DE60226077T2

DE60226077T2 - Vorrichtung zum Bereitstellen eines medizinischen Fluids unter Verwendung einer Kapazitätsfluidvolumenmessung und Verfahren

Info

Publication number: DE60226077T2
Application number: DE60226077T
Authority: DE
Inventors: Brian Clearwater LAUMAN; Pete Lutz HOPPING; Rick Tampa KIENMAN; Shahid Palm Harbor DIN; Robert Trinity CHILDERS
Original assignee: Baxter Healthcare SA; Baxter International Inc
Current assignee: Baxter Healthcare SA; Baxter International Inc
Priority date: 2002-01-22
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2022-12-14
Also published as: TW200302114A; US7107837B2; EP1469895B1; DE60226077D1; WO2003061733A1; EP1469895A1; JP2006503598A; US20030136189A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Vorrichtungen, die ein Fluid messen und Fluidvolumina messen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Sensoren, die Fluidvolumina, vorzugsweise medizinischer Fluide, wie z. B. Fluide, die während der Dialysetherapie verwendet werden, messen.
Aufgrund einer Erkrankung, eines Insults oder anderer Ursachen kann das Nierensystem einer Person versagen. Bei einem Nierenversagen mit jedweder Ursache gibt es mehrere physiologische Störungen. Bei einem Nierenversagen ist das Gleichgewicht von Wasser, Mineralien und des Ausscheidens der täglichen metabolischen Substanzen nicht länger möglich. Während des Nierenversagens können sich toxische Endprodukte des Stickstoffmetabolismus (Harnstoff, Kreatinin, Harnsäure und andere) im Blut und in Geweben ansammeln.
Ein Nierenversagen und eine verminderte Nierenfunktion wurden mit einer Dialyse behandelt. Die Dialyse entfernt Abfallstoffe, Toxine und überschüssiges Wasser aus dem Körper, die ansonsten durch normal arbeitende Nieren entfernt worden wären. Die Dialysebehandlung zum Ersetzen von Nierenfunktionen ist für viele Personen kritisch, da die Behandlung lebensrettend ist. Eine Person, die an Nierenversagen leidet, könnte ohne den Ersatz zumindest der Filtrationsfunktionen der Nieren nicht weiterleben. Die Hämodialyse und die Peritonealdialyse sind zwei Arten von Dialysetherapien, die gebräuchlich zur Behandlung eines Verlusts der Nierenfunktion verwendet werden.
Die Peritonealdialyse nutzt eine Dialyselösung oder ein Dialysat, das in die Peritonealhöhle eines Patienten infundiert wird. Das Dialysat kontaktiert die Peritonealmembran in der Peritonealhöhle. Abfallstoffe, Toxine und überschüssiges Wasser treten von dem Blutstrom des Patienten durch die Peritonealmembran hindurch und in das Dialysat ein. Der Übergang der Abfallstoffe, der Toxine und des Wassers von dem Blutstrom in das Dialysat findet mittels Diffusion und Osmose statt, da über der Peritonealmembran ein osmotischer Gradient vorliegt. Das verbrauchte Dialysat wird aus der Peritonealhöhle des Patienten entfernt, um die Abfallstoffe, die Toxine und das Wasser aus dem Patienten zu entfernen. Neues Dialysat ersetzt das verbrauchte Dialysat und der Vorgang wiederholt sich.
Während der Dialysetherapie umfasst ein Dialysefluidaustausch im Allgemeinen das Entfernen von verbrauchtem Dialysefluid aus der Peritonealhöhle und das Füllen der Peritonealhöhle mit frischem Dialysat. Das Verfolgen der Mengen oder Volumina der Dialyselösung, die aus der Peritonealhöhle entfernt und dieser zugeführt wird, ist für eine korrekte Dialysetherapie wichtig. Eine typische Menge einer Dialysatlösung, die während eines Austauschs aus der Peritonealhöhle eines Erwachsenen entfernt und dieser zugeführt wird, kann etwa zwei bis drei Liter betragen. Der Dialysefluidaustausch wurde manuell, üblicherweise durch den Patienten, oder automatisch durch eine automatisierte Dialysemaschine durchgeführt.
Ein manuell durchgeführter Dialysataustausch erfordert, dass der Patient oder eine andere Person, die den Austausch durchführt, die korrekte Menge an Fluid aus der Peritonealhöhle entfernt und die korrekte neue Fluidmenge der Peritonealhöhle manuell zuführt. Fehler bei der Menge des ausgetauschten Fluids können auftreten, wenn die Fluidaustauschvorgänge manuell durchgeführt werden. Wenn es erwünscht ist, die kumulative Menge des Fluids, die bei mehreren Austauschvorgängen verwendet wird, zu kennen, muss das kumulative Gesamtfluid manuell verfolgt werden.
Es gibt sogenannte Durchfluss-Peritonealdialyse(„CFPD")-Systeme, bei denen davon ausgegangen wird, dass sie eine kontinuierliche Dialysatströmung bereitstellen. In diesen Systemen sammelt sich „verbrauchtes" Dialysat (mit Abfallstoffen beladenes Dialysat) von dem Patienten in einem Ablaufbeutel, der entsorgt wird, oder der in einen Haushaltsausguss oder in einen anderen Ablauf abläuft. Ein Patient füllt die Peritonealhöhle in einer Behandlung typischerweise mit bis zu drei Litern Dialysat. Als Folge davon erfordern bekannte CFPD-Dialysebehandlungen eine große Menge an frischem Dialysat, die verfolgt oder berechnet werden muss.
Automatisierte Dialysemaschinen nutzen eine oder mehrere Fluidpumpe(n) zur Durchführung der Dialysataustauschvorgänge, d. h. die Pumpe pumpt verbrauchtes Dialysatfluid während des Entfernungsmodus aus der Peritonealhöhle heraus und pumpt Dialysat während des Füllmodus in die Höhle. Bekannte automatisierte Dialysemaschinen haben die Menge an Fluid, die während eines Austauschs entfernt und eingefüllt worden ist, gemessen und gesteuert. Ein automatisiertes Peritonealdialyse(„ADP")-System nutzt eine Referenzkammer und das Boyle'sche Gesetz, um das Volumen des gepumpten Fluids zu bestimmen.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zum Messen des Volumens eines Fluids, das während der Dialysebehandlung verwendet wird, ist das Abwiegen des Fluids mit einer Waage. Bei der Vorbereitung des Füllens der Peritonealhöhle wird ein Dialysatbeutel auf einer Waage ange ordnet und das Gewicht wird notiert. Nachdem das Fluid aus dem Beutel entfernt (der Peritonealhöhle zugeführt) worden ist, wird das Gewicht des restlichen Fluids in dem Beutel ermittelt und notiert. Das Volumen des Fluids, das dem Patienten zugeführt worden ist, kann aus dem verminderten Gewicht des Fluidbeutels bestimmt werden. Entsprechend wird während des Entfernens bei dem Patienten eine Gewichtszunahme des Fluidbeutels zur Bestimmung des Volumens an Fluid verwendet, das aus der Peritonealhöhle entfernt worden ist. Das Wiegen des Fluids zur Bestimmung des Fluidvolumens erfordert eine Waage und einen Beutel oder einen anderen Behälter, der auf der Waage angeordnet werden muss.
Ein weiteres Verfahren zum Messen des Volumens eines Fluids, das mit einer Pumpe gepumpt wird, besteht einfach darin, dass das Volumen der Pumpenkammer bekannt ist und angenommen wird, dass sich die Kammer bei jedem Pumpenhub vollständig füllt. Das Volumen des gepumpten Fluids wird durch Zählen der Anzahl der Pumpenhübe und Multiplizieren der Anzahl mit dem Volumen der Pumpenkammer bestimmt.
Es ist jedoch häufig der Fall, dass sich die Pumpenkammer nicht vollständig mit Fluid füllt. Beispielsweise kann Luft in der Pumpenkammer vorliegen oder die Pumpe kann einfach einen vollständigen Hub nicht abschließen. Demgemäß kann die Messung der Menge an gepumptem Fluid ungenau sein, wobei z. B. tatsächlich weniger Fluid gepumpt werden kann, als es der berechneten Menge entspricht. Diese Nachteile können bei vielen Pumpenhüben ausgeprägter werden, wie z. B. wenn eine kleinere Pumpe zahlreiche Pumpenhübe erfordert, um die Peritonealhöhle zu füllen oder zu leeren.
Die Genauigkeit des Messens des gepumpten Fluidvolumens kann schwieriger werden, wenn die Größe der Pumpenkammer gering ist und die Pumpe mit vielen Pumpenhüben betrieben wird. Beispielsweise müssen bestimmte Dialysesysteme mit einer Pumpe mit einem Innenvolumen von etwa 10 bis 15 ml zwei bis drei Liter Dialysat in die Peritonealhöhle pumpen. Zahlreiche Pumpenhübe, wie z. B. etwa zweihundert Hübe einer vollständig gefüllten Pumpenkammer, sind erforderlich, um die zwei bis drei Liter Dialysat zu pumpen. Wenn die Pumpenkammer nicht bei jedem Pumpenhub genau und einheitlich mit Dialysat gefüllt wird oder dieses nicht genau entleert wird, kann die Gesamtmenge an Dialysat, die mit der Gesamtzahl von Pumpenhüben gepumpt wird, ungenau gemessen werden.
Demgemäß besteht ein Bedarf für Vorrichtungen, die das gepumpte Fluidvolumen genau messen können.
DE 2017112 beschreibt ein Peritonealdialyse-Überwachungssystem, bei dem ein Resonanz-Hochfrequenzschwingkreis oder ein lichtelektrischer Schaltkreis eingesetzt wird, um die Gegenwart von Luftblasen in einer Fluidleitung zu erfassen.
US 5,135,485 beschreibt ein Fluidfüllstandssystem des Kapazitättyps, in dem leitende Kondensatorplatten auf einer Oberfläche eines Fluidbehälters ausgebildet sind.
US 6,210,368 beschreibt eine Arzneistoffabgabevorrichtung, die einen Arzneistoffbehälter in der Form eines Metallbalgens innerhalb eines Gehäuses umfasst. Wenn sich der Balgen zusammenzieht, erfasst die Vorrichtung eine Änderung der Kapazität zwischen einem Teil des Gehäuses und des Metallbalgens.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Bereitstellen bzw. Fördern eines medizinischen Fluids an einen Patienten gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Messen eines Volumens eines medizinischen Fluids, welches durch eine Fluidpumpe gepumpt wird, gemäß Anspruch 49 bereitgestellt.
