Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Transmembrandrucks bei einer extrakorporalen Blutbehandlung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Transmembrandrucks während einer extrakorporalen Blutbehandlung, bei der Blut mit einer bestimmten Blutflussrate über eine arterielle Blutzuführleitung eines extrakorporalen Blutkreislaufs in den Einlass einer ersten Kammer eines durch eine semipermeable Membran in die erste Kammer und eine zweite Kammer unterteilten Dialysators strömt und über eine venöse Blutrückfuhrleitung aus dem Auslass der ersten Kammer des Dialysators strömt, während Dialysierflüssigkeit über eine Dialysierflüssigkeitszuführleitung in den Einlass der zweiten Kammer des Dialysators strömt und über eine Dialysierflüssigkeitsabführleitung aus dem Auslass der zweiten Kammer des Dialysators strömt, wobei dem Blut mit einer bestimmten Flussrate über die Membran des Dialysators Flüssigkeit entzogen wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine extrakorporale Blutbehandlung, bei der der Transmembrandruck bestimmt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung des Transmembrandrucks für eine Blutbehandlungsvorrichtung zur Durchführung einer extrakorporalen Blutbehandlung und eine extrakorporale Blutbehandlungsvorrichtung mit einer Vorrichtung zur Bestimmung des Transmembrandrucks.

Zur Entfernung von harnpflichtigen Substanzen und zum Flüssigkeitsentzug werden verschiedene Verfahren zur extrakorporalen Blutbehandlung bzw. -reinigung eingesetzt. Bei der Hämodialyse wird das Blut des Patienten außerhalb des Körpers in einem Dialysator gereinigt. Der Dialysator weist eine Blutkammer und eine Dialysierflüssigkeitskammer auf, die von einer semipermeablen Membran getrennt sind. Während der Behandlung strömt Blut des Patienten durch die Blutkammer. Um das Blut effektiv von harnpflichtigen Substanzen zu reinigen, wird die Dialysierflüssigkeitskammer kontinuierlich von frischer Dialysierflüssigkeit durchströmt.

Während bei der Hämodialyse (HD) der Transport der kleineren molekularen Substanzen durch die Membran des Dialysators im Wesentlichen durch die Konzentrationsunterschiede (Diffusion) zwischen der Dialysierflüssigkeit und dem Blut bestimmt wird, werden bei der Hämofiltration (HF) im Plasmawasser gelöste Substanzen, insbesondere höhermolekulare Stoffe, durch einen hohen Flüssigkeitsstrom (Konvektion) durch die Membran des Dialysators effektiv entfernt. Bei der Hämofiltration fungiert der Dialysator als Filter, der daher nachfolgend auch als Dialysator bezeichnet wird. Eine Kombination aus beiden Verfahren ist die Hämodiafiltration (HDF).

Bei der Hämo(dia)fϊltration (HDF) wird ein Teil des über die Membran des Dialysators entzogenen Serums durch eine sterile Substitutionsflüssigkeit ersetzt, die stromauf und/oder stromab des Dialysators dem extrakorporalen Blutkreislauf zugeführt wird. Die Zufuhr der Substitutionsflüssigkeit stromauf des Dialysators wird als Praedilution und die Zufuhr stromab des Dialysators als Postdilution bezeichnet.

Bei einer extrakorporalen Blutbehandlung ist die Ultrafiltrationsrate (UF-Rate) von Interesse, die ein Maß für die Menge der dem Patienten innerhalb eines Zeitintervalls entzogenen Flüssigkeit ist. Die Ultrafiltrationsrate ist bei der extrakorporalen Blutbehandlung von dem Transmembrandruck TMP abhängig, wobei die Ultrafiltrationsrate mit zunehmendem Transmembrandruck ansteigt.

Der Transmembrandruck TMP ist als der Druckunterschied zwischen dem mittleren, blutseitigen, und dem mittleren, dialysatseitigen Druck am Dialysator definiert. Für eine exakte Bestimmung des Transmembrandrucks sind grundsätzlich vier Druckmessungen erforderlich, wobei der Druck am Ein- und Auslass der Blutkammer und Ein- und Auslass der Dialysierflüssigkeitskammer des Dialysators gemessen wird. Hierzu ist jeweils ein Drucksensor am blutseitigen Ein- und Auslass und am dialysatseitigen Ein- und Auslass des Dialysators erforderlich.

In der Praxis erweist sich die Messung des Transmembrandrucks mittels vier Drucksensoren allerdings als relativ aufwendig. Aus Gründen der technischen

Vereinfachung ist in der Praxis daher im Allgemeinen davon abgesehen worden, den Transmembrandruck mittels vier Drucksensoren zu bestimmen.

