DE10230413B4 - Device for determining the blood volume during extracorporeal blood treatment - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Bestimmung des Blutvolumens während einer extrakorporalen Blutbehandlung in einem extrakorporalen Blutkreislauf (I), der einen zu einer Blutbehandlungseinrichtung (1) führenden arteriellen Zweig (5) einer Blutleitung (5, 7) und einen von der Blutbehandlungseinrichtung abgehenden venösen Zweig (7) der Blutleitung (5, 7) aufweist, wobei die Vorrichtung zur Bestimmung des Blutvolumens Mittel (26, 27, 30) zum Messen der Ausbreitungsgeschwindigkeit oder Laufzeit der sich in dem extrakorporalen Kreislauf ausbreitenden Pulswellen aufweist, gekennzeichnet durch
Mittel (6) zum Generieren von Pulswellen in dem extrakorporalen Kreislauf (I) und
Mittel (30) zum Bestimmen des Blutvolumens, die derart ausgebildet sind, dass das Blutvolumen aus der gemessenen Laufzeit oder Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulswellen bestimmbar ist.Device for determining the blood volume during an extracorporeal blood treatment in an extracorporeal blood circuit (I), which has an arterial branch (5) of a blood line (5, 7) leading to a blood treatment device (1) and a venous branch (7) leading from the blood treatment device Blood line (5, 7), the device for determining the blood volume having means (26, 27, 30) for measuring the speed of propagation or transit time of the pulse waves propagating in the extracorporeal circuit, characterized by
Means (6) for generating pulse waves in the extracorporeal circuit (I) and
Means (30) for determining the blood volume, which are designed such that the blood volume can be determined from the measured transit time or propagation speed of the pulse waves.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Blutvolumens während einer extrakorporalen Blutbehandlung in einem extrakorporalen Blutkreislauf mit einer Blutbehandlungseinrichtung.The invention relates to a device to determine the blood volume during an extracorporeal Blood treatment in an extracorporeal blood circuit with a Blood processor.

Zur Entfernung von harnpflichtigen Substanzen und zum Flüssigkeitsentzug werden beim akuten und chronischen Nierenversagen verschiedene Verfahren zur apparativen Blutreinigung bzw. Blutbehandlung eingesetzt. Bei der Hämodialyse (HD) überwiegt der diffusive Stofftransport, während bei der Hämofiltration (HF) ein konvektiver Stofftransport über die Membran stattfindet. Eine Kombination aus beiden Verfahren ist die Hämodiafiltration (HDF).To remove urine Substances and for fluid withdrawal different procedures are used for acute and chronic kidney failure used for apparatus blood purification or blood treatment. at hemodialysis (HD) predominates the diffusive mass transfer, while in hemofiltration (HF) a convective mass transfer takes place across the membrane. A combination of both methods is hemodiafiltration (HDF).

Während der extrakorporalen Blutbehandlung strömt das Blut des Patienten über einen arteriellen Zweig eines Schlauchleitungssystems in eine Blutbehandlungseinrichtung, beispielsweise einen Hämodialysator oder Hämofilter, und strömt von der Blutbehandlungseinrichtung über einen venösen Zweig des Leitungssystems zurück zum Patienten. Das Blut wird mittels einer Blutpumpe, insbesondere Rollenpumpe gefördert, die im arteriellen Zweig des Leitungssystems angeordnet ist. Dem Patienten kann während der extrakorporalen Behandlung Flüssigkeit entzogen werden (Ultrafiltration).While The extracorporeal blood treatment flows the patient's blood over you arterial branch of a hose line system in a blood treatment facility, for example a hemodialyzer or hemofilter, and flows from the blood treatment facility via a venous branch of the pipe system back to the patient. The blood is drawn using a blood pump, in particular Roller pump promoted that is arranged in the arterial branch of the conduit system. The patient can during liquid is withdrawn from extracorporeal treatment (ultrafiltration).

Eine der Hauptkomplikationen bei der extrakorporalen Blutbehandlung stellt ein akuter Blutdruckabfall (Hypotonie) dar, den ein zu hoher bzw. schneller Flüssigkeitsentzug hervorrufen kann.One of the main complications with the extracorporeal blood treatment represents an acute drop in blood pressure (hypotension) which is caused by excessive or rapid fluid withdrawal can.

Es gibt verschiedene Lösungen für dieses Problem. Zum einen sind Blutdruckmonitore bekannt, die eine Änderung des Blutdrucks kontinuierlich überwachen und die Ultrafiltration in Abhängigkeit von der Blutdruckänderung regeln. Zum anderen sind Blutvolumenmonitore bekannt, die das relative Blutvolumen während der Dialysebehandlung messen und eine Regelung der Ultrafiltration in Abhängigkeit vom relativen Blutvolumen vornehmen.There are different solutions for this Problem. For one, blood pressure monitors are known to make a change monitor blood pressure continuously and the ultrafiltration depending from the change in blood pressure regulate. On the other hand, blood volume monitors are known which measure the relative Blood volume during measuring dialysis treatment and regulating ultrafiltration dependent on of the relative blood volume.

Die DE 197 46 377 C1 beschreibt eine Vorrichtung zur Messung des Blutdrucks, die auf der Erfassung der Ausbreitungsgeschwindigkeit oder Laufzeit der sich über das arterielle Gefässsystem des Patienten fortpflanzenden Pulswellen beruht, die durch dessen Herzkontraktionen erzeugt werden.The DE 197 46 377 C1 describes a device for measuring blood pressure, which is based on the detection of the propagation speed or transit time of the pulse waves propagating over the patient's arterial vascular system, which are generated by the patient's heart contractions.