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein neue Fluidsensoren und Fluidvolumenmessvorrichtungen. Die Sensoren und Messvorrichtungen sind nicht-invasiv und stellen neue Verfahren des Erfassens und Messens von Volumina medizinischer Fluide bereit. Die Sensoren oder Messvorrichtungen können in vielen Arten von medizinischen Vorgängen verwendet werden und sind besonders für eine Dialyse geeignet, wie z. B. eine Hämodialyse und eine Peritonealdialyse, einschließlich eine Durchfluss-Peritonealdialyse.
Zu diesem Zweck wird in einer Ausführungsform der Erfindung eine Vorrichtung zum Messen eines Volumens eines medizinischen Fluids bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst eine Mehrzahl von Kondensatorplatten mit einem festgelegten Abstand. In einer Ausführungsform bilden die Kondensatorplatten mindestens ein gegenüber liegendes Paar. Ein medizinisches Fluid-Behälter ist zwischen dem Paar von Kondensatorplatten angeordnet. Ein Schaltkreis ist elektrisch mit dem Paar von Kondensatorplatten verbunden. Der Schaltkreis weist eine Ausgabe auf, die das Volumen des medizinischen Fluids anzeigt, wenn sich das Fluid in dem Fluidbehälter befindet.
Der medizinisches Fluid-Behälter umfasst ferner eine Pumpenkammer mit mindestens einer Fluidöffnung. Die Pumpenkammer ist zwischen dem Paar von Kondensatorplatten angeordnet.
In einer Ausführungsform umfasst die Pumpenkammer ferner mindestens eine flexible Membranwand, die beweglich ist, um medizinisches Fluid zu pumpen.
In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung auch einen Pumpenkolben oder arbeitet damit in einer fluidpumpenden Beziehung relativ zu der Pumpenkammer. Eine der Kondensatorplatten des Paars bewegt sich mit dem Pumpenkolben.
In einer Ausführungsform umfasst der medizinisches Fluid-Behälter ferner erste und zweite flexible Membranwände. Mindestens eine der ersten und zweiten Membranwände ist beweglich, um ein Volumen innerhalb des Behälters zu verändern.
In einer Ausführungsform umfasst der medizinisches Fluid-Behälter ferner einen Teil eines Einweg-Dialysefluidströmungswegs, der mit einer Dialysemaschine verwendet werden kann.
In einer Ausführungsform können die Kondensatorplatten eine planare oder eine nicht-planare Form oder eine Kombination von beidem aufweisen. Die Form kann im Wesentlichen mit derjenigen des Behälters, wenn dieser gefüllt ist, und/oder mit derjenigen eines Teils einer Pumpenkammer identisch sein.
In einer Ausführungsform kann der Schaltkreis ferner eine Masse-Verbindung zu einer Kondensatorplatte des Paars und einen Spannungssensor aufweisen, der mit der anderen Kondensatorplatte des Paars verbunden ist.
In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Schutzeinrichtung, die mindestens einen Teil eines Signals von den Kondensatorplatten elektrisch schützt.
In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Spannungsquelle, welche die Erzeugung einer Spannung proportional zu der Kapazität zwischen den Platten ermöglicht.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Messen eines Volumens eines Fluids zu oder von einem Patienten bereitgestellt. Das System umfasst einen Fluidbehälter, der fluidal mit einem Patienten verbunden werden kann. Erste und zweite Kondensatorplatten sind bereitgestellt, zwischen denen ein variables Dielektrikum abhängig von einer Menge des Fluids in dem Fluidbehälter erzeugt wird. Ein elektrischer Schaltkreis ist mit den Kondensatorplatten verbunden. Der Schaltkreis gibt ein Signal auf der Basis des variablen Dielektrikums aus. Das Signal zeigt das Volumen des Fluids in dem Fluidbehälter.
In einer Ausführungsform wird der Fluidbehälter innerhalb einer Fluidpumpenkammer betrieben.
In einer Ausführungsform ist der Fluidbehälter zwischen den ersten und zweiten Kondensatorplatten angeordnet.
In einer Ausführungsform umfasst das System einen Pumpenkolben. Eine der ersten und der zweiten Kondensatorplatten definiert eine Öffnung, die es einem Teil des Kolbens ermöglicht, sich außerhalb der Platte zu erstrecken.
In einer Ausführungsform umfasst das System einen Pumpenkolben und eine der ersten und zweiten Kondensatorplatten ist ein Teil des Pumpenkolbens.
In einer Ausführungsform umfasst das System ein Verdrängungsfluid, das den Fluidbehälter ausdehnt und zusammenzieht, um das Fluid in und aus dem Behälter einzufüllen und auszuleeren.
In einer Ausführungsform bewegt sich die Kondensatorplatte effektiv mit dem sich ausdehnenden Fluid innerhalb des Behälters.
In einer Ausführungsform weist der Fluidbehälter ein variables Volumen auf und kann gegen eine Pumpenkammer gezogen werden, die angepasst ist, in dem Behälter ein Vakuum zu ziehen.
In einer Ausführungsform ist mindestens eine der ersten und zweiten Kondensatorplatten bewegbar und wie der Behälter geformt, wenn der Behälter gefüllt ist. Die Kondensatorplatten können auch wie ein Pumpengehäuse geformt sein.
In einer Ausführungsform umfasst der Fluidbehälter eine entsorgbare Kassette. Mindestens eine Wand der Kassette umfasst eine flexible Membran.
In einer Ausführungsform umfasst das System einen Prozessor oder eine Steuereinrichtung, der bzw. die ein Volumen des Fluids von dem Signal, das durch den elektrischen Schaltkreis ausgegeben wird, bestimmt.
In einer Ausführungsform umfasst das System eine Steuereinrichtung, die ein kumulatives Fluidvolumen von einer Vielzahl von Einzelvolumina von Fluid in dem Fluidbehälter bestimmt.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Messen eines Volumens eines Fluids, das für einen Patienten bereitgestellt oder von einem Patienten entfernt werden soll, bereitgestellt. Das System umfasst einen Fluidbehälter, der fluidal mit einem Patienten verbunden werden kann. Erste und zweite Kondensatorplatten sind bereitgestellt. Ein elektrischer Schaltkreis ist mit den Kondensatorplatten verbunden. Der Schaltkreis gibt ein Signal auf der Basis eines variablen Dielektrikums zwischen den Platten aus. Das Signal kann auch auf einem sich ändernden Abstand von einer oder beiden der Platten und einer sich ändernden Oberfläche von einer oder beiden der Platten basieren. Das Signal gibt das Volumen des Fluids in dem Fluidbehälter an.
In einer Ausführungsform weist mindestens eine der Kondensatorplatten eine variierende Oberfläche auf.
In einer Ausführungsform wird das Signal, das durch den elektrischen Schaltkreis ausgegeben wird, durch eine Spannung elektrisch geschützt, die das Signal verfolgt, wobei die Spannung an eine Schutzeinrichtung angelegt wird, die das Signal abschirmt.
Darüber hinaus wird in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Dialysesystem bereitgestellt. Das System umfasst einen Fluidströmungsweg. Ein Fluidbehälter ist fluidal mit dem Fluidströmungsweg verbunden. Ein Kapazitätssensor ist relativ zu dem Fluidbehälter angeordnet. Der Kapazitätssensor kann ein Fluidvolumen in dem Behälter messen.
In einer Ausführungsform nutzt der Kapazitätssensor eine gepulste Spannung und misst das Ausmaß der Spannung, die sich während des Pulses aufbaut.
In einer Ausführungsform ist der Fluidbehälter ein Teil eines entsorgbaren Sets für eine Dialysetherapie.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Messen eines Volumens eines medizinischen Fluids, das durch eine Fluidpumpe gepumpt wird, bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Fluidbehälters zwischen einer Vielzahl von Kondensatorplatten und das Messen eines ersten Zustands des Fluidbehälters mit den Kondensatorplatten, wenn der medizinisches Fluid-Behälter im Wesentlichen leer von Fluid ist. Als nächstes wird das medizinische Fluid in dem Fluidbehälter bereitgestellt. Dann wird ein zweiter Zustand des Fluidbehälters mit den Kondensatorplatten gemessen, wenn der Fluidbehälter im Wesentlichen voll von medizinischem Fluid ist. Ferner wird ein Volumen des medizinischen Fluids in dem Fluidbehälter basierend auf dem durch die Kondensatorplatten gemessenen ersten und zweiten Zustand bestimmt.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das im Wesentlichen Leeren des Fluidbehälters von Fluid, das Bereitstellen von zusätzlichem medizinischen Fluid in dem Behälter, das Messen eines weiteren zweiten Zustands und das Bestimmen eines weiteren Volumens des medizinischen Fluids.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das kontinuierliche Messen des Zustands des Fluidbehälters, während das Fluid in den Behälter eintritt.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Bestimmen eines Gesamtvolumens an Fluid aus einer Vielzahl von Volumina von medizinischem Fluid, die in dem Behälter bereitgestellt werden.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Anordnen der Kondensatorplatten an entgegengesetzten Seiten einer Pumpenkammer.
Es ist hier auch ein Verfahren zum Bereitstellen einer Dialyse für einen Patienten, der einer solchen bedarf, beschrieben. Das Verfahren umfasst das Messen eines Volumens an Dialysefluid mit einem Kapazitätssensor und das Leiten des Volumens des Dialysefluids in einen Teil eines Patienten.
Der Teil kann eine Peritonealhöhle des Patienten umfassen.
Das Verfahren kann das Infundieren des gemessenen Fluidvolumens in einen schlafenden Patienten umfassen.
Das Verfahren kann das Infundieren des gemessenen Fluids in den Patienten in der Nacht umfassen.
Es ist hier auch ein Verfahren zum Bereitstellen einer Durchfluss-Peritonealdialyse für einen Patienten beschrieben. Das Verfahren umfasst das Leiten eines Volumens eines Dialysefluids durch ein Paar von Kondensatorplatten zum Messen des Volumens, das Drücken des Fluidvolumens in einen Teil eines Patienten und das Umwälzen des Fluidvolumens von dem Patienten, um das Fluid zu reinigen.
Der Schritt des Leitens des Fluidvolumens durch das Paar von Kondensatorplatten und des Drückens des Fluidvolumens in den Teil des Patienten kann gleichzeitig an einer Fluidpumpe stattfinden.
