mit einer Membranpumpe und einem Ventil und Verfahren zur

Dosierung

Die Erfindung betrifft ein Blutbehandlungsgerät umfassend eine Dosierleitung mit einer Membranpumpe und einem Sperr- und Drosselventil.

Bei der Dialyse ist die richtige Dosierung von Flüssigkeiten von zentraler Bedeutung. Große Flüssigkeitsströme wie der Dialysierflüssigkeitsstrom werden oft über Bilanziersysteme gefördert. Mittlere Flüssigkeitsströme wie der extrakorporale Blutstrom werden oft durch Schlauchrollenpumpen gefördert. Flussfehler von bis zu etwa 10% werden dabei in Kauf genommen.

Eine höhere Anforderung an die Dosiergenauigkeit besteht aber bei der Zudosierung kleiner Mengen einer Wirkstofflösung, beispielsweise bei der Zudosierung von einer Antikoagulationsmittellösung in den extrakorporalen Blutkreislauf. Hierbei soll der Flussfehler in jedem Fall unter 5% liegen. Im Stand der Technik werden dafür oftmals Schlauchrollenpumpen oder Spritzenpumpen eingesetzt. Der Einsatz von Membranpumpen ist hingegen für derartige Anwendungen im Stand der Technik kaum verbreitet, da unerwünschte Flusspulse erzeugt werden.

Die Flusspulse sind darauf zurückzuführen, dass in Membranpumpen die Membran durch ihre Elastizität, durch ihre Verformung und durch ihre Vorspannung das im Idealfall zwischen den beiden Kammern der Membranpumpe herrschende Druckgleichgewicht beeinflusst. Für eine pneumatische Membranpumpe gilt im statischen Fall der Zusammenhang PPNEU - PHYD = PME - Der Membrandruck PMEM ist nicht konstant und stellt daher bei der Regelung der Pumpe einen Störfaktor dar, da sich der Flüssigkeitsdruck P _HYD nicht proportional mit dem Regelungsdruck PPNEU verändert. Der Einfluss dieses Störfaktors ist relativ gesehen groß, wenn Flüssigkeitsdruck PHYD und Regelungsdruck PPNEU gering sind. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn anhand der Membranpumpe geringe Flussraten erzeugt werden sollen.

Vor allem bei der Gabe von Citrat als Antikoagulationsmittel muss aber ein konstanter Fluss aufrechterhalten werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Einfluss dieses Störfaktors auch bei geringen Flussraten zu reduzieren.

Vor diesem Hintergrund betrifft die Erfindung ein Blutbehandlungsgerät mit wenigstens einer Dosierleitung, die in einen Flüssigkeitskreislauf mündet, wobei in der Dosierleitung ein Fördermodul umfassend eine Membranpumpe und ein druckseitig davon angeordnetes Ventil angeordnet sind. Das Ventil ist so ausgebildet, dass es sowohl als Sperrventil als auch als Drosselventil wirken kann.

Die der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, durch eine Verringerung des Strömungsquerschnitts stromabwärts der Pumpe den Flusswiderstand zu vergrößern und damit einen Druckoffset für den Flüssigkeitsdruck PHYD (und folglich den Regelungsdruck PPNEU) zu erzeugen, der den Einfluss des gleichbleibenden Membrandrucks PMEM verringert. Dadurch kann der Fluss der geförderten Flüssigkeit geglättet werden und es lassen sich auch geringe Flüsse regeln. Weitere Vorteile bestehen darin, dass für die Konstruktion der Pumpenmembran weniger elastische und daher ggf. kostengünstigere Kunststoffe eingesetzt werden können und dass die Geometrie der Membran weniger entscheidend ist.

In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Blutbehandlungsgerät um ein Dialysegerät.

In einer Ausführungsform handelt es sich bei der Dosierleitung um eine Dosierleitung für eine Lösung eines koagulationshemmenden Mittels, die in einen extrakorporalen Blutkreislauf des Blutbehandlungsgeräts mündet.

In einer Ausführungsform ist die Membranpumpe eine pneumatisch betriebene Membranpumpe. In einer Ausführungsform ist das Ventil ein pneumatisch betriebenes Ventil. Sofern sowohl die Pumpe als auch das Ventil pneumatisch betrieben werden, kann vorgesehen sein, dass die beiden Aktoren an ein gemeinsames Pneumatikmodul angeschlossen sind. Vorzugsweise ist das Ventil so ausgebildet, dass sein Schließzustand proportional dem Pneumatikdruck ist.