Aus der DE 40 24 434 A1 ist eine Vorrichtung zur Ultrafiltrationsregelung bekannt, bei der zum Bestimmen des relativen Blutvolumens der Druck im extrakorporalen Kreislauf überwacht wird. Aus der Veränderung des Drucks im Laufe der Blutbehandlung gegenüber dem Druck zu Behandlungsbeginn wird auf die Veränderung des Blutvolumens geschlossen.From the DE 40 24 434 A1 A device for ultrafiltration control is known in which the pressure in the extracorporeal circuit is monitored to determine the relative blood volume. The change in blood volume compared to the pressure at the start of treatment is used to infer the change in blood volume.

Aus der DE 100 51 943 A1 ist eine Vorrichtung zur Pulswellenlaufzeitbestimmung bekannt, die eine nicht-invasive Blutdruckmessung erlaubt. Bei dem bekannten Verfahren wird eine mit der Blutdichte korrelierende Grösse bestimmt und deren Einfluss auf die Pulswellenlaufzeit kompensiert, so dass eine höhere Messgenauigkeit erreicht werden kann.From the DE 100 51 943 A1 a device for pulse wave time determination is known which allows a non-invasive blood pressure measurement. In the known method, a quantity correlating with the blood density is determined and its influence on the pulse wave transit time is compensated, so that a higher measuring accuracy can be achieved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die ohne grösseren apparativen Aufwand die Bestimmung des Blutvolumens während einer extrakorporalen Blutbehandlung ermöglicht.The invention is based on the object to create a device that requires no major equipment the determination of blood volume during an extracorporeal Blood treatment allows.

Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt erfindungsgemäss mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.These tasks are solved inventively with the features of claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the subclaims.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung beruht auf dem Generieren von Pulswellen in dem extrakorporalen Blutkreislauf, wobei die Ausbreitungsgeschwindigkeit oder Laufzeit der sich im extrakorporalen Kreislauf ausbreitenden Pulswellen gemessen wird. Das Blutvolumen wird aus der gemessenen Ausbreitungsgeschwindigkeit bzw. Laufzeit der Pulswellen bestimmt.The device according to the invention is based on the generation of pulse waves in the extracorporeal blood circuit, where the speed of propagation or transit time of the extracorporeal circulating pulse waves is measured. The blood volume is measured from the rate of spread or the transit time of the pulse waves.

Das Blutvolumen kann aus der Ausbreitungsgeschwindigkeit bzw. Laufzeit der Pulswellen bestimmt werden, weil bestimmte Blutbestandteile, z.B. Hämoglobin, Proteine etc. im extrakorporalen Blutkreislauf verbleiben, das Plasmawasser aber entfernt wird. Daher können Änderungen der Konzentration der Blutbestandteile zur Messung der Blutvolumenänderung herangezogen werden.Blood volume can be derived from the rate of spread or transit time of the pulse waves are determined because certain blood components, e.g. Hemoglobin, Proteins etc. remain in the extracorporeal bloodstream, the plasma water but is removed. Hence changes the concentration of blood components to measure the change in blood volume be used.

Wenn im Folgenden vom Blutvolumen die Rede ist, wird darunter sowohl das absolute als auch relative Blutvolumen verstanden. Das relative Blutvolumen zum Zeitpunkt t ist definiert durch:

Figure 00040001
wobei
V(0) das Blutvolumen zum Zeitpunkt t = 0, d.h. zu Beginn der Dialysebehandlung, und
V(t) das Blutvolumen zum Zeitpunkt t, d.h. im Verlauf der Behandlung ist.If we talk about blood volume in the following, this means both absolute and relative blood volume. The relative blood volume at time t is defined by:
Figure 00040001
in which
V (0) the blood volume at the time t = 0, ie at the beginning of the dialysis treatment, and
V (t) is the blood volume at time t, ie during the course of treatment.

Da die erfindungsgemässe Vorrichtung von der ohnehin in den bekannten Dialysemaschinen vorhandenen Druckmessung Gebrauch macht, ist der apparative Aufwand verhältnismässig gering. Für die Bestimmung des Blutvolumens ist lediglich eine entsprechende Ergänzung der Software für die Mikroprozessorsteuerung der Maschine erforderlich.Since the device according to the invention already exists in the known dialysis machines which pressure measurement makes use of, the outlay on equipment is relatively low. All that is required to determine the blood volume is a corresponding addition to the software for the microprocessor control of the machine.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit oder Laufzeit der Druckpulswellen im extrakorporalen Kreislauf gemessen, die von der Blutpumpe hervorgerufen werden, die im extrakorporalen Kreislauf der bekannten Hämodialysemaschinen angeordnet ist. Bei der Blutpumpe der bekannten Dialysemaschinen handelt es sich im allgemeinen um eine Rollenpumpe, die bei jeder Umdrehung des Pumpenrotors Druckpulse erzeugt.In a preferred embodiment becomes the speed of propagation or transit time of the pressure pulse waves measured in the extracorporeal circuit, which is caused by the blood pump be in the extracorporeal circuit of the known hemodialysis machines is arranged. In the blood pump of the known dialysis machines it is generally a roller pump that everyone Rotation of the pump rotor generates pressure pulses.