Es ist bekannt, zur Bestimmung des Transmembrandrucks den Druck nur mittels zwei Drucksensoren zu bestimmen, von denen der eine Drucksensor auf der Blutseite und der andere Drucksensor auf der Dialysatseite angeordnet ist. Aus Gründen der Handhabung und der Kosten wird beispielsweise in dem Artikel von H. D. Polaschegg „Methoden und Geschichte der Ultrafiltrationskontrolle in der Hämodialyse (Aktuelle Nephrologie, Heft 1/1985, S. 135 ff.) vorgeschlagen, sich auf die Messung des venösen Rücklaufdrucks sowie des Drucks am Dialysierflüssigkeitsauslauf zu beschränken.

Neben der Bestimmung des Transmembrandrucks mittels zwei Drucksensoren ist auch die Bestimmung des Transmembrandrucks mittels drei Drucksensoren bekannt. Die EP 0 212 127 beispielsweise schlägt vor, für die Bestimmung des Transmembrandrucks den Druck in der Dialysierfiüssigkeitszufuhr- und abführleitung und den Druck in der Blutrückführleitung, insbesondere der in der Blutrückführleitung angeordneten Tropf kammer, zu messen und den Transmembrandruck auf der Grundlage der gemessenen Drücke zu berechnen. Der berechnete Transmembrandruck wird mit einem voreingestellten Sollwert für den mittleren Transmembrandruck verglichen, um die in der Dialysierflüssigkeitsabführleitung angeordnete Dialysierflüssigkeitspumpe zu regeln. Die Saugpumpe auf der Dialysierflüssigkeitsseite wird derart geregelt, dass der Transmembrandruck im Dialysator auf dem Sollwert gehalten wird.

In der Praxis ist die Bestimmung des Transmembrandrucks auf der Grundlage von nur zwei oder drei Druckmessungen, von denen jeweils eine Druckmessung auf der Blut- und die andere Messung auf der Dialysatseite erfolgt, als ausreichend genau angesehen worden. Die Erfinder haben jedoch erkannt, dass unter gewissen Behandlungsbedingungen der Bestimmung des Transmembrandrucks mit hoher Genauigkeit Grenzen gesetzt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Bestimmung des Transmembrandrucks bei einer extrakorporalen Blutbehandlung anzugeben, das einerseits einen nur verhältnismäßig geringen technischen Aufwand für die Messung erforderlich

macht und andererseits eine hohe Genauigkeit unter allen Behandlungsbedingungen gewährleistet.

Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung des Transmembrandrucks für eine extrakorporale Blutbehandlungsvorrichtung bereitzustellen, die mit weniger als vier Drucksensoren unter allen Behandlungsbedingungen eine Bestimmung des Transmembrandrucks mit hoher Genauigkeit erlaubt.

Weitere Aufgaben der Erfindung sind ein Verfahren zur extrakorporalen Blutbehandlung und eine extrakorporale Blutbehandlungsvorrichtung anzugeben, wobei mit hoher Genauigkeit die Bestimmung des Transmembrandrucks mit verhältnismäßig geringen technischen Aufwand erfolgt.

Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 , 10, 11 und 20. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Transmembrandrucks beruhen darauf, dass mit einem verhältnismäßig geringen technischen Aufwand der Druck auf der Blut- und Dialysierflüssigkeitsseite des Dialysators mit weniger als vier Drucksensoren gemessen und ein vorläufiger unkorrigierter Wert für den Transmembrandruck berechnet wird, der anschließend mit einer Korrekturgröße korrigiert wird, die von einer mit der Viskosität des Bluts korrelierenden Größe abhängig ist. Folglich findet bei der Bestimmung des Transmembrandrucks eine mit der Viskosität des Bluts korrelierende Größe, insbesondere der Hämatokrit des Bluts Berücksichtigung.

Die Erfinder haben erkannt, dass es insbesondere bei einer starken Eindickung oder Verdünnung des Bluts, wie sie bei der Hämodiafiltrationsbehandlung oder der Hämofiltrationsbehandlung auftreten kann, zu Abweichungen zwischen dem tatsächlichen Transmembrandruck und dem Wert für den Transmembrandruck kommen kann, der sich aus der Messung des Drucks an weniger als vier Messstellen ergibt, beispielsweise bei

einer Messung des Drucks nur am Ein- oder Auslass, nicht aber am Ein- und Auslass der jeweiligen Kammer des Dialysators.

Die Bestimmung des Transmembrandrucks ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch dann besonders genau, wenn dem Patienten Erythropoietin (EPO) verabreicht wird, wodurch sich der Hämatokrit vergrößert und die Viskosität des Bluts zunimmt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Druck auf der Blutseite in der Blutrückführleitung am Auslass der ersten Kammer des Dialysators gemessen, während auf der Dialysierflüssigkeitsseite der Druck in der Dialysierflüssigkeitszuruhrleitung am Einlass der zweiten Kammer und in der Dialysierflüssigkeitsabruhrleitung am Auslass der zweiten Kammer des Dialysators gemessen wird. Damit ist es nicht erforderlich, den Druck auf der Blutseite in der Blutzuführleitung am Einlass der ersten Kammer des Dialysators zu messen, so dass die Druckmessung mit nur drei Drucksensoren erfolgen kann.