In einer Ausführungsform sind die Membranpumpe und das Ventil in einem gemeinsamen Gehäuse des Fördermoduls angeordnet. Es kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse wenigstens zwei lösbar aneinander befestigte Teile umfasst, wobei ein erster Teil die Pumpenmechanik und die Ventilmechanik umfasst und ein zweiter Teil wenigstens einen Abschnitt der flüssigkeitsführenden Dosierleitung definiert. Bei dem ersten Teil kann es sich um ein Reusable handeln und bei dem zweiten Teil um ein lösbar in das Reusable eingelegtes Disposable. In einer Ausführungsform weist das Blutbehandlungsgerät eine Steuereinheit auf, welche die Pumpe und das Ventil ansteuert, vorzugsweise mittels des Pneumatikmoduls. Dabei ist auf der Steuereinheit ein Algorithmus hinterlegt, der so ausgebildet ist, dass im Ventil während einer Druckphase der Pumpe der Strömungsquerschnitt gegenüber dem maximalen Strömungsquerschnitt verkleinert wird, um den Flusswiderstand zu vergrößern und so einen Gegendruck in der Flüssigkeitskammer der Pumpe zu erzeugen. Der Strömungsquerschnitt kann beispielsweise um die Hälfte oder mehr als die Hälfte verkleinert werden. So kann erreicht werden, dass der Druckoffset signifikant höher ist als der störende Membrandruck PMEM _> beispielsweise mindestens dreimal höher.

In einer Ausführungsform ist der in der Steuereinheit hinterlegte Algorithmus ferner so ausgebildet, dass während der Druckphase der Pumpe der reduzierte Strömungsquerschnitt im Ventil fortlaufend vergrößert wird, um bei einem abnehmenden Flüssigkeitsdruck in der Pumpe eine konstante Strömungsrate aus dem Fördermodul zu gewährleisten. Dabei kann ferner vorgesehen sein, dass während der Druckphase der Pumpe das pneumatische Volumen in der Regelungskammer der Pumpe konstant gehalten wird. In dieser Ausgestaltung ändert sich der Regelungsdruck P _P NEU nur aufgrund der aus der Pumpenkammer verdrängten Flüssigkeit. Die Flussrate der Flüssigkeit kann präzise anhand des Öffnungszustandes des Ventils geregelt werden.

In einer Ausführungsform ist der in der Steuereinheit hinterlegte Algorithmus ferner so ausgebildet, dass der reduzierte Strömungsquerschnitt im Ventil und der Flüssigkeitsdruck in der Pumpe während der Druckphase der Pumpe konstant gehalten werden, um eine konstante Strömungsrate aus dem Fördermodul zu gewährleisten. In dieser Ausführungsform wird beispielsweise das pneumatische Volumen hinter der Membran aktiv geregelt, um den Regelungsdruck PPNEU bei einem veränderten Volumen auf der Flüssigkeitsseite konstant zu halten und die Flussrate der Flüssigkeit bei gleichbleibendem Öffnungszustandes des Ventils präzise anhand des Regelungsdrucks regeln zu können.

Um für die Regelung geeignete Informationen über den Flüssigkeitsfluss oder die Drücke zu erhalten, können sowohl im Flüssigkeitssystem als auch im Pneumatiksystem Fluss- und/oder Drucksensoren angeordnet sein, die mit der Steuereinheit in Verbindung stehen.

In einer Ausführungsform umfasst das Fördermodul ferner ein saugseitiges Sperrventil, welches vorzugsweise im selben Gehäuse wie die Membran und das druckseitige Ventil angeordnet ist und/oder am selben Pneumatikmodul angeschlossen ist. Das saugseitige Sperrventil kann identisch ausgeführt sein wie das druckseitige Drosselventil. Es kann durch die Steuereinheit vorzugsweise mittels des Pneumatikmoduls so ansteuert werden, dass es während der Druckphase der Pumpe geschlossen ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Dosierung eines Mediums, wie z.B. eines Wirkstoffes, das vorzugsweise in einem Blutbehandlungsgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 durchgeführt wird. Das Verfahren betrifft vorzugsweise die Zudosierung wenigstens eines Wirkstoffes, wie beispielsweise eines Antikoagulationsmittels in einen Flüssigkeitsstrom oder in eine Flüssigkeit, bei der es sich z. B. um eine Dialysierflüssigkeit oder eine Flüssigkeit handelt, aus der Dialysierflüssigkeit hergestellt wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Dosierung ein in einer Dosierleitung befindliches Fördermodul eingesetzt wird, das eine Membranpumpe und ein druckseitig davon angeordnetes Ventil umfasst, das sowohl als Sperrventil als auch als Drosselventil wirken kann. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 12 bis 15.

