluids durch
den Dialysator und dadurch die Dialyse selbst zu steuern.
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Dementsprechend
ist es aus der WO 95/22743 bekannt, ein erstes Erfassungsmittel
anzuordnen, das eine Drossel, eine Pumpe und einen Drucksensor sowohl
vor als auch nach dem Dialysator in der Dialysefluidleitung umfasst,
wobei der Drucksensor dadurch den Druck zwischen der Drossel und
der Pumpe misst. Somit kann einerseits als Ergebnis der Beziehung
zwischen dem Druck und der Strömungsgeschwindigkeit
an der Drossel durch Aufrechterhalten eines konstanten Drucks mit
der Pumpe ein kon stanter Durchsatz eingestellt werden. Andererseits
kann die Strömungsgeschwindigkeit
vor und nach dem Dialysator mit Hilfe der gemessenen Druckwerte
berechnet und verglichen werden.
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Zusätzlich wird
ein zweites Erfassungsmittel zwischen der Pumpe und dem Dialysator
angeordnet, um die Strömungsgeschwindigkeit
sowohl vor als auch nach dem Dialysator genau zu messen. Auf diese
Weise kann die Ultrafiltration durch Vergleichen der gemessenen
Werte hier genau definiert werden, wobei die Differenz zwischen
den Werten die Ultrafiltrationsrate zur Verfügung stellt.
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Um
eine exakte und zuverlässige
Steuerung des Dialysefluids durch den Dialysator und auch eine genaue
Ultrafiltration zu ermöglichen,
müssen
die Erfassungsmittel vor und nach dem Dialysator gegeneinander kalibriert
werden.
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Dies
wird üblicherweise
mit einer konstanten Dialysefluidrate durch das Dialysegerät mit nicht
angeschlossenem Dialysator durchgeführt, wobei die Erfassungsmittel
dadurch gegeneinander so kalibriert werden, dass sie denselben Wert
anzeigen. Zum Beispiel wird die Dialysebehandlung, die im Allgemeinen
etwa vier Stunden dauert, kurz alle 30 Minuten zur Kalibrierung
unterbrochen.
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Wenn
ein Leck vorhanden ist, wird entweder Dialysefluid entweichen oder
Luft wird von außen
eindringen. In diesem Fall detektieren bzw. messen die Erfassungsmittel
vor und nach dem Dialysator unterschiedliche Werte, wobei es unmöglich ist,
zu bestimmen, ob diese unterschiedlichen Werte aus Lecks oder aus
Abweichungen in den Erfassungsmitteln resultieren.
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Wenn
die Erfassungsmittel somit, wenn ein Leck vorhanden ist, so gegeneinander
kalibriert sind, dass sie denselben Wert anzeigen, obwohl sie tatsächlich unterschiedliche
Dialysefluidströmungen detektieren
oder messen, kann dies zu Steuerungsfehlern führen.
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Dies
ist insbesondere gefährlich
für Dialysegeräte, bei
denen es wichtig ist, dass die Fluidströmungen, die dem Dialysator
zugeführt
und von diesem ausgetragen werden genau austariert sind. Als Ergebnis
von Ablagerungen, insbesondere auf den Erfassungsmitteln, die unterstromig
von dem Dialysator angeschlossen und in Kontakt mit dem verunreinigten
Fluid in dem Dialysator sind, wird die Detektion mit zunehmender
Betriebsdauer immer ungenauer. Zum Beispiel können Proteine, Harnstoff, Cholesterine
oder ähnliches,
die aus dem Blut in dem Dialysator entfernt wurden, hier abgelagert
werden. Dementsprechend werden die Erfassungsmittel in einer regelmäßig wiederholten
Austarierungsphase, für
die das/die erste(n) Erfassungsmittel, das/die oberstromig von dem
Dialysator angeschlossen ist/sind, die Referenzniveaus liefert/liefern,
gegeneinander kalibriert. Die ersten Erfassungsmittel sind nur mit
frischem Dialysefluid in Kontakt, so dass Ablagerungen, zum Beispiel
der oben genannten Substanzen und die sich ergebende zunehmende
Ungenauigkeit beim Betrieb unwahrscheinlich sind.
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Die
oben genannten Fett- und Proteinablagerungen, die im Wesentlichen
an den unterstromigen Erfassungsmitteln auftreten, können mit
hochalkalischem Natriumkarbonat oder anderen geeigneten Mitteln
aufgelöst
und ausgespült
werden, so dass zu Reinigungszwecken zum Beispiel Natriumkarbonat
vorzugsweise in regelmäßigen Abständen durch das
Dialysegerät
geführt
wird.
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Wenn
man ein Dialysefluid verwendet, das Bikarbonat enthält, ist
es jedoch auch möglich,
dass unter anderem Kalziumkarbonat, das unter bestimmten Bedingungen
aus dem Dialysefluid ausgefällt werden
kann, an beiden Erfassungsmitteln abgelagert wird. Diese Kalziumablagerungen
können
mit Säure,
wie etwa zum Beispiel Zitronensäure,
leicht entfernt werden. Deshalb wird ebenfalls vorzugsweise eine
Säure,
die diese Kalziumablagerungen auflöst und wegspült, in regelmäßigen Abständen zu Reinigungszwecken
durch das Gerät
geführt.
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Die
Genauigkeit des Dialyseprozesses kann über einen langen Zeitraum mittels
Kalibrierung und mittels des beschriebenen Reinigungsverfahrens aufrechterhalten
werden, vorausgesetzt, dass kein Leck auftritt. Wenn zum Beispiel
Dialysefluid als Ergebnis eines Lecks aus dem System entweichen würde, zeigt
das zweite Erfassungsmittel einen niedrigeren Wert an, als denjenigen,
der von dem ersten Erfassungsmittel angezeigt wird. Dieser Wert
entspricht der aktuellen Strömung,
während
des Austarierens würde
jedoch angenommen werden, dass Ablagerungen auf dem zweiten Erfassungsmittel
vorhanden sind und das zweite Erfassungsmittel würde auf den höheren Wert
kalibriert werden, der von dem ersten Erfassungsmittel geliefert
wurde.
