DE3644948C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen des Drucks einer Flüssigkeit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Flüssigkeitsübertragungsgeräte, wie Dialysegeräte, werden verwendet, um kontinuierlich Verunreinigungen aus dem Blut eines Patienten zu entfernen. Das Blut wird üblicherweise durch Schlauchsätze zur einmaligen Verwendung mit Schläuchen und Blasenfallen für das arterielle und venöse Blut gepumpt, die den Patienten mit einem auf einer Dialysevorbereitungs- und Versorgungsmaschine montierten Dialysator verbinden.

In der US-PS 42 63 808 (Bellotti et al) wird als Ersatz für einen Schlauchsatz ein einteiliger hydraulischer Kreis be­ schrieben, der Blasenfallenkammern für das arterielle und venöse Blut enthält, in die das Blut durch über den Böden der Kammern liegende Eingänge eintritt und in der Nähe der Bö­ den der Kammern austritt. Der Druck in den Kammern kann mit Hilfe von Meßwertwandlern bestimmt werden, die an undurch­ dringbaren Latexmembranen angebracht sind, welche mit den oberen Bereichen der Kammern kommunizierende Öffnungen be­ decken.

Aus der US-PS 42 27 420 ist eine Einrichtung zum Messen des Druckes einer Flüssigkeit bekannt, bei der die Flüssigkeit durch eine erste Kammer fließt. Die erste Kammer ist durch eine kreisförmige, mit konzentrischen Wellen versehene impermeable Membran von einer zweiten Kammer getrennt, die zur Messung des Drucks mit einem Druckmeßwertgeber kommunizierend in Verbindung steht. Der Druckmeßwertgeber ist Bestandteil eines Geräts, auf dem die Druckmeßeinrichtung anbringbar ist.

Eine Druckmeßeinrichtung dieser Art ist im Oberbegriff des Anspruchs 1 als nächster Stand der Technik berücksichtigt.

Auch aus der US-PS 42 26 124 und der US-PS 40 46 010 sind jeweils Druckmeßeinrichtungen bekannt, bei denen eine erste Kammer zur Aufnahme der bezüglich ihres Druckes zu messenden Flüssigkeit von einer zweiten, mit einer Druckmeßwertgeber in Verbindung stehende Kammer durch eine impermeable Membran getrennt ist. In beiden Fällen ist die Membran in ihrem mittleren Bereich durch eine verhältnismäßig starre, ebene Fläche gebildet, an die sich ein wellenförmig ausgebildeter, flexibler Bereich anschließt. Bei der US-PS 42 26 124 ist der Anschluß für den Druckmeßwertgeber an der ersten Kammer seitlich in der Nähe des gewellten Randbereichs der Membran radial angeordnet, während bei der US-PS 40 46 010 der Anschluß für den Druckmeß­ wertgeber in der Mitte in unmittelbarer Nähe des ebenen Mittel­ bereichs der Membran axial angeordnet ist.

Aus der US-PS 30 58 350 ist eine Druckmeßeinrichtung bekannt, bei der eine erste Kammer, die eine bezüglich ihres Druckes zu messende Flüssigkeit aufnimmt, und eine zweite Kammer, die mit einer Druckmeßeinrichtung kommuzierend in Verbindung steht, durch eine starre Platte voneinander getrennt sind, die mittels einer flexiblen, impermeablen Balgenanordnung verschiebbar gelagert ist.

Schließlich sind aus der US-PS 43 98 542, der DE-AS 26 16 130 und der DE-OS 29 30 869 Druckmeßeinrichtungen bekannt, bei der eine mit einem Druckmeßwertgeber in Verbindung stehende Kammer mittels einer vollständig eben ausgebildeten, elastischen Membran hermetisch abgeschlossen ist.