Denkbar ist es, dass die Pumpe und das Ventil vorzugsweise mittels eines Pneumatikmoduls so ansteuert werden, dass im Ventil während einer Druckphase der Pumpe der Strömungsquerschnitt gegenüber dem maximalen Strömungsquerschnitt verkleinert wird, um den Flusswiderstand zu vergrößern und so einen Gegendruck in der Flüssigkeitskammer der Pumpe zu erzeugen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass während der Druckphase der Pumpe der reduzierte Strömungsquerschnitt im Ventil fortlaufend vergrößert wird, um bei einem abnehmenden Fiüssigkeitsdruck in der Pumpe eine konstante Strömungsrate aus dem Fördermodul zu gewährleisten.

Weiterhin ist es denkbar, dass während der Druckphase der Pumpe das pneumatische Volumen in der Regelungskammer der Pumpe konstant gehalten wird.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der reduzierte Strömungsquerschnitt im Ventil und der Fiüssigkeitsdruck in der Pumpe während der Druckphase der Pumpe konstant gehalten werden, um eine konstante Strömungsrate aus dem Fördermodul zu gewährleisten

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den anhand der Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen. In den Figuren zeigen:

Figur 1 : eine schematische Darstellung eines Fördermoduls eines erfindungsgemäßen Blutbehandlungsgerätes; und Figur 2: einen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines Fördermoduls eines erfindungsgemäßen Blutbehandlungsgerätes.

In Figur 1 ist schematisch ein Fördermodul eines erfindungsgemäßen Blutbehandlungsgerätes dargestellt, das an einer Dosierleitung 1 eines Blutbehandlungsgeräts angeordnet ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Dosierleitung 1 für ein Antikoagulationsmittel eines Dialysegerätes, welche saugseitig an ein Reservoir für eine Antikoagulationsmittellösung und druckseitig an den extrakorporalen Blutkreislauf des Gerätes angeschlossen ist. Das Fördermodul ist mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichnet, die Flussrichtung der Antikoagulationsmittellösung in der Dosierleitung 1 mit dem Bezugszeichen 2.

Das Fördermodul 3 umfasst eine Membranpumpe 4, ein druckseitig angeordnetes Ventil 5 und ein saugseitig angeordnetes Ventil 6. Die Ventile 5 und 6 sind identisch und können beide sowohl den Flüssigkeitsstrom unterbrechen (also als Sperrventil wirken) als auch den Strömungsquerschnitt verringern (also als Drosselventil wirken). Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Ventile 5 und 6 den Strömungsquerschnitt der Dosierleitung 1 stufenlos verringern können.

Die Membranpumpe 4 ist pneumatisch und umfasst eine Pumpenmembran 7, die zwischen einer Flüssigkeitskammer 8 für die zu fördernde Flüssigkeit 8 und einer pneumatischen Regelungskammer 9 angeordnet ist. In der Regelungskammer 9 herrscht im Betrieb der Pumpe ein pneumatischer Regelungsdruck PPNEU und in der Flüssigkeitskammer 8 herrscht im Betrieb ein Flüssigkeitsdruck P _HYD - Wie eingangs erklärt wurde, geht auch von der Membran 7 ein Membrandruck PMEM aus, der das im Idealfall bestehende Gleichgewicht zwischen dem Regelungsdruck PPNEU und dem Flüssigkeitsdruck P _HYD stört. Die Membranpumpe 4 und die beiden Ventile 5 und 6 werden durch ein Pneumatikmodul 11 angesteuert, welches mit einer Steuereinheit 10 in Verbindung steht und das in Figur 1 durch den hell hinterlegten Bereich oberhalb des Fördermoduls 3 gezeigt ist. Nicht dargestellte Fluss- und Drucksensoren in den Pneumatikleitungen und der Flüssigkeitsleitung 1 stehen ebenfalls mit der Steuereinheit in Verbindung und liefern Daten, die für die Regelung des Fördermoduls 3 bedeutsam sind.

Das Bezugszeichen S kennzeichnet eine Steuerleitung von der Steuereinheit 10 zu einem Ventil des Pneumatikmoduls 11 , das seinerseits das Ventil 5 ansteuert.