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Eine
Folge davon ist, dass zum Beispiel während der Ultrafiltration eine
geringere Menge Fluid als nötig
extrahiert wird, was zu ernsten Komplikationen für den Patienten führen kann.
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Der
naheliegendste Stand der Technik ist in der US-A-3,702,074 beschrieben,
die ein System zum Detektieren und Lokalisieren eines Lecks in einer
Rohrleitung offenbart.
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Ein
Verfahren zum Bestimmen von Blutlecks in einem Dialysator während einer
High-Flux Hämodialysebehandlung
ist von der WO 97/11771 bekannt. Wenn der Druck auf der Blutseite
während
der Behandlung unter den Druck auf der Dialysatseite sinkt, wird
die Dialysatströmung
angehalten und die Ultrafiltrationsrate erhöht, so dass der Druck auf der Blutseite
positiv in Bezug auf den Druck auf der Dialysatseite wird. Auf diese
Weise gelangt Blut im Fall eines entstehenden Lecks auf die Dialysatseite,
und wird bei Wiederbeginnen der Dialyseströmung zu einem Blutleckdetektor
geführt.
Auf diese Weise ist es möglich,
Blutlecks in der Membran des Dialysators zu detektieren, andere
Lecks in dem Dialysator oder in den Leitungen, die zu dem Dialysator
führen,
können jedoch
mit dieser Vorrichtung nicht bestimmt werden.
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Die
US 5,350,357 beschreibt
eine Vorrichtung für
die Peritonealdialyse mit einer Pumpvorrichtung zum Pumpen des Dialysats,
wobei die Pumpvorrichtung eine Membran umfasst. Diese wird mit Fluiddruck
oder Druckluft wie Ventile zum Steuern der Dialysatströmung betrieben.
Um zu bestimmen, ob die Pumpvorrichtung oder die Ventile Lecks haben,
wird in einer Testphase abwechselnd ein positiver und negativer
Luftdruck aufgebracht. Wenn der aufgebrachte Druck während einer
vorbestimmten Zeitspanne über
oder unter einen vorbestimmten Wert fällt oder steigt, wird eine
Fehleranzeige erzeugt. Dies erlaubt, dass die Pumpvorrichtung und
auch die Steuerventile auf Lecks überprüft werden. Es kann jedoch nicht bestimmt
werden, ob zum Beispiel die Dialyseleitungen ein Leck aufweisen.
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Aus
der
EP 0 298 587 ist
bekannt, zwei Strömungsmesser
sowohl in der Dialysatleitung vor dem Dialysator, als auch in der
Dialysatleitung nach dem Dialysator anzuordnen. Diese werden in
einer Kalibrierungsphase gegeneinander kalibriert, so dass jedes
Paar denselben Wert anzeigt.
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Wenn
diese Werte dann während
des Betriebs voneinander abweichen sollten, wird ein Alarm erzeugt.
Es ist jedoch nicht feststellbar, ob die Abweichungen aus einem
Leck, von Fehlern in den Strömungsmessern
oder von Ablagerungen auf den Messelementen der Strömungsmesser
resultieren.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Vor
diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit dem/der
in einem System mit strömendem
Fluid Lecks ermittelt werden können
und mit dem/der bestimmt werden kann, ob ein Leck vorhanden ist
oder ob Ablagerungen auf den Erfassungsmitteln vorhanden sind, um eine
genaue Kalibrierung der Erfassungsmittel insbesondere für Dialysegeräte sicherzustellen.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst, bei dem
- – in einer
ersten Phase ein erster Druck auf des Fluid aufgebracht wird, und
der Durchsatz und/oder die Strömungsgeschwindigkeit
zumindest an dem Eingang in das System und an dem Ausgang aus dem
System heraus detektiert wird,
- – in
einer zweiten Phase ein zweiter Druck, der sich von dem ersten Druck
unterscheidet, auf das Fluid aufgebracht wird und der Durchsatz und/oder
die Strömungsgeschwindigkeit
zumindest an dem Eingang in das System und an dem Ausgang aus dem
System heraus detektiert wird.
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Eine
erste Differenz wird zwischen den Werten, die in der ersten Phase
und in der zweiten Phase an dem Eingang bestimmt wurden, gebildet,
eine zweite Differenz zwischen den Werten, die in der ersten Phase
und der zweiten Phase an dem Ausgang bestimmt wurden, und eine dritte
Differenz zwischen der ersten und zweiten Differenz. Darüber hinaus
- – wird
eine vierte Differenz zwischen den Werten, die an dem Eingang und
dem Ausgang in der ersten Phase bestimmt wurden, gebildet,
- – wird
eine fünfte
Differenz zwischen den Werten, die an dem Eingang und dem Ausgang
in der zweiten Phase bestimmt wurden, gebildet und
- – wird
ein Diskriminator gebildet, der anzeigt, ob die Abweichungen der
detektierten Werte das Ergebnis eines Lecks sind oder durch die
Erfassungsmittel bewirkt wurden.
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Die
dritte Differenz ist der Indikator für ein Leck in dem System, wobei
ein Leck aufgetreten ist, wenn die dritte Differenz ungleich Null
ist.
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In
diesem Zusammenhang sind die Abweichungen auf das Erfassungsmittel
zurückzuführen, wenn
die dritte Differenz gleich Null ist und die vierte oder fünfte Differenz
ungleich Null sind.
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Auf
diese Weise kann festgestellt werden, ob die in beiden Phasen bestimmten
Werte zum Beispiel für
die Kalibrierung der Erfassungsmittel gegeneinander verwendet werden
können,
so dass eine genaue Kalibrierung sichergestellt werden kann.
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Der
Begriff Leck soll jede Art von Leck bezeichnen, das in einem System
mit strömendem
Fluid auftreten kann. Zum Beispiel kann dies Lecks betreffen, die
sich in Ventilen befinden, die in dem System vorhanden sind und
zulassen, dass sich Fluid unerwünscht
von einem Systembereich in den nächsten bewegt,
die aber nicht zulassen, dass Fluid aus dem System entweicht oder
in das System eindringt. Systematische Lecks, die insbesondere in
Systemen mit steifen Wänden
auftreten, wenn letztere Löcher
oder Risse aufweisen und zulassen, dass Fluid in das oder aus dem
System fließt,
können
ebenfalls betroffen sein. Auch ungleichmäßige Lecks, die insbesondere in
Systemen mit elastischen Wänden
auftreten, wenn letztere Risse oder ähnliches aufweisen, können betroffen
sein. In diesem Fall können
die Risse sich bei einem Druck aufgrund der gegebenen Elastizität der Wände schließen, während sie
sich bei einem anderen Druck öffnen,
so dass nicht kontinuierliche Lecks das Ergebnis sind.