Ferner wird in einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Systems, das ein medizinisches Fluid verdrängt, bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Bewegen des medizinischen Fluids von einer ersten Stelle zu einer zweiten Stelle und das Messen eines Volumens des bewegten Fluids durch einen Kapazitätssensor.
Es ist hier auch ein Verfahren beschrieben, das den Schritt des Abgebens des medizinischen Fluids an einen Patienten umfasst.
Das Verfahren kann das Steuern einer Menge des an den Patienten bereitgestellten medizinischen Fluids durch Messen des Volumens des Fluids mit dem Kapazitätssensor umfassen.
Das Verfahren kann das visuelle Anzeigen der bewegten Menge oder der gepumpten Menge für einen Patienten oder einen Bediener umfassen.
Es ist daher ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass ein verbessertes Volumenmesssystem für ein medizinisches Fluid bereitgestellt wird.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Systems zur Bereitstellung einer Dialysebehandlung.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Volumenmesssystemen zur Verwendung in einer Durchfluss-Peritonealdialysebehandlung.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung verbesserter Verfahren zur Messung von Volumina eines medizinischen Fluids.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer nicht-invasiven Fluidvolumenmessung.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Kapazitätsfluidmessung und von Fluidvolumenmessvorrichtungen und -verfahren.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Bereitstellung einer genauen Fluidvolumenmessung für eine Fluidpumpe über zahlreiche Pumpenhübe.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Bereitstellung einer genauen Fluidvolumenmessung für eine Fluidpumpe, wenn die Pumpenkammer nicht vollständig mit Fluid gefüllt oder von Fluid entleert ist.
Hier sind auch verbesserte Verfahren zur Bereitstellung einer Dialyse beschrieben.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines proportionalen Fluidvolumenmesssystems, das eine proportionale Ausgabe bereitstellt, wodurch partielle Gesamtvolumenmessungen erhalten werden können.
Zusätzliche Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind in der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung und den Figuren beschrieben und gehen daraus hervor.
Kurze Beschreibung der Figuren
1A, 1B und 1C sind schematische Diagramme, die einen Fluidvolumensensor der vorliegenden Erfindung zeigen, der verschiedene Fluidvolumina aufweist.
2 ist ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform eines Kapazitätssensor-Schaltkreises der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
3 ist eine Schnittansicht eines Fluidvolumensensors gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher der Sensor in einer Kombination mit einer pneumatisch oder hydraulisch angetriebenen Pumpe angeordnet ist.
4A und 4B sind Schnittansichten eines Fluidvolumensensors gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher der Sensor in einer Kombination mit einer mechanisch angetriebenen Pumpe angeordnet ist.
5 ist eine Schnittansicht einer Mehrzahl von zusammenwirkenden Fluidvolumensensoren gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der jeder Sensor in einer Kombination mit einer mechanisch angetriebenen Pumpe angeordnet ist.
6 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Kapazitätsbechers der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt Volumensensoren für ein medizinisches Fluid, Systeme zur Durchführung medizinischer Behandlungen unter Verwendung der Volumensensoren für ein medizinisches Fluid und damit zusammenhängende Verfahren bereit. Die vorliegende Erfindung stellt insbesondere Fluidvolumensensoren, -systeme und -verfahren bereit, die für eine Peritonealdialysebehandlung und mit Peritonealdialysesystemen verwendet werden können. Ein solches Peritonealdialysesystem ist ein Durchfluss-Peritonealdialysesystem, das kontinuierlich und gleichzeitig ein Dialysat zu und von einer Peritonealhöhle eines Patienten infundiert und entfernt. Das Peritonealdialysesystem und folglich die vorliegende Erfindung kann z. B. mit einem Doppellumenkatheter, der in die Peritonealhöhle implantiert ist, oder einem anderen Mehrfachlumen-Patientenzugang verbunden werden.
Es sollte jedoch beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung für verschiedene medizinische Behandlungen sowie für verschiedene Dialysesysteme und -verfahren verwendet werden kann. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung in der Hämodialyse verwendet werden. Entsprechend können die Prinzipien und Verfahren der vorliegenden Erfindung auch zum Messen von medizinischen Fluiden in nicht-Dialyseanwendungen verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung kann das Fluidvolumen messen, das für einen Patienten bereitgestellt oder von diesem entfernt wird. Die Fluidvolumenerfassungs- und -messvorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung sind ein nicht-invasives Messsystem. D. h., die vorliegende Erfindung kann das Volumen eines Fluids ohne Kontaktieren oder ein Ausdehnen in das Fluid messen. Das System nutzt Kapazitätsmesstechniken zum Bestimmen des Volumens eines Fluids innerhalb einer Kammer.
Wenn sich das Fluidvolumen ändert, ändert sich eine gemessene Spannung, die proportional zur Kapazitätsänderung ist. Daher kann der Sensor bestimmen, ob die Kammer z. B. leer, zu einem Achtel voll, zu einem Viertel voll, halbvoll, voll ist oder in irgendeinem anderen Füllungsprozentsatz vorliegt. Jede dieser Messungen kann genau durchgeführt werden, wie z. B. mindestens in der Größenordnung der Genauigkeit, die mit bekannten gravimetrischen Waagen oder Druck/Volumen-Messungen erreicht wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch einfacher, nicht-invasiv, billig und erfordert nicht, dass der medizinische Vorgang ein Chargenvorgang ist.
Eine Fluidvolumensensor- oder -messvorrichtung 10 ist schematisch in den 1A, 1B und 1C gezeigt. Die 1A zeigt den Sensor 10, der nahezu keine Fluidmenge 12 in einem Fluidbehälter 14 aufweist. Der Behälter 14 ist in einer Ausführungsform aus Kunststoff oder einem anderen Material, das eine relativ niedrige Dielektrizitätskonstante, die derjenigen von Luft ähnlich ist, aufweist. Gemäß der Veranschaulichung umfasst der Behälter 14 zwei Platten des Halbschalentyps. Die Enden der Platten ermöglichen es einem medizinischen Fluid, wie z. B. einem Dialysat, in den Behälter 14 einzutreten. Es sollte jedoch beachtet werden, dass der Behälter 14 aus jedwedem einer Anzahl von verschiedenen Teilen, einschließlich eines festen Teils, ausgebildet sein kann. Der Behälter 14 kann jedwede Art von Öffnung oder Öffnungen zum Ermöglichen eines Eintretens und Austretens eines Volumens eines medizinischen Fluids definieren.
Die 1B zeigt den Fluidbehälter 14, der ein größeres Volumen des Fluids 12 aufweist als das Fluid 12 in dem Behälter 14 von 1A. Die 1C zeigt den Fluidbehälter 14, der im Wesentlichen mit dem Fluid 12 gefüllt ist. In einer Ausführungsform ist der Fluidbehälter 14 starr, jedoch könnte der Behälter 14 auch flexibel sein oder flexible Komponenten aufweisen. In einer Ausführungsform ist mindestens ein Teil des Behälters 14 in eine entsorgbare Kassette zum Überführen eines medizinischen Fluids, wie z. B. eines Dialysats, einbezogen. Als ein Teil der entsorgbaren Kassette kann der Behälter 14 mit einer Pumpe integriert werden, wobei der Behälter 14 die Pumpenkammer wird.
Das Fluid 12 ist zwischen einem flexiblen Membranbehälter 24 gehalten, der einen umschlossenen und sterilen Durchgang für das medizinische Fluid bereitstellt. In einer Ausführungsform stellt der Behälter einen Teil einer Pumpenkammer für das medizinische Fluid bereit, wie es nachstehend detailliert beschrieben ist. Der Behälter 14 muss jedoch nicht Teil einer aktiv gepumpten Kammer sein und es kann sich alternativ um eine passive Kammer handeln.
Der Fluidvolumensensor 10 umfasst erste und zweite Kondensatorplatten 16 und 18, die an gegenüber liegenden Seiten und außerhalb des Fluidbehälters 14 angeordnet sind. Die Kondensatorplatten sind aus einem leitfähigen Material oder Metall ausgebildet. Die Metallkondensatorplatten kontaktieren das Fluid 12 oder die sterile Einmal-Membran 24 nicht und sind stattdessen von derselben durch den Behälter 14 isoliert.
Das Fluid 12 des Fluidbehälters 14 ist zwischen den ersten und zweiten Kondensatorplatten 16 und 18 angeordnet. Obwohl in der vorliegenden Beschreibung der Begriff „Platte" verwendet wird, müssen die Platten, wie es veranschaulicht ist, nicht flach sein. Die Kondensatorplatten 16 und 18 können jedwede gewünschte Form und jedweden gewünschten Aufbau aufweisen. Wie es hier veranschaulicht ist, weisen die Kondensatorplatten 16 und 18 in einer Ausführungsform nicht-planare Formen auf, die im Wesentlichen mit der Form des Fluidbehälters 14 (und Vorrichtungen, die funktionell mit dem Behälter 14 verbunden sind, wie z. B. einem Pumpenkolbenkopf) übereinstimmen. Die Formen entsprechen im Wesentlichen auch der Form des Behälters 24, wenn sich der Behälter ausdehnt, so dass er voll oder im Wesentlichen voll ist.
In den 1A bis 1C ist die Dielektrizitätskonstante des Fluids 12 viel höher als die Dielektrizitätskonstante des Fluids 30, das in einer Ausführungsform Luft ist. Beispielsweise kann ein Fluid auf Wasserbasis 12 eine Dielektrizitätskonstante aufweisen, die etwa das 80-fache von derjenigen von Luft beträgt.
Aufgrund des großen Unterschieds zwischen den Dielektrizitätswerten bewegt das sich erweiternde Volumen des Fluids 12 die Kondensatorplatte 16 angrenzend an das Fluid 12 mit der hohen Dielektrizitätskonstante effektiv in die Richtung der Platte 18. Auf diese Weise ändert sich die Kapazität zwischen den Platten 16 und 18 abhängig von den relativen Positionen zwischen der sich erweiternden Oberfläche des Fluids 12 und der Kondensatorplatte 18. D. h., wenn sich das Volumen des Fluids 12 in dem Fluidbehälter 14 ändert, ändert sich auch die Kapazität zwischen den Platten 16 und 18, wie es nachstehend detaillierter beschrieben ist.