Es ist aber auch möglich, dass auf der Blutseite der Druck nicht am Auslass, sondern am Einlass der ersten Kammer des Dialysators gemessen wird. Ebenfalls ist es möglich, dass der Druck auf der Blutseite sowohl am Ein- und Auslass der ersten Kammer des Dialysators gemessen wird, während der Druck auf der Dialysierflüssigkeitsseite nur entweder am Einlass oder am Auslass der zweiten Kammer des Dialysators gemessen wird. Entscheidend ist, dass zumindest eine Druckmessung sowohl auf der Blutseite als auch der Dialysierflüssigkeitsseite des Dialysators erfolgt.

Wenn von einer Messung des Drucks am Ein- oder Auslass einer der beiden Kammern des Dialysators die Rede ist, muss darunter nicht zwingend verstanden werden, dass die Messung direkt an dem Punkt erfolgen muss, an dem die Leitungen an dem Dialysator angeschlossen ist. Vielmehr ist es auch möglich, die Messung stromauf bzw. stromab des Ein- bzw. Auslasses vorzunehmen, wobei davon auszugehen ist, dass der Druckanstieg bzw. Druckabfall zwischen dem eigentlichen Messpunkt und dem Eingang bzw. Ausgang der jeweiligen Kammer des Dialysators gering ist.

Bei der Korrekturgröße für den Transmembrandruck handelt es sich vorzugsweise um eine für den Strömungswiderstand des Dialysators in Längsrichtung charakteristische Kenngröße, die wiederum von einer mit der Viskosität des Bluts korrelierenden Kenngröße, insbesondere von dem Hämatokrit abhängig ist.

Es hat sich gezeigt, dass die Abweichungen zwischen dem Transmembrandruck, der auf der Grundlage einer Messung mit weniger als vier Drucksensoren berechnet wird, und dem tatsächlichen Transmembrandruck mit zunehmendem Strömungswiderstand des Dialysators in Längsrichtung zunimmt. Da bei der Bestimmung des Transmembrandrucks nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Strömungswiderstand des Dialysators in Längsrichtung Berücksichtigung findet, kann der tatsächliche Transmembrandruck mit hoher Genauigkeit berechnet werden.

Der Strömungswiderstand des Dialysators in Längsrichtung, der von einer mit der Viskosität des Bluts korrelierenden Kenngröße, insbesondere dem Hämatokrit abhängig ist, kann grundsätzlich zu Beginn der Blutbehandlung oder während der Blutbehandlung berechnet werden.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht eine fortlaufende Bestimmung der mit der Viskosität des Bluts korrelierenden Kenngröße, insbesondere des Hämatokrits, während der Blutbehandlung vor, wobei der Hämatokrit online gemessen wird.

Die Abhängigkeit des Längswiderstands des Dialysators von der mit der Viskosität des Bluts korrelierenden Größe, insbesondere von dem Hämatokrit, wird vorzugsweise durch einen Polynom- Ansatz beschrieben werden, dessen Parameter aus individuellen Messdaten für jeden relevanten Dialysatortyp unter der Annahme einer Prae- oder Postdilution bestimmt werden.

Die Erfinder haben erkannt, dass der Strömungswiderstand in Längsrichtung des Dialysators im Wesentlichen von der Bauform des Dialysators, der sich durch eine bestimmte Membranfläche oder -länge und einen bestimmten Durchmesser der Kapillaren

auszeichnet, von der Behandlungsart, beispielsweise einer HD-Behandlung oder H(D)F- Behandlung mit Praedilution oder Postdilution, von der Substitutionsrate und von der Ultrafiltrationsrate und den Blutinhaltsstoffen abhängt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung finden daher die obigen Größen bei dem Polynom- Ansatz zur Bestimmung des Längswiderstands des Dialysators Berücksichtigung.

Die Korrekturgröße für den Transmembrandruck wird vorzugsweise auf der Grundlage des Produkts der für den Strömungswiderstand in Längsrichtung des Dialysators charakteristischen Kenngröße und der Blutflussrate im extrakorporalen Blutkreislauf bestimmt. Daher ist die Korrekturgröße auch von dem Blutfluss abhängig.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung gehen also davon aus, dass die Abweichungen zwischen dem auf der Grundlage der gemessenen Drücke berechneten Transmembrandruck und dem tatsächlichen Transmembrandruck mit zunehmender Viskosität des Bluts und mit zunehmendem Blutfluss zunehmen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Transmembrandrucks, die für eine Blutbehandlungsvorrichtung zur Durchführung einer extrakorporalen Blutbehandlung bestimmt ist, verfügt über Mittel zum Messen des Drucks auf der Blut- und der Dialysierflüssigkeitsseite und Mittel zum Berechnen des Transmembrandrucks unter Berücksichtigung der Korrekturgröße. Die Mittel zum Messen des Drucks auf der Blut- und der Dialysierflüssigkeitsseite des Dialysators umfassen bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform Mittel zum Messen des Drucks in der Blutrückführleitung am Auslass der ersten Kammer des Dialysators sowie Mittel zum Messen des Drucks in der Dialysierflüssigkeitszufuhr- und abführleitung am Einlass bzw. Auslass der zweiten Kammer des Dialysators. Mittel zum Messen des Drucks in der Blutzuführleitung am Einlass der ersten Kammer des Dialysators sind somit nicht erforderlich.