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Wenn
eine Fluidströmung
von zum Beispiel 500 ml/min durch das System geführt wird, werden zum Beispiel
20 ml/min Fluid an der Position eines Lecks bei Aufbringen eines
ersten vorbestimmten positiven Drucks austreten, so dass an dem
Ausgang des Systems nur 480 ml/min ermittelt werden. Wenn in der
zweiten Phase ein höherer
zweiter Druck auf das strömende
Fluid aufgebracht wird, wird eine erhöhte Menge Fluid austreten,
zum Beispiel 40 ml/min. Somit wird an dem Ausgang eine Fluidmenge von
nur 460 ml/min gemessen werden, die aus dem System kommt, wenn wieder
500 ml/min Fluid durch das System geführt werden. Bei diesem Beispiel
beträgt
die Differenz an dem Eingang 0 ml/min, während sie an dem Ausgang –20 ml/min
beträgt.
Die dritte Differenz zwischen diesen zwei Werten beträgt ebenfalls –20 ml/min
und zeigt deshalb an, dass ein Leck in dem System vorhanden ist.
Wenn der abweichende Wert, der an dem Ausgang in der ersten Phase
bestimmt wurde, das Ergebnis eines Fehlers in dem Erfassungsmittels
wäre und
nicht eines Lecks in dem Sys tem, würde dieser abweichende Wert
auch bei Aufbringen des höheren
Drucks in der zweiten Phase auftreten. In diesem Fall wäre die Differenz
an dem Ausgang des Systems dann gleich Null, so dass die dritte
Differenz gleich Null wäre
und anzeigen würde,
dass kein Leck vorhanden ist. In diesem Fall wäre es nur erforderlich, die
Erfassungsmittel an dem Eingang und dem Ausgang des Systems gegeneinander
zu kalibrieren, da die Werte an dem Ausgang von denen, die an dem
Eingang bestimmt wurden, sowohl in der ersten als auch in der zweiten
Phase abweichen.
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Es
ist nicht erforderlich, dass die Fluidströmung, die in der ersten Phase
durch das System geführt
wird, gleich der Fluidströmung
ist, die in der zweiten Phase durch das System geführt wird,
obwohl dies vorgesehen ist, um die Ermittlung von Lecks gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung zu vereinfachen. Es ist nur erforderlich, dass die Fluidströmung, die
in jeder Phase durch das System geführt wird, konstant ist, um
zu ermöglichen, dass
eine genaue Vorhersage in Bezug auf das Vorhandensein von Lecks
in dem System gemacht werden kann. Wenn zum Beispiel eine Fluidströmung von
500 ml/min in einer ersten Phase durch das System geführt wird
und ein Wert von 480 ml/min an dem Ausgang des Systems als Ergebnis
eines Fehlers in dem Erfassungsmittel angezeigt wird, wird ein Wert von
460 ml/min an dem Ausgang in der zweiten Phase angezeigt werden,
wenn eine Fluidströmung
von 480 ml/min durch das System geführt wird. In diesem Fall beläuft sich
die Differenz an dem Eingang in das System und an dem Ausgang aus
dem System heraus in beiden Phasen auf –20 ml/min, so dass die dritte
Differenz, die aus diesen abgeleitet wird, gleich Null ist. Dies
zeigt an, dass die Abweichungen auf Fehler in dem Erfassungsmittel
zurückzuführen sind und
nicht auf Lecks in dem System, da die dritte Differenz gleich Null
ist und die vierte und fünfte
Differenz ungleich Null sind.
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An
dieser Stelle sollte erwähnt
werden, dass der so genannte Ausgang aus dem System mehrere einzelne
Ausgänge
umfassen kann, ebenso wie der sogenannte Eingang mehrere einzelne
Eingänge umfassen
kann. In einem solchen Fall würden
die an den einzelnen Ausgängen
bzw. den einzelnen Eingängen
detektierten Werte in jeder betreffenden Phase zu einem einzigen
Ausgangs- oder Eingangswert zusammengefasst, der dann verwendet
würde,
um die Differenzen auf die beschriebene Art und Weise zu bilden.
Zur Vereinfachung wird jedoch im Folgenden lediglich auf einen einzigen
Eingang oder Ausgang Bezug genommen, obwohl mehrere Eingänge bzw.
Ausgänge,
die zusammen den betreffenden Eingang oder Ausgang des Systems bilden,
immer auch davon umfasst sind.
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Wenn
ein Leck vorhanden ist, das in einer ersten Phase zulässt, dass
20 ml/min Fluid mit einem vorbestimmten ersten Druck und einer Fluidströmung von
500 ml/min austritt, werden 480 ml/min an dem Ausgang des Systems
detektiert werden. Dieses Leck lässt
zu, dass mehr Fluid in einer zweiten Phase mit einem höheren vorbestimmten
Druck austritt. Somit wird, wenn nur 480 ml/min Fluid in der zweiten Phase
durch das System geführt
werden, zum Beispiel 30 ml/min Fluid austreten, und an dem Ausgang des
Systems werden nur 450 ml/min detektiert werden. Somit beläuft sich
die Differenz an dem Eingang auf –20 ml/min, an dem Ausgang
auf –30
ml/min und die dritte Differenz zwischen diesen Mengen auf –10 ml/min.
Somit wird deutlich angezeigt, dass in dem System ein Leck vorhanden
ist.
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Es
kann auch ein Fall auftreten, bei dem die an dem Ausgang festgestellte
Differenz trotz des Vorhandenseins eines Lecks in dem System Null
beträgt.