Die von der Blutpumpe generierten Pulswellen werden vorzugsweise mit einem Drucksensor detektiert, der bei den bekannten Dialysemaschinen im extrakorporalen Kreislauf angeordnet ist.The ones generated by the blood pump Pulse waves are preferably detected with a pressure sensor, that in the known dialysis machines in the extracorporeal circuit is arranged.

Zur Steigerung der Genauigkeit kann die Druckmessung vorteilhaft mit einem Drucksensor vorgenommen werden, der ohne Luftsäule in direktem Kontakt am Blutschlauch oder an einer davor vorgesehenen Druckmeßkammer angeordnet ist, durch die die Blutleitung verläuft.Can increase accuracy the pressure measurement can advantageously be carried out with a pressure sensor, the one without an air column in direct contact on the blood tube or on a pressure measurement chamber provided in front of it is arranged through which the blood line runs.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Blutpumpe im arteriellen Zweig der Blutleitung stromauf der Blutbehandlungseinrichtung und der Drucksensor zum Detektieren der Pulswellen stromab der Blutbehandlungseinrichtung im venösen Zweig der Blutleitung angeordnet. Damit ist die Strecke, über die die Laufzeit zu messen ist, der zwischen Blutpumpe und Drucksensor liegende Teil der Blutleitung.In a particularly preferred embodiment the blood pump is upstream in the arterial branch of the blood line the blood treatment device and the pressure sensor for detection the pulse waves downstream of the blood treatment device in the venous branch the blood line arranged. This is the distance over which the Running time is to be measured, the one between the blood pump and the pressure sensor Part of the blood line.

Wenn der Zeitpunkt, zu dem die Pulswellen von der Blutpumpe generiert werden, nicht bekannt ist, können die von der Blutpumpe generierten Pulswellen mit einem zweiten Drucksensor detektiert werden, der stromauf der Blutbehandlungseinrichtung im arteriellen Zweig der Blutleitung angeordnet ist. Der Zeitpunkt kann aber auch von der Stellung des Pumpenrotors abgeleitet werden, die beispielsweise mit einem Hallsensor erkannt wird. Der Hallsensor kann dabei einen mit dem Rotor sich drehenden Magneten aufweisen, dessen Magnetfeld periodisch eine an dem Stator befindliche Hall-Sonde durchdringt, an der ein entsprechendes elektrisches Spannungssignal abgegriffen werden kann.When the time when the pulse waves generated by the blood pump, is not known, the pulse waves generated by the blood pump with a second pressure sensor be detected in the upstream of the blood treatment device arterial branch of the blood line is arranged. The time can but can also be derived from the position of the pump rotor, which is detected with a Hall sensor, for example. The Hall sensor can have a magnet rotating with the rotor, whose magnetic field periodically is a Hall probe located on the stator penetrates at which a corresponding electrical voltage signal can be tapped.

Eine weitere Ausführungsform sieht die Bestimmung des relativen Blutvolumens aus dem Verhältnis der Ausbreitungsgeschwindigkeiten oder Laufzeiten der Pulswellen zu zwei verschiedenen Zeitpunkten der Blutbehandlung, insbesondere zu Beginn und während des Verlaufs der Behandlung vor.Another embodiment sees the determination the relative blood volume from the ratio of the rates of spread or transit times of the pulse waves at two different times blood treatment, especially at the beginning and during the course of treatment in front.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel einer Dialysemaschine mit einer Vorrichtung zur Bestimmung des relativen Blutvolumens anhand der Zeichnungen näher erläutert.The following is an embodiment a dialysis machine with a device for determining the relative Blood volume explained in more detail with reference to the drawings.

Es zeigen:Show it:

1 die wesentlichen Komponenten einer Dialysemaschine mit einer Vorrichtung zur Bestimmung des relativen Blutvolumens in stark vereinfachter schematischer Darstellung und 1 the essential components of a dialysis machine with a device for determining the relative blood volume in a highly simplified schematic representation and

2 den zeitlichen Verlauf der Signale eines arteriellen und venösen Drucksensors zur Bestimmung des Drucks im arteriellen bzw. venösen Zweig der Blutleitung bzw. des Signals eines Hallsensors zur Bestimmung der Stellung des Pumpenrotors. 2 the time course of the signals of an arterial and venous pressure sensor for determining the pressure in the arterial or venous branch of the blood line or the signal of a Hall sensor for determining the position of the pump rotor.

Die Hämodialysevorrichtung weist einen Dialysator 1 auf, der durch eine semipermeable Membran 2 in eine Blutkammer 3 und eine Dialysierflüssigkeitskammer 4 getrennt ist. Der Einlass der Blutkammer ist mit einem Ende einer arteriellen Blutzuführleitung 5 verbunden, in die eine arterielle Blutpumpe 6 geschaltet ist, während der Auslass der Blutkammer 3 mit einem Ende einer venösen Blutabführleitung 7 verbunden ist, in die eine Tropfkammer 8 geschaltet ist. Blutzuführ- und -abführleitung 5, 7 sind konventionelle Schlauchleitungen, die den arteriellen bzw. venösen Zweig des extrakorporalen Kreislaufs I bilden.The hemodialysis device has a dialyzer 1 on through a semipermeable membrane 2 into a blood chamber 3 and a dialysis fluid chamber 4 is separated. The inlet of the blood chamber is at one end of an arterial blood supply line 5 connected to which an arterial blood pump 6 is switched while the blood chamber outlet 3 with one end of a venous blood drain line 7 is connected to a drip chamber 8th is switched. Blood supply and discharge line 5 . 7 are conventional hose lines that form the arterial or venous branch of the extracorporeal circuit I.

