DE19655228B4

DE19655228B4 - Vorrichtung zum Entfernen von Luftbläschen aus dem Blutkreislauf eines modularen Heimdialysesystems

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Publication number: DE19655228B4
Application number: DE19655228A
Authority: DE
Inventors: Rodney S. Libertyville Kenley; Dawn Grayslake Matthews; Douglas L. Grunee Wilkerson; Dennis M. Gurnee Treu; Frederick H. Barrington Peter Jun.; Tom L. Gurnee Brose; Eric Wheeling Bell; Thomas M. Palatine Feldsein; Kenneth E. Vernon Hills Pawlak; Donald C. Mundelein Walker; H. Gordon Minns; Wayne F. Mt. Prospect Adolf
Original assignee: Aksys Ltd
Current assignee: Aksys Ltd
Priority date: 1995-02-13
Filing date: 1996-02-13
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2016-02-14
Also published as: US5674404A; GB2310602B; CA2271595C; GB9705433D0; GB9705390D0; US5591344A; GB2310618B; US5645734A; GB2310615A; US5705066A; GB2320209A; JP2002503115A; JP3834552B2; US5670050A; US5702606A; US5674397A; CA2271595A1; GB2310613A; GB2320210B; US5783072A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dialysemaschine zur Durchführung einer Dialyse von Körperfluiden eines Patienten. Die Maschine ist modular aufgebaut und weist eine integrale Wasservorbehandlungs- und Aufbereitungseinheit, sowie ein Dialysatherstellungs- und extrakorporales Kreislaufmodul auf. Die Anordnung ist computergesteuert und wird über ein als Patientenschnittstelle und Steuereinheit dienendes Modul kontrolliert. Eine Wasservorbehandlungseinheit mit temperaturgesteuertem Mischventil und integrierter Wasserfiltrations- und Aufbereitungseinheit und einem Druckbegrenzer mit integralem Probeentnahmeausgang versorgt die Dialysemaschine mit Wasser. Das Dialysatherstellungsmodul weist einen im Wesentlichen unnachgiebigen Behälter mit zugehörigen Flaschen für Chemikalienchargen und Untereinheiten zur automatischen Chemikalienabgabe und Vermischung auf. Es werden neue automatische Prozesssteuerungsverfahren zur Statusüberprüfung und Funktionskontrolle der kritschen Systemkomponenten, der Ultrafiltrationsüberwachung und der Temperatur-, Druck- und Leitfähigkeitsbedingungen vor der Dialysebehandlung vorgeschlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entfernen von Luftbläschen aus Blut in einem modularen Dialysesystem, insbesondere einem außerhalb der üblichen Dialysekliniken, also beispielsweise zu Hause oder in Pflegeeinrichtungen verwendbaren Dialysesystem.
Die Dialyse, insbesondere die Hämodialyse und die Peritonealdialyse, ist ein Behandlungsverfahren für Patienten, die an Funktionsstörungen der Nieren leiden. Bei der Hämodialyse wird Blut aus dem Körper des Patienten durch einen als künstliche Niere wirkenden extrakorporalen Kreislauf, den sogenannten Dialysator, wo im Blut mitgeführte Toxine und überschüssiges Wasser durch eine semipermeable Membran aus dem Blut in einen Elektrolyten, das sogenannten Dialysatmedium, gefiltert werden. Eine weitverbreitete Form des Dialysators weist eine große Anzahl semipermeabler, hohler Membranfasern auf, wodurch die bei der Dialyse beteiligte Oberfläche stark vergrößert wird, so daß Diffusion und Konvektion über die Membranen erleichtert werden.
Bekannte Dialysesysteme bestehen üblicherweise aus zwei Teilen: Ein Teil umfaßt einen extrakorporalen Blutkreislauf und der andere einen Kreislauf oder einen Strömungsweg für das Dialysat. Typischerweise stellt der gesamte Kreislauf für das Blut einen Wegwerfartikel dar und umfaßt: 1) eine arterielle und venöse Fistelnadel, 2) ein arterielles (Einström-) und venöses (Ausström-)Schlauchset, 3) ein Dialysegerät, 4) eine physiologische Vorbefüllungslösung (Salzlösung) mit Infusionsbesteck und 5) einen Gerinnungshemmer wie z. B. Heparin oder Natriumzitrat mit Infusionsbesteck. Über die arterielle Nadel wird dem Patienten über einen geeigneten Zugang Blut entnommen, das dann über die arteriellen Blutschläuchen zum Dialysegerät geführt wird.
Zu der arteriellen Leitung gehört üblicherweise ein Pumpabschnitt, der mit einer Dreh- oder Peristaltikblutpumpe der Hämodialysemaschine verbunden ist, Drucküberwachungskammern, die Schläuche aufweisen, die zu ebenfalls in der Maschine vorgesehenen Meßwertaufnehmern für den Druck führen, um den Druck vor und/oder nach der Pumpe zu messen, Einlaßöffnungen für die Salzlösung und den Gerinnungshemmer, sowie eine oder mehrere Injektionsstellen, um Blut abzuziehen oder Medikamente zu injizieren.
Das Dialysegerät selbst umfaßt einen Kasten, in welchem sich ein Bündel Hohlfasern mit semipermeablen Membranen befinden. Das Blut zirkuliert im Inneren der Hohlfasern, während die Dialyselösung außen zirkuliert, so daß beide niemals in direkten Kontakt gelangen. Aufgrund eines Konzentrationsgradienten diffundieren Giftstoffe aus dem Blut in die Dialyselösung. Überschüssiges Wasser im Blut des Patienten gelangt aufgrund eines Druckgradienten in das Dialysat. Die Membranen können aus Materialien auf Zellulosebasis oder aus synthetischen Polymeren bestehen.
Über die venöse Leitung und die zugehörige Nadel wird das frisch dialysierte Blut von dem Dialysegerät weg und zurück in den Blutkreislauf des Patienten geführt. Das venöse Besteck besteht aus einer Drucküberwachungskammer mit Schläuchen, die zu einem weiteren in der Maschine vorgesehenen Meßwertaufnehmer für den Druck führen, Injektionsstellen, und einem Schlauchabschnitt, der mit einem Luftdetektor der Maschine verbunden ist, damit die Gefahr einer Luftembolie beim Patienten verhindert wird.
Bei heutigen Dialysemaschinen wird die Dialyselösung typischerweise kontinuierlich dadurch hergestellt, daß Wasser, das zunächst durch ein Wasseraufbereitungssystem gereinigt wurde, mit flüssigen Elektrolytkonzentraten gemischt wird. Im letzten Jahrzehnt haben sich die Dialysatkonzentrate von einer einzelnen Formulierung, die Acetat als physiologischen Puffer zur Korrektur der Kreislaufacidose enthielt, zu zwei separaten Bestandteilen weiter entwickelt, wobei Bicarbonat das Acetat als Puffer ersetzt. Zwei Dosierpumpen werden benötigt, wobei die erste das Bicarbonatkonzentrat mit Wasser und die zweite diese Mischung mit den konzentrierten Elektrolyten mischt, um die endgültige, physiologisch verträgliche Lösung zu erhalten.
Die meisten heutigen Hämodialysemaschinen messen den Druck am Blutauslaß des Dialysegerätes mittels Druckaufnehmern, die mit den Blutschläuchen verbunden bzw. im Dialysatkreislauf vorgesehen sind. Mikroprozessoren berechnen einen geschätzten Transmembrandruck (TMP), der mit der durch die Membran tretenden Wassermenge korrelliert. Diese Maschinen weisen auch Mittel auf, um die Menge an Dialyselösung zu messen, die in das Dialysegerät ein- und ausströmt, so daß die Gesamtmenge an Wasser, die durch Ultrafiltration aus dem Patienten entfernt wurde, berechnet werden kann. Durch elektronischen Vergleich der bei einem bestimmten Transmembrandruck in das Blut eintretenden oder aus ihm heraustretenden Wassermenge, ist das System in der Lage, die aus dem Blut des Patienten zu entfernende Wassermenge aktiv zu kontrollieren, um einen vorprogrammierten Wert zu erreichen. Wenn Zellulosemembranen mit niedriger Wasserdurchlässigkeit verwendet werden, muß auf der Seite des Dialysats ein Unterdruck von der Maschine an die Membran angelegt werden, damit eine ausreichende Beseitigung von Wasser ermöglicht wird. Wegen des auf das Dialysat beim Durchströmen des Dialysators wirkenden Unterdrucks, muß es zunächst in einer Ausgaskammer unter ein größeres Vakuum gesetzt werden, so daß im Dialysator keine Luftbläschen erzeugt werden, was zu Fehlberechnungen der Ultrafiltration durch die Sensoren und zu einer Verringerung der Effizienz des Dialysators führen würde. Werden andererseits synthetische Membranen mit hoher Wasserdurchlässigkeit verwendet, ist es häufig notwendig, einen positiven Druck auf der Dialysatseite auszuüben, um die ansonsten zu starke Ultrafiltrationsrate zu steuern.
In den USA werden die meisten Dialysatoren wieder verwendet. Weltweit besteht der Trend, Dialysatoren wieder zu verwenden.
Es gibt zahlreiche, sowohl manuelle als auch automatische Verfahren, um Dialysatoren wieder aufzubereiten. In den Dialysezentren werden spezielle Maschinen zum vielfachen, gleichzeitigen Aufbereiten von Dialysatoren eingesetzt.
Diese Verfahren müssen in Bereichen durchgeführt werden, die den Umgang mit biogefährdendem Material erlauben, da stets die Gefahr eines Kontaktes mit menschlichem Blut besteht und sowohl Hepatitis als auch AIDS bei Dialysepatienten relativ häufig vorkommen. Darüber hinaus geben die OSHA und das Amerikanische Umweltbundesamt (EPA) verschiedenste Arbeitsrichtlinien hinsichtlich der verwendeten, für den Menschen gefährlichen Sterilisations- und Reinigungsmittel vor.
Das Aufbereiten der Dialysatoren und der Leitungen kann auch in der Dialysemaschine durchgeführt werden. Das amerikanische Patent U.S. Nr. 4,695,385 A von Boag beschreibt einen Reinigungsapparat für Dialysatoren und Leitungen. Die dort beschriebene Vorrichtung ist ständig oder zumindest für eine gewisse Zeit mit der Dialysemaschine verbunden.
Schließlich müssen die Fluidkreisläufe der Dialysemaschine in regelmäßigen Abständen gereinigt und desinfiziert werden. Hierfür gibt es zwei Gründe. Der erste Grund betrifft die Tatsache, daß in der Vergangenheit keine sterilen Dialysate verwendet wurden. Seit die Dialyse als Behandlungsmethode eingesetzt wird, hat man sich darauf verlassen, daß die Membran des Dialysators eine sterile Barriere zwischen dem Dialysat und dem Blut des Patienten darstellt. Dies ist gewiß für ganze Bakterien richtig, aber in den letzten Jahren ist die Besorgnis gewachsen, daß mit der Verwendung von synthetischen Membranen und ihrer poröseren Struktur, Endotoxine oder deren Bestandteile durch diese Membranen hindurchtreten und Entzündungsprozesse im Patienten auslösen können. Wenn Dialysate verwendet werden, die Bicarbonat enthalten, fällt unweigerlich Calciumcarbonat aus und reichert sich in den Armaturen an, so daß es mit einer sauren Lösung wieder aufgelöst werden muß.