Bei Druckmeßeinrichtungen mit einer ersten Kammer zur Aufnahme der bezüglich ihres Druckes zu messenden Flüssigkeit und einer von dieser mittels einer impermeablen Membran getrennten zweiten Kammer, die mit einem Druckmeßwertgeber kommuzierend in Verbindung steht, ist es wünschenswert, daß das Volumen der zweiten Kammer möglichst klein ist, um einen großen Druckmeß­ bereich erfassen zu können.

Dadurch ergibt sich jedoch das Problem, daß bei einer Gestaltung der zweiten Kammer derart, daß das durch die Kammer und die impermeable Membran eingeschlossene Volumen möglichst klein wird, die Gefahr besteht, daß der Zugang zu dem Druckmeßwertgeber durch die Membran versperrt wird und somit keine zuverlässige Druckmessung über einen großen Druckbereich möglich ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, eine Einrichtung zur Messung des Druckes einer Flüssigkeit zu schaffen, bei der das Volumen der von der bezüglich ihres Druckes zu messenden Flüssigkeit durch die impermeable Membran getrennten zweiten Kammer klein ist und die dennoch über einen großen Druckbereich zuverlässig arbeitet.

Gemäß einem ersten Lösungsvorschlag wird diese Aufgabe durch eine Druckmeßeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die vorteilhafte Wirkungsweise der Druckmeßeinrichtung gemäß diesem Lösungsvorschlag beruht darauf, daß, wenn sich bei einer Erhöhung des Drucks die Membran an den Käfig nähert und an diesen anlegt, der Mittelbereich der Membran die Öffnung nicht ver­ schließen kann, weil im Mittelbereich die Form von Käfig und Membran voneinander abweichen und stets der Abstand zwischen Membran und Mittelbereich des Käfigs erhalten bleibt.

Gemäß einem zweiten Lösungsvorschlag wird die oben genannte Aufgabe durch eine Druckmeßeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst.

Die vorteilhafte Funktion der erfindungsgemäßen Druckmeßein­ richtung gemäß diesem zweiten Lösungsvorschlag beruht darauf, daß bei einer Erhöhung des Drucks und bei dem damit verbundenen Anlegen der Membran an den Käfig diese durch die im Mittelbereich vorgesehenen Vorsprünge daran gehindert wird, die Öffnung zu versperren.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Druckmeß­ einrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen, teilweise geschnittenen Aufriß einer Kassette zur Verwendung mit Flüssigkeitsübertragungsgeräten die eine Druckmeßeinrichtung gemäß der Erfindung enthält;

Fig. 2 eine schematische, teilweise als Explosions­ zeichnung dargestellte, perspektivische Rück­ ansicht der Kassette der Fig. 1;

Fig. 3 eine perspektivische Frontansicht der Kassette aus Fig. 1;

Fig. 4 eine vertikale Schnittansicht der Kassette längs der Linie 4-4 in Fig. 1;

Fig. 5 eine vertikale Teilschnittansicht der Kassette längs der Linie 5-5 in Fig. 1;

Fig. 6 eine vertikale Teilschnittansicht längs der Linie 6-6 in Fig. 1, die ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen, mit einem getrennten Druckmeßfühler zusammenwirkenden Druckmeß­ einrichtung zeigt;

Fig. 7 eine Teilschnittansicht längs der Linie 7-7 in Fig. 1, die ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Druckmeßeinrichtung zeigt;

Fig. 8 eine Teilschnittansicht der Druckmeßeinrichtung nach Fig. 6 in Explosionsdarstellung.

Die Fig. 1 zeigt eine Flüssigkeits­ kassette 10 mit Schläuchen zur Verbindung mit den Zugangs­ kanülen zu einem Patienten, einer Blutpumpenrolle, einem Dialysator und Quellen für Salz- und Heparinlösungen. Die Kassette 10 ist aus durchsichtigem PVC-Kunststoff hergestellt und enthält zwei Hauptflüssigkeitsströmungskammern, eine ar­ terielle Kammer 14 und eine venöse Kammer 16, durch die das Blut vor und nach dem Passieren eines über einen Dialysator­ eingangsschlauch 18 und einen Dialysatorausgangsschlauch 20 verbundenen Dialysator strömt.