Die Mittel zum Messen des Drucks können konventionelle Drucksensoren sein, die bei den bekannten Blutbehandlungsvorrichtungen ohnehin vorhanden sind. Die Mittel zum Berechnen des Transmembrandrucks können ein konventioneller Mikroprozessor oder

dergleichen sein, der ebenfalls ohnehin in den bekannten Blutbehandlungsvorrichtungen vorhanden ist.

Im Folgenden wird ein Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezugnahme auf die anliegende Figur im Einzelnen beschrieben.

Die Figur zeigt nur die wesentlichen Komponenten einer Blutbehandlungsvorrichtung für eine extrakorporale Blutbehandlung zusammen mit einer Vorrichtung zur Bestimmung des Transmembrandrucks in stark vereinfachter schematischer Darstellung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung des Transmembrandrucks kann Bestandteil einer konventionellen Blutbehandlungsvorrichtung sein oder eine separate Geräteeinheit sein, die mit der Blutbehandlungsvorrichtung zusammenwirkt.

Bei der vorliegenden Blutbehandlungsvorrichtung handelt es sich um eine Hämo(dia)filtrationsvorrichtung, die einen Dialysator 1 aufweist, der durch eine semipermeable Membran 2 in eine von Blut durchflossene erste Kammer 3, die nachfolgend als Blutkammer bezeichnet wird, und eine von Dialysierflüssigkeit durchflossene zweite Kammer 4 getrennt ist, die als Dialysierflüssigkeitskammer bezeichnet wird. Die erste Kammer 3 ist in einen extrakorporalen Blutkreislauf 5 A geschaltet, während die zweite Kammer 4 in das Dialysierflüssigkeitssystem 5B der Hämo(dia)filtrationsvorrichtung geschaltet ist.

Der extrakorporale Blutkreislauf 5 A umfasst eine arterielle Blutzuführleitung 6, die zu dem Einlass 3a der Blutkammer 3 führt, und eine venöse Blutrückführleitung 7, die von dem Auslass 3b der Blutkammer 3 des Dialysators 1 abgeht. Das Blut des Patienten wird durch die Blutkammer 3 des Dialysators 1 mit einer arteriellen Blutpumpe 8, insbesondere Rollenpumpe gefördert, die an der arteriellen Blutrückführleitung 6 angeordnet ist. Die Blutpumpe führt der Blutkammer 3 des Dialysators Blut mit einer bestimmten Blutflussrate Q _b zu. Zur Eliminierung von Luftblasen kann in die arterielle und venöse Blutleitung ein Luftabscheider (Tropf kammer) geschaltet sein.

Bei den Blutleitungen 6, 7 der Blutbehandlungsvorrichtung handelt es sich um Schlauchleitungen, die in die Rollenpumpen zur einmaligen Verwendung eingelegt werden. Daher sind die Schlauchleitungen grundsätzlich nicht Bestandteil der Blutbehandlungsvorrichtung. Auch der Dialysator ist grundsätzlich nicht Bestandteil der Blutbehandlungsvorrichtung, sondern wird zur einmaligen Verwendung an die Schlauchleitungen angeschlossen.

Die frische Dialysierflüssigkeit wird in einer Dialysierflüssigkeitsquelle 9 bereitgestellt. Von der Dialysierflüssigkeitsquelle 9 fuhrt eine Dialysierflüssigkeitszufuhrleitung 10 zu dem Einlass 4a der Dialysierflüssigkeitskammer 4 des Dialysators 1. Von dem Auslass 4b der Dialysierflüssigkeitskammer 4 fuhrt eine Dialysierflüssigkeitsabführleitung 11 zu einem Abfluss 12. In die Dialysierflüssigkeitszuführleitung 10 ist eine erste Dialysierflüssigkeitspumpe 13 und in die Dialysierflüssigkeitsabführleitung 11 ist eine zweite Dialysierflüssigkeitspumpe 14 geschaltet. Die erste Dialysierflüssigkeitspumpe 13 fördert Dialysierflüssigkeit von der Dialysierflüssigkeitsquelle mit einer bestimmten Dialysierflüssigkeitszuführrate Q _d i zu dem Einlass 4a der Dialysierflüssigkeitskammer 4, während die zweite Dialysierflüssigkeitspumpe 14 von dem Auslass 4b der Dialysierflüssigkeitskammer 4 Dialysierflüssigkeit mit einer bestimmten Dialysierflüssigkeitsabführrate Q _d0 zu dem Abfluss 12 fördert.