In der Vergangenheit haben viele künstliche Nieren ein Dosiersystem zur Herstellung der Dialyselösung und ihrer Abgabe in das Hämodialysegerät verwendet. In den frühen Jahren der Hämodialyse wurde nur ein sogenanntes Behälter- oder Chargensystem verwendet. Die Maschine besaß einen großen Behälter, in welchem zur Herstellung der Dialyselösung gereinigtes Wasser mit Trockenchemikalien vorgemischt wurde, um anschließend aufgewärmt und durch den für das Dialysat vorgesehenen Strömungsweg des Dialysators rezirkuliert zu werden. Bicarbonat wurde als Puffer eingesetzt; CO₂ wurde durch die Lösung geperlt oder es wurde Milchsäure zugegeben, um das Ausfällen von Calcium/Magnesiumcarbonat zu verhindern. Mit den damaligen ineffizieten Dialysegeräten waren Dialysezeiten von 12 oder mehr Stunden die Regel. Dabei stellte das warme Dialysat ein vorzügliches Kulturmedium für bakterielles Wachstum dar. Die lange Behandlungszeit bei der Dialyse vergrößerte das Problem. Zur Lösung dieses Problems wurden Systeme entwickelt, bei denen die Dialyselösung zum Gebrauchszeitpunkt aus gereinigtem Wasser und Konzentrat hergestellt wurde. Das Konzentrat enthielt Acetat als physiologisches Puffermittel, weil Bicarbonat gerne mit Calcium und Magnesium ausfällt, wenn es im gleichen Konzentrat vorhanden ist.
Mitte der 90-iger Jahre gibt es in den USA ca. 180.000 und weltweit fast 500.000 Dialysepatienten. Die meisten von ihnen erhalten ihre Dialyse in Hämodialyse-Zentren, während etwa 17% zu Hause Peritonealdialyse erhalten und bei weniger als 3% zu Hause Hämodialyse durchgeführt wird. Hämodialyse wird in den Zentren typischerweise dreimal pro Woche jeweils für eine Dauer zwischen zwei und vier Stunden durchgeführt. Eine viermal pro Woche stattfindende Dialyse ist zwar physiologisch günstiger, wird aber nur bei Patienten angewendet, bei denen es wichtige Gegenanzeigen gegen eine dreimal pro Woche stattfindende Dialyse gibt, welche im allgemeinen mit kardiovaskularen Instabilitäten zusammenhängen. Heim-Hämodialyse wird typischerweise ebenfalls dreimal pro Woche durchgeführt.
Drei Dialyseeinheiten pro Woche werden in der Mehrzahl der Dialysezentren als Standardzeitplan angesehen, jedoch gibt es zahlreiche wissenschaftlich Hinweise, daß eine häufigere Dialyse mit jeweils kürzerer Dauer günstiger ist. Während die gesunden menschlichen Nieren dauernd arbeiten, und allmähliche Änderungen im Gesamtfluidvolumen des Körpers und im Niveau der Stoffwechselrückstände erzeugen, führen die dreimal wöchentlich stattfindenden Dialysebehandlungen zu abnormalen physiologischen Fluktuationen, die mit einer erheblichen Belastung des Patienten verbunden sind.
Der mit der An- und Abreise zum und vom Dialysezentrum und mit der Dialyse selbst verbundene Zeitaufwand ist für die Patienten am annehmbarsten, die drei Behandlungen pro Woche durchführen lassen. Folglich stimmen nur die Patienten, die nicht tolerierbare Unverträglichkeiten im Zusammenhang mit Fluktuatioen des Körperfluidvolumens und die damit zusammenhängenden Symptome zeigen, häufigeren, d. h. viermal pro Woche stattfindenden Dialysebehandlungen zu. Bei Heimdialysepatienten führt eine häufigere Dialyse als die übliche dreimal pro Woche stattfindende, zu einer größerer Beanspruchung der Verwandten, die beim Aufbau helfen und den Patienten überwachen und auch beim Patienten selbst, der normalerweise die meiste Arbeit beim Auf- und Abbau sowie der Reinigung der Anlage macht. Folglich ist der häufigere, d. h. mindestens viermal pro Woche stattfindende Einsatz der Heimdialyse, wenigstens bis jetzt, noch nicht sehr verbreitet.
Viele Patienten haben große Schwierigkeiten, ein "trockenes" Körpergewicht zu erreichen, wenn sich bei ihnen zwischen den Dialysebehandlungen drei, vier oder mehr Kilogramm Fluid anreichern. Einige Patienten, insbesondere jene mit Herzerkrankungen, tolerieren eine Flüssigkeitszunahme von nur zwei Kilogramm äußerst schlecht. Sie sind vor der Dialyse kurzatmig und haben während der Dialyse Muskelkrämpfe und Hypotensionen. Sie fühlen sich "ausgewaschen" und sind extrem schwach und brauchen mehrere Stunden, um wieder ins Gleichgewicht zu kommen und wieder arbeiten zu können. Die Serumkonzentration des hochgiftigen Kaliums erreicht häufig ein gefährliches Niveau (mehr als sieben mEq/L), was insbesondere vor der ersten Dialyse nach einem längeren dialysefreien Zeitraum der Fall ist, z. B. nach einem Wochenende. Als weitere wichtige Parameter wären die Calciumkonzentration und pH zu nennen, die bei vielen Patienten vor der Dialyse zu niedrig und nach der Dialyse zu hoch sind. Aufgrund der empirischen Befunde werden diese Patienten in vielen Hämodialysezentren für vier Dialysebehandlungen pro Woche vorgesehen.
In der Vergangenheit wurden künstliche Nieren unter der Prämisse entwickelt, daß das Gerät für die Dialyse selbst sehr weit entwickelt und weitgehend automatisiert sein sollte, während dies für die Vorbereitung und Reinigung als weniger wichtig erachtet wurde. Diese Prämisse war zutreffend, solange die Dialysebehandlungen seltener stattfanden und lange dauerten, wobei der Zeitaufwand für den Aufbau und die Reinigung des Gerätes verglichen mit der gesamten Dialysedauer relativ kurz war.
Im Laufe der Zeit wurden jedoch immer effizientere Dialysegeräte entwickelt und die Behandlungsdauer für eine einzelne Dialyse sank immer weiter auf 8, 4 und sogar bis auf zwei Stunden. Mit den moderneren, effizienteren Dialysegeräten wurde dem Patienten ein Überschuß an Acetat verabreicht, den der Körper nicht mehr metabolisieren konnte, was zu kardiovaskulären Instabilitäten führte. Zur Beseitigung dieses Problems kehrte man wieder zu Bicarbonat als Puffer zurück, wobei die Anlage jedoch als Dosiersystem ausgebildet war. Durch die chemische Inkompatibilität von Bicarbonat mit Calcium und Magnesium werden dabei zwei Dosierpumpen benötigt, wobei die erste Pumpe das Bicarbonatkonzentrat mit Wasser mischt und die zweite Pumpe diese Mischung zu dem konzentrierten Elektrolyten dosiert, wodurch die endgültige, chemisch verträglich Lösung erhältlich ist. Mit einer kurzen, täglich stattfindenden Dialysebehandlung von 1–3 Stunden Dauer eröffnet sich die Möglichkeit, die Notwendigkeit eines Dosiersystems fallenzulassen.
Wenn jedoch die kurze tägliche Hemodialyse in einer Dialyseklinik stattfindet, erhöhen sich die damit für den Patienten verbundenen Anreisezeiten, Kosten und andere Unannehmlichkeiten dramatisch. Sollte sich diese Praxis bei einer großen Anzahl der Patienten des Dialysezentrums durchsetzen, ist damit auch eine zusätzliche Belastung für das Personal verbunden. Außerdem müßte die Kapazität der Klinik erhöht werden, um die größere Anzahl der daraus resultierenden Einzelbehandlungen bewältigen zu können, wozu selbstverständlich auch höhere Mittel notwendig wären. Aus obigen Erläuterungen ergibt sich, daß eine tägliche, kurze Dialysebehandlung am besten beim Patienten zu Hause stattfindet.
Das amerikanische Patent US Nr. 5,336,165 A von Twardowski beschreibt ein Verfahren, mit dem zahlreiche Probleme überwunden werden können, die mit herkömmlichen Dialysegeräten verbunden sind. Dieses Patent beschreibt ein Hämodialysesystem, das ein eingebautes Wasseraufbereitungssystem besitzt. Außerdem verfügt es über Mittel zur automatischen Formulierung von Chargen der Dialyselösung, zur automatischen Wiederaufbereitung, zur automatischen Einstellung, zur automatischen Reinigung und Desinfektion der Blut- und Dialysatkreisläufe und es benötigt durch die Verwendung von trockenen und konzentrierten chemischen Reagenzien nur einen geringen Lagerraum. Dieses System ist für die Heimdialyse geeignet.
Die Tatsache, daß die Heimdialyse bis jetzt noch keine weite Verbreitung gefunden hat, hängt zum Teil damit zusammen, daß bis heute noch kein benutzerfreundliches, effizientes Heimdialysesystem zu einem günstigen Preis erhältlich ist, das den Patienten und die Familie des Patienten von dem zeitaufwendigen und komplizierten Auf- und Abbau der Heimdialyseanlage entlastet.
Der vorliegenden Erfindung liegt ein modulares Hämodialysegerät zugrunde, das insbesondere für den Einsatz zu Hause geeignet ist, und das ein kostengünstiges, transportables, einfach zu bedienendes und extrem zuverlässiges Heimdialysesystem darstellt, bei dem im wesentlichen der gesamte Prozeß automatisiert ist und lediglich ein Minimum an Eingaben und Arbeitsaufwand durch den Patienten erfordert. Das der Erfindung zugrundeliegende Hämodialysesystem ist in der Offenlegungsschrift DE 196 05 260 A1 zu dem vorliegenden Patent, auf deren Offenbarung vollumfänglich Bezug genommen wird, ausführlich beschrieben. Durch eine wesentliche Verringerung des Arbeitsaufwandes und der Entsorgungskosten, verglichen mit herkömmlichen Anlagen zur Heimdialyse, ermöglicht die vorliegende Erfindung einer größeren Gruppe von Hämodialysepatienten kurze, tägliche Hämodialysebehandlungen zu Hause durchzuführen. Durch Anwendung der vorliegenden Erfindung kommen diese Patienten in den Genuß dieser Behandlungsmethode, die nachweislich hervorragende klinische Ergebnisse gezeigt hat, ohne daß die mit der Fahrt zu entfernten Behandlungszentren verbundenen Unannehmlichkeiten auftreten.
Insgesamt betrachtet betrifft die vorliegende Erfindung ein Hämodialysegerät mit integrierter Wasseraufbereitung, Dialysatherstellung und extrakorporalem Kreislauf, die sich unter der Kontrolle eines zentralen Computers befinden, der durch eine Kontrolleinheit, die gleichzeitig eine Schnittstelle zum Patienten darstellt, gesteuert wird. Eine Wasservorbehandlungseinheit für das Gerät wird zu Hause installiert und mit den Heiß- und Kaltwasserleitungen des Haushaltes verbunden. Die Wasservorbereitungseinheit weist ein temperaturgesteuertes Mischventil, Wasserfilter, Kohlefilter und gegebenenfalls, abhängig von Zusammensetzung und Art der örtlichen Wasserversorung, weitere Reinigungs- und Aufbereitungsmittel auf. Außerdem verfügt das Gerät über ein integriertes Druckbegrenzungsventil, das einen Probeentnahmeauslaß für das Wasser besitzt, um das behandelte Wasser auf Chlor- oder Chloraminrückstände zu überprüfen. Die Wasservorbehandlungseinheit versorgt das Gerät mit aufbereitetem Wasser mit einer Temperatur von etwa 30°C oder niedriger und mit einem im wesentlichen konstanten Druck.
Die Einheit zur Dialysatherstellung enthält einen im wesentlichen unnachgiebigen Behälter zur Dialysatherstellung, der über eine neue und vorteilhafte Untereinheit zur Zugabe und Dispersion von Chemikalien verfügt, wobei die Untereinheit am Behälter montiert ist und automatisch Dialysatchemikalien in den Dialysat-Herstellungsbehälter gibt. Die Untereinheit zur Zugabe und Dispersion von Chemikalien umfaßt Flaschen mit Dialysatchemikalien, auf deren Außenfläche maschinenlesbare Markierungen zur Identifikation angebracht sind. Wenn der Patient die falschen Flaschen an der Untereinheit zur Zugabe und Dispersion installieren will, wird ein Alarm ausgelöst und dem Benutzer wird angezeigt, die Flasche durch die korrekte Flasche auszutauschen.