Der Fluidvolumensensor 10 umfasst einen Kapazitätssensor-Schaltkreis 20, der elektrisch mit der aktiven, aus Metall ausgebildeten oder ansonsten leitenden Kondensatorplatte 18 verbunden ist. Der Sensor 10 hält eine Masse-Verbindung 22 zu der geerdeten Kondensatorplatte 16 aufrecht. Der Kapazitätssensor-Schaltkreis 20 ist über die Signalleitung 36 elektrisch mit der Kondensatorplatte 18 verbunden. Die Signalleitung 36 überträgt ein Signal von der aktiven Platte 18 zu dem Kapazitätssensor-Schaltkreis 20. Der Sensorschaltkreis 20 gibt eine Spannung aus, die proportional zu dem Fluid 12 in dem Fluidbehälter 14 ist, wie es symbolisch durch die Höhen V1, V2 bzw. V3 der Spannungsrampen angegeben ist, die zu jeder der 1A bis 1C gehören.
Der Fluidvolumensensor 10 umfasst in einer Ausführungsform eine elektrische Schutzeinrichtung 30. Der Zweck der elektrischen Schutzeinrichtung 30 besteht darin, die Spannung, die durch die aktive Platte 18 gemessen und entlang der Signalleitung 36 geleitet wird, zu schützen. Die Kapazität, die über die Platten 16 und 18 in einer Ausführungsform erzeugt wird, liegt in der Größenordnung von Picofarad. Folglich ist die Signalleitung 36 von der Platte 18 zu dem Schaltkreis 20 bezüglich einer äußeren Kapazität, die durch benachbarte elektrische Komponenten und von der Umgebung im Allgemeinen erzeugt wird, sehr empfindlich.
Die Schutzeinrichtung 30 weist einen Plattenabschnitt 32 und einen Leitungsabschnitt 34 auf. D. h., die Schutzeinrichtung schützt das Kapazitätssignal von der Kondensatorplatte 18 auf dem gesamten Weg entlang der Signalleitung 36 zu dem Kapazitätssensor-Schaltkreis 20. Der Plattenabschnitt 32 ist in einer Ausführungsform eine leitende Metallhülle, die elektrisch von der Kondensatorplatte 18 isoliert ist und die Kondensatorplatte 18 elektrisch isoliert. Der Leitungsabschnitt 34 ist in einer Ausführungsform das umgebende Metall in einem Koaxialkabel. Im Betrieb werden der Plattenabschnitt 32 und der Leitungsabschnitt 34 der Schutzeinrichtung 30 bei dem gleichen Potenzial gehalten wie das Signal von der aktiven Kondensatorplatte 18, wobei die Schutzeinrichtung 30 die Signalleitung 36 vor einer Beeinflussung durch externe Signale, elektrische Felder oder durch andere Ursachen abschirmt.
In der 1A ist der Fluidbehälter 14 im Wesentlichen von Fluid 12 entleert. Mit „im Wesentlichen entleert" ist gemeint, dass der Fluidbehälter 14 vollständig entleert sein kann oder eine geringe Menge an Fluid 12 relativ zu einem im Wesentlichen gefüllten Behälter 14 von 1C enthalten kann. Die Kapazität des Sensors 10 mit dem Fluid 12 zwischen den Platten 16 und 18 weist zumindest teilweise aufgrund der Abwesenheit des Fluids 12 innerhalb des Behälters 14 einen bestimmten Wert auf.
Der Kapazitätssensor-Schaltkreis 20 des Sensors 10 misst die Spannung über den aus Metall ausgebildeten oder in anderer Weise leitenden Kondensatorplatten 16 und 18, um die graphisch veranschaulichte Spannung V1 zu erzeugen. Die Kapazität C1 über den Platten 16 und 18 in der 1A ist zu 1/V1 proportional. Die Kapazität gemäß 1A und die umgekehrt proportionale Spannung V1 zeigen einen im Wesentlichen leeren Fluidbehälter 14 an.
Wenn eine externe oder integrierte Quelle ein Fluid 12 zu dem Fluidbehälter 14 hinzufügt, füllt sich der Membranbehälter 24 in dem Fluidbehälter 14 und dehnt sich aus, wie es in der 1B veranschaulicht ist. Die sich erweiternde Kante des Membranbehälters 24, der mit dem Fluid 12 mit hoher Dielektrizitätskonstante gefüllt ist, wird zu dem funktionellen Äquivalent der geerdeten Kondensatorplatte 16. Wenn das Volumen der Flüssigkeit 12 innerhalb des Behälters 14 zunimmt, nimmt das Volumen eines Verdrängungsfluids 30, wie z. B. Luft, das den Rest des Behälters 14 füllt, notwendigerweise ab. Die Kapazität C ändert sich gemäß der Funktion C = k × (S/d), wobei k die Dielektrizitätskonstante ist, die durch die dielektrischen Eigenschaften des Materials zwischen zwei Platten bestimmt wird, S die Oberfläche der einzelnen Platten und d der Abstand zwischen den Platten 16 und 18 ist.
Wenn eine Quelle das Fluid 12 in den Behälter 14 und aus diesem heraus bewegt, ändert sich das Volumen des Fluids 12 kontinuierlich. Der Membranbehälter 24, der sich mit dem Fluid 12 füllt, kann aufgrund der Änderung des Volumens, der Effekte der Schwerkraft, usw., verschiedene Formen bilden. Die Oberfläche S der vorstehenden Funktion kann sich aufgrund des sich ausdehnenden Membranbehälters 24, der als das funktionelle Äquivalent der Kondensatorplatte 16 wirkt, ändern. Der Abstand d der vorstehenden Funktion kann sich auch aufgrund des sich ausdehnenden Volumens des Fluids 12 innerhalb des Membranbehälters 24 ändern. Es sollte beachtet werden, dass sich bei der Ausdehnung des Volumens des Fluids 12 in dem Membranbehälter 24 des Behälters 14 die Fläche S der Platte 16, wenn sie sich ändert, vergrößert, und der Abstand d zwischen den Platten 16 du 18, wenn er sich ändert, vermindert, wobei beides dazu führt, dass die Kapazität C in der vorstehenden Funktion zunimmt (und die Ausgangsspannung des Schaltkreises 20 proportional fällt).
Wenn das Fluid 12 in dem Membranbehälter 24 des Behälters 14 von der 1A bis zur 1B zunimmt, nimmt auch die Kapazität zwischen den Platten 16 und 18 zu. Gemäß der vorstehend erläuterten Beziehung zwischen der Kapazität und der Spannung fällt die Spannung über den Platten 16 und 18 entsprechend. Dies ist schematisch durch die Spannungen V1 bzw. V2 der 1A und 1B veranschaulicht. Da die gemessene Spannung V2 niedriger ist als die gemessene Spannung V2, ist die Kapazität C2 mit einem Faktor V1/V2 proportional zu der Kapazität C1. D. h., die Änderung der Spannung ist umgekehrt proportional zur Änderung der Kapazität.
Entsprechend zeigt die 1C, dass das Fluid 12 den Membranbehälter 24 so ausgedehnt hat, dass er nahezu das Innenvolumen des Behälters 14 erreicht. Mit „im Wesentlichen voll" ist gemeint, dass der Fluidbehälter 14 vollständig voller Fluid 12 sein kann oder verglichen mit dem im Wesentlichen leeren Zustand wie in der 1A eine große Menge an Fluid 12 aufweisen kann. Die Ausgangsspannung V3 von 1C zeigt das im Wesentlichen volle Volumen des Fluids 12 in dem Fluidbehälter 14 an.
Die Änderung der Kapazität, während diese möglicherweise mit der Änderung des Abstands d zwischen den Platten 16 und 18 und der Änderung der Oberfläche S des Membranbehälters 24 zusammenhängt, ist ohne Zweifel zumindest teilweise auf die Änderung der Dielektrizitätskonstante k zurückzuführen, wenn das Fluid 30 mit niedriger Dielektrizitätskonstante durch das Fluid 12 mit hoher Dielektrizitätskonstante ersetzt wird. Der Grund für die Änderung der Kapazität zwischen den Platten 16 und 18 und der genaue Beitrag, den die drei Variablen der einfachen Plattenkapazitätsgleichung C = k × (S/d) auf die Kapazität C aufweisen, wird durch die komplexen Geometrien und nicht-idealen Dielektrika beeinflusst. Insbesondere können die Kapazitätsänderungen wie folgt kalibriert werden: (i) Die Kapazitätsänderung kann durch das Potenzial entlang der Signalleitung 36 gemessen werden und (ii) verschiedene Spannungen können mit verschiedenen Signalvolumina des Fluids 12 innerhalb des Membranbehälters 24 des Behälters 14 korreliert werden.
Es sollte beachtet werden, dass bei einer Kenntnis des Signalpotenzials, wenn der Behälter 14 leer ist, und der Spannung, wenn der Behälter 14 voll ist, jedwede Zwischenspannung einer prozentualen Beladung oder einem prozentualen Volumen des Fluids 12 zugeordnet werden kann. Es kann ein Hystereseeffekt vorliegen, bei dem von leer zu voll und von voll zu leer verschiedene Wege vorliegen (auf einem Graphen der Spannung gegen das Volumen des Fluids 12), jedoch kann der Hystereseeffekt entweder in der Software berücksichtigt werden oder durch Schaltkreise beseitigt werden.
Es sollte auch beachtet werden, dass jedwede Zwischenspannung ebenfalls einem prozentualen Volumen des dielektrischen Fluids 30, d. h. Luft, zugeordnet werden kann. Folglich kann der Kapazitätssensor 10 der vorliegenden Erfindung auch verwendet werden, um die Gegenwart von Luft innerhalb des Behälters 24 zu erfassen. Wenn beispielsweise erwartet wird, dass sich der Behälter 24 bei einer bestimmten Zeit in einem vollen oder in einem im Wesentlichen vollen Zustand befindet, jedoch der Sensor 10 nur einen halbvollen Zustand anzeigt, kann das System des Sensors 10 bestimmen, dass der Behälter 24 eingeschlossene Luft aufweist, und deren Prozentsatz berechnen. Dies ist ein erwünschtes Merkmal für Fluidabgabesysteme, bei denen das Abgabesystem gelegentlich mitgerissene Luft ausspülen muss.
Die 1A bis 1C veranschaulichen eine allgemeine Ausführungsform, bei welcher der Behälter 14 jedwede Art von Volumen oder Kammer, usw., definiert, worin sich das Fluid 12 innerhalb eines Membranbehälters 24 ausdehnt und zusammenzieht. Jedwede Vorrichtung zum Ausdehnen und Zusammenziehen des Membranbehälters 24 mit dem Fluid 12 könnte eingesetzt werden und kann mit dem Behälter 14 integriert sein oder nicht. In einer anderen Ausführungsform kann der Membranbehälter 24 auch weggelassen werden.