Ein Arterienschlauch 22 ist mit dem arteriellen Einlaß 24 verbunden, der zu einer schmalen vertikalen Eingangspassage 26 führt. Am Boden der arteriellen Kammer 14 befindet sich ein mit einem flexiblen Schlauch 32 verbundener arterieller Auslaß 30, wobei der Schlauch 32 eine Schleife bildet und von den Rollen einer (nicht gezeigten) Dialysebetriebsmaschine gequetscht wird, auf der die Kassette 10 zur Verwendung angebracht ist.

Das andere Ende des Schlauches 32 ist über einen Einlaß 34 mit einem Kanal 36 verbunden, der längs des oberen Bereiches der Kassette 10 verläuft und an einem Auslaß 38, der mit einem Dialysatoreingangsschlauch 18 verbunden ist, endet.

Ein Dialysatorschlauch 20 ist mit einem Einlaß 48 verbunden, der in die venöse Kammer 16 ein­ tritt. Ein Ausgang 50 der venösen Kammer 16 ist mit einem Venenschlauch 52 verbunden.

Die Fig. 2 und 6 bis 8 zeigen, daß eine Rückwand 98 mit Öffnungen 60 und 62 der arteriellen Kammer 14 und der venö­ sen Kammer 16 versehen ist, die mit Membranen 64 und 66 ver­ schlossen sind, welche identisch sind, mit der Ausnahme, daß ihre Orientierungen gegensätzlich sind. Die dem negativen Druck in der arteriellen Kammer 14 ausgesetzte Membran 64 hat ihren halbkreisförmigen gewölbten Bereich 80 von der Kam­ mer 14 weggerichtet, die dem positiven Druck in der Kammer 16 ausgesetzte Membran 66 hat ihren halbkreisförmigen, gewölbten Bereich in die Kammer 16 hineingerichtet. Hinter den Membra­ nen 64 und 66 befinden sich Membrankäfige 68 und 70, die mit zylindrischen Durchgängen 71 versehen sind, um zylindri­ sche Fortsätze 82 von auf der Vorderseite der die Kassette 10 beim Betrieb tragenden Maschine angebrachten Drucksensoren 83 aufzunehmen (vgl. Fig. 6). Am Umfang der Membranen 64 und 66 befinden sich Wülste 72, die zwischen die ringförmigen Ober­ flächen 74 und 76 der Käfige 68 und 70 und gegenüberliegen­ den, die Öffnungen 60 und 62 umgebenden ringförmigen Ober­ flächen 78 eingequetscht sind. Randbereiche 96 der Membra­ nen 64 und 66 sind zwischen Lippen 63 der Käfige 68 und 70 und gegenüberliegenden, die Öffnungen 60 und 62 umgebenden Lippen 65 eingequetscht, so daß Dichtungen zwischen den Mem­ branen und den Käfigen und zwischen den Membranen und der Rückwand gebildet werden.