Die Wasseraufbereitung, der Dialysatherstellung und der Betrieb des extrakorporalen Kreislaufmoduls benötigen neue und vorteilhafte Prozeßsteuerungsverfahren, damit die Zuverlässigkeit und Effizienz während des Dialyseprozesses gewährleistet bleibt. Das Ultrafiltrationssystem, der Dialysatfilter (oder "Ultrafilter/Pyrogenfilter"), der Dialysator, der extrakorporale Kreislauf, der Dialysatkreislauf und das Clearancevermögen des Dialysators werden automatisch überprüft, bevor die Dialysebehandlung durchgeführt wird. Aus Gründen der Meßgenauigkeit werden außerdem vor jeder Dialyse die wesentlichen Drucksensoren und die Blutpumpe automatisch kalibriert. Um diese und andere Prozeßregelungsmerkmale zu erhalten, mußten neue und vorteilhafte Untereinheiten, Strömungswege und Systemunterkomponenten in den Aufbau des Gerätes integriert werden.
In einem extrakorporalen Kreislauf ist üblicherweise eine Kammer zum Abtrennen der Luft aus dem zum Patienten zurückfließenden Blut und zur Blutdrucküberwachung im extrakorporalen Kreislauf vorgesehen. Derartige auch als Blasenfallen bezeichneten Vorrichtungen haben den Nachteil, dass aufgrund der dort vorhandenen Blut/Luft-Grenzfläche die Entstehung von Gerinnungsprodukten im Blut begünstigt wird. Darüber hinaus sind derartige Blasenfallen auf Grund der erforderlichen Ventilanordnungen, Niveauwächter kompliziert und teuer, sowie schwer zu reinigen.
Blasenfilter aus dem medizinischen Bereich sind beispielsweise aus DE 1 959 679 A1 und DE 32 23 445 A1 bekannt
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zu Grunde, anstelle der Blasenfalle eine Vorrichtung zum Entfernen von Luftblasen aus dem Blutkreislauf und zur Drucküberwachung bereitzustellen, die einfacher aufgebaut ist und kostengünstiger hergestellt werden kann. Außerdem soll die Vorrichtung mehrfach wiederverwendbar sein und zum Einbau in eine mobile Heimdialysestation einfach und zuverlässig gereinigt werden können.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.
Mit dem mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung versehenen Dialysegerät kann außerdem, ohne den Einsatz von Desinfektionsmittel, ein Deinfektionsverfahren auf der Basis von heißem, reinem Wasser für das gesamte Gerät, einschließlich der Wasseraufbereitungseinheit, durchgeführt werden. Das computergesteuerte Wasser des Infektionsverfahrens nutzt strategisch in den Strömungswegen des Gerätes plazierte Thermistoren, um die Wassertemperatur zu überwachen und eine Rückkopplungskontrolle für das Verfahren bereitzustellen. Das System kann jedoch im Notfall auch chemisch desinfiziert werden.
Auf der Grundlage der obengenannten Merkmale und weiterer Merkmale stellt die vorliegende Erfindung ein hochwirksames und benutzerfreundliches Gerät dar, das nur eine minimale Bedienung durch den Benutzer erfordert. Somit ist das erfindungsgemäße Gerät vor allem zum Einsatz bei kurzen, täglich stattfindenden Hämodialysebehandlungen geeignet. Das gesamte Gerät ist so aufgebaut, daß sich eine transportable Maschine ergibt, die vor allem außerhalb der herkömmlichen Dialysekliniken und insbesondere zu Hause, in einem Pflegeheim oder ähnlichem eingesetzt werden kann. Es versteht sich, daß zahlreiche der erfindungsgemäßen Prozeßüberwachungstechniken, entweder direkt oder nach geringfügigen Änderungen, auch bei anderen Therapien als der Hämodialyse eingesetzt werden können, wie beispielsweise bei der Hämodiafiltration, der Hämofiltration und der Peritonealdialyse.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand eines unter Bezugnahme auf beigefügte Zeichnungen beschriebenen Ausführungsbeispiels ausführlicher erläutert. In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugsziffern auf die gleichen Elemente in unterschiedlichen Ansichten.
Es zeigen:
1 ein schematisches Blockdiagramm des Gesamtsystems, wobei insbesondere die Verbindung zwischen dem Wasservorbehandlungsmodul, des modularen Heimdialysegeräts und des Patienten dargestellt ist;
13 ein schematisches Diagramm des extrakorporalen Kreislaufmoduls 28 der 1;
15A–15D verschiedene Ansichten eines kassettenartigen Blasefängers für den Einsatz in dem extrakorporalen Kreislaufmodul 18 der 13;
16 ein Blockdiagramm der Benützerschnittstelle und des Kontrollmoduls 25 der 1, das insbesondere die Beziehungen der verschiedenen Sensoren und Komponenten der Maschine zueinander darstellt;
17 ein Flußdiagramm der zeitlichen Abfolge der Arbeitsschritte der Maschine;
21 ein Flußdiagramm der Ereignisabfolge während des Dialyseschrittes aus 17, wobei insbesondere das regelmäßige Spülen des Dialysators 404 während der Dialyse dargestellt ist;
27A eine Aufsicht auf das extrakorporale Kreislaufmodul 28 aus 13, wobei die gestrichelt dargestellten arteriellen bzw. venösen Blutschläuche 432 bzw. 492 mit dem Desinfektionsverteiler 494 verbunden sind, wie es nach Beendigung der Dialysebehandlung der Fall ist;
27B eine Aufsicht auf eine andere Ausführungsform des extrakorporalen Kreislaufmoduls 28 der 27A, wobei zwei Ausgänge 497, 499 des Desinfektionsverteilers weiter unten im Gehäuse angeordnet sind und die arteriellen und venösen Leitungen mit diesen Ausgängen verbunden sind, wie es während der Desinfektion des Gerätes der Fall ist;
27C eine weitere Ausführungsform des extrakorporalen Kreislaufmoduls 28 der 27A, wobei zwei Ausgänge 497, 499 des Desinfektionsverteilers weiter unten im Gehäuse angeordnet sind und die arteriellen und venösen Leitungen mit dem Patienten verbunden sind, wie es während der Dialyse der Fall ist;
28 eine detailliertere, perspektivische Ansicht des Desinfektionsverteilers 494 der 13;
33 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Hämofiltrationseinheit mit Vorverdünnung;
34 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Hämofiltrationseinheit mit Nachverdünnung; und
35 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Hämodiafiltrationseinheit mit Nachverdünnung.
Die hier nicht mehr dargestellten 2–12, 14, 15, 18–20, 22–26 und 29–32 sind in der Offenlegungsschrift DE 196 05 260 A1 der Stammanmeldung zu vorliegendem Patent dargestellt und ausführlich beschrieben.
In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform des gesamten erfindungsgemäßen Gerätes in Form eines Blockdiagramms dargestellt. Das modulare Dialysegerät 22 erhält Wasser aus einem Vorbehandlungsmodul 20. Die Darstellung der 1 zeigt exemplarisch eine Installation des Vorbehandlungsmoduls 20 und des modularen Dialysegerätes 22 in der Wohnung eines Patienten. Es sind jedoch beliebige Aufstellungsorte denkbar. Die Hauptfunktion des Vorbehandlungsmoduls 20 besteht in einer ersten Aufbereitung des von einem Haushaltsanschluß stammenden Wassers, der Erwärmung dieses Wasser auf eine bestimmte Temperatur und dessen Abgabe unter einem bestimmten Druck an das Dialysegerät 22. Außerdem nimmt das Modul 20 Schmutzwasser aus dem Dialysegerät 22 auf und gibt es an die Abwasserleitung des Haushaltes ab. Das Dialysegerät 22 ist bevorzugt eine bewegliche auf Rädern montierte Einheit. Sie enthält drei funktionell getrennte Module: eine Wasseraufbereitungseinheit 24, ein Hydraulik- oder Dialysatherstellungsmodul 26 und einen extrakorporalen Kreislauf 28. Der in der Zeichnung nicht dargestellte Dialysepatient wird an den extrakorporalen Kreislauf 28 mit zwei Leitungen, nämlich einer "ateriellen Leitung" und einer "venösen Leitung" in herkömmlicher Art und Weise angeschlossen.
Das Dialysegerät 22 enthält außerdem ein auch als Patientenschnittstelle dienendes Kontrollmodul 25 mit einer Anzeige und einem Touch-Screen (oder anderen Eingabegeräten für den Patienten, wie z. B. eine Tastatur oder ein stimmengesteuertes System), welche mit einem oder mehreren Zentralprozessoren verbunden sind. Das Schnittstellen- und Kontrollmodul 25 übernimmt die Überwachung und Steuerung des gesamten Betriebs des Systems, zeigt den augenblicklichen Status des Gerätes an, fordert den Benutzer zu Eingaben und Informationen auf, erhält Daten von verschiedenen Sensoren und anderen passiven Komponenten des Systems, zeichnet die Daten in einem Speicher auf, steuert den Betrieb der aktiven Komponenten des Geräts (wie zum Beispiel Ventilen, Pumpen, Heizgeräten usw.), alarmiert den Patienten bei Unregelmäßigkeiten oder Fehlern des Geräts durch einen Alarm oder eine andere Anzeige, berechnet die die Hämodialyse betreffenden Parameter und führt andere Aufgaben durch, die im folgenden detaillierter beschrieben werden. Außerdem kann das Schnittstellen- und Kontrollmodul 25 weitere Gerätekomponente enthalten, die beispielsweise erlauben, während der Dialysebehandlung Patientendaten elektronisch, etwa mittels eines Modems, an eine zentrale Überwachungsstation zu senden.
In den 13 und 27A ist der extrakorporale Kreislauf 28 dargestellt. Blut des Patienten wird in der arteriellen Leitung 532 in den extrakorporalen Blutkreislauf 400 geleitet. Falls man, wie weiter unten beschrieben, einen Beutel 448 mit Salzlösung verwendet, wird das Salz in die arterielle Leitung 432 über einen Drei-Wege-Anschluß TC eingeführt, der einen rotierenden Lueranschlußzapfen und zwei Lueranschlußbuchsen, etwa Haemotronics, Teile-Nr. B-82, aufweist, oder alternativ eine Vier-Wege-Injektionsstelle mit einem rotierenden Lueranschlußzapfen und einer doppelten Lueranschlußbuchse, wie beispielsweise Haemotronics Teile-Nr. CR-47. Der optionale Salzlösungsbeutel 448 ist über eine Salzinfusionsleitung S, die gegebenenfalls einen Fluid/Luft-Sensor 781 und eine Klemme 779 besitzt, mit der arteriellen Leitung 432 verbunden. Der Salzbeutel 448 besitzt mehrere mögliche Verwendungen: Zum Auspumpen der Luft aus dem extrakorporalen Kreislauf 400, zum Ersetzen von während der Behandlung verlorenen Fluids, um den Patienten wieder zu hydrieren, und um Blut zurück in den Patienten zu leiten. Das durch Herstellung eines Druckunterschieds an der Membran des Dialysators in den extrakorporalen Kreislauf 400 eingeführte Umkehrosmosewasser und das ultrareine Dialysat sind für diese Aufgaben ebenfalls geeignet, so daß der Salzlösungsbeutel 448 ein alternatives Verfahren zum Pumpen und Spülen darstellt. Der Fluidsensor 781 stellt fest, wann der Salzbeutel leer ist und erlaubt diesen Zustand dem Patienten anzuzeigen, so daß periodische Überprüfungen des Salzlösungsbeutels 448 nicht nötig sind. Wenn Luft durch den Sensor 781 festgestellt wird, wird die Klemme 779 geschlossen. Statt eines Fluidsensors 781 kann auch ein in-line-Infusionsfilter verwendet werden, so daß kein Fluidsensor nötig ist.