Die Kondensatorplatten 16 und 18 können in einer im Wesentlichen parallelen, gegenüber liegenden Weise bereitgestellt sein oder sie können eine andere, gegenüber liegende, nichtparallele Geometrie aufweisen. Ferner können mehr als zwei Kondensatorplatten eingesetzt werden und mehr als ein Signal kann erzeugt werden.
Die 2 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Systemschaltkreises 40, die den Kapazitätssensor-Schaltkreis 20, die Signalleitung 36, die Schutzeinrichtung 30, die aktive Kondensatorplatte 18, die elektrisch mit der Signalleitung 36 verbunden ist, und die geerdete Kondensatorplatte 16, die mit der Masse 22 elektrisch verbunden ist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, umfasst. Der Kapazitätssensor-Schaltkreis 20 umfasst einen Verstärker 26, der elektrisch mit der Signalleitung 36 verbunden ist, wobei die Signalleitung 36 das elektrische Potenzial von der aktiven Kondensatorplatte 18 überträgt.
Das Signal entlang der Signalleitung 36 ist ein Signal mit hoher Impedanz, das bezüglich externer Signale, die durch andere elektrische Komponenten und die Umgebung im Allgemeinen erzeugt werden, sehr empfindlich ist. Der Verstärker 26 verstärkt das Signal von der Signalleitung 36, um ein Ausgangssignal mit niedriger Impedanz v_Ausgang zu erzeugen. Das verstärkte Ausgangssignal mit niedriger Impedanz v_Ausgang wird über die Schleife 38 zu dem Leitungsabschnitt 34 der Schutzeinrichtung 30 zurückgeführt. Auf diese Weise hält der Systemschaltkreis 40 das gleiche elektrische Potenzial entlang der Schutzeinrichtung 30 und der Signalleitung 36 kontinuierlich aufrecht.
Der Kapazitätssensor-Schaltkreis 20 des Systemschaltkreises 40 umfasst eine Spannungsquelle 42. In einer Ausführungsform liefert die Spannungsquelle 42 eine Gleichspannung von 5 V, jedoch kann die Spannungsquelle 42 auch andere geeignete Spannungen liefern. Der Kapazitätssensor-Schaltkreis 20 des Systemschaltkreises 40 umfasst auch einen Schalter 44. Wenn der Schalter 44 geschlossen wird, wird die Spannung, die von der Spannungsquelle 42 geliefert wird, zur Masse nebengeschlossen. D. h., wenn der Schalter 44 geschlossen ist, gibt der Verstärker 26 nahezu kein Potenzial ab und v_Ausgang ist effektiv Null.
Wenn sich der Schalter 44 öffnet, nimmt v_Ausgang im Zeitverlauf zu, wie es durch die Rampe 46 dargestellt ist (die 1A bis 1C zeigen entsprechende Rampen, die jeweils in den Spannungen V1 bis V3 kulminieren). Die abgegriffene Spannung v_Ausgang variiert proportional zur Funktion 1/(R × C), wobei R ein konstanter Wert des Widerstands 28 und C die variierende Kapazität über die aktive Platte 18 und die geerdete Platte 16 ist.
Es sollte beachtet werden, dass schließlich, wenn genug Zeit vergangen wäre, v_Ausgang bis zur Spannung +V der Spannungsquelle 42 ansteigen würde. Die Zeit hängt von der Kapazität ab. Wenn die Kapazität C relativ niedrig ist (der Behälter 14 relativ wenig Fluid 12 aufweist und mit dem Fluid 30 mit niedriger Dielektrizitätskonstante 30 gefüllt ist), steigt v_Ausgang in einem relativ kurzen Zeitraum auf +V an. Wenn die Kapazität relativ hoch ist (der Behälter 14 relativ stark mit Fluid 12 gefüllt ist und frei von dem Fluid 30 mit niedriger Dielektrizitätskonstante 30 ist), steigt v_Ausgang in einem relativ langen Zeitraum auf +V an.
Die Folge davon ist, dass während eines festgelegten Zeitraums t_offen bis t_Abgreifen, der kürzer ist als die Zeit, die für einen Anstieg von v_Ausgang auf +V erforderlich ist, wenn die Kapazität C niedrig ist, v_Ausgang auf eine Spannung ansteigt, die niedriger ist als +V, und zwar abhängig von der Kapazität C. Auf diese Weise ist die gemessene v_Ausgang proportional zu der Gesamtkapazität, die über dem Fluid 12 mit hoher Dielektrizitätskonstante, wie z. B. dem Dialysat, und dem Fluid 30 mit niedriger Dielektrizitätskonstante, wie z. B. Luft, erzeugt wird. Auch hier wird die Hysterese den Wert von v_Ausgang abhängig davon beeinflussen, ob die Gesamtkapazität zunimmt (der Behälter 14 füllt sich mit Fluid 12) oder ob die Gesamtkapazität abnimmt (der Behälter 14 verliert Fluid 12).
Die Verstärkung oder der Wert des Widerstands 28 beeinflusst die Dynamik des Systems und muss auf der Basis des Werts der Spannungsquelle 42 und des Bereichs der Kapazitätswerte, die über die Platten 16 und 18 erzeugt werden, ausgewählt werden. In einer Ausführungsform werden die Werte des Widerstands 28 und der Spannungsquelle 42 so ausgewählt, dass v_Ausgang einen wiederholbaren und erfassbaren Bereich zwischen Null Volt und +V über den Bereich der Kapazitätswerte von leer bis voll umfasst. In einer Ausführungsform beträgt der Kapazitätsbereich etwa 2 bis 60 Picofarad und der Widerstand des Widerstands 28 liegt im Bereich von 50 bis 150 kΩ. Diese Werte können offensichtlich variiert werden und sind nur angegeben, um eine mögliche Ausführung der vorliegenden Erfindung zu zeigen.
Das Signal v_Ausgang ist ein analoges Signal, das variiert, wenn sich die Kapazität C zwischen den Platten 16 und 18 ändert. Ein Analog-Digital-Wandler 48 wandelt das Signal v_Ausgang in ein digitales Signal 50 um. Das digitale Signal 50 wird dann für einen Mikroprozessor 52 bereitgestellt. Der Mikroprozessor 52 speichert Daten, die ein % voll (des Fluids 12) oder ein Volumen des Fluids 12 erzeugen können. Der Mikroprozessor 52 summiert eine Vielzahl von digitalen Signalen 50 im Zeitverlauf. Beispielsweise summiert der Mikroprozessor 52 eine Vielzahl von Füll- und Entleerungszyklen einer Pumpe (z. B. kann eine Dialysatpumpenkammer in der Größenordnung von fünfzehn Millilitern liegen und der Patient kann etwa 2 Liter Dialysat benötigen). Der Mikroprozessor 52 kann das Gesamtvolumen eines medizinischen Fluids 12, das gepumpt oder in sonstiger Weise zu einem Patienten überführt wird, bestimmen, oder beim Erreichen eines vorgegebenen Gesamtwerts das Ende einer Sitzung signalisieren.
In jedwedem Typ von medizinischen System oder Dialysesystem ermöglicht die vorliegende Erfindung die Anzeige des Volumens und/oder der Flussrate eines Fluids, die von dem Volumen zu einem Patienten oder vom Bediener abhängt. Der Mikroprozessor 52 sequenziert in einer Ausführungsform eine Zeitsteuerungseinrichtung, die den Schalter 44 bei t_offen öffnet, was die Aufladung der Kondensatorsensorplatte 18 bis zur Zeit t_Abgreifen ermöglicht, wenn das Signal v_Ausgang gemessen wird. In einer typischen Ausführungsform würde sich der Schalter eine gewisse Zeit nach t_Abgreifen schließen. Der Mikroprozessor kann zusätzlich eine Filtersoftware umfassen, die einen Durchschnitt einer Vielzahl von digitalen Signalen 50 bildet und/oder falsche Signale erfasst und beseitigt.
Der Kapazitätssensor-Schaltkreis 20 des Systemschaltkreises 40 umfasst in einer Ausführungsform verschiedene Merkmale, um ein Verfälschen des wahren Signals entlang der Signalleitung 36 durch externe Signale zu verhindern. Beispielsweise kann der Schaltkreis 20 „Bootstrapping"-Techniken einsetzen, die in dem Fachgebiet bekannt sind, um die Signalleitung 36 vor Kapazitätswerten zu schützen, die mit anderen Komponenten innerhalb des Schaltkreises zusammenhängen. Beispielsweise kann der Schalter 44 einen dazugehörigen Kapazitätswert aufweisen, der die Kapazität entlang der Signalleitung 36 beeinflussen würde. Die Bootstrapping-Technik, die der Schutztechnik-Rückkopplungsschleife 38 ähnlich ist, würde die Effekte von jedweder Kapazität, die sich über den Schalter 44 entwickelt, beseitigen.
Der Kapazitätssensor-Schaltkreis 20 kann in einer Ausführungsform andere elektrische Komponenten zur Erhöhung der Genauigkeit und der Stabilität des Systemschaltkreises 40 umfassen. Die Funktionen dieser Komponenten sind dem Fachmann bekannt. Beispielsweise ist der Kondensator 54 eine „Bootstrap"-Vorrichtung, die dabei unterstützt, die Linearität der Rampe 46 aufrechtzuerhalten. Verschiedene elektrische Komponenten (nicht veranschaulicht) können ebenfalls hinzugefügt werden, um die Leistung des Systemschaltkreises zu erhöhen.
Die vorstehend beschriebenen Schaltkreise und Betriebsarten können in einer Anzahl verschiedener Fluidbehälterkonfigurationen ausgeführt werden. Die 1A bis 1C veranschaulichen eine Ausführungsform, bei welcher der Behälter 14 nicht notwendigerweise einer Pumpkammer entspricht.
Unter Bezugnahme auf die 3 korreliert ein Sensor 60 der vorliegenden Erfindung eine Änderung der Kapazität mit einem Volumen eines medizinischen Fluids innerhalb einer Pumpenkammer 66. D. h., der Behälter ist in dieser Ausführungsform eine Pumpenkammer.
Der Sensor 60 umfasst eine „Halbschalen"-Gestaltung mit ersten und zweiten Abschnitten 62 und 64, die zusammen die Pumpenkammer 66 bilden. In einer Ausführungsform bilden die Abschnitte 62 und 64 eine starre, scheibenförmige Pumpenkammer 66 mit einem feststehenden Volumen, wobei das Volumen bekannt ist. Das Volumen der Kammer 66 kann mit einem Kalibrierungsvorgang berechnet oder bestimmt werden. Das Volumen der Kammer 66 kann dann in einen Mikroprozessor, wie z. B. den Prozessor 52 von 2, einprogrammiert werden.
