DE68929093T2

DE68929093T2 - Vorrichtung zur Bestimmung von Gasen in Blutgefässen

Info

Publication number: DE68929093T2
Application number: DE68929093T
Authority: DE
Inventors: Thomas G. Hacker
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: Terumo Cardiovascular Systems Corp
Priority date: 1988-08-08
Filing date: 1989-08-04
Publication date: 2000-05-25
Anticipated expiration: 2009-08-05
Also published as: ATE114945T1; AU3806689A; JP2735302B2; EP0613651A3; DK377789D0; DE68919771T2; DK377789A; EP0354736A1; US4989606A; JPH0284940A; DE68919771D1; EP0613651A2; AU620116B2; DE68929093D1; EP0613651B1; EP0354736B1; ATE185953T1; CA1332442C; DK170570B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Oft muß oder will man verschiedene Blutparameter messen, z. B. Bluttemperatur, -druck und -zusammensetzungsparameter, d. h. das Vorhandensein und/oder die Konzentration solcher Blutbestandteile wie Blutgase, Wasserstoffionen (pH-Wert), andere Elektrolyten, Glucose, rote Blutkörperchen u. ä. Blutzusammensetzungsparameter lassen sich in Echtzeit mit Fluoreszenzsensoren messen. Erreicht werden kann dies z. B. in einem extrakorporalen Blutkreislauf gemäß der US-A-4640820 (Cooper) sowie in vivo gemäß der Offenbarung in der RE-31879 (Lubbers et al.). Zu dem in der Patentschrift für Cooper offenbarten System gehört ein Fluid- (Blut-) Durchgang, der teilweise durch Membranen gebildet ist, die für einen oder mehrere Blutbestandteile durchlässig sind. Zur in-vivo-Erfassung wird ein Fühler oder Katheter, der einen geeigneten Sensor trägt, in ein Blutgefäß des Patienten eingesetzt. Da Blutgefäße recht klein sind, müssen zum Einsetzen in solche Gefäße bestimmte Sensoren sehr klein sein. Diese Größenbeschränkung kann sich negativ auf die Genauigkeit der Bestimmung durch den Sensor auswirken.
Die US-A-4008717 offenbart eine tragbare, konstant entnehmende Vorrichtung mit Schlauchverbindung, die einen Katheter aufweist, der durch eine Einwegnadel intravenös in ein Subjekt eingesetzt wird. Die Vorrichtung hat ein Gehäuse, das sich außerhalb des Körpers eines Patienten befindet und einen durchgehenden Fluidfließdurchgang hat, in den Blut des Patienten geleitet werden kann. Das Gehäuse hat eine erste und zweite Gehäusekomponente, die einen Fluidfließdurchgang mit einer Membran dazwischen bilden, die für Blut durchlässig ist, und in den Fluidfließdurchgang ist ein Sensorfühler eingesetzt, der auf die Erzeugung elektrischer Energie in Bezie hung zur Konzentration diffundierbarer Materialien im Fluid, also im Blut eines Patienten, reagiert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Erfindungsgemäß wird eine Anordnung zum Messen eines Zusammensetzungsparameters des Bluts eines Patienten nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Die Erfindung beruht teilweise auf der Erkenntnis und Ermittlung, daß nur eine kleine Blutmenge nötig ist, um genaue und zuverlässige Blutanalysen zu erhalten. So kann z. B. ein System, das so aufgebaut ist, daß es einem Patienten eine relativ begrenzte Blutmenge entnimmt, zufriedenstellende Messungen liefern. Ferner kann durch Isolieren des Blutfließwegs von der teureren Analysenausrüstung die den Fließweg aufweisende Komponente nach Gebrauch wirtschaftlich und effektiv entsorgt werden, wodurch man Blutkontamination zwischen Patienten verhindert. Vorteilhaft ist das Sensorelement der Erfindung außerhalb des Patientenkörpers angeordnet, und ein den Sensor tragendes Gehäuse ist vorzugsweise ausreichend kompakt, so daß es am Körper, z. B. am Arm, des Patienten befestigt werden kann.
In einem breiten Aspekt weist die Erfindung eine Anordnung auf, die zur Messung eines Zusammensetzungsparameters des Bluts eines Patienten von Nutzen ist. Diese Anordnung verfügt über ein Gehäuse, das einen Fluidfließdurchgang enthält, und ein Sensorelement, das in oder nahe einem solchen Durchgang angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Gehäuse so angepaßt und bemessen, daß es sich außerhalb des Patientenkörpers befindet. Der Fluidfließdurchgang erstreckt sich durch das Gehäuse. Aus einem Hohlschlauch in Fluidverbindung mit einem Blutgefäß des Patienten wird Blut in diesen Fließdurchgang und aus ihm heraus geleitet. Der Fluidfließdurchgang ist durch eine Wand gebildet, die für das Blut im Durchgang im wesentlichen undurchlässig ist. Somit lassen sich Durchgang und Gehäuse wirksam von anderen Komponenten isolieren, z. B. Signalübertragungsdrähten, optischen Fasern u. ä., so daß nach Gebrauch durch einen Patienten das Gehäuse leicht entsorgt werden kann, ohne solche anderen Komponenten auch ent sorgen zu müssen. Dieses Merkmal führt zu wesentlichen Kosteneinsparungen und schützt einzelne Patienten vor Blutkontamination zwischen Patienten. Das Sensorelement wirkt so, daß es ein Signal zu einer (einem) Signalübertragungseinrichtung oder -system als Reaktion auf einen Zusammensetzungsparameter von Blut im Fluidfließdurchgang führt.