Bei der Blutpumpe 6 handelt es sich um eine konventionelle Rollenpumpe, die mit jeder Umdrehung zwei Druckpulse generiert, die sich über die Blutzuführleitung 5, die Blutkammer 3 und die Blutabführleitung 7 im extrakorporalen Blutkreislauf I fortpflanzen. Die Druckpulswellen werden immer dann erzeugt, wenn der Rotor der Rollenpumpe 6 eine bestimmte Stellung einnimmt. Zur Überwachung der Stellung des Pumpenrotors weist die Rollenpumpe 6 einen Hallsensor 33 auf. Das Dialysierflüssigkeitssystem Π der Hämodialysemaschine umfasst eine Einrichtung 12 zur Bereitstellung der Dialysierflüssigkeit, die über den ersten Abschnitt 13 einer Dialysierflüssigkeitszuführleitung mit dem Einlass der ersten Kammerhälfte 14a einer Bilanziereinrichtung 15 verbunden ist. Der zweite Abschnitt 16 der Dialysierflüssigkeitszuführleitung verbindet den Auslass der ersten Bilanzierkammerhälfte 14a mit dem Einlass der Dialysierflüssigkeitskammer 4. Der Auslass der Dialysierflüssigkeitskammer 4 ist über den ersten Abschnitt 17a einer Dialysierflüssigkeitsabführleitung mit dem Einlass der zweiten Bilanzierkammerhälfte 14b verbunden. In den ersten Abschnitt 17a der Dialysierflüssigkeitsabführleitung ist eine Dialysierflüssigkeitspumpe 18 geschaltet. Der Auslass der zweiten Bilanzierkammerhälfte 14b ist über den zweiten Abschnitt 17b der Dialysierflüssigkeitsabführleitung mit einem Auslauf 19 verbunden. Stromauf der Dialysierflüssigkeitspumpe 18 zweigt von der Dialysierflüssigkeitsabführleitung 17a eine Ultrafiltratleitung 20 ab, die ebenfalls zu dem Auslauf 19 führt. In die Ultrafiltratleitung 20 ist eine Ultrafiltrationspumpe 21 geschaltet.With the blood pump 6 It is a conventional roller pump that generates two pressure pulses with each revolution, which are via the blood supply line 5 who have favourited Blood Chamber 3 and propagate the blood discharge line 7 in the extracorporeal blood circuit I. The pressure pulse waves are always generated when the rotor of the roller pump 6 occupies a certain position. To monitor the position of the pump rotor, the roller pump has 6 a Hall sensor 33 on. The dialysis fluid system Π of the hemodialysis machine comprises a device 12 to provide the dialysis fluid over the first section 13 a dialysis fluid supply line with the inlet of the first chamber half 14a a balancing facility 15 connected is. The second section 16 the dialysis fluid supply line connects the outlet of the first balancing chamber half 14a with the inlet of the dialysis fluid chamber 4 , The outlet of the dialysis fluid chamber 4 is about the first section 17a a dialysis fluid discharge line with the inlet of the second balancing chamber half 14b connected. In the first section 17a the dialysis fluid discharge line is a dialysis fluid pump 18 connected. The outlet of the second half of the balancing chamber 14b is about the second section 17b the dialysis fluid discharge line with an outlet 19 connected. Upstream of the dialysis fluid pump 18 branches from the dialysis fluid discharge line 17a an ultrafiltrate line 20 from that also to the spout 19 leads. In the ultrafiltrate line 20 is an ultrafiltration pump 21 connected.

Eine üblicherweise vorhandene zweite Bilanzkammer, die parallel und phasenverschoben zur ersten Bilanzkammer betrieben wird, um einen nahezu konstanten Fluß zu gewährleisten, ist der Einfachheit halber in 1 nicht gezeigt.A second balancing chamber which is usually present and which is operated in parallel and out of phase with the first balancing chamber in order to ensure an almost constant flow is shown in FIG 1 Not shown.

Die Hämodialysemaschine umfasst ferner eine zentrale Steuereinheit 22, die über Steuerleitungen 23 bis 25 mit der Blutpumpe 6, der Dialysierflüssigkeitspumpe 18 und der Ultrafiltrationspumpe 21 verbunden ist.The hemodialysis machine also includes a central control unit 22 that have control lines 23 to 25 with the blood pump 6 , the dialysis fluid pump 18 and the ultrafiltration pump 21 connected is.

Während der Hämodialysebehandlung wird die Blutkammer von dem Blut des Patienten und die Dialysierflüssigkeitskammer des Dialysators von der Dialysierflüssigkeit durchströmt. Da die Bilanziereinrichtung 15 in den Dialysierflüssigkeitsweg geschaltet ist, kann nur so viel Dialysierflüssigkeit über die Dialysierflüssigkeitszuführleitung zufliessen, wie Dialysierflüssigkeit über die Dialysierflüssigkeitsabführleitung abfliessen kann. Mit der Ultrafiltrationspumpe 21 kann dem Patienten Flüssigkeit entzogen werden.During the hemodialysis treatment, the blood of the patient and the dialysis fluid chamber of the dialyzer are flowed through by the dialysis fluid. Because the balancing facility 15 is connected into the dialysis fluid path, only as much dialysis fluid can flow in via the dialysis fluid supply line as dialysis fluid can flow out via the dialysis fluid discharge line. With the ultrafiltration pump 21 liquid can be withdrawn from the patient.