Während der Dialysebehandlung kann Dialysierflüssigkeit aus dem Dialysierflüssigkeitssystem 5B als Substitutionsflüssigkeit über eine Substitutionsflüssigkeitsleitung 15 dem extrakorporalen Blutkreislauf 5 A zugeführt werden, die stromauf der ersten Dialysierflüssigkeitspumpe 13 von der Dialysierflüssigkeitszuführleitung 10 abzweigt.

Die Substitutionsflüssigkeitsleitung 15 weist zwei Leitungsabschnitte 15a und 15b auf, von denen der eine Leitungsabschnitt 15a zu der arteriellen Blutleitung 6 und der andere Leitungsabschnitt 15b zu der venösen Blutleitung 7 führt.

Die Substitutionsflüssigkeit wird mittels einer Substituatpumpe 16, insbesondere Rollenpumpe gefördert, in die die Substitutionsflüssigkeitsleitung 15 eingelegt ist. In die

Substitutionsflüssigkeitsleitung 15 ist stromauf der Substituatpumpe eine in zwei Kammern 17a, 17b unterteiltes Sterilfilter 17 geschaltet. Die Substituatpumpe zusammen mit den zugehörigen Leitungen und dem Sterilfilter bilden die Substitutionseinrichtung der Dialysevorrichtung. Zum Abklemmen der beiden Leitungsabschnitte 15a, 15b der Substitutionsflüssigkeitsleitung 15 können Absperrorgane, beispielsweise Schlauchklemmen vorgesehen sein, die aber der besseren übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind.

Die Blutpumpe 8, die erste und zweite Dialysierflüssigkeitspumpe 13 und 14 sowie die Substituatpumpe 16 sind über Steuerleitungen 8', 13', 14' 16' mit einer zentralen Steuer- und Recheneinheit 18 verbunden, von der die Pumpen unter Berücksichtigung der vorgegebenen Behandlungsparameter angesteuert werden. Die Steuer- und Recheneinheit 18 steuert auch die nicht dargestellten Absperrorgane an, um eine Blutbehandlung mit Prae- oder Postdilution durchzufuhren.

Zum Betrieb der Hämo(dia)filtrationsvorrichtung als Hämodialysevorrichtung werden die Blutpumpe 8 sowie die erste und zweite Dialysierflüssigkeitspumpe 13 und 14 betrieben, wobei Dialysierflüssigkeit durch die Dialysierflüssigkeitskammer 4 des Dialysators 1 strömt. Zum Betrieb der Hämo(dia)filtrationsvorrichtung als

Hämodiafiltrationsvorrichtung wird die Substituatpumpe 16 betrieben, so dass über den Sterilfilter 17 sterile Dialysierflüssigkeit als Substitutionsflüssigkeit wahlweise zu der arteriellen Zugabestelle 24 stromab der Blutpumpe 8 und stromauf der Blutkammer 3 (Praedilution) oder zu der venösen Zugabestelle 25 stromab der Blutkammer (Postdilution) strömt. Es ist aber grundsätzlich auch ein Betrieb der Hämo(dia)filtrationsvorrichtung nur als Hämofiltrationsvorrichtung möglich, wenn die erste Dialysierflüssigkeitspumpe 13 nicht betrieben wird und somit der Zufluss von Dialysierflüssigkeit in die Dialysierflüssigkeitskammer des Dialysators unterbrochen wird.

In der zentralen Steuer- und Recheneinheit 18 der Blutbehandlungsvorrichtung findet die Verarbeitung der die für die Blutbehandlung charakteristischen Behandlungsparameter statt. Diese charakteristischen Größen können entweder vom Bediener der Maschine vorgegeben, während der Behandlung gemessen und/oder aus gemessenen und/oder

vorgegebenen Größen berechnet werden. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass sämtliche der hier relevanten Größe von der zentralen Steuer- und Recheneinheit bereitgestellt werden, da sie vom Bediener über eine nicht dargestellte Tastatur eingegeben und/oder mit nicht dargestellten Messeinheiten gemessen und/oder aus den eingegebenen und/oder gemessenen Größen berechnet werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Transmembrandrucks kann eine selbstständige Baugruppe bilden oder Bestandteil der zentralen Steuer- und Recheneinheit 18 der Blutbehandlungsvorrichtung sein. Im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel bilden die relevanten Komponenten der Vorrichtung zur Bestimmung des Transmembrandrucks eine separate Baugruppe, die nachfolgend im Einzelnen beschrieben wird.