In einer Ausführungsform ist die Anordnung so aufgebaut, daß das Gehäuse von der Signalübertragungseinrichtung entfernt werden kann, vorzugsweise ohne Unterbrechung des Fluidfließdurchgangs. In dieser Ausführungsform ist der Fließdurchgang vom Signalübertragungssystem vollständig isoliert, so daß z. B. die Signalübertragungseinrichtung leicht vom Gehäuse getrennt werden kann, z. B. damit das Gehäuse bedarfsweise leicht entsorgt werden kann. Im Zusammenhang mit diesem Absatz gehören zum Betriff "Signalübertragungseinrichtung oder -system" jene Komponenten, denen ein Signal direkt vom Sensorelement zugeführt wird. Ist z. B. der Sensor ein elektrochemischer, kann die Signalübertragungseinrichtung die direkt am Sensor befestigten Drähte aufweisen; und ist das Sensorelement ein optisches Sensorelement, weist die (das) Signalübertragungseinrichtung oder -system die optische(n) Faser(n) auf, die Signale direkt vom Sensorelement empfangen.
Bei einer weiteren Ausführungsform liegt eine geometrische Änderung des Fluidfließdurchgangs vor. In dieser Ausführungsform ist der Fluidfließdurchgang an oder nahe der Stelle des Sensorelements mindestens doppelt so breit wie tief. Die "Tiefen"-Richtung erstreckt sich vom Sensorelement direkt nach außen. Die "Breiten"-Richtung ist die Richtung, die im wesentlich senkrecht zur allgemeinen Fluidfließrichtung im Durchgang wie auch zur Tiefenrichtung ist. Durch dieses Merkmal erhöht sich vorteilhaft die wirksame Menge oder Teilmenge von Blut, das dem Sensorelement ausgesetzt ist. Dadurch nutzt diese Geometrie des Fluidfließdurchgangs das Blut sehr effektiv, z. B. eine relativ begrenzte Blutmenge im Durchgang.
Vorzugsweise sind Größe und Konfiguration des Fluidfließdurchgangs so, daß Blut dem Patienten durch den Hohlschlauch in den Fluidfließdurchgang zweckmäßig zur Analyse entnommen werden und nach der Analyse das Blut im wesentli chen vollständig aus dem Durchgang durch den Hohlschlauch zurück zum Patienten entfernt werden kann. Anders ausgedrückt sind Größe und Konfiguration des Fluidfließdurchgangs vorzugsweise so, daß das Blut aus dem Durchgang im wesentlichen vollständig zurück zum Patienten entfernt wird, z. B. durch die Wirkung eines herkömmlichen Spülfluids, das ebenfalls zum Patienten läuft. Im wesentlichen bleibt kein Blut im Durchgang, das gerinnt oder den Patienten oder das System anderweitig beeinträchtigt. Vorzugsweise ist die Querschnittfläche des Fluidfließdurchgangs an oder nahe der Stelle des Sensorelements weniger als etwa 10 mal, stärker bevorzugt weniger als etwa 3 mal so groß wie die größte Querschnittfläche des Hohlschlauchs, die zum Fluidfluß zwischen dem Patienten und dem Durchgang zur Verfügung steht. Die Querschnittfläche des Fluidfließdurchgangs an oder nahe der Stelle des Sensorelements kann etwa die gleiche wie die größte Querschnittfläche des Hohlschlauchs sein. Durch dieses Merkmal reduziert sich die Blutmenge, die dem Patienten entnommen werden muß. Festgestellt wurde, daß zuverlässig genaue Messungen mit dieser relativ begrenzten Blutmenge im Fluidfließweg erhalten werden können. Durch Reduzieren der Blutentnahmemenge verringert sich aus ein etwaiger schädigender Einfluß auf den Patienten infolge des im Fluidfließdurchgang vorhandenen Blutflusses.
Das Gehäuse kann eine erste Gehäusekomponente und eine zweite Gehäusekomponente aufweisen. So kann z. B. die erste Gehäusekomponente eine erste Vertiefung aufweisen, und die zweite Gehäusekomponente kann eine zweite Vertiefung aufweisen. Die erste und zweite Gehäusekomponente sind so angeordnet, daß die erste und zweite Vertiefung jeweils einen Teil des Fluidfließdurchgangs bilden. Ein im wesentlichen ringförmiger Raum, der zwischen den beiden Gehäusekomponenten gebildet ist, ist mindestens teilweise mit einem Klebstoff gefüllt, um die beiden Gehäusekomponenten miteinander zu verbinden. Dieser Gehäuseaufbau ist überaus nützlich und relativ leicht herzustellen.
Eine weitere Konfiguration beinhaltet eine erste Gehäusekomponente, die einen Abschnitt des Fluidfließdurchgangs bildet und ein erstes und zweites Schlauchanschlußstück auf weist, die so wirken, daß sie ein erstes bzw. zweites Hohlschlauchsegment am Gehäuse befestigen. Außerdem weist die erste Gehäusekomponente erste Abschnitte eines ersten und zweiten Kanals auf, die jeweils im Fluidfließdurchgang enden. Die zweite Gehäusekomponente bildet ebenfalls einen Abschnitt des Fluidfließdurchgangs und weist zweite Abschnitte des ersten und zweiten Kanals auf. Dieser Aufbau ist sehr zweckmäßig und vorteilhaft beim Verwenden des ersten und zweiten Kanals, um einen relativ glatten Übergang des Blutflusses zwischen den Hohlschlauchsegmenten und dem Fluidfließdurchgang zu bilden. Außerdem sind Herstellung und Montage von Gehäusekomponenten mit dem beschriebenen Aufbau kosteneffektiv, insbesondere wenn die Materialien des Aufbaus Polymermaterialien sind.