Die Hämodialysemaschine weist darüber hinaus eine Vorrichtung zur nichtinvasiven Bestimmung des relativen Blutvolumens während der Dialysebehandlung auf. Diese Vorrichtung macht von verschiedenen Komponenten der Hämodialysemaschine Gebrauch. Daher ist sie Teil der Dialysemaschine. Nachfolgend wird die Vorrichtung zur Bestimmung des relativen Blutvolumens im Einzelnen beschrieben.The hemodialysis machine also points out a device for the non-invasive determination of the relative blood volume while of dialysis treatment. This device makes of various components the hemodialysis machine Use. It is therefore part of the dialysis machine. Below is the Device for determining the relative blood volume in detail described.

Die Vorrichtung zur Bestimmung des relativen Blutvolumens weist einen Drucksensor 26 zum Messen des Drucks in der Blutzuführleitung 5 stromab der Blutpumpe 6 und stromauf der Blutkammer 3 des Dialysators 1 und einen Drucksensor 27 zum Messen des Drucks in der Blutabführleitung 7 stromab der Blutkammer 3 des Dialysators auf. Beide Drucksensoren 26, 27 sind über Signalleitungen 28, 29 mit einer Auswerteinheit 30 verbunden, in der die Signale der Sensoren verarbeitet werden. Diese Auswerteinheit ist Bestandteil der Mikroprozessorsteuerung der Hämodialysemaschine. Aus den gemessenen Druckwerten bestimmt die Auswerteinheit das relative Blutvolumen, das auf einer Anzeigeeinheit 31 angezeigt wird, die über eine Datenleitung 32 mit der Auswerteinheit verbunden ist.The device for determining the relative blood volume has a pressure sensor 26 for measuring the pressure in the blood supply line 5 downstream of the blood pump 6 and upstream of the blood chamber 3 of the dialyzer 1 and a pressure sensor 27 for measuring the pressure in the blood discharge line 7 downstream of the blood chamber 3 of the dialyzer. Both pressure sensors 26 . 27 are over signal lines 28 . 29 with an evaluation unit 30 connected in which the signals from the sensors are processed. This evaluation unit is part of the microprocessor control of the hemodialysis machine. The evaluation unit determines the relative blood volume on the display unit from the measured pressure values 31 appears over a data line 32 is connected to the evaluation unit.

Nachfolgend wird die Funktionsweise der Vorrichtung zur Bestimmung des relativen Blutvolumens RBV beschrieben. Die Bestimmung des relativen Blutvolumens beruht auf der Messung der Laufzeit der von der Blutpumpe 6 generierten Pulswellen, die sich im extrakorporalen Blutkreislauf I ausbreiten. Die Messstrecke L setzt sich aus den Teilen der Blutleitung und der Blutkammer zwischen arteriellem und venösem Drucksensor 26, 27 zusammen. Diese Strecke L ist in 1 mit a', b' und e' bezeichnet.The mode of operation of the device for determining the relative blood volume RBV is described below. The determination of the relative blood volume is based on the measurement of the running time of the blood pump 6 generated pulse waves that spread in the extracorporeal blood circulation I. The measuring section L consists of the parts of the blood line and the blood chamber between the arterial and venous pressure sensors 26 . 27 together. This distance L is in 1 designated a ', b' and e '.

Der theoretische Zusammenhang zwischen der Pulswellenlaufzeit und dem RBV wird wie folgt hergeleitet. In einer inkompressiblen Flüssigkeit, die sich in einem elastischen zylindrischen Rohr mit der Querschnittfläche A befindet, wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit c einer longitudinalen Druckwelle gegeben durch:

Figure 00090001
wobei
c Pulswellengeschwindigkeit
ρ Dichte der Flüssigkeit
dp Druckänderung
dA FlächenänderungThe theoretical relationship between the pulse wave transit time and the RBV is derived as follows. In an incompressible liquid, which is located in an elastic cylindrical tube with the cross-sectional area A, the velocity of propagation c is given by a longitudinal pressure wave by:
Figure 00090001
in which
c pulse wave velocity
ρ density of the liquid
dp pressure change
dA area change

Bei der Dialysebehandlung beträgt die Laufzeit PTT („Pulse Transit Time") über den Teil des Blutsehlauchsystems (Messstrecke) mit der Gesamtlänge L zwischen dem vorzugsweise unmittelbar stromab der Blutpumpe angeordneten arteriellen Drucksensor bzw. der Blutpumpe und dem venösen Drucksensor:The duration of the dialysis treatment is PTT ("Pulse Transit Time ") via the Part of the blood tubing system (measuring section) with the total length L between which is preferably arranged immediately downstream of the blood pump arterial pressure sensor or the blood pump and the venous pressure sensor:

Figure 00090002
Figure 00090002

Aus Gleichung (3) ergibt sich:

Figure 00090003

wobei
PTT(t0) Laufzeit zum Zeitpunkt t0
PTT(t) Taufzeit zum Zeitpunkt t From equation (3) we get:
Figure 00090003

in which
PTT (t 0 ) runtime at time t 0
PTT (t) baptism time at time t

Mit Gleichung (4) und (5) erhält man:

Figure 00100001
Equations (4) and (5) give:
Figure 00100001

Hierbei bezeichnet K(P) das Verhältnis der Dehnungsgrösse des Schlauchs zum Zeitpunkt t und t0.Here, K (P) denotes the ratio of the amount of expansion of the hose at times t and t 0 .