An der Leitung 432 befinden sich eine Klemme 444, eine Luftblasendetektor 446, der beispielsweise auf Ultraschallbasis arbeiten kann, ein Druckmesser 500A und gegebenenfalls eine Injektionsstelle 556 (für Injektionen mit oder ohne Nadel). Die Blutpumpe 558 pumpt Blut durch einen speziellen Schlauch im Pumpabschnitt (beispielsweise aus Pharmed^TM-Material oder aus Silikon) in die Leitung 462, vorbei an einer gegebenenfalls vorgesehenen Injektionsstelle 460 und einem Druckmonitor 500B und einer (gegebenenfalls vorgesehenen) Expansionskammer 466 in den Dialysator 404. Der Rückfluß des Blutes zum Patienten erfolgt über die Leitung 470 zunächst in eine Kammer 472 zum Abtrennen der Luft und zur Durcküberwachung, die oben oder unten einen Einlaßstutzen 471 besitzt, wobei die obere Position bevorzugt ist.
Wie insbesondere aus den 13 und 27A deutlich wird, hat die Kammer 472 einen Kammerabschnitt 474, einen oberen und einen unteren Sensor 476 bzw. 478 für das Blutniveau in der Kammer und gegebenenfalls eine oder mehrere Injektionsstellen 480. Zur Überwachung und Steuerung des Blutniveaus befindet sich in der Kammer 472 außerdem ein dritter Blutniveausensor 477, der auf Höhe des optimalen Blutniveaus angebracht ist. Über eine Leitung 482 existiert eine kommunizierende Luftverbindung der Kammer 474 mit einem Anschluß 483 in einem Desinfektionsverteiler 494, der außerdem mit einer Leitung 491 verbunden ist, die einen Drucksensor 775, eine Luftpumpe 777 und einen Filter aufweist, und die schließlich in die Atmosphäre mündet. Normalerweise befindet sich das Fluid in der Kammer 474 während der Dialyse unter einem Überdruck und das Blutniveau kann, falls es durch den Niveausensor 478 als zu niedrig registriert wird, durch Einschalten der Pumpe 777 erhöht werden, die solange Luft aus der Kammer 472 absaugt, bis das Niveau den Niveausensor 476 erreicht. Entsprechend kann das Niveau erniedrigt werden, indem die okklusive Blutpumpe 458 angehalten und die Luftpumpe 777 so betrieben wird, daß Luft in die Kammer 472 gegeben wird. Der Boden der Kammer 474 ist mit einer Leitung 484 verbunden, die einen Ultraschall-Luftblasendetektor 486, einen Blutsensor 488 und eine Klemme 490 aufweist und mit der zum Patienten führenden venösen Leitung 492 verbunden ist.
Zwischen der Leitung 482 und dem Ausgang 483 ist ein scheibenförmiger Druckisolator 493 installiert (vgl. 28). Der Druckisolator 493 besitzt eine mikroporöse Membran, die dafür sorgt, daß lediglich Luft aber kein Fluid aus der Leitung 482 in die Leitung 491 entweichen kann. Anstelle der Luftpumpe 777 kann auch ein Ventil zur Einstellung des Luftdrucks und eine Klemme in der vom Ausgang 483 wegführenden Leitung 491 vorgesehen sein, die zur Atmosphäre offen ist.
In 13 und insbesondere in 28 ist der Desinfektionsverteiler 494 dargestellt, der Desinfektionsausgänge 495, 497 und 499 aufweist. Der Ausgang 495 ist an der Rückseite des Verteilers 494 mit einer Desinfektionsleitung 496 verbunden, die Desinfektionsfluide (beispielsweise heißes Wasser) in den extrakorporalen Kreislauf 400 führt. Die Ausgänge 497 und 499 nehmen jeweils die Endanschlüsse der venösen und arteriellen Leitungen 432 bzw. 492 nach Beendigung der Dialysebehandlung auf. Die Ausgänge 497 und 499 sind über ein Ventil V20 (6) miteinander verbunden. Die Anschlüsse 497 und 495 sind über ein T-Stück an der Rückseite des Desinfektionsverteilers 494 verbunden. Durch diese Anschlüsse wird ein Strömungsweg für das Desinfektionsfluid (etwa heißes Wasser und mit Desinfektionschemikalien behandeltes Wasser) durch den gesamten extrakorporalen Kreislauf 400, einschließlich der Blutseite der Membran im Dialysator 404 bereitgestellt. Zwischen dem Ausgang 483 und den anderen Ausgängen 495, 497 und 499 besteht jedoch keine kommunizierende Verbindung für Fluid. Nach Beendigung der Dialysebehandlung verbindet der Patient die vom Anschluß 483 kommende Sammelleitung für Luftblasen 482 mit dem Desinfektionsausgang 495. Der Desinfektionsverteiler 494 kann als Gehäuse ausgebildet sein, er kann jedoch auch lediglich eine Anordnung von Anschlüssen sein, welche die hier beschriebenen oder äquivalenten kommunizierenden Verbindungen besitzen. Wie sich auch aus den 6 und 28 ergibt, verbinden die Leitungen 289A und 236A die Rückseite des Desinfektionsverteilers 494 mit den Ausgängen 499 und 497.
Die Rückseite des Desinfektionsverteilers 494 ist über die Rücklaufleitungen 236A und 289A mit den Ventilen V14, V20, dem Rückschlagventil CV 22 un dem Thermistor 293 verbunden ( 6). Wenn die Leitungen 432 und 492 mit den Anschlüssen 499 und 497 des Desinfektionsverteilers 494, wie in 27A dargestellt, verbunden sind, wird eine Verbindung der Leitungen 436A und 289A über den Desinfektionsverteiler mit der arteriellen und venösen Leitung 432 bzw. 492 des extrakorporalen Kreislaufs hergestellt.
Eine andere Ausführungsform des extrakorporalen Kreislaufs ist in den 27B und 27C dargestellt. 27B zeigt die venösen und arteriellen Leitungen, die mit ihren zugehörigen Anschlüssen des Desinfektionsverteilers verbunden sind, während in 27C der Verlauf der Leitungen dargestellt ist, wie er sich ergibt, wenn sie mit dem Patienten verbunden sind. Der einzige Unterschied zwischen der Ausführungsform der 27A und der Ausführungsform der 27B und 27C ist der, daß sich die Anschlüsse 497 und 499 für die venöse bzw. arterielle Leitung am Desinfektionsverteiler weiter unten im Gerät befinden, so daß das Anschließen am Patienten erleichtert wird. Der Schlauch, der die Ausgänge 497 und 499 mit dem Dialysatherstellungsmodul 26 verbindet, befindet sich hinter der Trennwand B des extrakorporalen Kreislaufs.
Üblicherweise befinden sich in extrakorporalen Blutkreisläufen Blutfilter, die sowohl das Blut filtern als auch Luft- oder Gasblasen aus ihm entfernen. Typischerweise werden derartige Filter bei schwereren Operationen verwendet. Die Blutflußrate, die bei derartigen Operationen benötigt wird, liegt im Bereich von 3 bis 6 Liter pro Minute. Der typische Blutfluß bei der Hämodialyse liegt jedoch nur im Bereich von 200 bis 600 ml pro Minute.
Es ist bekannt, daß der Kontakt von Blut und Luft häufig zu Blutgerinnungen führt. Dies ist einer der Nachteile der herkömmlichen Blasenfallen. Blasenfallen benötigen darüber hinaus Niveauwächter und eine geeignete Ventilanordnung sowie ein Überwachungssystem, das ermöglicht, daß die gesammelte Luft entweichen kann. Durch Verwendung einer hydrophoben, mikroporösen Membran kann die Luft passiv entweichen und es tritt eine verringerte Gerinnung auf, während gleichzeitig weniger Sensor- und Ventilkomponenten benötigt werden, was gleichzeitig die notwendigen Bedienungsschritte, die durch den Patienten oder das Personal ausgeführt werden müssen, verringert. Außerdem kann die Einheit einfacher gereinigt werden. Somit ist eine Alternative zu der Lufttrenn- und Drucküberwachungskammer 472 ein kassettenartiger Blasenentferner 1000, der in den 15A–15D dargestellt ist. 15A ist eine Explosionsdarstellung, die die Vorder- bzw. Blutseite des Blasenentferners 1000 zeigt. 15B ist eine Explosionsdarstellung der Rück- bzw. Luftseite des Blasenentferners 1000. 15C ist ein Querschnitt entlang des Blutauslasses 1020 des Blasenentferners 1000 im zusammengesetzten Zustand, wobei die Einheit in einer senkrechten Position dargestellt ist, wie sie bevorzugt in dem extrakorporalen Kreislauf 400 installiert werden würde ( 13). 15D ist eine perspektivische Ansicht des Blasenentferners 1000, wobei im wesentlichen die gleiche Ebene wie in 15C im Ausriß dargestellt ist. Der für die Anwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehene Blasenentferner 1000 ist so konstruiert, daß er leicht gereinigt werden kann und sterilisierbar sowie wieder verwendbar ist.
Der in 15A dargestellte Blasenentferner 1000 besitzt eine Frontabdeckung 1002, eine Platte 1004 mit Fluidkreislauf, zwei mikroporöse Membranen mit einem mit dem Blut in Kontakt kommenden Abschnitt 1006 und einer Hilfsbelüftung 1006A, eine rückseitige Abdeckung 1008 mit einer Öffnung 1016A für einen Drucksensor und ein als Träger 1010 dienendes Formteil mit einer Anzahl paralleler Trägerleisten 1024, die durch parallele, daran angrenzende Öffnungen 1115 getrennt sind. Die Platte 1004 mit dem Fluidkreislauf besitzt eine Blutkammer 1014 und gegebenenfalls eine Öffnung 1016 für einen darin einsetzbaren Drucksensor. Ein Haltering 504 und der ein Diaphragma 506 mit einer Metallplatte 508 umfassende Drucksensor sind in der Öffnung 1016 angebracht, um den Blutdruck in der Kammer 1014 zu bestimmen. Die wesentlichen Elemente des Drucksensors, wie Magnet, Stab und Dehnungsmeßelemente werden weiter unten unter Bezug auf die in den 14A–1C dargestellte Ausführungsform beschrieben.
Ein Kondensatauslaß 1018, ein Bluteinlaß 1022 und ein Blutauslaß 1020 sind am Boden der Platte 1004 mit dem Fluidkreislauf vorgesehen. Ebenso ist ein Luftauslaß 1012 am Boden der Platte 1004 vorgesehen, um die durch die Filter 1006A und 1006 geleitete Luft abzuführen. Die in 15B von hinten dargestellte Explosionszeichnung des Blasenentferners 1000 zeigt, daß die Platte 1004 für den Fluidkreislauf außerdem eine Kondensatkammer 1032 und ein Loch 1038 aufweist, das durch die Membran 1006A bedeckt ist. Außerdem besitzt die Platte 1004 einen Dichtungsbereich 1028 für die Membran, wo die mikroporöse Membran 1006 mit der Fluidkreislaufplatte 1004 dicht verbunden ist. Außerdem sind ein vorspringender Rand 1026 und ein Kanal 1030 zum Sammeln des Kondensats vorgesehen. Das Kondensat wird über den Auslaß 1018 aus der Einheit 1000 abgeführt. Es ist bekannt, daß hydrophobe, mikroporöse Membranfilter Luft in eine benachbarte Kammer entweichen lassen, während wäßrige Flüssigkeiten nicht durch die Membran dringen können. Dies gilt auch für den Fall von Blut. Mikroporöse Membranfilter aus Polytetrafluorethylen (PTFE), besser bekannt unter dem Markennamen TEFLON^TM, werden seit vielen Jahren erfolgreich eingesetzt. Wenn jedoch Blut auf einen mikroporösen Membranfilter aus PTFE trifft, wird die Membran in kürzester Zeit mit einem Film aus biologischem Material bedeckt, der ein Entweichen von Luft verhindert. Es ist bekannt, daß sich Lipide und Proteine gern an PTFE anlagern. Ebenfalls bekannt ist jedoch, daß falls der Blutfluß nicht direkt auf die Membran trifft, sondern im wesentlichen tangential an der mikroporösen Membran entlangfließt, der ständige Fluß der Entstehung eines Films aus biologischem Material entgegenwirkt und so die Durchlässigkeit der Membran für Luft längere Zeit aufrechterhalten werden kann.