Vorzugsweise weist das Gehäuse ein erstes und zweites Schlauchanschlußstück auf, die benachbart zu entgegengesetzten Enden des Fluidfließdurchgangs angeordnet und geeignet sind, ein erstes bzw. zweites Hohlschlauchsegment am Gehäuse zu halten. Vorzugsweise sind diese Schlauchanschlußstücke so aufgebaut, daß das erste und zweite Hohlschlauchsegment im wesentlichen in gegenläufigen Richtungen, im wesentlichen senkrecht zur allgemeinen Fließrichtung im Fluidfließdurchgang orientiert sind. Die im wesentlichen gegenläufigen Richtungen liegen vorzugsweise im wesentlichen in derselben Ebene und/oder sind im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Teils des Patientenkörpers, an dem die Anordnung befestigt ist. Eine solche Orientierung senkt die Gefahr, daß sich beim Gebrauch der Anordnung die Schlauchsegmente verheddern, gepreßt oder anderweitig blockiert werden. Dadurch kann Blut ohne Stau frei in die Schlauchsegmente und aus ihnen heraus fließen.
Vorzugsweise weist das Gehäuse eine Vertiefung auf, die so bemessen und angepaßt ist, daß sie einen Abschnitt, z. B. das distale Ende, der Signalübertragungseinrichtung aufnimmt, wenn das Gehäuse an der Signalübertragungseinrichtung entfernbar befestigt ist. Durch diesen vertieften Gehäuseaufbau kann das Gehäuse zum Gebrauch sehr leicht und zweckmäßig mit der Signalübertragungseinrichtung "gepaart" werden. Vorzugsweise weist die Signalübertragungseinrichtung eine lösbare Koppeleinrichtung auf, die so aktiviert werden kann, daß sie das Gehäuse an der Signalübertragungseinrichtung entfernbar befestigt. Durch eine solche Koppeleinrichtung kann das Gehäuse bedarfsweise mit der Signalübertragungseinrichtung zweckmäßig gekoppelt und von ihr abgekoppelt werden.
Der Fluidfließdurchgang kann eine erste Wand und eine im wesentlichen gegenüberliegende zweite Wand haben, und die Signalübertragungseinrichtung weist eine lösbare Koppeleinrichtung auf. Vorzugsweise ist das Gehäuse so aufgebaut, daß die Koppeleinrichtung das Gehäuse an einer zur zweiten Wand benachbarten Stelle kontaktiert, um das Gehäuse an der Signalübertragungseinrichtung entfernbar befestigt (abnehmbar gekoppelt) zu halten. Insbesondere kann das Gehäuse einen ersten Gehäuseabschnitt mit der ersten Wand des Fluidfließdurchgangs und einen zweiten Gehäuseabschnitt aufweisen, der fest am ersten Abschnitt befestigt ist und die zweite Wand des Fluidfließdurchgangs aufweist. Der zweite Gehäuseabschnitt ist geeignet, von der Koppeleinrichtung kontaktiert zu werden, um das Gehäuse an der Signalübertragungseinrichtung entfernbar befestigt zu halten. Vorzugsweise weist der erste Gehäuseabschnitt das Sensorelement auf. Dieses Merkmal bietet eine wirksame Möglichkeit, das Gehäuse an der Signalübertragungseinrichtung entfernbar zu befestigen. Bevorzugt ist, daß das Gehäuse und die Signalübertragungseinrichtung so aufgebaut sind, daß sie auf eine solche Weise entfernbar befestigt sein können, daß eine wirksame Signalkommunikation zwischen dem Sensorelement und der Signalübertragungseinrichtung gegeben ist.
Bei Bedarf kann je nach spezieller Anwendung jedes der hierin diskutierten Merkmale allein oder in Kombination zum Einsatz kommen.
Das oder die Sensorelemente im System sind optische Sensorelemente, z. B. Sensorelemente auf der Grundlage von Lichtfluoreszenz oder -absorption bzw. -extinktion. Stärker bevorzugt ist das Sensorelement ein Fluoreszenzsensorelement. Vorzugsweise weist die Anordnung ferner eine Signalübertragungseinrichtung, insbesondere mit optischen Fasern, zum Übertragen von Signalen von den Sensorelementen auf. In einer nützlichen Ausführungsform, in der ein optisches Sensorelement zum Einsatz kommt, verfügt das Gehäuse über eine im wesentlichen transparente oder optisch durchsichtige (d. h. bei der (den) interessierenden Signalwellenlänge(n)) erste Gehäusekomponente, durch die ein optisches Signal zur Signalübertragungseinrichtung als Reaktion auf Zusammensetzungsparameter von Blut im Fluidfließweg geführt wird, und eine im wesentlichen gasundurchlässige zweite Gehäusekomponente, die Teil des Fluidfließwegs bildet. Dies ist besonders nützlich, wenn ein oder mehrere Blutgase zu erfassen sind, und schafft eine erhöhte Erfassungsgenauigkeit, da eine verringerte Blutgasmenge das Gehäuse durchdringt und aus ihm entweicht. In dieser Ausführungsform ist es besonders bevorzugt, daß die erste und zweite Gehäusekomponente aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind.