Wie Fig. 6 zeigt, trägt der Fortsatz 82 einen O-Ring 84, der mit der inneren Oberfläche des zylindrischen Durch­ gangs 71 eine Dichtung bildet. Ein Druckmeßwertgeberele­ ment 85 steht mit einer Kammer 87 in Verbindung, die das Volumen innerhalb von Wänden 86, eines Durchganges 88 (im Fortsatz 82) und im Bereich zwischen der inneren Oberfläche des Käfigs 68 und der Membran 64 enthält. Ein identischer Drucksensor ist mit der inneren Oberfläche des zylindrischen Durchgangs 71 des Käfigs 70 verbunden. Der halbkreisförmige gewölbte Bereich 80 verläuft rund um die Membran 64, hat an seiner äußeren Oberfläche einen Radius von 3,2 mm (0.125′′) und erstreckt sich um 180° um seinen Mittelpunkt. Die gegen­ überliegende Oberfläche des Käfigs 68 hat den gleichen Ra­ dius, erstreckt sich jedoch in der Nähe der Mitte nicht auf volle 180°, sondern endet an einer Oberfläche 89, die von einem Mittelbereich 90 der Membran 64 einen Abstand von 1,65 mm (0.065′′) hat. Auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Mem­ branen 64 und 66 befinden sich vier radiale Vorsprünge 92, die dazu nützlich sind, eine Membran 66 in der venösen Kammer beim Versperren des Durchgangs zu verhindern. Die Membran 64 ist im halbkreisförmigem Bereich 80 0,25 mm (0.010′′) dick und ist im Mittelbereich 90 und im Randbereich 96 in der Nähe des Wulstes 72 0,50 mm (0.020′′) dick. Die Membran 64 ist aus Silikonkunststoff und nicht-toxisch. Der gewölbte Be­ reich 80 kann ohne Spannung oder Reibung in beide Richtun­ gen gerollt werden und hat ausreichend elastomere Eigen­ schaften, um in seine ursprüngliche Form zurückzukehren, wenn er nicht durch die Flüssigkeitsbedingungen in den Kammern an der Bewegung gehindert wird.

Wie am besten aus Fig. 4 ersichtlich, besteht die Kassette 10 in erster Linie aus zwei tiefgezogenen PVC-Stücken, einer flachen Rückplatte 98 und einem Frontstück 100, in das die Zugänge und Wände für die verschiedenen Kammern und Durch­ gänge eingeformt sind. Die Rückplatte 98 ist mit dem Front­ stück 100 durch Lösungsmittelklebung verbunden. Die Käfige 68 sind in ähnlicher Weise mit der Rückplatte 98 durch Lö­ sungsmittelklebung verbunden.

Bei der Verwendung wird die Kassette 10 auf der (nicht dar­ gestellten) Dialysebetriebsmaschine mit Hilfe von Sicherheits­ nadel-ähnlichen Klammern befestigt, die an einem Vorsprung 45 und den den arteriellen Auslaß 30 und den Strömungspassagen­ einlaß 34 bildenden rohrförmigen Fortsätzen einschnappen. Nachdem die Rückplatte 98 der Kassette 10 an die Maschine gebracht und in der richtigen Position verriegelt worden ist, werden die Fortsätze 82 der Drucksensoren der Maschine automatisch in die zylindrischen Durchgänge 71 der Käfige 68 und 70 eingeführt, wobei sie durch die O-Ringe 84 abge­ dichtet werden. Die Schlauchschleife 32 wird dabei um die Rollen der (nicht dargestellten) Schlauchpumpe, die ebenfalls auf der Vorderseite der Maschine angebracht ist, gelegt.

Die Blutpumpe wird in Betrieb genommen, zieht Blut vom Patien­ ten in den Schlauch 22 und durch die Passagen der Kassette 10 und die angeschlossenen Schläuche. Sobald die Kassette 10, der Dialysa­ tor und die angeschlossenen Schläuche mit Blut gefüllt sind, wird die Blutpumpe angehalten. Das Ende der Venenleitung 18 wird dann mit einer Kanüle im Patienten verbunden, worauf der Dialysevorgang mit der im Gegenuhrzeigersinn laufenden Pumpe beginnen kann, wobei das Blut, wie durch die schwarz gedruckten Pfeile gezeigt, fließt.