Wenn zum Beispiel eine Fluidströmung
von 480 ml/min in der ersten Phase durch das System geführt wird,
und 20 ml/min Fluid bei einem ersten vorbestimmten Druck durch ein
Leck austreten, werden dort mehr als 20 ml/min Fluid bei einem zweiten
vorbestimmten höheren
Druck austreten. Bei einer Fluidströmung durch das System von zum
Beispiel 500 ml/min kann dies dazu führen, dass 40 ml/min Fluid an
dem Leck austreten, so dass ebenfalls eine Fluidrate von 460 ml/min
an dem Ausgang angezeigt werden. Somit ist die Differenz an dem
Ausgang gleich Null, während
sie an dem Eingang +20 ml/min beträgt. Folglich ist die dritte
hieraus hergeleitete Differenz ebenfalls +20 ml/min und zeigt deshalb
infolge ihrer Abweichung von Null deutlich das Vorhandensein eines
Lecks in dem System an.
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Der
Druck, der auf das Fluid in der ersten Phase aufgebracht wird, kann
ein positiver Druck sein, wie auch der Druck, der auf das Fluid
in der zweiten Phase aufgebracht wird. Nur die Differenz zwischen
den Drucken in der ersten und zweiten Phase ist wesentlich, wobei
es auch möglich
ist, wenn man dieses Erfordernis bedenkt, sowohl in der ersten als
auch in der zweiten Phase einen negativen Druck auf das Fluid aufzubringen.
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Es
ist jedoch auch möglich,
einen negativen Druck in der ersten Phase aufzubringen und einen positiven
Druck in der zweiten Phase oder umgekehrt. Wenn eine Fluidströmung von
zum Beispiel 500 ml/min in der ersten Phase durch das System geführt wird,
und ein positiver Druck aufgebracht wird, kann Fluid aus einem Leck
mit einer Geschwindigkeit von zum Beispiel 20 ml/min aus einem Leck
fließen, so
dass an dem Ausgang des Systems nur 480 ml/min detektiert werden.
Wenn jetzt in der zweiten Phase mit einer Fluidströmung von
480 ml/min ein negativer Druck aufgebracht wird, kann durch das Leck
Fluid in das System eintreten, so dass an dem Ausgang zum Beispiel
500 ml/min detektiert werden könnten.
Bei diesem Beispiel wird eine erste Differenz von –20 ml/min
an dem Eingang in das System detektiert und eine zweite Differenz
von +20 ml/min an dem Ausgang aus dem System, so dass die dritte Differenz,
die sich aus diesen beiden Differenzen ergibt, +40 ml/min beträgt. Hier
wird wiederum durch die Abweichung von Null der dritten Differenz
das Vorhandensein eines Lecks in dem System deutlich angezeigt.
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Es
ist jedoch von Vorteil, wenn ein positiver Druck sowohl in der ersten
als auch in der zweiten Phase aufgebracht wird. Auf diese Weise
wird im Falle eines Lecks immer Fluid aus dem System austreten,
was insbesondere für
Dialysegeräte
vorteilhaft ist. Unreinheiten von außen könnten dann nicht in das Dialysegerät eindringen,
was aufgrund des Eindringens von Fluid durch ein Leck möglich wäre, wenn
ein negativer Druck in beiden Phasen aufgebracht würde.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der angefügten abhängigen Ansprüche.
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Die
Aufgabe wird in einer Vorrichtung gelöst, in der
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- – zumindest
ein erstes und zweites Mittel zum Detektieren des Durchsatzes und/oder
der Strömungsgeschwindigkeit
des Fluids vorgesehen sind, wobei das erste Mittel an dem Eingang
des Systems angeordnet ist und das zweite Mittel an dem Ausgang
des Systems angeordnet ist,
- – ein
Mittel zum Erzeugen eines negativen und/oder positiven Drucks in
dem System vorgesehen ist, wobei das Mittel derart ausgebildet ist, dass
ein erster Druck auf das Fluid in einer ersten Phase aufgebracht
werden kann und ein zweiter Druck auf das Fluid in einer zweiten
Phase aufgebracht werden kann, wobei sich der erste Druck von dem
zweiten Druck unterscheidet,
- – ein
Mittel zum Bewerten der Durchsätze und/oder
Strömungsgeschwindigkeiten,
die durch das Erfassungsmittel detektiert werden, vorgesehen ist.
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Das
Bewertungsmittel ist derart ausgebildet, dass es
- – einen
ersten Differenzwert zwischen den Werten, die durch das erste Erfassungsmittel
in der ersten Druckphase und in der zweiten Druckphase geliefert
werden, bildet,
- – einen
zweiten Differenzwert zwischen den Werten, die durch das zweite
Erfassungsmittel in der ersten Druckphase und der zweiten Druckphase geliefert
werden, bildet,
- – einen
dritten Differenzwert zwischen dem ersten und dem zweiten Differenzwert
bildet,
- – eine
vierte Differenz zwischen den Werten, die an dem Eingang und dem
Ausgang in der ersten Phase bestimmt wurden, bildet,
- – eine
fünfte
Differenz zwischen den Werten, die an dem Eingang und dem Ausgang
in der zweiten Phase bestimmt wurden, bildet und
- – einen
Diskriminator bildet, der angibt, ob die Abweichungen der detektierten
Werte aus einem Leck resultieren oder durch das Erfassungsmittel bewirkt
wurden.
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Der
dritte Differenzwert ist der Indikator für das Vorhandensein eines Lecks
in dem System, wobei ein Leck vorhanden ist, wenn die dritte Differenz ungleich
Null ist.
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In
dieser Hinsicht sind die Abweichungen auf das Erfassungsmittel zurückzuführen, wenn
die dritte Differenz gleich Null ist und die vierte oder fünfte Differenz
ungleich Null sind.
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Auf
diese Weise kann festgestellt werden, ob die in den verschiedenen
Phasen bestimmten Werte, wie oben ausführlich beschrieben, für die Kalibrierung
des Erfassungsmittels verwendet werden können, so dass eine genaue Kalibrierung
sichergestellt wird.
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Somit
wird zu geringen Kosten eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Diskriminators
zur Verfügung
gestellt, die eindeutig bestimmt, ob die Abweichungen an dem Erfassungsmittel
das Ergebnis eines Lecks sind oder auf Verunreingiung oder andere Defekte
der Erfassungsmittel zurückzuführen sind.