Herkömmliche, belüftete Blutfilter, wie sie üblicherweise in der Chirurgie zum Einsatz kommen, benutzen daher einen im wesentlichen horizontalen Einlaß, der das Blut tangential an der hydrophoben Membran vorbeiführt. Das Blut wird hin- und hergeleitet und fließt dann nach unten über einen Blutgerinnungsfilter ab. Ausgehend von diesem Grundschema sind zahlreiche Abwandlungen bekannt. Es gibt sogar Berichte, die behaupten, daß die Gerinnungsfilter eine höhere Blutgerinnung verursachen, als daß sie geronnenes Blut aus dem Fluidstrom entfernen. All diese in der Chirurgie eingesetzten Einheiten sind für den einmaligen Gebrauch bestimmt und relativ teuer. Für den Einsatz in der erfindungsgemäßen Hämodialysevorrichtung werden keine Gerinnungsfilter verwendet.
Kürzlich haben zwei Hersteller von mikroporösen Membranen, Pall und Millipore, Membranen aus PVDF (Polyvinylidenfluorid), auch bekannt unter dem Markennamen KYNAR auf den Markt gebracht, deren hydrophoben Eigenschaften besser als die von PTFE sind und an denen sich Proteine und Lipide nicht zu stark annähern, wie dies bei PTFE der Fall ist. Daher ist PVDF das bevorzugte Material für die Membranen 1006, 1006A des kastenartigen Blasenentferners 1000 der 15. Aus PVDF können mikroporöse Membranen hergestellt werden, das Material ist biokompatibel, besitzt eine natürliche Hydrophobizität, ist formbar, hitzeversiegelbar, transparent und nachgiebig unter Druck. Alternativ kann auch Polysulfon verwendet werden, was jedoch schwieriger zu verarbeiten und weniger günstige Eigenschaften besitzt.
Um eine tangentiale Strömung zu erreichen, ist der mikroporöse Membranfilter 1006 im wesentlichen senkrecht installiert. Der Bluteinlaß 1022 verläuft ebenfalls senkrecht, ebenso wie der Auslaß 1020. Der Einlaß 1022 kann entweder oben, unten oder an der Seite angeordnet sein. Bei der in 15B dargestellten bevorzugten Ausführungsform, befindet sich der Einlaß 1022 am Boden.
Die Abdeckungen 1002, 1008 sind mit den Rändern 1027, 1026 heiß verschweißt. Die Platte 1004 mit integriertem Fluidkreislauf ist bevorzugt durch Spritzgießen geformt, wobei die Ränder 1027, 1026 Kanäle auf beiden Seiten einer mittleren Materialebene 1029 bilden. In der Fluidkreislaufplatte sind drei Löcher ausgespart. Das Loch 1016 ist für das Silikondiaphragma des Drucksensors bestimmt. Das Silikondiaphragma oder die Membran 506 werden durch Anschweißen eines Halterings 504 über den Rand des Silikons an eine Haltestruktur 1036 auf der Fluidkreislaufplatte 1004 gehalten und befestigt.
Das Loch 1034 ist mit der mikroporösen Membran 1006 bedeckt und an den Rändern dicht mit der Fluidkreislaufplatte 1004 verbunden. Diese Verbindung kann auf verschiedene Art und Weise erreicht werden. Die Membran 1006 kann in dem Bauteil angeordnet und dort an ihrem Randbereich 1028 hitzeversiegelt oder mechanisch festgehalten werden. Bei dem Einsatz der bevorzugten Ausführungsform wird die Membran direkt am Einbauort geformt. Um eine noch bessere Unversehrtheit der Dichtung zu erzielen, kann über der als Einsatz geformten Membran 1006 eine Trägermembran 1010 geformt sein. Gleichzeitig mit dem Darüberformen könnten geeignete Trägerrippen 1024 zugefügt werden.
Die Membran 1006 ist über dem Loch 1034 von der Rückseite der Fluidkreislaufplatte 1004 her angeordnet (15B), wobei die Rückseite die Seite ist, die sich nicht in Kontakt mit Blut befindet. Das Einsetzen der Membran 1006 von der Rückseite her ist notwendig, denn Ziel ist es, in der Lage zu sein, sämtliche Luft aus der Kammer 1014 auf der Blutseite zu entfernen ( 15A). Wenn die Randdichtung von der Blutseite her erfolgen würde, wäre der Dichtungsbereich an der Spitze der Kammer höher als die aktive Membranfläche, so daß eine vollständige Entfernung der Luft nicht möglich wäre. Diese vollständige Entfernung der Luft ist jedoch aus Hygienegründen wichtig.
Normalerweise sind eingesetzte Formfilter so aufgebaut, daß die Flußrichtung eine Kraft senkrecht zum Randdichtungsbereich gegen diesen Bereich ausübt. Im Hinblick auf eine vollständige Entfernung der Luft, übt der Fluidfluß im vorliegenden Fall eine eher abstreifende Kraft auf die Randdichtung aus, wenn die Membran von der Rückseite her angeordnet ist. Die Unversehrtheit der Filtermembran 1006 und der Dichtung hängt von der Stärke der Membran und der sogenannten Abstreifstärke ab. Eine als Zusatzdichtung dienende zweite Einsatzform auf dem Rand der Membran 1006 wird dazu verwendet, die Membran 1006 besser zu befestigen und die Gefahr zu beseitigen, daß der Druck die Abstreifstärke übersteigt. Die Membran 1006 ist schließlich zwischen zwei Kunststoffschichten eingepreßt. Mit der Deckform 1010 der Dichtung kommen auch Halteelemente 1024 hinzu, die eine zusätzliche Unterstützung der Membran 1006 gegen den Fließdruck bieten und eine Auslenkung und ein mögliches Reißen der Membran 1006 verhindern. Alternativ kann dies auch mechanisch erreicht werden. Der Membranfilter 1006 kann aus einem Material bestehen, in dessen Struktur ein polymeres Schirmgitter zur Verbesserung der Membranstärke integriert sein kann oder auch nicht.
Blut gelangt durch den Einlaß 1022 auf die Blutseite der Kammer 1014. Der Blutfluß wird ins Zentrum der Kammer 1014 geleitet, wo das Fließmuster vorsichtig unterbrochen wird und die vorher mitgeführten Bläschen in Kontakt mit der mikroporösen Membran 1006 kommen und durch diese entweichen können. Um die Kontaktzeit mit der mikroporösen Membran 1006 zu erhöhen, ist die Entfernung zwischen der Stirnabdeckung 1002 der Kammer 1014 und der mikroporösen Membran 1006 bevorzugt 32 mm (1/8 inch) oder weniger. Bei herkömmlichen Blasenfallen ist sowohl Volumen als auch Geometrie der benötigten Kammer wesentlich größer. Dies ist notwendig, um die Strömungsgeschwindigkeit des Blutes zu verringern und den mitgeführten Bläschen Zeit zu geben, aus dem relativ viskosen Blut entweichen zu können.
Die Rückseite der Fluidkreislaufplatte 1004 (15B) ist zur Weiterbehandlung der durch die mikroporöse Membran 1006 tretenden Luft und des bei der Sterilisierung gebildeten Kondensats ausgelegt. Luft und Kondensat können in den Kondensatbereich 1030 fließen und von dort hinunter zum Auslaß 1018, wo sie über einen Silikonschlauch, ein Anschlußstück, ein Quetschventil und geeignete (nicht dargestellte) interne Armaturen des Gerätes ablaufen können.
Am Boden des Kastens wird durch einen Luftstutzen 1012 Luft über einen Silikonschlauch, einen Anschluß, ein Quetschventil und geeignete, geräteinterne Armaturen hinein- und hinausgeleitet. Etwas Kondensat kann auch durch den Ausgang 1012 aus dem Kasten entweichen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Luft durch das Loch 1038 auf die Vorderseite der Fluidkreislaufplatte geleitet, anschließend einen Kanal 1040 (15A) hinab, an dessen Ende es den Kasten am Luftstutzen 1012 verläßt. Das Loch 1038 ist durch eine mikroporöse Membran 1006A bedeckt. Diese Membran kann beispielsweise eine Verlängerung der ursprünglichen Membran oder, wie dargestellt, ein separates Einzelteil sein. Die zweite Membran 1006A dient der zusätzlichen Sicherheit. Bei einem Versagen der primären Membran 1006 könnte der Patient einen möglicherweise dramatischen Blutverlust erleiden. Die zusätzliche zweite Membran 1006A würde jedoch den Blutstrom aufhalten, falls die erste Membran 1006 beispielsweise aufgerissen wäre. Ein (nicht dargestellter) Blutdetektionsensor ist vorgesehen, um das Vorhandensein von Blut auf der Rückseite des Kastens zu detektieren und daraufhin einen Alarm auszulösen und das Gerät anzuhalten. Dieser Blutdetektor kann beispielsweise ähnlich aufgebaut sein wie der Sensor 428 zur Detektion von Blutlecks, der oben beschrieben wurde. Da der Raum zwischen den beiden Membranen steril ist (beispielsweise durch ETO oder Strahlungssterilisation nach dem Zusammenbau), besteht keine Gefahr einer Infektion für den Patienten, wenn die Hauptmembran einmal brechen sollte.
Wenn bei der Sterilisation Kondensat auf der Luftseite der Membranen 1006 auftreten sollte, kann es dadurch entfernt werden, daß das Kondensat und Luft unter dem Einfluß der Schwerkraft am Boden des Kastens über den Stutzen 1018 hinausströmen. Wenn Kondensat stromabwärts vom Filter 1006A auftreten sollte, kann es zusammen mit Luft über den Stutzen 1012 ablaufen. Andernfalls könnte eine Kondensatansammlung als Abschlußventil wirken und jegliche Luftströmung hinein und heraus blockieren.
Im folgenden wird das in 16 dargestellte Benutzerschnittstellen- und Kontrollmodul beschrieben. Das Modul 25 weist eine Anzeige 600 auf, die Meldungen und Informtionen über den Status des Systems dem Patienten anzeigt. Ein berührempfindlicher Bildschirm 602 (oder alternativ eine Tastatur oder ein stimmengesteuertes System) bildet die Schnittstelle zum Patienten, über die Informationen oder Kommandos in einen für die Personenschnittstelle (HI) dienende Schaltung 608 eingegeben werden können.
Anzeigen 604, die visuelle und akustische Anzeigen umfassen können, und ein Lautsprecher 606 alarmieren den Patienten bei Unregelmäßigkeiten im Gerät 22 und liefern Informationen über den Status der Betriebsmöglichkeiten des Geräts.
Das Modul 25 umfaßt einen Host-Zentralprozessor 610, der über digitale Hochgeschwindigkeits-Datenbusse 611 und 613 mit einer Treiberschaltung 612 und einer Analogschaltung 614 verbunden ist. Der Zentralprozessor 610 verfügt über einen (nicht dargestellten) zugehörigen Speicher, der Betriebssoftware für das Gerät 22 und für andere Betriebserfordernisse speichert, wie beispielsweise für das Ablesen und Speichern von Sensorendaten und der vom Patienten in das System eingegebenen Daten. Die Analogschaltung 614 umfasst Analog/Digital-Konverter, um die hereinkommenden analogen Signale von den passiven Sensoren des Geräts 22 in digitale Signale umzuwandeln. Die Treiberschaltung 612 empfängt Kommandos von der CPU 610 und sendet selbst wieder Kommandos an die Ventile, Pumpen, Heizungen, Motoren und andere aktive Komponenten des durch die Bezugsziffer 620 repräsentierten Geräts. Diese Kommandos bewirken dann, daß die entsprechende Gerätekomponente ihren Status ändert, d. h. den Betrieb beginnen oder beenden oder, wie im Fall einer Pumpe, die Arbeitsrate ändern, oder, wie im Fall eines Ventils, öffnen oder schließen. Die passiven Komponenten 622 des Systems, beispielsweise Leitfähigkeitssensoren, Druckknopfleser, Drucksensoren oder Thermistoren liefern ihre Eingangssignale an die Analogschaltungen 614 und 618. Die CPU 610 und die Treiberschaltung 612 wirken zusammen als Kontrolle für die aktiven Komponenten.