Während der Dialyse bleiben die Luftmengen in den Kammern 14 und 16 konstant. Der Druck wird über die Drucksensoren 83 verfolgt, die vom Blutströmungsweg durch die nicht-toxischen Membranen 64 und 66 getrennt sind. Die Kammer 14 befindet sich im allgemeinen auf einem negativen Druck (ungefähr -150 mmHg), die Kammer 16 befindet sich üblicherweise auf einem positiven Druck (ungefähr +350 mmHg). Durch die Luft­ räume in den Kammern 14 und 16 sind Ausgleichsvolumina ge­ gegeben, um durch den Betrieb der Schlauchpumpe hervorgeru­ fene Druckveränderungen auszugleichen. Der Flüssigkeits­ stand in der arteriellen Kammer 14 ist geringfügig niedriger als während der Inbetriebnahme und der Flüssigkeitsstand in der Venenkammer 16 ist geringfügig höher als während der In­ betriebnahme, was auf den Wechsel zwischen positiven und ne­ gativen Druckbedingungen mit der Änderung der Pumprich­ tung zurückzuführen ist. Die Membrane 64 bewegt sich ohne Dehnung oder Reibung (aufgrund des gewölbten Bereiches 80) in die Kammer 14 hinein, wodurch bewirkt wird, daß der Druck in der Kammer 87 gleich dem in der Kammer 14 ist. Die Membran 66 bewegt sich in ähnlicher Weise zum Käfig 70, wobei der gewölbte Bereich 80 ohne Dehnung oder Span­ nung gerollt wird, wodurch bewirkt wird, daß der Druck in der mit dem Meßwertgeber verbundenen Kammer gleich dem in der Kammer 16 ist.

Claims (6)

1. Einrichtung zum Messen des Druckes einer Flüssigkeit, mit
einer ersten Kammer (14; 16) mit einem Einlaß (24; 48) und
einem Auslaß für die durch die Kammer fließende Flüssigkeit und einer starren Wand (98) mit einer ersten diese durch­ dringenden Öffnung (60; 62),
einer impermeablen, diese Öffnung (60; 62) abdichtend bedecken­ den, flexiblen Membran (64; 66), die einen den Mittelbereich der Membran symmetrisch umgebenden, gewellten Bereich (80) aufweist und in beiden Richtungen ohne Spannung oder Reibung beweglich ist, so daß auf beiden Seiten der Membran gleiche Drücke bestehen,
eine eine zweite Kammer (87) begrenzende Einrichtung, die mit der Membran (64; 66) auf der der ersten Kammer gegenüberlie­ genden Seite der Membran mit dieser dicht verbunden ist, und einem mit der zweiten Kammer (87) kommunizierend verbun­ denen Druckmeßwertgeber (83), um den Druck in der Kammer zu messen,
wobei die erste Kammer (14; 16) durch eine auf einer Betriebs­ einrichtung entfernbar angebrachte Kassette (10) gegeben ist, der Druckmeßwertgeber (83) auf der Betriebseinrichtung ange­ bracht ist, und die die zweite Kammer (87) begrenzende Ein­ richtung einen den auf der Betriebseinrichtung angebrachten Druckmeßwertgeber umgebenden Bereich (84) und einen die Membran (64; 66) bedeckenden starren Käfig (68; 70), der an der Kassette (10) befestigt ist und eine zweite Öffnung (71) zur abdichtenden Verbindung mit dem den Druckmeßwertgeber um­ gebenden Abschnitt (84) aufweist, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (68; 70) eine innere Oberfläche aufweist, die in einem den Mittelbereich (89) um­ gehenden Bereich in ihrer Form dem gewellten Bereich (80) der Membran (65; 66) gleicht und im Mittelbereich (89) einen Ab­ stand zum Mittelbereich der Membran aufweist.

2. Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (64; 66) mit der zwei­ ten Öffnung (71) gegenüberliegenden Vorsprüngen (92) ver­ sehen ist, um ein Versperren der zweiten Öffnung (71) zu verhindern.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (92) radiale Vorsprünge sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (64; 66) kreisförmig ist und einen symmetrisch um die Mitte geformten gewellten Bereich (80) aufweist, so daß die Membran unter geringer Spannung beweglich ist, und daß die Membran ausreichend elastisch ist, um in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren, wenn sie durch die Fluid-Bedingungen in den Kammern (14; 16, 87) nicht daran gehindert ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gewellte Bereich (80) einen halbkreis­ förmigen Querschnitt hat.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Öffnung (71) durch einen zylindrischen Durchgang begrenzt ist, welcher mit einem zylindrischen Vorsprung (82) auf der Betriebseinrichtung zusammenpaßt.