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Es
sollte an dieser Stelle zur Kenntnis genommen werden, dass in einem
System mit verschiedenen Eingängen
und/oder Ausgängen
zumindest ein Erfassungsmittel an jedem Eingang bzw. Ausgang vorgesehen
ist. Der oben beschriebene Eingang oder Ausgang kann folglich mehrere
Eingänge bzw.
Ausgänge
umfassen und der vorgenannte Zustand ist gedanklich in jeder zukünftigen
Bezugnahme auf einen Eingang bzw. Ausgang umfasst.
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Vorzugsweise
umfassen die Mittel zum Detektieren des Fluiddurchsatzes und/oder
der Strömungsgeschwindigkeit
jeweils eine Drosselvorrichtung, ein Pumpmittel und ein Druckerfassungsmittel, die
derart angeordnet sind, dass Druck auf das Fluid aufgebracht werden
kann. Einerseits erlaubt dies, dass die Strömungsgeschwindigkeit auf eine
einfache Art und Weise als Ergebnis der oben genannten Beziehung
zwischen dem Druck und der Strömungsgeschwindigkeit
des Fluids an der Drossel bestimmt werden kann. Andererseits kann
der Druck, der auf das Fluid aufgebracht wird, genauso einfach mit
dem Pumpmittel gesteuert werden. Zu diesem Zweck sind die Drosselvorrichtung
und das Pumpmittel vorzugsweise so angeordnet, dass die Pumpe des
Erfassungsmittels, das an dem Eingang angeordnet ist, nach der Drosselvorrichtung
angeordnet wird, und die Pumpe des Erfassungsmittels, das an dem
Ausgang angeordnet ist, vor der Drosselvorrichtung angeordnet wird.
In beiden Fällen
sind die Druckerfassungsmittel zwischen dem betreffenden Pumpmittel und
der Drosselvorrichtung angeordnet. Der Druck in dem System kann
auf einfache Art und Weise reguliert werden durch Erhöhung oder
Verringerung des Durchsatzes der betreffenden Pumpen.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der angefügten abhängigen Ansprüche.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird nun detailliert mit Bezug zu den folgenden Zeichnungen
beschrieben. Darin zeigt
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1 eine
schematische Ansicht eines Systems mit strömendem Fluid,
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2 eine
schematische Ansicht eines Teils eines Dialysegerätes mit
einem Dialysator,
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3 eine
schematische Ansicht eines Teils eines Dialysegeräts mit einem
Dialysator, in dem ein zweiter Ausgang vorgesehen ist.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In 1 ist
ein System mit strömendem
Fluid schematisch dargestellt. Dieses System wird gebildet aus einer
Leitung 10, in die Fluid eingespeist wird und aus der Fluid
wieder ausgegeben wird, wie durch die Pfeile 12 und 14 gezeigt
wird. An dieser Stelle sollte zur Kenntnis genommen werden, dass
das System mit strömendem
Fluid, das hier erwähnt
ist, Teil eines größeren Systems
sein kann oder ein vollständiges
in sich geschlossenes System bilden kann.
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Ein
Erfassungsmittel 16 ist an dem Eingang in die Leitung 10 angeordnet,
wie ebenso ein Erfassungsmittel 18 an dem Ausgang. Diese
Erfassungsmittel detektieren die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids,
das durch die Leitung 10 geführt wird, und liefern diesen
Wert an das Bewertungsmittel 24. Darüber hinaus ist ein Druckerfassungsmittel 22 vorgesehen,
das hier gleichzeitig als Druckerzeugungsmittel 20 ausgebildet
ist. Dieses Druckerfassungsmittel liefert auch den bestimmten Druck
an das Bewertungsmittel 24, während das Bewertungsmittel 24 seinerseits
das Druckerzeugungsmittel 20 steuert.
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Wenn
die Erfassungsmittel 16 oder 18 verschiedene Werte
für eine
konstante Fluidströmung anzeigen,
kann dies darauf zurückzuführen sein, dass
die Erfassungsmittel 16 oder 18 entweder Ablagerungen
von Partikeln von dem strömenden
und möglicherweise
verunreinigten Fluid aufweisen, oder dass sie beschädigt sind.
Es kann jedoch auch dadurch verursacht sein, dass die Leitung 10 ein
Leck 26 aufweist, durch das Fluid austritt, wie durch die beschädigte Leitung
bei 26 angezeigt wird. Im Falle der Ablagerung von Partikeln
oder Beschädigung
der Erfassungsmittel 16 oder 18, müssen letztere
einfach gegeneinander kalibriert werden, so dass sie wieder beide
denselben Wert bei der konstanten Fluidströmung anzeigen, wie beispielsweise
in der WO 95/22743 offenbart wird.
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Wenn
die Leitung 10 jedoch ein Leck 26 aufweist, durch
das Fluid austritt, detektieren die Erfassungsmittel 16 oder 18 die
gegenwärtige
Fluidströmung
und zeigen deshalb unterschiedliche Werte an. Wenn die Erfassungsmittel
zu diesem Zeitpunkt gegeneinander kalibriert würden, würde dies zu einem fatalen Steuerungsfehler
in dem System führen.
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Um
festzustellen, ob die Abweichungen der Erfassungsmittel 16 oder 18 auf
Beschädigung
zurückzuführen sind
oder durch ein Leck 26 in der Leitung 10 bewirkt
werden, wird somit ein Testverfahren zum Bestimmen des Vorhandenseins
von Lecks in der Leitung 10 durchgeführt. Dieses Testverfahren liefert
unter anderem einen Diskriminator, mit dessen Hilfe festgestellt
werden kann, ob die in dem Testverfahren bestimmten Werte zum Kalibrieren
der Erfassungsmittel gegeneinander verwendet werden können. Zu
diesem Zweck wird zum Beispiel ein erster positiver Druck auf das
Fluid in der Leitung 10 in einer ersten Phase aufgebracht,
so dass eine bestimmte Menge Fluid aus dem Leck 26 austritt.
In dieser ersten Phase wird eine konstante Fluidrate von zum Beispiel
500 ml/min durch die Leitung 10 geführt. Dann werden an dem Leck 26 zum
Beispiel 20 ml/min austreten, so dass das Erfassungsmittel 18 an
dem Ausgang der Leitung 10 eine Fluidströmung von
nur 480 ml/min detektieren wird.