Die Massendichte des Blutes ist mit dem Verhältnis des Massenanteils des Proteins und Wassers im Blut zum gesamten Blutvolumen definiert durch:

Figure 00100002
Figure 00110001
wobei
ρ(t0) Massendichte des Blutes zum Zeitpunkt t0
ρ(t) Massendichte des Blutes zum Zeitpunkt t
V(t0) Blutvolumen zum Zeitpunkt t0
V(t) Blutvolumen zum Zeitpunkt t
mprotein(t0) Masse der Proteine in V(t0) zum Zeitpunkt t0
mprotein(t) Masse der Proteine in V(t0) zum Zeitpunkt t
mwater(t0) Masse des Wassers in V(t0) zum Zeitpunkt t0
mwater(t) Masse des Wassers in V(t0) zum Zeitpunkt t The mass density of the blood is defined by the ratio of the mass fraction of the protein and water in the blood to the total blood volume by:
Figure 00100002
Figure 00110001
in which
ρ (t 0 ) mass density of blood at time t 0
ρ (t) mass density of blood at time t
V (t 0 ) blood volume at time t 0
V (t) blood volume at time t
m protein (t 0 ) mass of the proteins in V (t 0 ) at time t 0
m protein (t) mass of the proteins in V (t 0 ) at time t
m water (t 0 ) mass of water in V (t 0 ) at time t 0
m water (t) mass of water in V (t 0 ) at time t

Da die Membran eines Dialysators für den überwiegenden Teil der Blutproteine nicht durchlässig ist, bleibt der Blutpmteingehalt während der Hämodialyse annähernd konstant, d.h. mProtein(t) = mProtein(t0). Aus Gleichung (9), (10) und (1) ergibt sich:

Figure 00110002
Since the membrane of a dialyzer is not permeable to the majority of the blood proteins, the blood protein content remains almost constant during hemodialysis, ie m protein (t) = m protein (t 0 ). From equations (9), (10) and (1) we get:
Figure 00110002

Mit mwater(t0) – mwater(t) = V(t0)·[1-RBV(t)]·ρw lässt sich Gleichung (11) in der Form

Figure 00110003
schreiben, wobei ρw die Massendichte von Wasser bezeichnet.With m water (t 0 ) - m water (t) = V (t 0 ) · [1-RBV (t)] · ρ w , equation (11) can be formulated
Figure 00110003
write, where ρ w denotes the mass density of water.

Mit Gleichung (7) und (12) erhält man

Figure 00120001
Equations (7) and (12) give
Figure 00120001

Die Lösung dieser Gleichung lautetThe solution to this equation is

Figure 00120002
Figure 00120002

Wenn das Schlauchsystem elastisch ist und es innerhalb des Proportionalitätsbereichs (Elastizitätsbereich) bei der Behandlung bleibt, ist nach dem Hookeschen Gesetz K(P) = 1. Daraus ergibt sich:

Figure 00120003
According to Hooke's law, if the hose system is elastic and remains within the range of proportionality (range of elasticity) during treatment, then K (P) = 1. This results in:
Figure 00120003

Gleichung (15) zeigt, dass das relative Blutvolumen RBV(t) eine Funktion des Verhältnisses der Laufzeiten und der Blutdichte zum Zeitpunkt t0 ist. Unter der Annahme, dass die Blutdichte vor der Dialysebehandlung für alle Patienten annähernd gleich ist, hängt RBV(t) nur vom Verhältnis der Laufzeiten ab. Wenn die Elastizität des Schlauchs allerdings vom Druck im Schlauch abhängt, insbesondere wenn ein nicht linearer Zusammenhang zwischen der Elastizität und dem Druck besteht, kann eine Kennkurve für K(P) verwendet werden.Equation (15) shows that the relative blood volume RBV (t) is a function of the ratio of the transit times and the blood density at time t 0 . Assuming that the blood density before dialysis treatment is approximately the same for all patients, RBV (t) depends only on the ratio of the transit times. If, however, the elasticity of the hose depends on the pressure in the hose, especially if there is a non-linear relationship between the elasticity and the pressure, a characteristic curve for K (P) can be used.

Zu Beginn der Dialysebehandlung bestimmt die Auswerteinheit 30 die Laufzeit PTT(t0) zum Zeitpunkt t0. Dieser Wert wird in einem Speicher gespeichert. In diesen Speicher werden auch die Werte für die Massendichte ρw von Wasser und die Massendichte ρ(t0) des Blutes zu Beginn der Dialysebehandlung eingelesen. Diese Werte werden als Konstanten angenommen. Sie können extern eingegeben oder fest vorgegeben sein.The evaluation unit determines at the beginning of the dialysis treatment 30 the runtime PTT (t 0 ) at time t 0 . This value is stored in a memory. The values for the mass density ρ w of water and the mass density ρ (t 0 ) of the blood at the beginning of the dialysis treatment are also read into this memory. These values are assumed to be constants. They can be entered externally or predefined.