Die Vorrichtung zur Bestimmung des Transmembrandrucks verfügt über eine zentrale Recheneinheit 19, beispielsweise einen Mikroprozessor, bei dem es sich auch um den Mikroprozessor handeln kann, der in der zentralen Steuer- und Recheneinheit 18 der Blutbehandlungsvorrichtung vorgesehen ist. Darüber hinaus verfügt die Vorrichtung zum Bestimmen des Transmembrandrucks über insgesamt drei Drucksensoren 20, 21, 22, von denen der erste Drucksensor den Druck am Auslass 3b der ersten Kammer 3 des Dialysators 1, der zweite Drucksensor 21 den Druck am Einlass 4a der zweiten Kammer 4 und der dritte Drucksensor 22 den Druck am Auslass 4b der zweiten Kammer 4 des Dialysators 1 misst. Diese Drucksensoren müssen nicht direkt am Einlass bzw. Auslass des Dialysator angeordnet sein. Entscheidend ist, dass mit hinreichender Genauigkeit der Druck am blutseitigen Ausgang und am dialysatseitigen Ein- und Ausgang des Dialysators gemessen wird.

Die Recheneinheit 19 empfängt die Messwerte der Drucksensoren 20, 21, 22 über Datenleitungen 20', 21 ', und 22'. Darüber hinaus kommuniziert die Recheneinheit 19 über eine weitere Datenleitung 19' mit der zentralen Steuer- und Recheneinheit 18 der Blutbehandlungsvorrichtung, um die hier relevanten Größen zu empfangen, die vom Bediener eingegeben und/oder von nicht dargestellten Sensoren gemessen und/oder berechnet werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform verfugt die Vorrichtung zum Bestimmen des Transmembrandrucks noch über eine Messeinheit 23 zum Messen des Hämatokrits des im extrakorporalen Blutkreislaufs 5A strömenden Bluts, der sich im Laufe der extrakorporalen Blutbehandlung ändern kann. Aufgrund der Ultrafiltration steigt der Hämatokrit während der Blutlaufbehandlung im Allgemeinen an. Die Recheneinheit 19 ist mit der Messeinheit 23 zur Bestimmung des Hämatokrit über eine Datenleitung 23' verbunden. Messeinheiten zur Bestimmung des Hämatokrits sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt.

Nachfolgend werden die theoretischen Grundlagen zur Bestimmung des Transmembrandrucks sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Transmembrandrucks und das erfindungsgemäße Verfahren, nach dem die Vorrichtung zur Bestimmung des Transmembrandrucks arbeitet, im Einzelnen beschrieben.

Zur exakten Bestimmung des mittleren Transmembrandrucks TMP sind grundsätzlich vier Drucksensoren notwendig. Nach der Messung des Drucks am blutseitigen Einlass P _b ,i _n , des Drucks am blutseitigen Auslass P _b , _Ou t, des Drucks am dialysatseitigen Einlass P^ _n und des Drucks am dialysatseitigen Auslass P _d , _out kann der Transmembrandruck PTM (TMP) nach der folgenden Gleichung berechnet werden ,out

TMP = PT _M = ^P "» ^{+ Pb} *" P _d , _m + P d.

(1)

mit

PTM Transmembrandruck TMP

P _b, in Druck am blutseitigen Einlass des Dialysators

P _b .ou _t Druck am blutseitigen Auslass des Dialysators

(= venöser Druck P _ven )

Pd,i _n Druck am dialysatseitigen Einlass des Dialysators

Pd,out Druck am dialysatseitigen Auslass des Dialysators

Bei dem vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel wird der Druck aber nicht mittels vier Drucksensoren an den oben angegebenen Messstellen, sondern nur mittels drei Drucksensoren 20, 21, 22 gemessen, die den Druck P _b,out am blutseitigen Auslass 3b der Blutkammer 3 des Dialysators 1, den Druck P _d ,i _n am dialysatseitigen Einlass 4a und den Druck P _d , _out am dialysatseitigen Auslass 4b der Dialysierflüssigkeitskammer 4 des Dialysators 1 messen.

Die Unterschiede zwischen der Bestimmung des Transmembrandrucks auf der Grundlage von einer Messung an drei Messstellen und einer Messung an vier Messstellen resultieren aus dem Druckabfall δP _b auf der Blutseite des Dialysators, der mit zunehmender Viskosität des Bluts, zunehmendem Blutfluss Q _b und kleinerem Kapillardurchmesser bei gleicher Membranfläche ansteigt. Entsprechend der möglichen Kombinationen der Randbedingungen können sich kleinere oder größere Differenzen zwischen den beiden Messungen ergeben.

Darüber hinaus kann durch das Behandlungsverfahren die Viskosität des Bluts im Dialysator verändert werden. Bei einer H(D)F-Behandlung verringert sich beispielsweise die mittlere Blutviskosität im Dialysator (Filter) bei Praedilution, während sich die mittlere Blutviskosität bei Postdilution erhöht. Daher führt die Postdilution zu größeren Unterschieden bei den beiden Messungen. Dies ist auf den unterschiedlichen Transmembranfluss über die Membran des Dialysators zurückzuführen, der dem Blutstrom Q _b entzogen wird. Der gesamte Transmembranfluss Q _t m = Q _U f + Q _SUb setzt sich aus der Ultrafiltrationsrate Q _Uf und der Substitutionsrate Q _SUb zusammen. In der Praxis kann jedoch die Substitutionsrate Q _Uf häufig vernachlässigt werden.