Das Sensorelement ist so angeordnet, daß im wesentlichen genaue Bestimmungen der interessierenden Zusammensetzungsparameter des Bluts im Fluidfließweg erhalten werden. Das oder die Sensorelemente können so angeordnet sein, daß sie in direktem Kontakt mit dem Gehäuse stehen, oder ein oder mehrere solche Elemente können so angeordnet sein, daß sie vom Gehäuse körperlich getrennt sind. Diese Ausführungsform mit "körperlicher Trennung" ist besonders nützlich, wenn das Sensorelement zur Bestimmung der Konzentration eines Blutgases dient, z. B. Sauerstoff und Kohlendioxid, und liefert präzisere Bestimmungen. Erreichen läßt sich eine solche körperliche Trennung beispielsweise, indem das Sensorelement an einem Stützelement angeordnet ist, das selbst das Gehäuse körperlich berührt, z. B. daran befestigt ist. Dieses Stützelement, das aus Glas u. ä. Materialien hergestellt sein kann, ist vorzugsweise im wesentlichen undurchlässig für Blutgase und vorzugsweise im wesentlichen transparent.
In einer nützlichen Ausführungsform weist das System vorzugsweise mehrere Sensorelemente auf, wobei jedes der Sensorelemente ein Signal zu einer Signalübertragungseinrichtung als Reaktion auf einen anderen Zusammensetzungsparameter von Blut im Fluidfließweg führt.
Ferner kann die Anordnung eine Volumenoszillatoreinrichtung in Fluidverbindung mit dem Fluidfließdurchgang aufweisen. Diese Volumenoszillatoreinrichtung zieht Blut vom Patienten, damit es im Fluidfließdurchgang fließt. Vorzugsweise ist die Volumenoszillatoreinrichtung so aufgebaut und angeordnet, daß sich im wesentlichen keine Nettopumpwirkung von Blut aus dem Betrieb der Volumenoszillatoreinrichtung ergibt.
Am besten wird die Erfindung zusammen mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten veranschaulichenden Zeichnungen deutlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Anordnung im Gebrauch.
Fig. 2 ist eine in Perspektive gezeigte Explosionsansicht bestimmter Komponenten der Ausführungsform der Anordnung von Fig. 1.
Fig. 3 ist eine Perspektivansicht der Komponenten in Fig. 2, dargestellt im zusammengebauten und gebrauchsfertigen Zustand.
Fig. 4 ist eine Querschnittansicht an der Linie 4-4 von Fig. 2.
Fig. 5 ist eine Querschnittansicht an der Linie 5-5 von Fig. 2.
Fig. 6 ist eine Querschnittansicht an der Linie 6-6 von Fig. 2.
Fig. 7 ist eine Querschnittansicht an der Linie 7-7 von Fig. 4.
Fig. 8 ist eine Untersicht auf eine der Gehäusekomponenten (das Gehäuseoberteil) der Ausführungsform der Anordnung von Fig. 1.

NÄHERE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine Anordnung 11 zum Messen verschiedener Blutzusammensetzungsparameter und insbesondere des pH-Werts sowie der Konzentrationen von Sauerstoff und Kohlendioxid im Blut. Obwohl die Anordnung 11 verschiedene Aufbauten haben kann, weist sie in dieser Ausführungsform ein Lösungseinleitungssystem 13 und eine Sensoranordnung 15 auf.
Allgemein leitet das Lösungseinleitungssystem 13 eine geeignete Spüllösung, z. B. eine gerinnungsverhindernde Lösung wie eine heparinisierte Kochsalzlösung, durch verschiedene Komponenten der Sensoranordnung 15 zum Patienten, um die zum Patienten führende Leitung offen zu halten. Obwohl dies auf verschiedene Weise erreicht werden kann, verfügt in der schematisch in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform das System 13 über eine Druckquelle 19 für heparinisierte Kochsalzlösung, eine erste Leitung 21, die von der Quelle zur Sensoranordnung 15 führt, ein Tropfsteuer- und Schnellspülventil 23, einen Absperrhahn 25, einen Volumenoszillator 27, einen Druckwandler 28 und einen Druckwächter 29. Viele der Komponenten des Lösungseinleitungssystems 13 können herkömmlich sein, und bei Bedarf kann dieses System andere Komponenten aufweisen.
In der gezeigten Ausführungsform fließt Lösung aus der Druckquelle 19 durch das Ventil 23 mit einem relativ geringen Durchfluß, z. B. 2 bis 5 ml/Stunde. Die Lösung fließt durch die erste Leitung 21, am Volumenoszillator 27 vorbei, durch verschiedene Komponenten der Sensoranordnung 15 zum Patienten. Soll der Durchfluß von der Quelle 19 schneller sein, z. B. beim Vorfüllen, kann das Ventil 23 manuell geöffnet werden, damit der Lösungsdurchfluß relativ hoch ist.
Der Volumenoszillator 27 kann eine beliebige von einer Anzahl unterschiedlicher Strukturen und Konfigurationen haben. Die dargestellte Ausführungsform ist eine Zylinder- Kolben-Spritze, die ein Vakuum in der ersten Leitung 21 erzeugen kann, indem ein Kolben 31 vom Absperrhahn 25 manuell wegbewegt wird. Aufheben läßt sich dieses Vakuum, indem der Kolben 31 zum Absperrhahn 25 bewegt wird. Durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens 31 kommt es zu keinem Netto- oder gemitteltem Fluß oder Pumpen von Blut in jede Richtung.
Der Absperrhahn 25 kann in die Position (1) geschaltet werden, in der sich der Volumenoszillator 27 effektiv außerhalb des Systems befindet, oder in die Position (2), in der der Volumenoszillator 27 in direkter Fluidverbindung mit dem Teil der ersten Leitung 21 nach dem Absperrhahn 25 steht (auf der Grundlage der allgemeinen Fließrichtung des Spülfluids von der Quelle 19) und in der der Teil der ersten Leitung 21 vor dem Absperrhahn 25 vom Rest des Lösungseinleitungssystems 13 isoliert ist.