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Anschließend wird
in einer zweiten Phase ein zweiter höherer Druck auf das Fluid aufgebracht, das
hier wiederum durch die Leitung 10 bei konstanten 500 ml/min
geleitet wird. Als Ergebnis des höheren Drucks wird eine größere Menge
Fluid aus dem Leck 26 austreten, zum Beispiel 40 ml/min.
Somit wird das Erfassungsmittel 18 an dem Ausgang der Leitung 10 nur
460 ml/min detektieren. Auf diese Weise ist die erste Differenz
zwi schen den Werten, die von dem Erfassungsmittel 16 an
dem Eingang in beiden Phasen detektiert wurden, gleich Null, während die
zweite Differenz zwischen den Werten, die von dem Erfassungsmittel 18 an
dem Ausgang der Leitung 10 in beiden Phasen detektiert
wurden, –20 ml/min
beträgt.
Folglich beträgt
die dritte Differenz, die aus diesen beiden Differenzen gebildet
wird, –20 ml/min,
was anzeigt, dass ein Leck in der Leitung 10 vorhanden
ist. Wenn kein Leck vorhanden wäre
und die Abweichungen der von den Erfassungsmitteln 16 oder 18 detektierten
Werte auf eine Beschädigung der
Erfassungsmittel 16 oder 18 zurückzuführen wäre, dann
wäre die
Abweichung bei verschiedenen Drucken und deshalb auch die erste
und zweite Differenz identisch, so dass die dritte sich ergebende Differenz
gleich Null wäre.
In diesem Fall wären
die vierte Differenz der Werte, die an dem Eingang und dem Ausgang
in der ersten Phase bestimmt wurden, und die fünfte Differenz der Werte, die
in dem Eingang und dem Ausgang in der zweiten Phase bestimmt wurden,
ungleich Null, so dass der hieraus gebildete Diskriminator anzeigen
würde,
dass die in der ersten und zweiten Phase bestimmten Werte für die Kalibrierung
der Erfassungsmittel verwendet werden könnten.
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An
dieser Stelle sollte auch zur Kenntnis genommen werden, dass nur
die Differenz zwischen den Drucken in den zwei Phasen wichtig ist,
wie ausführlich
oben beschrieben wurde. Die Drucke können hier entweder positiv
oder negativ sein, oder einer kann positiv und der andere negativ
sein. Wenn ein negativer Druck in der Leitung 10 aufgebracht
wird, wird das umgebende Fluid, zum Beispiel Luft, in die Leitung 10 eingesogen
werden, so dass das Erfassungsmittel an dem Ausgang der Leitung 10 einen höheren Fluidwert
anzeigt.
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In 2 ist
ein Teil eines Dialysegerätes schematisch
gezeigt. Sie zeigt die Dialysatzufuhrleitung 32 zu einem
Dialysator 30 und die Dialysat austragsleitung 34 die
das verunreinigte Dialysat von dem Dialysator 30 austrägt. Die
Dialysatzufuhr- und -austragsleitungen 32 bzw. 34,
die hier gezeigt sind, bilden einen Teil eines Systems des gesamten
Dialysegerätes,
das nicht insgesamt dargestellt ist, und in dem das Verfahren zum
Bestimmen von Lecks angewendet wird.
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Ein
Erfassungs- oder Steuerungsmittel 61, auf das im Folgenden
als ein Begrenzer 61 Bezug genommen wird, und das eine
Pumpe 60, eine Drossel 62 und einen Drucksensor 64 umfasst,
ist an dem Eingang der Dialysatzufuhrleitung 32 angeordnet. Die
Dialysatzufuhrleitung 32 ist mit der Dialysataustragsleitung 34 durch
zwei Bypassleitungen 40 und 44 verbunden. An dem
Ausgang der Dialysataustragsleitung 34, deren Ausgang auch
den Ausgang des dargestellten Systems bildet, ist ein zweites Erfassungs-
oder Steuerungsmittel 71 angeordnet, auf das im Folgenden
als ein Begrenzer Bezug genommen wird und der eine Pumpe 70,
eine Drossel 72 und einen Drucksensor 74 umfasst.
Ein Bypassventil 42 bzw. 46 ist in jeder Bypassleitung 40 bzw. 44 angeordnet.
Eine UF-Zelle 52 bzw. 54 ist jeweils in der Dialysatzufuhrleitung 32 und
der Dialysataustragsleitung 34 zwischen den beiden Bypassleitungen 40 und 44 angeordnet.
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An
dieser Stelle sollte zur Kenntnis genommen werden, dass die oben
beschriebenen Erfassungsmittel in jeder anderen gewünschten
Form aufgebaut sein können
und durch andere geeignete Mittel ersetzt werden können. Zum
Beispiel kann es Zahnradpumpen, Kolbenpumpen oder andere Konstantvolumenpumpen
umfassen, die die genaue Detektion und Steuerung der Dialysatströmung zulassen.
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Ein
Abschlussventil 48 ist in der Dialysatzufuhrleitung 32 zwischen
dem Dialysator 30 und der Bypassleitung 44 angeordnet,
und ein Verschlussventil 50 ist in der Dialysataustragsleitung 34 zwischen
dem Dialysator 30 und der Bypassleitung 44 angeordnet,
so dass der Dialysator 30 vollständig von der Dialysatzufuhr
und dem Dialysataustrag abgetrennt wird. Dies ist erforderlich,
sowohl zum Austarieren der Erfassungsmittel als auch zum Bestimmen
von Lecks, da zum Beispiel zusätzliches
Fluid den Dialysatkreislauf durch die Membran des Dialysators erreichen
kann und fehlerhafte Ergebnisse beim Austarieren bewirken oder das
Vorhandensein eines Lecks anzeigen kann. Der Dialysator 30 ist
außerdem
mit einem Patienten durch die Blutleitungen 36 und 38 verbunden,
die nur vorgeschlagen sind.