Auf der Steuereinheit ist ein Algorithmus hinterlegt, der so ausgebildet ist, dass der Strömungsquerschnitt für die zu fördernde Flüssigkeit im druckseitigen Ventil 5 während einer Druckphase der Pumpe 4 (also bei geschlossenem saugseitigen Ventil 6 und Druckerhöhung in der Regelungskammer 9) gegenüber dem maximalen Strömungsquerschnitt verkleinert ist. So wird der Flusswiderstand am druckseitigen Ventil 5 vergrößert und ein Gegendruck in der Flüssigkeitskammer 8 der Membranpumpe 4 erzeugt. Dieser Offset für den Flüssigkeitsdruck in der Flüssigkeitskammer 8 (und folglich den Regelungsdruck in der Regelungskammer 9) verringert die Bedeutung des durch diese Maßnahme unverändert bleibenden Membrandrucks, wodurch die Proportionalität des Flüssigkeitsdruckverlaufs und des Regelungsdruckverlaufs verbessert wird.

Um unter diesen Voraussetzungen einen konstanten Fluss auf der Druckseite des Fördermoduls 3 zu erzeugen, kann vorgesehen sein, dass der in der Steuereinheit 10 hinterlegte Algorithmus so ausgebildet ist, dass das pneumatische Volumen in der Regelungskammer 9 der Membranpumpe 4 während der Druckphase der Pumpe konstant gehalten wird. Dadurch verringern sich aufgrund der aus der Flüssigkeitskammer 8 ablaufenden Flüssigkeit nach und nach der Flüssigkeitsdruck in der Flüssigkeitskammer 8 und korrespondierend dazu der Regelungsdruck in der Regelungskammer 9. Um dabei die Flussrate der Flüssigkeit auf der Druckseite des Fördermoduls 3 konstant halten zu können, ist der in der Steuereinheit 10 hinterlegte Algorithmus so ausgebildet, dass der Strömungsquerschnitt im druckseitigen Ventil 5 mit der Abnahme des Flüssigkeitsdrucks in der Flüssigkeitskammer 8 fortlaufend vergrößert wird.

Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass der in der Steuereinheit 10 hinterlegte Algorithmus so ausgebildet ist, dass der Strömungsquerschnitt im druckseitigen Ventil 5 während der Druckphase der Pumpe konstant gehalten wird, sodass ein konstanter Offset-Druck in der Flüssigkeitskammer 8 erzeugt wird. Um dabei die Flussrate der Flüssigkeit auf der Druckseite des Fördermoduls 3 konstant halten zu können, wird der Regelungsdruck während der Druckphase der Pumpe 4 durch eine fortwährende Vergrößerung des Pneumatikvolumens in der Regelungskammer 9 konstant gehalten.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch ein Fördermodul 3 eines erfindungsgemäßen Blutbehandlungsgerätes, wobei bereits in der Figur 1 schematisch dargestellte Bauteile mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet sind.

Wie aus dieser Abbildung ersichtlich ist, umfasst das Fördermodul ein Gehäuse 12, welches zwei gegenüberliegende Maschinenplatten 13 und 14 sowie ein dazwischen angeordnetes, entnehmbares Disposabie 15 umfasst. Die Pumpe 4 ist in einer Ausnehmung einer ersten Maschinenplatte 13 versenkt und die beiden Ventile 5 und 6 sind in Ausnehmungen in der zweiten Maschinenplatte 14 versenkt, sodass die Pumpenmechanik und die Ventilmechanik auf gegenüberliegenden Seiten des Disposables 15 angeordnet ist. Das Disposable 15 ist mehrteilig ausgebildet und umfasst eine an der ventiltragenden Platte 14 anliegende Silikonscheibe und ein an die pumpentragende Platte 13 anliegendes Silikonformteil. Es umfasst einen saugseitigen Anschluss 16 sowie einen druckseitigen Anschluss 17, zwischen denen ein Flüssigkeitsgefäß 18 angeordnet ist. Das Flüssigkeitsgefäß 18 bildet die Ventilkammer 19 des saugseitigen Ventils 6, die Flüssigkeitskammer 8 der Membranpumpe 4 sowie die Ventilkammer 20 des druckseitigen Ventils 5 aus. Auch die Regelungskammer 9 der Membranpumpe 4 wird durch das Disposable 15 gebildet.

So ist der gesamte Flüssigkeitsweg 1 vollständig vom Disposable 15 umschlossen, wodurch eine Kontamination der maschinenseitigen Teile verhindert wird.

Zusammenfassend ergibt sich, dass in einem erfindungsgemäßen Blutbehandlungsgerät durch Erzeugung eines Offset-Drucks in der Flüssigkeitskammer 8 einer in einer Dosierleitung 1 angeordneten Membranpumpe 4 eine höhere Pumpgenauigkeit erzielt werden kann. Der Offset-Druck wird durch gezielte Ansteuerung eines druckseitig der Pumpe angeordneten und adaptiv regelbaren Sperr- und Drosselventils 5 erzeugt.