Der Druckwandler 28 kommuniziert mit der ersten Leitung 21 und kann den Druck darin messen. Steht somit die zweite Leitung 33 in Fluidverbindung mit dem Gefäßsystem eines Patienten, kann der Druckwandler 28 Blutdruckanzeigen liefern. Durch Betätigen des Absperrhahns 25 in die Position (1) beeinflußt der Volumenoszillator 27 nicht die vom Wandler 28 gelieferten Blutdruckanzeigen.
Fig. 2 bis 8 zeigen verschiedene Komponenten der Sensoranordnung 15. Eine Gehäusebasis 35 ist zwischen der ersten Leitung 21 und zweiten Leitung 33 angeordnet. Die Gehäusebasis 35 verfügt über ein erstes Schlauchanschlußstück 37, das direkt an der ersten Leitung 21 befestigt ist, und ein zweites Schlauchanschlußstück 39, das direkt an der zweiten Leitung 33 befestigt ist. Ein Fluiddurchgang 41 ist zwischen der Gehäusebasis 35 und einem Gehäuseoberteil 45 angeordnet. Das erste und zweite Schlauchanschlußstück 37 und 39 sind so konfiguriert, daß die erste und zweite Leitung 21 und 33 (aus der Gehäusebasis 35) in gegenläufigen, in derselben Ebene liegenden Richtungen senkrecht zu den allgemeinen Fließrichtungen durch den Fluiddurchgang 41 orientiert sind. Wie Fig. 1 zeigt, sind diese gegenläufigen Richtungen allgemein parallel zur Oberfläche des Patientenarms, an dem die Sensoranordnung 15 angeordnet ist. Die Gehäusebasis 35 weist eine erste Vertiefung auf, die durch eine untere Wand 46, eine erste Vertiefungsseitenwand 50 und eine zweite Vertiefungsseitenwand 52 gebildet ist. Das Gehäuseoberteil 45 weist eine zweite Vertiefung auf, die durch eine obere Wand 47, eine erste Seitenwand 49 und eine zweite Seitenwand 51 gebildet ist. Ein Fluiddurchgang 41 ist gebildet, indem das Gehäuseoberteil 45 in Berührung mit der unteren Wand 46 der Gehäusebasis 35 plaziert wird, was Fig. 7 am besten zeigt. Ein Klebstoff 53 ist in den im wesentlichen ringförmigen Raum gegeben, der zwischen Gehäuseoberteil 45 und Gehäusebasis 35 gebildet ist.
Die untere Wand 46, obere Wand 47, erste Seitenwand 49 und zweite Seitenwand 51 bilden den Fluiddurchgang 41.
Eine Kante 36 erstreckt sich um den Unterseitenumfang der Gehäusebasis 35 und bildet eine Vertiefung 38.
Die Gehäusebasis 35 weist ein erstes Loch 54 und ein zweites Loch 56 auf, die jeweils in Fluidverbindung mit dem ersten Schlauchanschlußstück 37 bzw. zweiten Schlauchanschlußstück 39 stehen. Die Gehäuseoberseite 45 weist eine erste Lasche 58 und eine zweite Lasche 60 auf, die sich jeweils in das erste bzw. zweite Loch 54 und 56 einpassen, um einen ersten und zweiten Kanal 62 und 64 zu bilden. Diese Kanäle 62 und 64 bilden Fließwege für Blut aus der ersten bzw. zweiten Leitung 21 und 33 zum Fluiddurchgang 41.
Der Fluiddurchgang 41 hat eine Querschnittfläche, die etwa 2, 2 mal so groß wie die größte Querschnittfläche ist, die für den Fluidfluß der ersten Leitung 21 oder zweiten Leitung 33 zur Verfügung steht. Ferner ist der Abstand zwischen der ersten Seitenwand 49 und der zweiten Seitenwand 51 des Fluiddurchgangs 41 gemäß Fig. 7 etwa 4,8 mal so groß wie der kürzeste Abstand zwischen der oberen Wand 47 und der unteren Wand 46 des Fluiddurchgangs 41.
Die untere Wand 46 des Fluiddurchgangs 41 weist eine erhöhte Fläche 55 und drei (3) kreisförmige Einschnitte 57, 59 und 61 auf. Die obere Wand 47 des Gehäuseoberteils 45 weist eine entsprechend erhöhte Fläche 55a auf. Die erhöhten Flächen 55 und 55a sind geeignet, das distale Ende des Thermistors 63 aufzunehmen, der am übertragungsblock 65 angeordnet ist. Im Normalgebrauch wird die Gehäusebasis 35 in enger Nähe zum Übertragungsblock 65 gehalten, so daß sich das distale Ende des Thermistors 63 in die erhöhte Fläche 55 erstreckt. In dieser Position kann der Thermistor die Temperatur des Bluts im Fluiddurchgang 41 genau ablesen.
Jeder der Einschnitte 57, 59 und 61 ist einem unterschiedlichen von Sensoren 67, 69 bzw. 71 zugeordnet. In dieser Ausführungsform weist jeder der Sensoren 67, 69 und 71 einen unterschiedlichen optischen Fluoreszenzindikator auf. Die Indikatoren in den Sensoren 67, 69 und 71 reagieren auf die Kohlendioxidkonzentration, den pn-Wert bzw. die Sauer stoffkonzentration im Patientenblut, indem sie optische Signale als Anzeige für die erfaßten Zusammensetzungsparameter liefern.