Die ersten und zweiten Halbschalenabschnitte 62 und 64 sind geschlossen und auf einem entsorgbaren und ausdehnbaren bzw. erweiterbaren Membranbehälter 70 aufgesiegelt. Der entsorgbare Behälter 70 umfasst zwei flexible Membranen 72 und 74. Die flexiblen Membranen der vorliegenden Erfindung können aus jedwedem geeigneten Material hergestellt sein, das mit dem zu pumpenden Fluid verträglich ist, wie z. B. aus einem inerten Kunststoff- oder Kautschukmaterial. Ein oder mehrere Fluidweg(e) 73 (z. B. mit Ventilen ausgestattete Dialyse-Einmalartikel) steht bzw. stehen in einer fluidalen Verbindung mit einer Öffnung 75, die zwischen den ersten und zweiten Abschnitten 62 und 64 und den flexiblen Membranen 72 und 74 definiert ist.
Der eine oder die mehreren Weg(e) 73 ermöglicht bzw. ermöglichen es einem medizinischen Fluid, wie z. B. einem Dialysat, in die Kammer 66 zwischen den Membranen 72 und 74 des Behälters 70 einzutreten und aus dieser auszutreten. In einer Ausführungsform führt bzw. führen der eine bzw. die mehreren Fluidweg(e) 73 zu einem Verteiler 77, wobei der Verteiler funktionell mit einer Reihe von Ventilen 79 in Verbindung steht, welche die Fluidwege 73 gemäß einem Programm öffnen und schließen.
Die 3 zeigt die Pumpenkammer 66 in einem leeren Zustand, wobei beide Folien 72 und 74 in relaxierten Positionen vorliegen, so dass der flexible Behälter 70 geschlossen ist. Der leere Volumenzustand wird erreicht, wenn die Folien 72 und 74 zusammenfallen, so dass im Wesentlichen das gesamte Fluid aus dem sterilen Behälter 70 und entsprechend aus der Pumpenkammer 66 entfernt wird.
Der leere Volumenzustand kann z. B. dadurch erreicht werden, dass beide Membranen 72 und 74 gegeneinander oder gegen eine der Innenseiten der Abschnitte 62 und 64 der Pumpenkammer 66 gedrückt werden. Der Zustand der leeren Pumpenkammer kann in dieser Position kalibriert werden. Wenn die Pumpenkammer 66 im vollen Zustand vorliegt, liegt das medizinische Fluid zwischen den Folien 72 und 74 des Behälters 70 vor, wobei die Folien gegen die Innenwände 62 und 64 der Pumpenkammer 66 gedrückt und/oder gezogen werden. In diesem Zustand kann das volle Kammervolumen kalibriert werden.
Es sollte beachtet werden, dass die Halbschalenabschnitte 62 und 64 der Folien 72 und 74 des Behälters 70 eine Diaphragmapumpe bilden. Eine oder beide der Folien 72 und 74 kann bzw. können mit jedweder geeigneten Aktivierungsvorrichtung in die Richtung der Halbschalenabschnitte 62 und 64 bewegt und davon wegbewegt werden. In verschiedenen Ausführungsformen wird die Diaphragmapumpe pneumatisch, hydraulisch oder mechanisch betätigt.
Die Diaphragmapumpe von 3 ist in einer Ausführungsform pneumatisch, hydraulisch oder in sonstiger Weise fluidal aktiviert. D. h., die Pumpe erfordert keinen separaten Kolben oder eine separate mechanische Betätigungseinrichtung. Die Halbschalenabschnitte 62 und 64 definieren Öffnungen 76 bzw. 78, um eine Bewegung eines Verdrängungsfluids (z. B. eines Pneumatik- oder Hydraulikfluids) in die Kammerflächen außerhalb des Behälters 70 und aus diesen heraus zu ermöglichen, um die Diaphragmapumpe zu betreiben.
In einer alternativen Ausführungsform wird das medizinische Fluid, wie z. B. ein Dialysat, mit Druck beaufschlagt, um sich zwischen den Folien 72 und 74 in die Pumpenkammer 66 und aus derselben herauszubewegen. Eine separate Druckquelle wird verwendet, um das Fluid in den Behälter 70 zu drücken.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann der Behälter 70, der durch Membranen 72 und 74 definiert wird, durch Anlegen eines negativen Drucks an eine oder beide der Kammeröffnungen 76 und 78 mit einem medizinischen Fluid gefüllt werden. Das medizinische Fluid in der Kammer 66 zwischen den Folien 72 und 74 kann durch Anlegen eines positiven Drucks an mindestens eine der Kammeröffnungen 76 und 78 entleert werden.
In dem Kondensatorsensor 60 bilden die Halbschalenabschnitte 62 und 64 die Kondensatorplatten der vorliegenden Erfindung oder halten diese. In einer Ausführungsform ist der untere Halbschalenabschnitt 64 aus einem inerten Kunststoff hergestellt, wobei eine Metallkondensatorplatte 63 an der Außenoberfläche des Kunststoff-Halbschalenabschnitts 64 angebracht ist. Für eine korrekte Sterilisierung ist es bevorzugt, dass die Metallkondensatorplatte 63 nicht direkt das medizinische Fluid kontaktiert. In einer Ausführungsform ist die Metallkondensatorplatte 63, die auf der Außenseite des Halbschalenabschnitts 64 angeordnet ist, elektrisch mit der Masse verbunden.
In einer Ausführungsform umfasst der Halbschalenabschnitt 62 eine aktive, aus Metall ausgebildete oder in sonstiger Weise leitende Kondensatorplatte 65 innerhalb einer Anzahl von Schichten: Innenschicht 62a, Mittelschicht 62b und Außenschicht 62c. Jede der Schichten 62a bis 62c ist aus einem inerten Kunststoff hergestellt. Die aktive Metallkondensatorplatte 65 liegt zwischen den Kunststoffschichten 62a und 62b vor. Eine Metallschutzplatte 67, die für die aktive Platte und die damit zusammenhängenden Schaltkreise einen Störungsschutz bereitstellt, wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist zwischen den Kunststoffschichten 62b und 62c angeordnet. Folglich ist kein Metall entweder einem direkten Kontakt mit dem Dialysat oder einem potenziellen Kontakt mit Personen ausgesetzt.
Die aktive Kondensatorplatte 65 des Halbschalenabschnitts 62 ist elektrisch mit einem Kapazitätsmess-Schaltkreis verbunden, wie z. B. einem Schaltkreis 20, der im Zusammenhang mit den 1A, 1B, 1C und 2 beschrieben worden ist. Die Schutzplatte 67 ist auch mit der Rückkopplungsschleife des Kapazitätsmess-Schaltkreises verbunden, wie es in den vorstehend genannten Figuren veranschaulicht ist.
In einer Ausführung wird ein negativer Druck konstant an der Öffnung 78 aufrechterhalten, so dass die untere Membran 74 gezogen wird, so dass sie der Innenoberfläche des geerdeten Halbschalenabschnitts 64 während einer Vielzahl von Füll- und Entleerungszyklen entspricht. Bei dieser Ausführung führt die obere Membran 72 die Pumparbeit aus. D. h., wenn ein negativer Druck auf die Öffnung 76 der Halbschale 62 ausgeübt wird, wird die Membran 72 gegen die Innenoberfläche der Halbschalenschicht 62a gesaugt und passt sich an diese an. Dieser Vorgang zieht Fluid durch einen der Fluidwege 73 und die Öffnung 75 von dem Verteiler 77 und in den ausdehnbaren Behälter 70. Um Fluid auszustoßen wird der negative Druck von der Öffnung 76 aufgehoben, wobei die Membran 72 zusammenfällt, so dass das Fluid aus dem Behälter 70 herausgedrückt wird. Alternativ wird durch die Öffnung 76 anstelle des negativen Drucks ein positiver Druck ausgeübt.
Im Betrieb dehnt sich der Behälter 70 zwischen den Abschnitten 62 und 64 aus (der Behälter 24 dehnt sich von einer Seite des Behälters 14 in den 1A bis 1C aus). Der variierende Abstand d des Verdrängungsfluids mit niedriger Dielektrizitätskonstante zwischen dem sich ausdehnenden und zusammenziehenden Behälter 70 und den Abschnitten 62 und 64 kann einen gewissen Effekt auf die Kapazität zwischen der Masseplatte 63 und der aktiven Platte 65 haben. Entsprechend kann die Oberfläche S, die durch die Masseplatte und die aktive Kapazitätsplatte und die sich ausdehnende Membran 72 definiert wird, einen gewissen Effekt auf die Gesamtkapazität aufweisen. Sicherlich beeinflusst das sich ändernde Gesamtdielektrikum die gemessene Kapazität.
Wenn sich die Folien 70 und 72 ausdehnen und sich mit medizinischem Fluid, wie z. B. Dialysat, füllen, ändert sich die Kapazität, d. h. sie nimmt zu. Jede unterschiedliche Menge an medizinischem Fluid innerhalb der Kammer 66 weist daher eine bestimmte Gesamtkapazität auf. Daher kann ein bestimmter Kapazitätswert jedem spezifischen Fluidvolumen in der Kammer zugeordnet werden, wie z. B. im Wesentlichen leer, teilweise voll oder im Wesentlichen voll.
Durch die Erzeugung einer gepulsten Spannung während eines bestimmten und vorgegebenen Zeitraums erzeugt der Systemschaltkreis ein hohes Impedanzpotenzial über die aktive und die geerdete Kondensatorplatte 65 bzw. 63. Der Kapazitätsmess-Schaltkreis verstärkt das Signal mit hoher Impedanz, so dass ein Potenzial mit niedriger Impedanz v_Ausgang erzeugt wird, (das auch zurück eingespeist wird, um das Kapazitätssignal zu schützen), das abhängig von dem Gesamtvolumen des Fluids in der Kammer variiert. Das verstärkte Potenzial wird in ein digitales Signal umgewandelt und in einen Mikroprozessor eingespeist, wo es gefiltert und/oder aufsummiert und zur Bereitstellung einer Volumen- und/oder Flussratenanzeige für einen Patienten oder Bediener oder zur Steuerung des Pumpens des Systems z. B. zum Beenden eines Dialysatstroms beim Erreichen eines Gesamtvolumens genutzt wird. Die Volumenanzeige kann in jedweder gewünschten Form vorliegen, wie z. B. visuell, numerisch, hörbar, elektronisch und Kombinationen davon.