Zur Bestimmung der Laufzeit PTT(t0) wird die Zeit gemessen, die eine Pulswelle benötigt, um vom arteriellen Drucksensor 26 zum venösen Drucksensor 27 zu gelangen.To determine the transit time PTT (t 0 ), the time it takes for a pulse wave to be measured by the arterial pressure sensor 26 to the venous pressure sensor 27 to get.

Auch wenn die Messtrecke a' + b' + c' in 1 eine lange Meßzeit erlaubt, ist zu berücksichtigen, dass sich längs dieser Strecke Elemente mit verschiedener Elastizität befinden. So haben beispielsweise Dialysator und Blutschlauch. bezüglich der Elastizität unterschiedliche Eigenschaften. Zur Vermidung von Störeinflüssen kann daher auch nur über eine Messtrecke längs des Blutschlauches stromauf oder stromab des Dialysators gemessen werden. Dann sind entweder stromab der Blutpumpe ein arterieller Drucksensor zur Messung der Laufzeit zwischen Pumpe und arteriellem Drucksensor oder zwei venöse Drucksensoren zur Messung der Laufzeit zwischen den beiden venösen Sensoren vorzusehen.Even if the measuring distance a '+ b' + c 'in 1 a long measuring time allowed, it must be taken into account that there are elements with different elasticity along this distance. For example, have dialyzer and blood tube. different properties in terms of elasticity. To avoid interference, measurements can therefore only be carried out over a measuring section along the blood tube upstream or downstream of the dialyzer. Then either an arterial pressure sensor for measuring the running time between the pump and the arterial pressure sensor or two venous pressure sensors for measuring the running time between the two venous sensors must be provided downstream of the blood pump.

2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Drucksignale der Drucksensoren 26, 27. Deutlich ist zu erkennen, dass die Pulswelle erst an dem arteriellen und dann an dem venösen Drucksensor eintrifft. Die Laufzeit über die Messstrecke L zwischen arteriellem und venösem Drucksensor ist in 2 mit PTT, bezeichnet. Um eine besonders lange Messstrecke zu haben, sollte der arterielle Drucksensor 26 unmittelbar stromab der Blutpumpe 6 und der venöse Drucksensor 27 möglichst weit stromab der Blutkammer 3 in der Blutleitung angeordnet sein. 2 shows the time course of the pressure signals of the pressure sensors 26 . 27 , It can be seen clearly that the pulse wave first arrives at the arterial and then at the venous pressure sensor. The running time over the measuring distance L between the arterial and venous pressure sensor is in 2 designated PTT. In order to have a particularly long measuring distance, the arterial pressure sensor should 26 immediately downstream of the blood pump 6 and the venous pressure sensor 27 as far as possible downstream of the blood chamber 3 be arranged in the blood line.

Während der Dialysebehandlung bestimmt die Auswerteinheit 30 fortlaufend die Laufzeit PTT (t) der Pulswellen und berechnet nach Gleichung (15) fortlaufend das relative Blutvolumen RBV(t).The evaluation unit determines during the dialysis treatment 30 continuously the running time PTT (t) of the pulse waves and continuously calculates the relative blood volume RBV (t) according to equation (15).

Unter der Annahme eines nicht linearer Zusammenhang zwischen der Elastizität und dem Druck, wird eine Kennkurve für K(p) im Speicher abgelegt. Dann erfolgt die Berechnung des relativen Blutvolumens nach Gleichung (14).Assuming a non-linear Relationship between the elasticity and the pressure becomes a Characteristic curve for K (p) stored in the memory. Then the relative is calculated Blood volume according to equation (14).

Eine alternative Ausführungsform sieht nur einen venösen Drucksensor 27 in der Blutabführleitung 7 vor. Der arterielle Drucksensor 26 in der Blutzuführleitung 5 ist grundsätzlich nicht erforderlich. Anstelle des arteriellen Drucksensors kann das Auftreten der Pulswellen mit dem Hallsensor 33 der Blutpumpe detektiert werden:An alternative embodiment sees only a venous pressure sensor 27 in the blood drain line 7 in front. The arterial pressure sensor 26 in the blood supply line 5 is basically not necessary. Instead of the arterial pressure sensor, the occurrence of the pulse waves with the Hall sensor 33 the blood pump can be detected:

2 zeigt das Hallsignal des Sensors 33. Deutlich ist zu erkennen, dass die negativen Flanken des Hall- und Drucksignals übereinstimmen. Die Laufzeit über die Strecke zwischen Blutpumpe und venösem Drucksensor ist in 2 mit PTT2 bezeichnet. Da der Magnet auf dem Rotor der Blutpumpe nur zu einem Signal pro Umdrehung führt und der Rotor zwei okkludierende Rollen aufweist, tritt das Hallsignal nur mit der halben Frequenz gegenüber dem Drucksignal auf. 2 shows the Hall signal of the sensor 33 , It can be clearly seen that the negative edges of the Hall and pressure signals match. The running time over the distance between the blood pump and the venous pressure sensor is in 2 designated PTT 2 . Since the magnet on the rotor of the blood pump only leads to one signal per revolution and the rotor has two occluding roles, the Hall signal only occurs at half the frequency of the pressure signal.