Im allgemeinen können die Sensoren 67, 69 und 71 so aufgebaut sein, daß der optische Indikator in ein Matrixmaterial. z. B. ein Polymermatrixmaterial, eingebaut oder mit ihm kombiniert ist. Insbesondere ist der Sensor 69 gemäß Fig. 5 aufgebaut. Der Sensor 69 weist einen optischen Indikator auf, der auf den pH-Wert von Blut anspricht und in ein hydrophiles Polymer 73 eingebettet ist, das im Einschnitt 59 plaziert ist. Das hydrophile Polymer 73 ist für die Komponente Wasserstoffionen im zu erfassenden Blut durchlässig. Ein opaker Überzug 75 ist oben auf dem Polymer 73 plaziert und dient zum optischen Isolieren des Sensors 69 von der Außenumgebung. Der Überzug 75 ist für die zu erfassende Komponente durchlässig.
In Fig. 6 ist der Aufbau des Sensors 67 veranschaulicht. Verständlich sollte sein, daß der Sensor 71 ähnlich wie der Sensor 67 aufgebaut ist. Der Sensor 67 verfügt über eine Glasscheibe 72, die für die zum Sensor 67 gesendeten und durch ihn übertragenen Signale im wesentlichen transparent oder optisch durchsichtig ist, und ist so bemessen, daß er sich in den Einschnitt 57 einpaßt und sich über einen geringen Abstand oberhalb der unteren Wand 46 des Fluiddurchgangs 41 erstreckt. Aufgebaut ist der Sensor 67 durch Plazieren eines Polymers 74 mit einem auf die Kohlendioxidkonzentration im Blut ansprechenden optischen Indikator auf der Glasscheibe 72. Das Polymer 74 ist für die Komponente Kohlendioxid im zu erfassenden Blut durchlässig. Ein opaker Überzug 76 ist oben auf dem Polymer 74 plaziert und dient zum optischen Isolieren des Sensors 67 von der Außenumgebung. Der Überzug 76 ist für die zu erfassende Komponente durchlässig. Danach ist die Glasscheibe 72 in die Vertiefung 57 gegeben und an Ort und Stelle z. B. durch Klebebefestigung befestigt. Dieser Aufbau ist für den Kohlendioxidsensor 67 und den Sauerstoffsensor 71 bevorzugt, da das hydrophile Polymer 74 und der Überzug 76 von der Gehäusebasis 35 körperlich so getrennt sind, daß Störungen von der Gehäusebasis 35 verringert sind und genauere Konzentrationsbestimmungen oft erhalten werden. Zudem ist ein solcher Aufbau leicht herzustellen.
Neben dem Thermistor 63 trägt der Übertragungsblock 65 optische Fasern 77, 79 und 81, die so gestaltet und aufgebaut sind, daß sie die Sensoren 67, 69 bzw. 71 anregen und Signale von ihnen übertragen. Die Fasern 77, 79 und 81 übertragen Signale von den Sensoren 67, 69 bzw. 71 zu einem Instrument 83, das ein Anzeigemodul 84 aufweist. Das Instrument 83 verarbeitet die Signale von den Sensoren 67, 69 und 71 und liefert eine Anzeige der aktuellen Werte für die Kohlendioxidkonzentration, den pH-Wert und die Sauerstoffkonzentration im Patientenblut.
Das Gehäuseoberteil 45 weist zwei sich nach außen erstreckende Flügel 78 und 80 auf, die zum wirksamen Halten des Gehäuseoberteils 45 bei Herstellung des Gehäuses aus der Gehäusebasis 35 und dem Gehäuseoberteil 45 von Nutzen sind. Daneben erfüllen die Flügel 78 und 80 eine nützliche Funktion beim Gebrauch der Sensoranordnung 15. So wirken die Flügel 78 und 80 als Wärmeisolatoren, um die Temperaturänderung von Blut im Fluiddurchgang 41 zu reduzieren. Durch Beibehalten einer relativ konstanten Temperatur im Fluiddurchgang 41 kann man den oder die interessierenden Zusammensetzungsparameter genauer messen. Dieses "Wärmeisolator"-Merkmal ist besonders dann anwendbar, wenn das Gehäuseoberteil 45 aus einem wärmeisolierenden Material hergestellt ist, z. B. einem Polymermaterial. Bei Bedarf kann der Übertragungsblock 65 Wärme zuführen, um zur Aufrechterhaltung der Temperatur im Fluiddurchgang 41 beizutragen.
In einer nützlichen Ausführungsform ist das Gehäuseoberteil 45 aus einem Material hergestellt, das im wesentlichen gasundurchlässig ist. Dieses Merkmal verringert das Entweichen von Blutgasen, z. B. Sauerstoff und Kohlendioxid, durch das Gehäuseoberteil 45 und erhöht die Genauigkeit von Blutgasmessungen. Die Gehäusebasis 35 kann aus dem gleichen Material wie das Gehäuseoberteil 45 oder einem anderen Material hergestellt sein. Allerdings ist es wichtig, daß mindestens ein Abschnitt der Gehäusebasis 35 für Lichtsignale transpa rent ist, die durch den Übertragungsblock 65 gesendet und empfangen werden.
Im Gebrauch wird die Gehäusebasis 35 auf das distale Ende 85 des Übertragungsblocks 65 aufgepaßt. Das distale Ende 85 ist eindeutig geformt, und die Vertiefung 38 ist entsprechend so geformt, daß das distale Ende 85 durch die Vertiefung 38 aufgenommen und darin so eingepaßt wird, daß eine richtige Ausrichtung zwischen den optischen Fasern 77, 79 und 81 und den Sensoren 67, 69 und 71 jeweils gewährleistet ist. In Fig. 5 und 6 ist eine solche Ausrichtung veranschaulicht. Die Gehäusebasis 35 wird am distalen Ende 85 des Übertragungsblocks 65 durch eine allgemein bei 87 gezeigte bewegliche Befestigungsanordnung an Ort und Stelle gehalten. Die Anordnung 87 weist zwei (2) schwenkbare Arme 89 auf, die an jeder Seite des Übertragungsblocks 65 befestigt sind. Ein Befestigungsteil 91, das sich von den Armen 89 nach außen erstreckt, weist ein Gewindeloch 93 auf, das direkt über dem Gehäuseoberteil 45 liegt, wenn die Arme 89 in der aufrechten Position gemäß Fig. 3 sind.