Die Erfindung beruht darauf, den Transmembrandruck P _T M ₃ auf der Grundlage des mit den drei Drucksensoren 20, 21, 22 gemessenen Drucks zu berechnen und eine Korrekturgröße für den berechneten Transmembrandruck zu bestimmen, um den tatsächlichen Transmembrandruck PJ _M ⁼ TMP zu ermitteln.

Durch Umformung der Gleichung (1) ergibt sich:

P ₊ D p — P

T _{1 -} TJ d,m d.oul ^x b,m b,out "TM — "b.out 1 T (2)

Darin ist der unkorrigierte Transmembrandruck PT _M3 enthalten:

Der Korrekturterm ergibt sich durch Vergleich von Gleichung (3) und Gleichung (2) aus dem letzten Glied von Gleichung (2). Er spiegelt den blutseitigen Druckabfall auf der Längsseite der Blutkammer 3 des Dialysators 1 wieder:

2 ^{" ~} 2 ^{~ (4)}

mit: δP _b Druckabfall auf der Längsseite des Dialysators (blutseitig)

Der Druckabfall auf der Blutseite des Dialysators hängt im Wesentlichen vom Blutfluss Q _b ab. Durch einen Polynom-Ansatz

kann dieser Zusammenhang allgemein beschrieben werden. In der Praxis ergeben sich in der Regel mit hinreichender Genauigkeit lineare Abhängigkeiten zwischen dem Druckabfall δP _b und dem Blutfluss Q _b - Der Druckabfall auf der Blutseite δP _b kann damit in einen Strömungswiderstand R _b in Längsrichtung des Dialysators, der vom Blutfluss Q _b unabhängig ist, und den aktuellen Blutfluss Qb aufgeteilt werden. Damit ergibt sich:

mit: Rb Längswiderstand des Dialysators auf der Blutseite

Q _b Blutfluss

Bei dem vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel wird zur Berechnung des Strömungswiderstands R _b in Längsrichtung der Blutkammer 3 des Dialysators 1 ein Polynom-Ansatz mit den Parametern α ₀ , Ot ₁ , (X ₂ , 0 ₃ ,04 ... verwendet. Ein Beispiel für einen möglichen Polynom-Ansatz ist:

R _b (Hkt,Q _tm ) = a ₀ + O ₁ * Hkt ₊ a ₂ * -& + a * Hkt * Q ₁ , + a _λ Hkt * Q U„m "

Q ₁ ftn.max α ^■

■Im, max

(7)

Dabei können Q^ _max für den Fall der Postdilution oder der Praediltution wie folgt bestimmt werden:

GL.*...« = Qt * (1 ^~ Hh) * (l ^" * * J^) (8)

oder:

ß TP λ ftn,Prαe,max = O xilmJOst,τπax. Nt * i _n n / TT I ( ^ ^Q ) ' IQOg /dl )

wobei k ein Faktor ist, beispielsweise λ=7, und wobei:

Hkt Hämatokrit [0, 10..0,69]

TP Totaler Proteingehalt [5,0...9,0 g/dl]

Q _t m Aktuelle Flussrate über die Dialysator-Membran [ml/min]; Qsub Substitutionsrate [ml/min];

Q _uf Ultrafiltrationsrate [ml/min];

Q _tm ,max Maximale Flussrate [ml/min] bei

• Postdilution: Q _t m, _P ost,maχ nach Gl. (8), oder bei

• Praedilution: Qtm,Prae,max nach Gl. (9).

Anstelle des Polynom-Ansatzes nach Gleichung (7) ist auch ein allgemeinerer Ansatz möglich, der höhere Potenzen für den Hämatokrit Hkt, für den Transmembranfluss Q _0n und dem Produkt aus Hämatokrit und Transmembranfluss berücksichtigt.

R _b {Hkt,Q _tm )

(10)

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bestimmt den Transmembrandruck TMP wie folgt.

Die Recheneinheit 19 der Vorrichtung zur Bestimmung des Hämatokrits berechnet zunächst nach Gleichung (7) den Längswiderstand R _b des Dialysators als Funktion des Hämatokrit Hkt und der Flussrate Q _4n , der über die Membran 2 des Dialysators 1 entzogenen Flüssigkeit. Hierzu greift die Recheneinheit auf einen Speicher 19A zu, in dem die Parameter des Polynom-Ansatzes α ₀ , (X _1, α _2j (X ₃ , 0 ₄ gespeichert sind, die durch eine Ausgleichsrechnung aus individuellen Messdaten für einen bestimmten Dialysatortyp gewonnen worden sind. In dem Speicher 19A der Recheneinheit 19 können die Parameter für verschiedene Dialysatortypen abgelegt werden, wobei die Recheneinheit dann auf die für den derzeit verwendeten Dialysatortyp zutreffenden Parameter zugreift.