Es sollte beachtet werden, dass die Kondensatorplatten 65 und 63 der Abschnitte 62 bzw. 64 (und die Schutzeinrichtung 67) der Form des Fluids entsprechen, das sich innerhalb des Behälters 70 der Folien 72 und 74 ausdehnt. Die Kondensatorplatten 65 und 63 der Abschnitte 62 und 64 weisen im Wesentlichen die gleiche Form wie der Behälter 70 auf, der vollständig mit Fluid ausgedehnt worden ist. Die Genauigkeit des Sensors 60 wird aufgrund der Tatsache verstärkt, dass die Kondensatorplatten 65 und 63 mit der Form des Fluidbehälters übereinstimmen oder im Wesentlichen die gleiche Form wie der Fluidbehälter aufweisen. D. h., die Genauigkeit, die durch die gekrümmten Kondensatorplatten 65 und 63 der hohl geformten Abschnitte 62 bzw. 64 bereitgestellt wird, ist größer als in dem Fall, bei dem die Platten 65 und 63 einfach gerade parallele Platten sind.
Wie es vorstehend im Zusammenhang mit den 1A bis 1C angegeben worden ist, können die Kondensatorplatten 63 und 65 parallel sein, müssen jedoch nicht im Wesentlichen parallel sein. In einer alternativen Ausführungsform können mehr als zwei Kondensatorplatten bereitgestellt werden und eine Mehrzahl von Signalen kann erzeugt werden.
Unter Bezugnahme auf die 4A und 4B ist in einer anderen Ausführungsform ein Sensor 80 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Der Sensor 80 umfasst wie vorstehend eine Pumpe 82. In dieser Ausführungsform ist die Pumpe 82 jedoch zumindest teilweise mechanisch angetrieben. Die Pumpe 82 definiert eine Pumpenkammer 84 und weist einen Pumpenkolben 86 auf, der einen Kolbenkopf 87 umfasst. Die Pumpenkammer 84 ist durch ein oberes, starres Pumpengehäuseelement 88 und ein unteres, starres Pumpengehäuseelement 98 definiert. Wie vorstehend ist ein flexibler Fluidbehälter 85 durch dehnbare Membranen oder Folien 90a und 90b definiert, die in einer Ausführungsform einen Teil einer entsorgbaren Einheit zur Verwendung mit einem Dialysesystem, wie z. B. einem Durchfluss-Dialysesystem, bilden.
In der 4A weisen dann, wenn die Pumpe 82 mit medizinischem Fluid gefüllt ist, die Pumpenkammer 84 und der Fluidbehälter 85 im Wesentlichen die gleiche Form auf. Gemäß der 4B behält die Pumpenkammer 84 dann, wenn die Pumpe 82 das gesamte oder nahezu das gesamte medizinische Fluid verdrängt hat, das gleiche Volumen bei, jedoch sind die Membranen 90a und 90b, die den Fluidbehälter 85 definieren, auf ein Volumen von nahezu Null zusammengefallen.
Die Pumpenmembran 90a ist in einer Ausführungsform zum Abdichten gegen eine Fläche 92 oder zum mechanischen Anbringen an der Fläche 92 des Kolbenkopfs 87 des Pumpenkolbens 86 angepasst. Die Membran 90b dichtet gegen das Element 88 ab oder ist an diesem angebracht. Der Kolbenkopf 87 und das Element 88 definieren Öffnungen 83 bzw. 89, durch die ein Vakuum gezogen werden kann (oder ein positiver Druck ausgeübt werden kann). Die Öffnungen 83 und 89 sind fluidal mit Kanälen (nicht veranschaulicht) verbunden, die sich von den Öffnungen 83 und 89 in verschiedenen Richtungen fluidal radial auswärts erstrecken. Die Kanäle unterstützen dabei, den negativen Druck, der durch die Öffnungen 83 und 89 ausgeübt wird, zu verteilen, so dass die jeweiligen Membranen 90a und 90b im Wesentlichen mit den Innenformen der Elemente 88 und 98 und des Kolbenkopfs 87 übereinstimmen, wenn an den Sensor 80 ein Vakuum oder mehrere Vakuen angelegt wird bzw. werden.
In einer Ausführungsform wird ein negativer Druck konstant durch die Öffnung 89 ausgeübt, um die Membran 90b gegen das Element 88 zu halten (wie bei der 3). Das Element 88 stützt die aus Metall ausgebildete oder in sonstiger Weise leitende, geerdete Kapazitätsplatte 100. Das Element 98 stützt die aus Metall ausgebildete oder in sonstiger Weise leitende, geerdete Kondensatorplatte 102 und die Schutzeinrichtung 104. Der Kolbenkopf 87 und die Membran 90a bewegen sich auf das obere Pumpengehäuseelement 88 zu und entfernen sich davon, wie z. B. durch eine Linearbetätigungseinrichtung, die funktionell mit dem Kolben 86 verbunden ist, eine Fluidbetätigungseinrichtung oder jedwede andere geeignete Betätigungseinrichtung.
Mindestens eine Öffnung 94 der Fluidöffnung zu dem Behälter 85, der durch die Membranen 90a und 90b innerhalb der Pumpenkammer 84 definiert ist, ermöglicht es einem Fluid, in den Behälter 85 innerhalb der Pumpenkammer 84 einzutreten und aus diesem auszutreten. Während des Pumpenfüllhubs zieht der Kolbenkopf 87, während die Membran 90b mittels Vakuum gegen das Element 88 gedrückt wird und die Membran 90a mittels Vakuum gegen das Element 98 und den Kolbenkopf 87 gedrückt wird, die Membran 90a von der zentralen Position in der Mitte der Kammer 84 weg, so dass innerhalb des Behälters 85 ein negativer Druck erzeugt wird, der Fluid durch das Dialysat und in den Behälter 85 zieht.
Die 4A zeigt die Pumpe 82 des Sensors am Ende des Füllhubs. Während des Pumpenleerhubs treibt eine Betätigungseinrichtung den Kolben 86 an, der den Kolbenkopf 87 und die dazugehörige Membran 90a nach oben drückt. Die Membran 90a drückt medizinische Fluide, wie z. B. Dialysat, durch eine Öffnung 94, die zwischen den Membranen 90a und 90b und den Elementen 88 und 98 definiert ist, heraus.
Davon abgesehen, dass der Fluidpumpenantriebsmechanismus durch den mechanischen Pumpenkolben 86 und den Kolbenkopf 87 ersetzt ist, arbeitet der Sensor 80 im Wesentlichen genau so wie der Sensor 60 von 3. Bei beiden Systemen wird ein Behälter oder eine Kammer mit einem feststehenden Volumen und ein flexibler Behälter mit veränderbarem Volumen, der fluidal mit einer Fluidquelle, wie z. B. einem Dialysatbeutel, verbunden ist, eingesetzt. Der flexible Behälter kann ein Teil einer entsorgbaren Einheit sein. Beide Systeme weisen Kondensatorplatten, die der Form oder dem Volumen entsprechen, das durch den Behälter erzeugt wird, wenn dieser voll ist, und eine Schaltkreisschutzeinrichtung, die der Form der aktiven Kondensatorplatte entspricht, auf.
Das System 80 umfasst ein zusätzliches Substrat 96, das zwischen dem oberen bzw. dem unteren Element 88 bzw. 98 gespannt ist. Das Substrat 96 definiert zusammen mit der Membran 90a ein geschlossenes Luftvolumen, das mittels eines negativen Drucks, der auf die Öffnung 83 des Kolbenkopfs 87 ausgeübt wird, herausgezogen wird. Wenn ein Vakuum an die Öffnung 83 angelegt wird und der Kolbenkopf 87 weg von dem Element 98 nach oben betätigt wird, verbleibt die Membran 90a demgemäß an die Form des zusätzlichen Substrats 96 gezogen und stimmt mit dieser überein.
Im Betrieb dehnt sich der Behälter 85 zwischen den Elementen 88 und 98 aus. Der variierende Abstand d des Verdrängungsfluids mit niedriger Dielektrizitätskonstante zwischen dem sich ausdehnenden und zusammenziehenden Behälter 85 und dem unteren Element 98 kann einen gewissen Effekt auf die Kapazität zwischen der Masseplatte 100 und der aktiven Platte 102 aufweisen. Entsprechend kann die Oberfläche S der Kapazitätsplatten und der sich bewegenden Membran 90a einen gewissen Effekt auf die Kapazität aufweisen. Sicherlich beeinflusst das sich ändernde Gesamtdielektrikum die gemessene Kapazität.
Wenn sich die Membranen 90a und 90b ausdehnen und mit medizinischem Fluid, wie z. B. Dialysat, füllen, ändert sich die Gesamtkapazität, d. h. sie nimmt zu. Durch die Erzeugung einer gepulsten Spannung über einen bestimmten und vorgegebenen Zeitraum erzeugt der Systemschaltkreis ein Potenzial mit hoher Impedanz über die geerdete und die aktive Kondensatorplatte 100 und 102. Das Potenzial mit hoher Impedanz zeigt die Menge an Fluid in dem Behälter 85 an. Wenn sich das Potenzial im Zeitverlauf nicht ändert, wobei erwartet wird, dass es sich ändert, kann der Sensor 80 auch eine Menge oder einen Teil von Luft innerhalb des Behälters 80 anzeigen.
Ein Kapazitätsmess-Schaltkreis verstärkt das Signal mit hoher Impedanz, so dass ein Potenzial mit niedriger Impedanz v_Ausgang erzeugt wird (das auch zu der Schutzeinrichtung 104 zurückgeführt wird), das abhängig von der Gesamtkapazität variiert. Das verstärkte Potenzial wird in ein digitales Signal umgewandelt und in einen Mikroprozessor eingespeist, wo es gefiltert und/oder summiert und genutzt wird, um visuell eine Volumen- und/oder Flussratenanzeige für einen Patienten oder einen Bediener bereitzustellen oder das Pumpen des Systems zu steuern, um z. B. den Dialysatstrom beim Erreichen eines Gesamtvolumens zu beenden. Jedwedes geeignete Medium kann zur Anzeige des Volumens oder der Flussrate verwendet werden.