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Sowohl
die UF-Zellen 52 und 54 als auch die Drucksensoren 64 und 74 sind
mit einem Bewertungsmittel 24 verbunden. Die Drucksensoren 64 und 74 detektieren
den Druck zwischen der Drossel 62 bzw. 72 und
der Pumpe 60 bzw. 70. Diese bestimmten Druckwerte
werden zu dem Bewertungsmittel 24 weitergeleitet, das die
Fluidströmung
in der Dialysatzufuhrleitung 32 oder der Dialysataustragsleitung 34 berechnet
wie vorher in Bezug auf die Beziehung zwischen der Strömungsgeschwindigkeit
und dem Druck an der Drossel beschrieben.
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Der
Fluiddurchsatz durch das beschriebene System kann mit Hilfe der
beiden beschriebenen ersten und zweiten Begrenzer 61 und 71 berechnet
werden, während
die UF-Zellen 52 und 54 die Fluidströmung messen.
Dies ist erforderlich zum Definieren der Ultrafiltrationsrate, die
aus der Differenz zwischen dem Dialysefluid, das dem Dialysator 30 zugeführt wird
und dem Dialysefluid, das aus dem Dialysator 30 ausgetragen
wird, berechnet wird.
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Während des
Betriebs des Dialysegerätes werden
jedoch Partikel, die von dem Dialysefluid in dem Dialysator 30 aufgenommen
werden, sowohl an der UF-Zelle 54, die in der Dialysataustragsleitung 34 angeordnet
ist, als auch an der Drossel 72 und der Pumpe 70 abgelagert.
Somit wird mit zunehmender Betriebsdauer die Detektion oder Messung
der Fluidströmung
zunehmend ungenau, so dass eine Kalibrierung der UF-Zellen 52, 54 und
des ersten und zweiten Begrenzers 61, 71 in vorbestimmten
Zeitabständen
stattfinden muss. Dabei wird der erste Begrenzer 61 gegen
den zweiten Begrenzer 71 austariert und die UF-Zelle 52 wird
gegen die UF-Zelle 54 austariert. Der erste Begrenzer 61 und
die UF-Zelle 52 liefern die Referenzwerte hierfür, da sie
nur in Kontakt mit frischem Dialysefluid sind und dementsprechend
Partikel oder Substanzen aus dem Blut hier nicht abgelagert werden.
Abweichungen zwischen diesen zwei Erfassungsmitteln sind deshalb unwahrscheinlich.
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Das
Verfahren zum Bestimmen von Lecks, das der oben beschriebene Diskriminator
liefert, kann in Kombination mit dem Austarieren der Erfassungsmittel
durchgeführt
werden, so dass kein zusätzlicher
Verfahrensschritt notwendig ist. Zusätzlich können Mittel, die bereits in
dem Dialysegerät
vorhanden sind, verwendet werden, so dass darüber hinaus keine ergänzenden
Mittel in dem Dialysegerät installiert
werden müssen.
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Das
Austarieren der Erfassungsmittel findet auch in zwei Phasen statt,
wie das Bestimmen von Lecks. In der ersten Phase, wird der Begrenzer 71 an dem
Ausgang gegen den Begrenzer 61 an dem Eingang kalibriert,
und der Nullwert der UF-Zellen 52 und 54 wird
definiert. Zu diesem Zweck ist das Bypassventil 42 in der
Bypassleitung 40 geöffnet,
und das Bypassventil 46 in der Bypassleitung 44 und
beide Abschlussventile 48 und 50 sind geschlossen. Dann
wird ein konstanter Fluidstrom geliefert, wie durch den Pfeil 12 angezeigt
wird, und wird durch den ersten Abschnitt 32a der Dialysatzufuhrleitung 32 zu der
Bypassleitung 40 und weiter zu dem ersten Abschnitt 34a der
Dialysataustragsleitung 34 geführt, wo er ausgetragen wird,
wie von dem Pfeil 14 angezeigt wird.
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Die
Werte, die von den Drucksensoren 64 und 74 während dieses
Verfahrens detektiert werden, werden dem Bewertungsmittel 24 zugeführt und dort
zum Berechnen des Fluiddurchsatzes verwendet. Da ein konstanter
Fluidstrom durch den ersten Abschnitt 32a der Dialysatzufuhrleitung 32,
die Bypassleitung 40 und den ersten Abschnitt 34a der
Dialysataustragsleitung 34 geführt wird, fließt derselbe Fluidstrom
durch den ersten und zweiten Begrenzer 61 und 71,
so dass diese denselben Wert anzeigen sollten. Natürlich setzt
dies voraus, dass keine Lecks vorhanden sind. Wenn die Begrenzer 61 und 71 dennoch
verschiedene Werte zeigen sollten, werden diese in dem Bewertungsmittel 24 für eine anschließende Korrektur
gespeichert.
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In
der ersten Phase werden die Messwerte, die von den UF-Zellen 52 und 54 geliefert
wurden, darüber
hinaus an das Bewertungsmittel 24 geliefert. Beide sollten
einen Nullwert anzeigen, da durch die UF-Zellen 52, 54 kein
Fluid strömt.
Wenn sie jedoch einen Wert anzeigen, kann dieser in dem Bewertungsmittel 24 für eine anschließende Nullwertkalibrierung
gespeichert werden, wobei diese Kalibrierung natürlich nur ausgeführt wird,
wenn kein Leck vorhanden ist.
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In
der ersten Phase wird ein erster vorbestimmter Druck auf das Fluid
aufgebracht, zum Beispiel ein positiver Druck. In der zweiten darauffolgenden
Phase wird ein zweiter vorbestimmter Druck aufgebracht, zum Beispiel
ein höherer
positiver Druck. Das Bypassventil 42 in der Bypassleitung 40 ist
zu diesem Zeitpunkt geschlossen, während das Bypassventil 46 in
der Bypassleitung 44 geöffnet
ist. Beide Abschlussventile 48 und 50 bleiben
geschlossen, so dass der Fluidstrom durch die Dialysatzufuhrleitung 32,
die UF-Zelle 52 und die Bypassleitung 44 zu der
Dialysat austragsleitung 34 und dort durch die UF-Zelle 54 und
den zweiten Begrenzer 71 strömt.