Eine Gewindeschraube 95 ist vorgesehen und weist Gewindegänge auf, die in die Gewindegänge des Gewindelochs 93 eingreifen. Befindet sich die Gehäusebasis 35 an Ort und Stelle am distalen Ende 85 des Übertragungsblocks 65 und stehen die Arme 89 in der aufrechten Position, kann die Gewindeschraube 95 durch das Gewindeloch 93 so weit geschraubt werden, daß sie das Gehäuseoberteil 45 trifft. Berührt die Schraube 95 das Gehäuseoberteil 45, ist die Gehäusebasis 35 an Ort und Stelle in richtiger Beziehung zum Übertragungsblock 65 befestigt. Soll die Gehäusebasis 35 vom Übertragungsblock 65 entfernt werden, schraubt man einfach die Schraube 95 im Loch 93 zurück, und die Arme 89 werden aus der aufrechten Position nach unten geschwenkt. Danach ist die Gehäusebasis 35 vom Übertragungsblock 65 ungehindert abnehmbar.
Der Übertragungsblock 65 hat eine solche Größe, daß er leicht und bequem am Arm des Patienten "getragen" werden kann, dessen Blut analysiert wird, was Fig. 1 zeigt. Dieses Merkmal reduziert die Blutmenge, die dem Patienten entnommen wird, und reduziert zudem den Weg, den das Blut im Schlauch 33 zurücklegen muß, um die gewünschten Analysen zu erhalten. Am Patienten kann der Übertragungsblock 65 mittels eines Streifens 97 befestigt werden, der aus Haken- und Schlaufenbefestigungen hergestellt ist, z. B. Klettverschlüssen. Natürlich kann eine andere Einrichtung, z. B. herkömmliche Einrichtung, zum entfernbaren Befestigen des Übertragungsblocks 65 am Patienten zum Einsatz kommen. ·
Die Anordnung 11 funktioniert wie folgt. Im "normalen" Betrieb befindet sich der Absperrhahn 25 in der Position (1), und eine Spüllösungsmenge aus der Quelle 19 wird durch die erste Leitung 21, den Fließdurchgang 41 und die zweite Leitung 33 in den Patienten geleitet. Mit dieser Konfiguration läßt sich der Blutdruck des Patienten überwachen. Soll das Patientenblut chemisch analysiert werden, wird der Absperrhahn 25 in die Position (2) geschaltet.
Danach wird der Kolben 31 vom Absperrhahn 25 weg angehoben. Dadurch bildet sich ein Vakuum in der ersten Leitung 21 und zweiten Leitung 33, das seinerseits bewirkt, daß Blut vom Patienten durch die zweite Leitung 33 in den Fluiddurchgang 41 und über einen Teil des Wegs in die erste Leitung 21 fließt. An diesem Punkt werden die optischen Fasern 77, 79 und 81 aktiviert, so daß Signale als Reaktion auf die Kohlendioxidkonzentration, den pH-Wert und die Sauerstoffkonzentration des Bluts im Fluiddurchgang 41 von den Sensoren 67, 69 bzw. 71 erhalten werden können.
Nachdem diese Signale zufriedenstellend lange zum Instrument 83 übertragen wurden, wird der Kolben 31 zum Absperrhahn 25 bewegt, wodurch ein positiver Druck in der ersten Leitung 21 erzeugt wird, um das Blut in der ersten Leitung 21, im Fluiddurchgang 41 und in der zweiten Leitung 33 zurück in den Patienten zu drücken. Nach Rückführung des Bluts wird der Absperrhahn 25 wieder in die Position (1) gebracht, wonach Spülfluid aus der Quelle 19 die erste Leitung 21, den Fließdurchgang 41 und die zweite Leitung 33 in den Patienten durchfließen kann. Im wesentlichen sämtliches Blut im Fluiddurchgang 41 wird zum Patienten zurückgeführt, so daß keine Blutgerinnung oder sonstige Ablagerung zu beobachten ist. Wichtig ist dieses Merkmal, da dadurch das Patientenblut wiederholt mit zuverlässiger und reproduzierbarer Genauigkeit analysiert werden kann, ohne Bedingungen, z. B. Blutgerinnung, zu schaffen, die dem Patienten schaden könnten.
Die Gehäusebasis 35 ist aus einem transparenten Material hergestellt, speziell aus einem transparenten Polymermaterial. Durch solche Transparenz lassen sich die Signale von den Sensoren 67, 69 und 71 leicht zu den optischen Fasern 77, 79 bzw. 81 führen. Zudem sind die Gehäusebasis 35 und das Gehäuseoberteil 45 jeweils aus Materialien hergestellt, die für das flüssige Blut im Fluiddurchgang 41 im wesentlichen undurchlässig sind. Durch dieses Merkmal wird wirksam verhindert, daß der Übertragungsblock 65 dem Patientenblut ausgesetzt ist.