Die Recheneinheit 19 kommuniziert mit der zentralen Steuer- und Recheneinheit 18 der Blutbehandlungsvorrichtung, um die hier relevanten Daten auszutauschen. Beispielsweise kann die Recheneinheit einen Datensatz empfangen, der den Dialysatortyp angibt, der zuvor vom Bediener beispielsweise mittels einer Tastatur eingegeben worden ist. Darüber hinaus empfangt die Recheneinheit 19 von der zentralen Steuer- und Recheneinheit 18 die Substitutionsrate Q _SUb und die Ultrafiltrationsrate Q _u f ,um aus der Summe der Substitutionsrate und der Ultrafiltrationsrate die Flussrate Q _1n , = Q _SUb + Q _Uf der über die Membran 2 des Dialysators 1 entzogenen Flüssigkeit zu berechnen. Des Weiteren empfängt die Recheneinheit 19 von der zentralen Steuer- und Recheneinheit 18 den

Hämatokrit Wa, der zwischen 0,10 und 0,69 liegen kann, und den totalen Proteingehalt TP, der zwischen 5,0 und 9,0 g/dl liegen kann. Weiterhin empfängt die Recheneinheit von der zentralen Steuer- und Recheneinheit ein Signal, das angibt, ob eine Prae- oder Postdilution vorliegt.

Nach den Gleichungen (8) und (9) berechnet die Recheneinheit 19 aus dem Hämatokrit Hkt und dem totalen Proteingehalt TP die maximale Flussrate Q _tm , _max für den Fall, dass eine Prae- bzw. eine Postdilution vorgenommen wird.

Bei einer vereinfachten Ausführungsform wird der Längswiderstand R _b des Dialysators nur einmal vor oder während der Dialysebehandlung berechnet. Eine verbesserte Ausführungsform sieht jedoch vor, dass der Längs widerstand R _b des Dialysators zu bestimmten Zeitpunkten der Blutbehandlung mehrmals berechnet oder sogar während der Blutbehandlung fortlaufend berechnet wird. Die verbesserte Ausführungsform erweist sich dann als besonders vorteilhaft, wenn sich eine der hier relevanten Größen, beispielsweise die Substitutionsrate oder Ultrafiltrationsrate, aber auch der Hämatokrit des Bluts des Patienten während der Dialysebehandlung ändern. Auch kommt eine Neuberechnung des Längswiderstandes R _b in Frage, wenn von Prae- auf Postdilution oder umgekehrt übergegangen werden sollte.

Eine weitere alternative Ausführungsform sieht eine Berechnung des Längswiderstands R _b nicht nach Gleichung (7), sondern nach Gleichung (10) vor, die einen allgemeineren Polynom-Ansatz beschreibt. Es sind aber grundsätzlich auch andere Polynom-Ansätze möglich-

Eine besonders bevorzugte Ausfuhrungsform sieht vor, dass nicht von einem konstanten Wert für den Hämatokrit Hkt ausgegangen wird, der beispielsweise mittels einer Tastatur eingegeben oder nur einmal gemessen wird. Bei dieser Ausführungsform wird der Hämatokrit mit der Messeinheit 23 während der Blutbehandlung fortlaufend gemessen. In der Figur ist die Datenleitung 23' zur übertragung der Messwerte für den Hämatokrit in gestrichelter Linie dargestellt, da die Messung des Hämatokrits während der

Blutbehandlung nicht zwingend erforderlich und nur bei der besonders bevorzugten Ausführungsform vorgesehen ist.

Während der Blutbehandlung wird darüber hinaus vorzugsweise fortlaufend oder zumindest zu verschiedenen Zeitpunkten mittels der Drucksensoren 20, 21 und 22 der Druck Pb _1OU t am blutseitigen Auslass, der Druck Pd,j _n am dialysatseitigen Einlass und der Druck P _{d out} am dialysatseitigen Auslass gemessen. Die Recheneinheit 19, die die Messwerte für die Drücke über die Datenleitung 20', 21 ', 22' empfängt, berechnet aus den Drücken nach Gleichung (3) nun den unkorrigierten Transmembrandruck PTM ₃ - Als weitere Größe empfängt die Recheneinheit 19 von der Steuer- und Recheneinheit 18 die Blutflussrate Q _b , die vom Bediener vorgegeben werden kann. Aus der Blutflussrate Q _b , dem berechneten Längswiderstand R _b des Dialysators und dem unkorrigierten Transmembrandruck P _TM3 berechnet die Recheneinheit 19 dann nach Gleichung (6) den korrigierten Wert für den Transmembrandruck PT _M ⁼ TMP.

Der korrigierte Transmembrandruck TMP kann auf einer nicht dargestellten Anzeigeeinheit angezeigt und/oder für eine Steuerung oder Regelung der Blutbehandlungsvorrichtung verwendet werden.