Die Analogschaltung 618 liefert über den Bus 617 digitale Informationen an eine Sicherheits-CPU 616. Die Sicherheits-CPU dient zur Überwachung von kritischen Systemsensoren und liefert Freigabesignale an den Treiber 612, so daß bestimmte Treiberbefehle an die aktiven Komponenten 620 abgehen können (wie beispielsweise Freigabesignale für den Motor, um den Dorn zum Öffnen der Flasche im Chemikalienapplikator 260 zu bewegen, wenn der richtige Indikator bereits an der Flaschenseite abgelesen wurde). Ein Datenbus 609 sorgt für die Kommunikation zwischen der CPU 616 und der Host-CPU 610. Die Sicherheits-CPU 616 aktiviert einen Summer, falls bestimmte Alarmzustände im Gerät eintreten. Für den Fall eines Stromausfalls ist eine (nicht dargestellte) 24 Volt Batterie zur Sicherheit vorgesehen.
Der Betrieb, der das Gerät 22 bildenden Komponenten wird durch ein im Speicher der Host-CPU 610 residentes Softwareprogramm gesteuert. In den 17 und 21 sind in Form von Flußdiagrammen die unterschiedlichen Routinen und Unterroutinen der Software (oder entsprechend der Betriebsabläufe des Geräts 22) dargestellt. Diese Routinen und Unterroutinen, die in die CPU eingegebenen Daten und die von der CPU ausgegebenen Daten und der Betrieb der anderen Module 24, 26 und 28 des Gerätes 22 werden im folgenden detailliert beschrieben.
Zunächst werden jedoch die Selbsttest-Routinen beschrieben, die durchgeführt werden, wenn das Gerät 22 eingeschaltet wird oder wenn der Strom nach einer zeitweiligen Stromunterbrechung wieder vorhanden ist.
Beim Einschalten führt die Maschine Selbsttests durch, die zur Gewährleistung eines korrekten Betriebs notwendig sind. Wenn in irgendeinem Bereich des Geräts ein Fehler entdeckt wird, wird der Benutzer, beispielsweise durch eine Meldung auf der Anzeige 600, dem Aufleuchten einer Anzeige oder Warmlichts 604 oder anderen geeigneten Mitteln gemäß den AAMI/IEC-Standards informiert. Bevorzugt ist auch eine Lampe 604 für den Strom vorgesehen, so daß die Unterscheidung zwischen dem Fehlen von Strom und einem Systemfehler möglich ist. Bevorzugt weist das Gerät auch weitere Hilfsmittel, wie beispielsweise ein Fax und/oder Modem auf, um die Ergebnisse der Dialysebehandlung an eine zentrale Überwachungsstation zu übermitteln, ferner eine Blutdruck-Manschette, eine Waage für den Patienten und einen Apparat zur Infusion von Heparin. Die Selbsttest-Routine sollte den Status dieser genannten Merkmale ebenfalls überprüfen.
Nach dem Selbsttest führt die Einheit 22 einen Zyklusstatus durch, um festzustellen, ob das System bei Unterbrechung der Stromversorgung und bei aufgebrauchter Sicherheitsbatterie gerade mitten in einem Prozeß war (beispielsweise Reinigung, Desinfektion oder Dialyse). Falls sich das System mitten in einem derartigen Prozeß befindet und die Ausschaltzeit nur kurz war, wird das System diesen Prozeß fortführen.
Falls gerade die Desinfektion durchgeführt wurde, kann die CPU 610 so vorprogrammiert sein, daß entweder der Vorgang fortgesetzt wird oder eine Meldung angezeigt wird, nach der der Operator "Fortsetzen" drücken muß. Voreinstellung ist dabei, daß das System weiterläuft und den Status anzeigt. Bei der Fortsetzung des Prozesses muß die Temperatur des Systems überprüft werden. Bevorzugt ist ein Verfahren vorgesehen, mit dessen Hilfe man abhängig von der ohne Strom vergangenen Zeit und der momentanen Temperatur des Gerätes festlegen kann, ob ein Heizzyklus lediglich fortgesetzt, verlängert oder, gegebenenfalls mit vorherigem Durchspülen, noch einmal vollständig wiederholt werden soll. Im Ergebnis muß sichergestellt sein, daß nach dem Desinfektionszyklus ein bestimmter Sauberkeitsgrad des Systems, insbesondere im Hinblick auf das Vorkommen von Bakterien, erreicht werden muß.
Wenn der Behälter 202 gefüllt wurde, bestimmt die CPU ausgehend von der ohne Strom vergangenen Zeit, ob das vorhandene Wasser entleert oder ob das Auffüllen, ausgehend vom vorhandenen Niveau, fortgesetzt werden soll. Ausgehend vom derzeitigen Zustand, erlaubt das System ein Fortsetzen des Befüllens und die Anzeige des Statuses, wenn das System bakteriologisch sicher ist. Falls das Wasser bakteriologisch nicht sicher ist, wird das System entleert und die Befüllung beginnt erneut. Je nach dabei inzwischen vergangener Zeit, kann es notwendig sein, den Desinfektionszyklus nochmals durchzuführen.
Wenn beim Abschalten des Stroms gerade Dialysat gemischt wurde, bestimmt das System, ob aufgrund der ohne Strom vergangenen Zeit die vorliegende Charge im Hinblick auf bakterielles Wachstum und Ausfällen der gelösten Chemikalien "sicher" ist. Falls dies nicht der Fall ist, wird der Operator benachrichtigt und die Charge muß verworfen werden. Bevorzugt ist das System insoweit benutzerprogrammierbar, als festgelegt werden kann, ob es einen hörbaren und/oder einen sichtbaren Alarm geben soll. Voreinstellung ist dabei "hörbar" und "sichtbar". Falls die Charge "sicher" ist, wird der Mischprozeß unter Statusanzeige fortgesetzt.
Wenn der extrakorporale Kreislauf gerade vorgefüllt wurde, muß das System, basierend auf der ohne Strom vergangenen Zeit, festlegen, ob das eingepumpte Material hinsichtlich bakteriellem Wachstum und Ausfällung "sicher" ist. Ist dem nicht so, wird der Operator benachrichtigt und das angesaugte Material muß entsorgt und eine völlig neue Dialysatcharge hergestellt werden. Bei sicherem Zustand wird der Vorfüllprozeß fortgesetzt.
Wenn im Moment des Stromabschaltens gerade ein Clearance-Test durchgeführt wurde, benachrichtigt das System den Benutzer, daß verwertbare Clearancetest-Daten nicht erhalten werden konnten (dies wird nur den technisch versierten Benutzer interessieren, aber der Behandlungsreport, der an das zentrale Zentrum weitergeleitet wird, sollte das Fehlen von Clearancetest. Daten anzeigen). Wenn die Zeit seit dem Stromabschalten kurz genug war, wird das System fortfahren, gegen Wasser auf der Blutseite zu dialysieren, bis eine zufriedenstellende Elektrolytkonzentration und Temperatur auf der Blutseite sichergestellt ist. Wenn zu viel Zeit vergangen ist, benachrichtigt das System den Benutzer, daß die vorgefüllte Lösung verworfen und eine völlig neue Dialysatcharge hergestellt werden muß.
Sollte gerade ein Initialisierungsprozeß für die Dialyse stattgefunden haben, stellt das System ausgehend von der ohne Strom vergangenen Zeit fest, ob die vorhandene angesaugte Lösung im Hinblick auf bakterielles Wachstum und ausgefallene Chemikalien noch brauchbar ist. Falls nicht, wird der Operator benachrichtigt, daß die vorgefüllte Lösung verworfen und eine komplett neue Dialysatcharge hergestellt werden muß. Sollten die Materialien noch "sicher" sein, setzt das System den Dialysatumlauf fort und hält das Dialysat dabei auf der Solltemperatur.
Wenn die Systemunterbrechung während der Dialysebehandlung selbst stattfindet, überprüft das System, ob die Blutleitungen an dem Gerät angeschlossen sind. Wenn die Blutleitungen am Gerät angeschlossen sind, wird die seit der Stromunterbrechnung vergangene Zeit bestimmt. Wenn dieser Zeitraum keine Probleme hinsichtlich bakteriellem Wachstum im System aufwirft, fragt das System beim Benutzer nach, ob ein Reinigungszyklus begonnen werden soll oder ob sich der Benutzer wieder anschließen will, um die Dialysebehandlung fortzusetzen. Das System sollte dabei so eingerichtet sein, daß es einen Wiederanschluß des Patienten (und/oder die Entnahme vom Dialysat aus dem Beipass) nur erlaubt, wenn das Dialysat die korrekte Temperatur und Leitfähigkeit besitzt. Wenn der Temperaturgradient eine Dialysattrennung (falls dieses Verfahren angewendet wird) nicht mehr erlaubt, muß es dies beim Behandlungsbericht berücksichtigen. Wenn jedoch zuviel Zeit vergangen ist, so daß das Dialysat nicht mehr als "sicher" angesehen werden kann, zeigt das System an, daß ein Reinigungszyklus durchgeführt werden sollte. Es kann so programmiert sein, daß es diesen Reinigungszyklus automatisch beginnt, falls die Blutleitungen 432, 492 am Gerät 495, 497 angeschlossen sind (13). Sollten die Blutleitungen nicht mit dem Gerät verbunden sein (weil sie beispielsweise mit dem Patienten verbunden sind), fragt das System den Patienten, ob er die Dialyse wieder aufnehmen will, ob Blut zurückgeleitet werden soll oder ob er die Blutleitungen abtrennen will. Bei Wiederaufnahme oder Zurückspülen von Blut benachrichtigt das System den Benutzer, daß überprüft werden muß, ob sich die Sicherheitsklemmen wieder in Betriebsposition befinden, d. h. nicht von Hand geöffnet sind. Das System überprüft außerdem die Temperatur und Leitfähigkeit des Dialysats. Falls der Patient die Behandlung fortsetzt, wird sie ab dem Unterbrechnungspunkt fortgesetzt.
Falls bei der Unterbrechnung gerade das Rückspülen des Blutes durchgeführt wurde, verläuft die Fortsetzung des Verfahrens wie oben bei der Dialysebehandlung beschrieben.
Wenn das System bei der Stromunterbrechung gerade auf das Abtrennen der Schläuche vom Patienten wartet, überprüft das System bei Wiedereinschalten zunächst, ob die Blutleitungen mit dem Gerät verbunden sind. Falls nicht, wird der Patient aufgefordert, die Blutleitungen von sich abzutrennen. Falls die Blutleitungen mit dem Gerät verbunden sind, fordert das Gerät zum Start des Reinigungszyklusses auf, es kann jedoch auch so programmiert sein, daß der Reinigungszyklus automatisch gestartet wird, wenn die Blutleitungen an die Maschine angeschlossen sind.
Sollte bei der Unterbrechnung gerade der Blutdruck gemessen werden, wird die Messung nach dem Wiedereinschalten fortgesetzt. Das System überprüft zunächst wieder die seit der Stromunterbrechung vergangene Zeit. Durch den möglichen Rückschlag in den Körper des Patienten kann es jedoch einige Minuten dauern, bis der Blutdruck wieder gemessen werden kann.