Nach Gebrauch wird die Befestigungsanordnung 87 gelöst, wodurch die Gehäusebasis 35 vom distalen Ende 85 des Übertragungsblocks 65 entfernt werden kann. Die Komponenten der Anordnung 11, die dem Patientenblut ausgesetzt waren, z. B. die zweite Leitung 33, die Gehäusebasis 35, das Gehäuseoberteil 45 und die erste Leitung 21, werden vorzugsweise entsorgt. Der Übertragungsblock 65 und das Instrument 83, die nicht dem Patientenblut ausgesetzt waren, lassen sich wiederholt wiederverwenden. Durch dieses Merkmal ist ein wesentlicher Vorteil für das System gegeben. So können die relativ billigen Komponenten der Sensoranordnung 15 nach einmaligem Gebrauch, z. B. Verwendung durch einen einzelnen Patienten, wirtschaftlich entsorgt werden. Die viel teureren Komponenten der Sensoranordnung 15 werden vom Patientenblut isoliert gehalten, so daß sie solchem Blut nicht ausgesetzt sind und zur wiederholten Wiederverwendung ohne Gefahr einer Blutkontamination zwischen Patienten zur Verfügung stehen.

Claims

1. Anordnung (11) zur Verwendung beim Messen eines Zusammensetzungsparameters des Bluts eines Patienten mit einem Gehäuse (35, 45), das so angepaßt und bemessen ist, daß es außerhalb des Körpers des Patienten angeordnet ist, und das einen durchgehenden Fluidfließdurchgang (41) hat, in den Blut vöm Patienten eingeleitet werden kann, wobei das Gehäuse eine den Fluidfließdurchgang (41) bildende erste (35) und zweite Gehäusekomponente (45) sowie ein Sensorelement aufweist, und dadurch gekennzeichnet ist, daß der Fluidfließdurchgang für Blut im wesentlichen undurchlässig ist, die erste Gehäusekomponente (35) im wesentlichen transparent ist und das Sensorelement ein optisches Sensorelement (67, 69, 71) ist, das durch die im wesentlichen transparente erste Gehäusekomponente (35) in oder nahe dem Fluidfließdurchgang (41) zum Bilden eines optischen Signals durch die erste Gehäusekomponente (35) als Reaktion auf einen Blutzusammensetzungsparameter getragen wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei Blut vom Patienten zum Fluidfließdurchgang (41) aus einem Hohlschlauch (33) in Fluidverbindung mit einem Blutgefäß des Patienten geführt wird, wobei die erste Gehäusekomponente (35) ein erstes und zweites Schlauchanschlußstück (37, 39), die so wirken, daß sie ein erstes (21) und zweites Hohlschlauchsegment (33) am Gehäuse befestigen, und erste Abschnitte eines ersten und zweiten Fluidfließkanals (62, 64) aufweist, die jeweils im Fluidfließdurchgang (41) enden, und die zweite Gehäusekomponente (45) zweite Abschnitte des ersten und zweiten Fluidfließkanals (62, 64) aufweist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, die mehr als ein Sensorelement (67, 69, 71) aufweist, wobei jedes der Sensorelemente ein Signal zu einer Signalübertragungseinrichtung (65) als Reaktion auf einen unterschiedlichen Zusammensetzungsparameter von Blut bereitstellt, das sich im Fluidfließdurchgang (41) befindet, und jedes der Sensorelemente ein Fluoreszenzsensorelement ist.

4. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die ferner eine Volumenoszillatoreinrichtung (27) in Fluidverbindung mit dem Fluidfließdurchgang (41) zum Ziehen von Blut vom Patienten aufweist, damit es in den Fluidfließdurchgang fließt, wobei die Volumenoszillatoreinrichtung (27) so aufgebaut und angeordnet ist, daß sich aus ihrem Betrieb im wesentlichen keine Nettopumpwirkung von Blut ergibt.

5. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die ferner eine Signalübertragungseinrichtung (65) zum Übertragen des Signals oder der Signale von dem Sensorelement oder den Sensorelementen aufweist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, wobei die Signalübertragungseinrichtung (65) mindestens eine optische Faser (77, 79, 81) für jedes Sensorelement aufweist sowie so angepaßt und bemessen ist, daß sie am Körper des Patienten entfernbar befestigbar ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, wobei das Gehäuse (35, 45) eine Vertiefung (38) aufweist, die so bemessen und angepaßt ist, daß sie einen Abschnitt der Signalübertragungseinrichtung (65) aufnimmt, wenn das Gehäuse an der Signalübertragungseinrichtung entfernbar befestigt ist.

8. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (35, 45) einen oder mehrere Einschnitte (57, 59, 61) aufweist, die zum Fluidfließdurchgang (41) offen sind, wobei jeder Einschnitt mindestens einen Abschnitt eines der Sensorelemente (67, 69, 71) aufnimmt.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2, 4, 5, 6, 7 oder 8, wobei die erste Gehäusekomponente (35) eine erste Vertiefung (46) hat und die zweite Gehäusekomponente (45) eine zweite Vertiefung (47) hat, die der ersten Vertiefung (46) gegenüberliegt, wobei die zweite Gehäusekomponente (45) mindestens teilweise in der ersten Vertiefung (46) so aufgenommen ist, daß mindestens ein Abschnitt jeder der ersten und zweiten Vertiefung (46, 47) mindestens einen Abschnitt des Fluidfließdurchgangs (41) bildet und ein im wesentlichen ringförmiger Raum zwischen der ersten und zweiten Gehäusekomponente (35, 45) vorhanden ist, wobei eine Klebstoffeinrichtung (53) mindestens teilweise in dem im wesentlichen ringförmigen Raum angeordnet ist und so wirkt, daß sie die erste und zweite Gehäusekomponente (35, 45) miteinander verbindet.