Claims (7)

Vorrichtung zur Bestimmung des Blutvolumens während einer extrakorporalen Blutbehandlung in einem extrakorporalen Blutkreislauf (I), der einen zu einer Blutbehandlungseinrichtung (1) führenden arteriellen Zweig (5) einer Blutleitung (5, 7) und einen von der Blutbehandlungseinrichtung abgehenden venösen Zweig (7) der Blutleitung (5, 7) aufweist, wobei die Vorrichtung zur Bestimmung des Blutvolumens Mittel (26, 27, 30) zum Messen der Ausbreitungsgeschwindigkeit oder Laufzeit der sich in dem extrakorporalen Kreislauf ausbreitenden Pulswellen aufweist, gekennzeichnet durch Mittel (6) zum Generieren von Pulswellen in dem extrakorporalen Kreislauf (I) und Mittel (30) zum Bestimmen des Blutvolumens, die derart ausgebildet sind, dass das Blutvolumen aus der gemessenen Laufzeit oder Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulswellen bestimmbar ist.Device for determining the blood volume during extracorporeal blood treatment in an extracorporeal blood circuit (I), which is connected to a blood treatment device ( 1 ) leading arterial branch ( 5 ) a blood line ( 5 . 7 ) and a venous branch coming from the blood treatment facility ( 7 ) the blood line ( 5 . 7 ), the device for determining the blood volume having means ( 26 . 27 . 30 ) for measuring the propagation speed or transit time of the pulse waves propagating in the extracorporeal circuit, characterized by means ( 6 ) for generating pulse waves in the extracorporeal circuit (I) and means ( 30 ) to determine the blood volume, which are designed such that the blood volume can be determined from the measured transit time or propagation speed of the pulse waves. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im extrakorporalen Kreislauf (I) eine Blutpumpe (6) angeordnet ist, wobei die Mittel (26, 27, 30) zum Messen der Laufzeit oder Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulswellen derart ausgebildet sind, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit oder Laufzeit der von der Blutpumpe (6) im extrakorporalen Kreislauf generierten Pulswellen gemessen wird.Device according to claim 1, characterized in that in the extracorporeal circuit (I) a blood pump ( 6 ) is arranged, the means ( 26 . 27 . 30 ) are designed to measure the transit time or propagation speed of the pulse waves in such a way that the propagation velocity or transit time of the blood pump ( 6 ) pulse waves generated in the extracorporeal circuit are measured. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im extrakorporalen Kreislauf (I) ein Drucksensor (27) zum Detektieren der von der Blutpumpe (6) generierten Pulswellen angeordnet ist.Device according to claim 1 or 2, characterized in that in the extracorporeal circuit (I) a pressure sensor ( 27 ) to detect the blood pump ( 6 ) generated pulse waves is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Blutpumpe (6) im arteriellen Zweig (5) der Blutleitung (5, 7) stromauf der Blutbehandlungseinrichtung (1) und der Drucksensor (27) zum Detektieren der Pulswellen stromab der Blutbehandlungseinrichtung im venösen Zweig (7) der Blutleitung (5, 7) angeordnet ist.Device according to claim 3, characterized in that the blood pump ( 6 ) in the arterial branch ( 5 ) the blood line ( 5 . 7 ) upstream of the blood treatment facility ( 1 ) and the pressure sensor ( 27 ) for detecting the pulse waves downstream of the blood treatment device in the venous branch ( 7 ) the blood line ( 5 . 7 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Drucksensor (26) zum Detektieren der Pulswellen stromauf der Blutbehandlungseinrichtung (1) im arteriellen Zweig der Blutleitung (5, 7) angeordnet ist.Device according to claim 4, characterized in that a second pressure sensor ( 26 ) for detecting the pulse waves upstream of the blood treatment device ( 1 ) in the arterial branch of the blood line ( 5 . 7 ) is arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (30) zum Bestimmen des relativen Blutvolumens derart ausgebildet sind, dass das relative Blutvolumen RBV(t) aus dem Verhältnis der Laufzeiten oder Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Pulswellen zu zwei verschiedenen Zeitpunkten t, t0 der Blutbehandlung bestimmbar ist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the means ( 30 ) are designed to determine the relative blood volume such that the relative blood volume RBV (t) can be determined from the ratio of the transit times or propagation speeds of the pulse waves at two different times t, t 0 of the blood treatment. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (30) zum Bestimmen des relativen Blutvolumens derart ausgebildet sind, dass das relative Blutvolumen RBV(t) aus der zeitlichen Änderung der Laufzeiten der Pulswellen nach der folgenden Gleichung berechnet wird,
Figure 00160001
wobei PTT(t) und PTT(t0) die Laufzeit der Pulswellen über einen Streckenabschnitt des extrakorporalen Blutkreislaufs mit einer vorgegebenen Länge L zum Zeitpunkt t und t0 und ρw die Massendichte von Wasser und ρ(t0) die Massendichte des Blutes zu Beginn der Blutbehandlung ist.Apparatus according to claim 6, characterized in that the means ( 30 ) are designed to determine the relative blood volume in such a way that the relative blood volume RBV (t) is calculated from the temporal change in the transit times of the pulse waves according to the following equation,
Figure 00160001
where PTT (t) and PTT (t 0 ) the duration of the pulse waves over a stretch of the extracorporeal blood circuit with a predetermined length L at time t and t 0 and ρ w the mass density of water and ρ (t 0 ) the mass density of the blood The start of blood treatment is.
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