Nachdem die Initialisierungstests und die Überprüfung, ob das System mitten in der Behandlung unterbrochen wurde, durchgeführt worden sind, tritt das System in einen Ruhezustand 702. Ein Überblick des Betriebsablaufes der erfindungsgemäßen Dialysemaschine ist in 17 dargestellt. Im Ruhezustand 702 wartet das Gerät 22 auf Eingaben vom Benutzer, um mit der Dialysebehandlung zu beginnen. Das Gerät 22 überwacht die seit der letzten Dialysebehandlung vergangene Zeit. Falls der Zeitraum seit der letzten Desinfektion größer als eine experimentell überprüfte Stillstandszeit (von vielleicht 24 Stunden) ist, beginnt das Gerät mit einer Desinfektionssequenz 704. Während der Desinfektionssequenz 704 wird das gesamte Gerät mit heißem Wasser bei einer hohen Desinfektionstemperatur (beispielsweise größer als 80°C) in einem für eine zufriedenstellende Desinfektion des Gerätes ausreichenden Zeitraum desinfiziert, beispielsweise wenigstens eine Stunde bei 80°C. Sobald die Thermistoren in den Modulen 24,26 und 28 für mehr als eine Stunde höhere Temperaturen als 80°C an die beiden Zentralprozessoren 610 und 616 gemeldet haben, beginnt die Maschine mit dem Dialysatherstellungsschritt 706. Nach Befüllen des extrakorporalen Kreislaufes beginnt die Dialysesequenz 710, während der Blut und Dialysat durch den extrakorporalen Kreislauf und die Dialysatkreisläufe 400 bzw. 402 zirkuliert werden. Wenn die für eine Dialysebehandlung vorgegebenen Parameter wie Ultrafiltrationsvolumen und/oder KT/V und/oder Dialysezeit erreicht worden sind, beginnt die Maschine mit der Rückspülsequenz 712, bei der das im extrakorporalen Kreislauf 410 verbliebene Blut zurück zum Patienten gespült wird. Nach Beendigung dieser Sequenz wird eine Spülsequenz 714 durchgeführt. Nach ausreichendem Spülen und Ableiten der Schmutzflüssigkeiten über die Ablaufleitung aus dem Gerät, kehrt das Gerät in den Ruhezustand 702 zurück und wartet auf einen Befehl oder bis zur nächsten vorgesehenen Behandlung und wiederholt den gesamten Vorgang.
Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens könnte die Desinfektionssequenz 704 nach der Spülsequenz 714 durchgeführt werden, so daß das Gerät direkt nach Beendigung der Dialysebehandlung desinfiziert wird. In diesem Fall würde das System nach Beendigung der Desinfektionssequenz in den Ruhezustand zurückkehren und auf den Beginn der nächsten Dialysebehandlung warten oder einen neuen Desinfektionszyklus durchführen, falls die Stillstandszeit zwischen zwei Behandlungen größer als ein vorgegebener Zeitraum ist.
Außerdem ist darauf hinzuweisen, daß nach Beendigung der Dialysebehandlung die arteriellen und venösen Leitungen 432 und 492 (13) mit ihren entsprechenden Stutzen 497, 499 des Desinfektionsverteilers 494 verbunden werden müssen. Diese Verbindungen liefern einen Strömungsweg für das Umkehrosmosewasser aus dem Dialysatherstellungsmodul 26, das in den extrakorporalen Kreislauf 400 eingeleitet werden soll, da die Stutzen 497, 495 an die Leitungen 289a und 236a ( 6) angeschlossen sind, so daß die beiden Module miteinander verbunden sind. Diese Verbindung ist zur Durchführung einer Anzahl spezieller, den extrakorporalen Kreislauf betreffenden Funktionen notwendig, die weiter unten beschrieben werden.
Selbstverständlich ist die genannte Temperatur des heißen Wassers (80°C) und die mit einer Stunde angegebene Zeit, mit der das heiße Wasser zur Desinfektion im Gerät 22 zirkuliert werden soll, nicht die einzig mögliche Wahl. Das Erreichen eines hohen Desinfektionsgrades der Fluidkreisläufe mit Wasser hängt allgemein von der Wassertemperatur und der Zeitdauer der Heißwasserzirkulation ab. Man kann allgemein davon ausgehen, daß heißeres Wasser eine kürzere Zirkulationszeit benötigt und kühleres Wasser eine längere Zeit. In der Praxis wird häufig eine hohe Desinfektionstemperatur im voraus bestimmt oder ausgewählt, die dann durch den Wassererhitzer 228 im Gerät und mit Hilfe strategisch angeordneter Thermistoren geregelt wird, während die Zirkulationszeit mit Hilfe einer Uhr in der Zentralprozessoreinheit des Kontrollmoduls 25 kontrolliert wird, das gleichzeitig auch den Betrieb der Pumpen und Ventile des Gerätes steuert.
Wie aus 21 ersichtlich, wird im Schritt 820, kurz bevor die Dialyse des Blutes des Patienten tatsächlich beginnt, die thermische Grenzschicht zwischen altem und neuem Dialysat im Behälter 202 erzeugt. In der bevorzugten Ausführungsform werden 1 bis 2 Liter Dialysat auf eine vorgegebene Temperatur (beispielsweise 37°C) erwärmt und wie weiter oben detaillierter beschrieben, im oberen Bereich des Behälters 202 nicht-turbulent in den Behälter 202 eingefüllt. Die Heizung 228 sorgt dafür, daß die Dialysattemperatur der vorgegebenen Temperatur entspricht.
Der Transmembrandruck am Dialysator 404 wird so eingestellt, daß letztlich kein Wasser oder Dialysattransport über den Dialysator 404 stattfindet. Mit Hilfe der Drucksensoren 500C und 775 werden Messungen des Blutdrucks am Einlaß und Auslaß auf der Blutseite des Dialysators 404 durchgeführt (siehe auch 13). Der mittlere Druck zwischen diesen beiden Druckwerten wird dann berechnet. Der Druck im Dialysatkreislauf wird am Drucksensor 410 bestimmt und dieser Druck wird so eingestellt, daß er mit dem mittleren Druck auf der Blutseite des Dialysators 404 übereinstimmt. Diese Übereinstimmung wird durch Betätigung der Ultrafiltrationspumpe 242 entweder in Vorwärts- oder in Rückwärtsrichtung erreicht, um Fluid entweder in den Ultrafiltrationsbehälter 244 oder aus ihm heraus in den Dialysatkreislauf zu pumpen. Durch Verwendung eines Ultrafiltationssystems mit geschlossenem Kreislauf und einem im wesentlichen unnachgiebigen Behälter 202, läßt sich durch Zugabe oder Entfernen von Fluid aus dem Dialysatkreislauf 402 (einschließlich Behälter 202) der Druck im Dialysatkreislauf einstellen. Bei der Dialysebehandlung verhindert diese Druckeinstellung einen unbeabsichtigten Fluidtransport über den Dialysator.
Wenn der Druck am Dialysator eingestellt wurde, wird das Patientenblut im Schritt 822 dialysiert. Die Dialysesequenz dauert solange, bis die vorgegebene Behandlungszeit vorbei ist oder der Patient das Ende der Behandlung veranlaßt. Während der Ultrafiltrationsbehälter 244 mit der für die Dialysebehandlung vorgegebenen Ultrafiltrationsmenge befüllt wird, wird die Bestimmung des dem Patienten entnommenen Wasservolumens mit Hilfe des Niveauwächters PUH durchgeführt. Während das Blut des Patienten die Luft-Trenn- und Drucküberwachungskammer 472 füllt, kann das dort vorgesehene Niveau eingestellt werden. Die optionalen Blutdetektoren 446, 477 und 486 detektieren das Vorhandensein von Blut im extrakorporalen Kreislauf. Sobald ein Blutfluß erreicht wurde und die venösen und arteriellen Drücke stabile Werte erreicht haben, verbleibt das System in der Dialysesequenz bis die Behandlung beendet oder durch den Benutzer angehalten wird. Die Dialysezeit wird gemessen und die für die Behandlung noch benötigte Zeit kann beispielsweise dem Patienten angezeigt werden.
Während der Dialysebehandlung kann in regelmäßigen Abständen ein Rückspülen (Schritt 824) der Membran des Dialysators 404 im extrakorporalen Kreislauf 400 mit frischem Dialysat erfolgen, um Ansammlung von organischem Material auf der Blutseite der Membran zu verhindern. Diese Prozedur vergrößert die Wirksamkeit des Dialysators 404, verhindert die Ansammlung von Blutprodukten im Dialysator und verlängert seine Lebensdauer. Angesammelte Blutprodukte an der Membran werden durch das in den extrakorporalen Kreislauf 400 fließende Dialysat sofort von der Blutseite der Membran abgelöst und schließlich, nach Beendigung des Rückspülens, im Blutstrom aufgenommen, mit dem sie aus dem extrakorporalen Kreislauf 400 heraus zurück in den Patienten geführt werden.
Zur Durchführung des Rückspülens des Dialysators wird frisches Dialysat aus dem Behälter 202 entnommen und über das Ventil V9 und die Ultrafiltrationspumpe 242 geleitet, die in umgekehrte Richtung getrieben wird. Das Dialysat wird aus dem Ventil 236 gepumpt, fließt durch CV12, die Leitungen 223 und 226 zum Pyrogen-/Ultrafilter 234 hinauf zum Dialysatkreislauf 402 und schließlich in den Dialysator 404, wobei das Ventil 414 offen und die Ventile 412 und 416 geschlossen sind. Während dieses Zeitraums wird die Blutpumpe 458 mit geringerer Leistung betrieben. Das Rückspülen von Dialysat durch den Dialysator 404 dauert jeweils bevorzugt zwischen etwa 15 und 30 Sekunden. Ein derartiges Rückspülen kann periodisch während der Dialysebehandlung durchgeführt werden, es kann aber auch nur einmal oder sogar überhaupt nicht stattfinden. Nach Beendigung des Rückspülens wird die Ultrafiltrationspumpe 242 angehalten, die Ventile 414 und 416 werden geschlossen und das Beipassventil 412 geöffnet. Die Leistung der Blutpumpe 458 wird wieder auf die normale Arbeitsgeschwindigkeit erhöht und die Dialysatpumpe 212 wird mit der vorgesehenen Geschwindigkeit erneut gestartet. Das Ventil 412 ist geschlossen und die Ventile 414 und 416 sind offen. Die Geschwindigkeit der Ultrafiltrationspumpe wird erneut berechnet und mit der vorgesehenen Leistung in Vorwärtsrichtung wieder gestartet. Das oben beschriebene Verfahren unterscheidet sich von dem im Eigendorf-Patent US 5,259,961 beschriebenen Verfahren. In diesem bekannten Verfahren wird das Durchspülen des Dialysators mit Dialysat zum Zweck des Spülens und Befüllens des extrakorporalen Kreislaufs beschrieben.
Die im Schritt 828 beschriebene Reinfusion mit Salzlösung kann während der Dialyse durchgeführt werden, um dem zum Patienten zurückfließenden Blut Salzlösung zuzugeben, damit der Patient, falls erforderlich, rehydriert wird.
Während des Dialysevorgangs überwachen die Zentralprozessoren 610, 616 im Kontrollmodul 25 des Gerätes kontinuierlich die verschiedenen Sensoren (Temperatur, Druck, Leitfähigkeit, Luft, Blut, Flußrate, Niveau im Ultrafiltrationsbehälter usw.) in den verschiedenen Modulen 24, 26 und 28. Jegliche bei der Überwachung und Kontrolle der verschiedenen Systemkomponenten auftretenden Fehler werden durch eine spezielle Sonderroutine kontrolliert, welche die entsprechenden Schritte veranlaßt, um den korrekten Betrieb wiederherzustellen oder den Benutzer über die Abweichungen zu informieren. Zusätzlich wird vor der Behandlung der Blutdruck des Patienten gemessen und aktualisierten Blutdruckdaten werden in einem Behandlungsprotokoll ausgegeben. Nach Beendigung der Behandlung wird eine entsprechende Mitteilung angezeigt und falls der Benutzer eine zusätzliche Behandlung wünscht, setzt das System die Dialyse fort. Nach Beendigung der Behandlung oder beim Auftreten eines unbehebbaren Fehlers, wird die Dialyse abgebrochen und das System beginnt mit der Rückspülsequenz (22).