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Diese
Fluidgeschwindigkeit ist ebenfalls konstant und vorzugsweise dieselbe
wie die konstante Fluidströmung
in der ersten Phase. Deshalb sollten der erste Begrenzer 61 und
der zweite Begrenzer 71 wiederum dieselben Werte an das
Bewertungsmittel 24 liefern, wie dies diesmal auch die
UF-Zellen 52 und 54 tun sollten. Wenn die UF-Zellen 52 und 54 verschiedene
Werte anzeigen, können
sie gegeneinander kalibriert werden, vorausgesetzt die verschiedenen
Werte sind nicht das Ergebnis eines Lecks.
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Dies
kann durch Vergleichen der Werte, die von dem ersten Begrenzer 61 in
der ersten und zweiten Phase bestimmt wurden, und Bilden einer ersten Differenz,
durch Vergleichen der Werte, die von dem zweiten Begrenzer 71 in
der ersten und zweiten Phase bestimmt wurden, und Bilden einer zweiten
Differenz, und Bilden einer dritten Differenz aus diesen beiden
Differenzen festgestellt werden. Wenn die dritte Differenz gleich
Null ist, sind die Abweichungen zwischen dem ersten und zweiten
Begrenzer 61 und 71 in der ersten und zweiten
Phase identisch und kein Leck ist vorhanden. In diesem Fall können die Werte,
die von dem ersten und zweiten Begrenzer 61 und 71 geliefert
und in dem Bewertungsmittel 24 gespeichert wurden, für eine Kalibrierung
verwendet werden, wenn dies erforderlich ist.
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Dies
ist erforderlich, wenn die vierte Differenz zwischen den Werten
an dem Eingang und dem Ausgang in der ersten Phase und die fünfte Differenz zwischen
den Werten an dem Eingang und dem Ausgang in der zweiten Phase ungleich
Null sind, und die dritte Differenz gleich Null ist. Dies wird festgestellt durch
den Diskriminator. Wenn jedoch die dritte Differenz ungleich ist,
dann ist ein Leck vorhanden, wie ausführlich oben beschrie ben wurde.
In diesem Fall gibt das Bewertungsmittel 24 einen Alarm
aus, oder zur Sicherheit kann eine zweite Überprüfung auf Lecks durchgeführt werden.
Andere Maßnahmen können ebenfalls
durch das Bewertungsmittel 24 initiiert werden, wie etwa
das Anhalten der Dialysatströmung
etc.
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In 3 ist
auch ein Teil eines Dialysegerätes
schematisch gezeigt, in dem jedoch ein zweiter Ausgang in Form einer
Abzweigungsleitung 80 vorgesehen ist. Übrigens wurden entsprechende
Teile in dieser Figur mit entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet,
so dass eine erneute detaillierte Beschreibung dieser Teile weggelassen
wird. Eine UF-Pumpe 82 ist in der Abzweigungsleitung 80 angeordnet
und leitet eine bestimmte Menge von verunreinigtem Dialysat aus
der Dialysataustragsleitung 34 und in ein Mess- oder Sammelgefäß 84.
Damit wird Ultrafiltration in der bekannten Art und Weise durchgeführt, wobei
die entzogene Menge an Flüssigkeit
in dem Mess- oder Sammelgefäß 84 gesammelt
wird. Die Menge des entzogenen verunreinigten Dialysefluids wird
gemessen, zum Beispiel indem ein Sensor 86 verwendet wird,
der mit dem Bewertungsmittel 24 verbunden ist. Dieses wiederum
steuert die UF-Pumpe 82 und reguliert somit in Kenntnis
der Fluidgeschwindigkeiten durch die Begrenzer 61 bzw. 71 die Ultrafiltrationsrate
in einer bekannten Art und Weise.
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Die
UF-Pumpe 82 wird vorzugsweise während der Kalibrierung der
Erfassungsmittel 61 und 71 gestoppt. Es ist jedoch
auch möglich,
dass die UF-Pumpe 82 während der
Kalibrierung in Betrieb bleibt, so dass der Wert, der dann an dem
Ausgang des Systems bestimmt wird, durch Addition in der oben beschriebenen
Weise gebildet wird. In der ersten Phase wird der Wert, der von
dem Begrenzer 71 bestimmt wird, dem Wert, der in der gewünschten
Art und Weise an der Abzweigungsleitung 80 bestimmt wird,
hinzugefügt
und ebenso in der zweiten Phase, so dass sich ein Wert ergibt, der
den gesamten Ausfluss aus dem Ausgang des Systems jeweils in der ersten
und zweiten Phase anzeigt. Auf diese Weise kann das im Einzelnen
oben beschriebene Verfahren in einer einfachen Art und Weise zum
Bestimmen von Lecks verwendet werden, sogar für Systeme mit verschiedenen
Ausgängen,
und ein Diskriminator kann erzeugt werden.
-
Die
oben beschriebenen Ausführungsformen stellen
nur Beispiele für
den Einsatz der Erfindung dar und wurden ausgewählt, um die Erfindung zu erläutern. Sie
beschränken
die Erfindung nicht auf die offenbarten Kombinationen der Merkmale,
die nur eine Auswahl der Möglichkeiten
für den
Einsatz der Erfindung darstellen.
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- 10
- Leitung
- 12
- Fluidzufuhrleitung
- 14
- Fluidaustragsleitung
- 16
- Erfassungsmittel
- 18
- Erfassungsmittel
- 20
- Druckerzeugungsmittel
- 22
- Druckmessmittel
- 24
- Bewertungsmittel
- 26
- Leck
- 30
- Dialysator
- 32
- Dialysatzufuhrleitung
- 32a
- erster
Abschnitt
- 34
- Dialysataustragsleitung
- 34a
- erster
Abschnitt
- 36
- Blutleitung
- 38
- Blutleitung
- 40
- Bypassleitung
- 42
- Bypassventil
- 44
- Bypassleitung
- 46
- Bypassventil
- 48
- Ventil
- 50
- Ventil
- 52
- UF-Zelle
- 54
- UF-Zelle
- 60
- Pumpe
- 61
- Begrenzer
- 62
- Drossel
- 64
- Drucksensor
- 70
- Pumpe
- 71
- Begrenzer
- 72
- Drossel
- 74
- Drucksensor
- 80
- Abzweigungsleitung
- 82
- UF-Pumpe
- 84
- Mess-/Sammelgefäß
- 86
- Sensor