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dialysemaschine 22 besitzt die Fähigkeit, automatisch Behandlungsberichte an einen zentralen Stützpunkt oder eine andere Einrichtung zu schicken, welche die Hämodialyse des Patienten überwacht. Je nach vorhandenen Kommunikationsmitteln, kann der Behandlungsbericht während der Dialyse in Echtzeit weitergeleitet werden oder aber nach Beendigung der Behandlung. Dazu kann das Gerät 22 beispielsweise ein Fax-Modem aufweisen, das mit einer Telefonleitung verbunden ist, wobei das Gerät so programmiert ist, daß der Faxbericht der Hämodialyse automatisch zu dem Stützpunkt oder einer anderen Stelle geschickt wird, beispielsweise an die Praxis des behandelnden Arztes oder an einen Heimcomputer. Der Behandlungsbericht kann beispielsweise Informationen wie den Patientennamen, Adresse, Telefonnummer, Datum und Zeitpunkt des Berichts, Gewicht des Patienten vor der Behandlung, Blutdruck, Puls und Temperatur, einen Code für das verwendete Dialysat, Leitfähigkeitsmeßergebnisse und Clearance-Resultate, Informationen zum eingesetzten Heparin, Ergebnisse der während der Dialysebehandlung regelmäßig stattfindenden Messungen, wie Blutflußrate, Dialysatflußraten, arterieller Druck, venöser Druck, Blutdruck, Puls, Ultrafiltrationsrate, gesamtes Ultrafiltrationsvolumen und zusätzliche Kommentare enthalten. Weitere Informationen können beispielsweise das Auftreten von besondern Ereignissen während der Behandlung umfassen, beispielsweise, falls der Blutfluß unterbrochen wurde, die Uhrzeit der Unterbrechnung, wann die Behandlung fortgesetzt wurde und auch sämtliche bei der Behandlung aufgetretenen Alarmmeldungen. Weiterhin kann der Behandlungsbericht Informationen enthalten, wann die Behandlung beendet wurde, wie lange die gesamte Analyse gedauert hat und den für die Behandlung berechneten KT/V-Parameter. Schließlich können im Behandlungsreport noch das Gewicht des Patienten nach der Behandlung, der Blutdruck nach der Behandlung und Antworten des Patienten zu gegebenenfalls vom System nach der Behandlung gestellten Fragen hinsichtlich seines Befindens enthalten sein. Ferner ist möglich, wöchentliche Gesamtübersichten der Behandlung in numerischer und/oder graphischer Form über das dem Körper entzogene Fluid, KT/V und den Blutdruck vorzusehen. Das Schnittstellen- und Kontrollmodul 25 kann einen zusätzlichen Datenspeicher (beispielsweise eine Festplatte) aufweisen, um derartige Informationen, die zunächst beispielsweise in einem random access memory (RAM) vorliegen, permanent zu speichern, zumindest jedoch, bis die Daten später an ein Überwachungszentrum geschickt werden. Ein Drucker zum Ausdrucken des Behandlungsreports vor Ort kann ein weiteres nützliches Zusatzgerät für die Dialysemaschine 22 sein.
Bevorzugt umfaßt das Benutzerschnittstellen- und Kontrollmodul 25 der Dialysemaschine 22 auch Diagnose- und Testsoftware, die über die Benutzerschnittstelle aufgerufen werden kann, um die verschiedenen Sensoren und Komponenten der Dialysemaschine 22 zu überprüfen und ihre Betriebsparameter zu verändern. Idealerweise ist eine derartige Diagnosesoftware beispielsweise über ein Modem auch per Fernabfrage zugänglich, so daß der Geräteservice gegebenenfalls auch in kürzester Zeit über Telefonleitung die Sensoren, Fehlermeldungen und andere Testdaten abfragen und gegebenenfalls Komponenten der Dialysemaschine 22 neu einstellen kann. Aufgrund des modularen Aufbaus der Dialysemaschine 22 mit den Modulen 24, 26 und 28, kann die Fehlerbehebung oder der Service der unterschiedlichen Module relativ einfach durch Ersetzen oder Austauschen erfolgen.
Aus der vorangegangenen Beschreibung wird deutlich, daß die erfindungsgemäßen Verfahren, die Systemkomponenten und ihre Unterkomponenten sowie die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Strömungswege für die Hämofiltration und Hämodiafiltration eingesetzt werden können. Hämofiltration mit Vorverdünnung findet wie folgt statt. Der Ausgang des Dialysatbehälters 202 wird wie zuvor auch zum Dialysatfilter 234 (Pyrogen-/Ultrafilter) geführt. Der Ausgang des Dialysatfilters 234 führt jedoch nun zu einem zweiten Entpyrogenierungsfilter 404A, dessen Ausgang über einen T-Anschluß 404T stromaufwärts vom Bluteinlaß des Dialysators 404 in den extrakorporalen Blutkreislauf 400 mündet. Die Dialysatleitung 418 ist wie in 33 dargestellt, blockiert. Das Prinzip des geschlossenen Volumens, das bei der normalen Dialyse die Kontrolle der Ultrafiltation erlaubt, wird auch hier angewendet, so daß jegliche in den Blutkreislauf 400 führende Lösung durch die Auslaßleitung des Dialysators in den Dialysatbehälter 202 zurückgesaugt wird. Die Ultrafiltrationspumpe 242 kann immer noch zur Beseitigung von überschüssigem Fluid verwendet werden.
Bei der Hämofiltration mit Nachverdünnung entspricht das Verfahren weitgehend der Hämofiltration mit Vorverdünnung, wobei aber der Ausgang des Entpyrogenierungsfilters 404A über einen T-Anschluß 404T nach dem Blutauslaß des Dialysators 404 in dem Blutkreislauf geleitet wird (vgl. 34).
Bei der in 35 dargestellten Hämodiafiltration mit Nachverdünnung entspricht das Verfahren dem der Hämodiafiltration mit Vorverdünnung, mit dem einzigen Unterschied, daß der Ausgang des zweiten Entpyrogenierungsfilters 404A über den T-Anschluß 404A stromabwärts vom Auslaß des Dialysators 404 in den Blutkreislauf 400 mündet. In der Dialysatleitung L sind ein Ventil 414 und eine Peristaltikpumpe 404P angeordnet. Die Leitung 418 ist über das Ventil 414 offen.
Bei der Hämodiafiltration mit Mittenverdünnung wird kein zweiter Entpyrogenierungsfilter benötigt. Stattdessen wird die Ultrafiltrationspumpe 242 verwendet, um ultrareines Dialysat in den Dialysator 404 rückzuspülen und anschließend dieses überschüssige Fluid zu entfernen (vgl. 25 der Offenlegungsschrift DE 196 05 260 A1 ). Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine konzentriertere Dialysatcharge hergestellt werden, die anschließend, während der Dialysebehandlung, mit dem über die Umkehrosmose erhaltenen Wasser auf die richtige Verdünnung dosiert werden kann. Dabei kann ein gleich großer oder kleinerer Behälter 202 verwendet werden und auch die erfindungsgemäße Mischung der Chemikalien entspricht dem obenbeschriebenen Fall. Die Herstellung einer konzentrierteren Dialysatcharge wäre insbesondere bei längeren Behandlungen nützlich. Das einströmende Umkehrosmosewasser wird erwärmt und ein geeignetes Mittel ist vorgesehen, um sicherzustellen, daß die konzentrierte Dialysatlösung und das einströmende Umkehrosmosewasser gründlich durchmischt werden. Das hereinströmende Umkehrosmosewasser kann beispielsweise durch die Verwendung eines temperaturgesteuerten Mischventils, wie in der Wasseraufbereitungseinheit 20, erwärmt werden. Die Mittel zur Gewährleistung, daß die konzentrierte Dialysatlösung und das hereinströmende Umkehrosmosewasser gut durchmischt werden, sind beispielsweise dadurch erhältlich, daß die Leitfähigkeit der Lösung überwacht wird, während konzentriertes Dialysat aus dem Behälter 202 über den Leitfähigkeitssensor 226 entnommen und unter Anwendung des obenbeschriebenen Mischverfahrens im oberen Behälterbereich wieder in den Behälter gelangt.
Aus der vorhergehenden Beschreibung ergeben sich für den Fachmann zahlreiche weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die jedoch hier nicht näher beschrieben werden. Die hier verwendeten Begriffe "Modul" und "Einheit" sind sehr breitgefaßt zu verstehen und umfassen eine Komponente oder eine Gruppe von Komponenten, die eine spezifische Funktion ausführen, wie beispielsweise die Wasseraufbereitung oder die Herstellung von Dialysatlösung, unabhängig davon, ob eine derartige Komponente oder Gruppe von Komponenten physikalisch getrennt, beispielsweise innerhalb eines Gehäuses, angeordnet ist. Offensichtlich ist die Auswahl der Komponenten, die ein solches "Modul" ergeben, eine Frage der gewählten Konstruktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung. So ist beispielsweise in der beschriebenen Ausführungsform der Dialysatkreislauf 402 als Teil des Dialysatherstellungsmoduls 26 dargestellt, wobei er jedoch ebenso gut ein Teil des extrakorporalen Kreislaufs 28 sein könnte, wobei man geeignete Anschlüsse in den zur Dialysatseite des Dialysators hinführenden Leitungen vorgesehen wären. Der in der vorliegenden Beschreibung mehrfach verwendete Begriff "reines Wasser" ist so zu verstehen, daß Verunreinigungen soweit als möglich entfernt worden sind. Der Begriff soll dabei nicht auf eine technische oder pharmakologische Definition eingeengt werden.

Claims

Vorrichtung zum Entfernen von Luftbläschen aus Blut mit: einer Frontabdeckung (1002); einer rückseitigen Abdeckung (1008); wenigstens einer hydrophoben mikroporösen Membran (1006, 1006A); einer Fluidkreislaufplatte (1004), die zwischen der Frontabdeckung und der rückseitigen Abdeckung angeordnet ist und eine Öffnung (1034) aufweist, die von der hydrophoben, mikroporöse Membran (1006) abgedeckt ist, wobei die Abdeckungen (1002, 1008) und die Fluidkreislaufplatte (1004) so zusammenwirken, dass einerseits eine Luftkammer zwischen der rückseitigen Fläche der Fluidkreislaufplatte und der rückseitigen Abdeckung und anderseits eine Blutkammer (1014) zwischen der Frontabdeckung und der Fluidkreislaufplatte definiert wird, wobei die mikroporöse Membran (1006) die Blutkammer von der Luftkammer trennt; einem Trägermittel (1010), um die mikroporöse Membran von der der Luftkammer zugewandten Seite der Membran aus zu stützen, einem Drucksensor (506,508), um den Blutdruck in der Blutkammer zu messen; einem Bluteinlass (1022) und einem Blutauslass (1020), um Blut in die bzw. aus der Kammer zu leiten, und einem mit der Luftkammer kommunizierenden Luftstutzen (1012), der ein Entweichen von Gasen ermöglicht, die von der Blutkammer durch die mikroporöse Membran hindurchtreten, wobei außerdem ein mit der Luftkammer verbundener Kondensatauslass (1018) in der Fluidkreislaufplatte (1004) vorgesehen ist, um Kondensat, welches sich in der Fluidkreislaufplatte bildet, abzuführen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mikroporöse Membran (1006) eine zu der Luftkammer weisende Luftseite und eine zu der Blutkammer weisende Blutseite aufweist, wobei die Trägermittel (1010) ein aufgeformtes Trägerelement (1024) umfassen, welches in Kontakt mit der Luftseite der Membran angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite hydrophobe mikroporöse Membran (1006A) zwischen der Luftkammer und dem Luftstutzen (1012) angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass außerdem ein Blutdetektor in der Luftkammer vorgesehen ist, um im Fall eines Versagens der mikroporösen Membran (1006) den Durchtritt von Blut aus der Blutkammer in die Luftkammer zu detektieren.