Auch hier entsprechen die Kondensatorplatten 100 und 102 der Form des Fluids, das sich innerhalb des Behälters 85 der Membranen 90a und 90b ausdehnt. Die Kondensatorplatten 100 und 102 weisen im Wesentlichen die gleiche Form wie der Behälter 85 auf, der vollständig mit Fluid ausgedehnt ist. Die Genauigkeit des Sensors 80 wird aufgrund der Tatsache verstärkt, dass die Kondensatorplatten 100 und 102 mit der Form des Fluidbehälters übereinstimmen oder im Wesentlichen die gleiche Form wie dieser aufweisen.
Wie es vorstehend im Zusammenhang mit den 1A bis 1C und der 3 beschrieben worden ist, können die Kondensatorplatten 100 und 102 parallel sein, müssen jedoch nicht im Wesentlichen parallel sein. In einer alternativen Ausführungsform können mehr als zwei Kondensatorplatten bereitgestellt sein und eine Mehrzahl von Signalen kann erzeugt werden.
Unter Bezugnahme auf die 5 wird in einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Satz von Kapazitätssensoren 110a und 110b (die hier zusammen auch als Sensor 110 bezeichnet werden) veranschaulicht. Die 5 veranschaulicht, dass die zwei Sensoren 110a und 110b zusammenwirken. Der Sensor 110a auf der linken Seite wirkt mit einer Pumpe 112 zusammen, die gegenwärtig mit medizinischem Fluid gefüllt ist, während der Sensor 110b auf der rechten Seite mit einer Pumpe 112 zusammenwirkt, die gegenwärtig leer ist. Die Pumpen 112 sind zeitlich so gesteuert, dass dann, während sich eine Pumpe füllt, die andere sich leert. Jedweder der Pumpensensoren 60, 80 oder 110, die hier beschrieben sind, kann funktionell mit anderen Pumpensensoren gekoppelt sein. Die Volumina, die in den Pumpen 112 gemessen werden, werden summiert, um eine Gesamtmenge an medizinischem Fluid, die zu dem Patienten übertragen wird, zu erfassen.
Der Sensor 110 unterscheidet sich von den Sensoren 60 und 80, da der Fluidbehälter 114 auf einer Seite durch eine feststehende, entsorgbare Kunststoffkassette 116 definiert ist und auf der gegenüber liegenden Seite durch eine flexible, inerte entsorgbare Membran 118 definiert ist. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen umfassen feststehende Hartkunststoffgehäuse mit innenliegenden, flexiblen Membranen.
Der gefüllte Kammersensor 110a von 5 veranschaulicht, dass der Kolbenkopf 120 die Membran 118 invertiert oder von der Kassette 116 wegbewegt, wenn der Behälter 114 mit Dialysat gefüllt ist. Der leere Kammersensor 110b veranschaulicht, dass der Kolbenkopf 120 die Membran 118 in den Kammerhohlraum drückt, der durch die Kassette 116 definiert ist, wenn der Behälter 114 leer ist.
Wie bei dem Sensor 80 treibt eine Linearbetätigungseinrichtung 122 einen Kolben 124 zum Pumpen von Fluid in den Behälter 114 und aus dem Behälter 114 heraus an. Anders als bei den vorstehend beschriebenen Sensoren 60 und 80 ist jedoch kein Vakuum erforderlich, um eine zweite Membran konstant in die Richtung der Masse-Kondensatorplatte 126 zu ziehen. Eine Schutzabdeckung 130 ist an der Kassettengrenzfläche 116 angeordnet, um die aus Metall ausgebildete oder ansonsten leitende, geerdete Kondensatorplatte 126 elektrisch zu isolieren.
Ein Vakuum wird durch die Öffnung 128, die durch den Kolben 124 definiert ist, angelegt, um die Membran 118 gegen den Kolbenkopf 120 zu ziehen und abzudichten. Wie bei jedwedem der vorstehend beschriebenen Systeme dichtet die Membran 118 in alternativen Ausführungsformen den Kolbenkopf (oder je nach dem die Pumpenkammerwand) mit jedweder geeigneten mechanischen Technik oder Haftmitteltechnik ab oder ist mit diesem verbunden.
Unter Bezugnahme auf die 5 und 6 sind ein Kondensatorbecher 140, eine entsprechende aktive, aus Metall ausgebildete oder ansonsten leitende Kondensatorplatte 132 und eine elektrische Schutzeinrichtung 134 veranschaulicht. Der Becher 140 ist in einer Ausführungsform aus einem inerten starren Kunststoff ausgebildet. Der Becher 140 umfasst einen integrierten inneren Abschnitt 142, der eine Öffnung 144 definiert, die es dem Kolben 124 ermöglicht, sich innerhalb des Bechers 140, der bezüglich der Position an dem medizinisches Fluid-System fixiert ist, zurück und vor zu bewegen.
Die elektrische Schutzeinrichtung 134 ist an der Rückseite des Bechers 140 fixiert. Die aktive Kondensatorplatte 132 ist an der Oberfläche des Innenabschnitts 142 fixiert. In einer Ausführungsform isoliert eine inerte Kunststoffabdeckung (nicht veranschaulicht) die Kondensatorplatte 132 elektrisch. Alternativ beruht das System 110 auf dem Kolbenkopf 120 zur Isolierung der Kondensatorplatte 132.
Der Becher 140 definiert einen äußeren Steg 146, der den Innenabschnitt 142 umgibt. Der Innenabschnitt 142 und der äußere Steg 146 definieren eine kontinuierliche Öffnung 148, die es dem Kolbenkopf 120 ermöglicht, sich innerhalb der kontinuierlichen Öffnung 148 zurück und vor zu bewegen. In einer Ausführungsform folgt die aktive Kondensatorplatte 132 der Kontur des Innenabschnitts 142 in die Öffnung 148 und auswärts entlang des hinteren Randabschnitts des Bechers 140, der den Steg 146 mit dem Innenabschnitt 142 verbindet. Der Innenabschnitt 142, der hintere Randabschnitt und der Steg 146 können integriert den Becher 140 bilden. In anderen Ausführungsformen kann bzw. können einer oder mehrere der Abschnitte separat angebracht werden, so dass der Becher 140 gebildet wird.
Der Kapazitätssensor 110 arbeitet im Wesentlichen so, wie es vorstehend bezüglich der Systeme 60 und 80 beschrieben worden ist. Wenn sich die Membran 118 zurück und vor bewegt, so dass sich der Behälter 114 mit medizinischem Fluid, wie z. B. Dialysat, füllt und davon entleert wird, ändert sich die Gesamtkapazität. Durch die Erzeugung einer gepulsten Spannung über einen bestimmten und vorgegebenen Zeitraum erzeugt ein Systemschaltkreis, der elektrisch mit der aktiven Platte 132 verbunden ist, ein Potenzial mit hoher Impedanz. Das Potenzial mit hoher Impedanz zeigt eine Fluidmenge in dem Behälter 114 an. Wenn sich das Potenzial im Zeitverlauf nicht ändert, wenn es sich ändern soll, kann der Sensor 110 auch die Menge oder den Teil von Luft innerhalb des Behälters 114 anzeigen.
Der Kapazitätsmess-Schaltkreis verstärkt das Signal mit hoher Impedanz zur Erzeugung eines Potenzials v_Ausgang mit niedriger Impedanz (das auch zu der Schutzeinrichtung 134 zurückgeführt wird), das abhängig von der Gesamtkapazität variiert. Das verstärkte Potenzial wird in ein digitales Signal umgewandelt und in einen Mikroprozessor eingespeist, wo es gefiltert und/oder aufsummiert und zur Bereitstellung einer Volumen- und/oder Flussratenanzeige für einen Patienten oder Bediener oder zur Steuerung des Pumpens des Systems z. B. zum Beenden eines Dialysatstroms beim Erreichen eines Gesamtvolumens genutzt wird. Der Sensor 110 kann jedwedes geeignete Medium zum Anzeigen des Volumens oder der Flussrate nutzen.
Es sollte beachtet werden, dass für den Fachmann verschiedene Änderungen und Modifizierungen der hier beschriebenen gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen offensichtlich sind. Solche Änderungen und Modifizierungen können durchgeführt werden, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen und ohne deren Vorteile zu vermindern. Es ist daher beabsichtigt, dass solche Änderungen und Modifizierungen von den beigefügten Ansprüchen umfasst sind.

Claims

Vorrichtung (10) zum Bereitstellen bzw. Fördern eines medizinischen Fluids (12) an einen Patienten, umfassend: eine Vielzahl von Kondensatorplatten (16, 18), einen Fluidbehälter (14), welcher zwischen der Vielzahl von Kondensatorplatten angeordnet ist, wobei der Behälter mit einer Pumpenkammer mit mindestens einer Fluidöffnung arbeitet, einen mit der Vielzahl von Kondensatorplatten elektrisch verbundenen Schaltkreis bzw. Stromkreis, wobei der Schaltkreis eine Ausgabeanzeige eines Volumens des Fluids im Fluidbehälter aufweist, und ein Element zum Bereitstellen mindestens eines Teils von dem Volumen des Fluids zu oder von einem Patienten.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Kondensatorplatten (16, 18) eine Form aufweisen, welche im Wesentlichen mit der Form der Pumpenkammer übereinstimmt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der Behälter (14) mindestens eine flexible Membranwand (24) einschließt, welche beweglich ist, um medizinisches Fluid (12) zu pumpen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der Behälter (14) erste und zweite flexible Membranwände (24) einschließt, wobei mindestens eine der ersten und zweiten Membranwände beweglich ist, um ein Volumen des Behälters zu verändern.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der Behälter (14) einen Teil eines Einweg-Dialysefluidströmungsweges einschließt, welcher mit einer Dialysemaschine verwendet werden kann.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei mindestens eine Kondensatorplatte (16, 18) der Vielzahl von Kondensatorplatten eine nicht-planare Form aufweist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Kondensatorplatten (16, 18) eine im Wesentlichen gleiche Form aufweisen wie der Fluidbehälter (14), wenn der Fluidbehälter im Wesentlichen mit Fluid (12) gefüllt ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der Schaltkreis (20) die Kondensatorplatten (16, 18) auflädt und eine Änderung der Spannung der Kondensatorplatten über ein Zeitintervall misst.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der Schaltkreis (20) weiter umfasst: eine Masse-Verbindung (22) zu einer der Kondensatorplatten (16), und einen Kapazitätssensor-Schaltkreis (20), welcher mit einer anderen Kondensatorplatte (18) verbunden ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, welches ein Paar von im Wesentlichen parallelen Kondensatorplatten (16, 18) einschließt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, welche zur Bereitstellung von Dialyse an einen Patienten dient, wobei der Behälter (14) zum Aufbewahren eines Volumens von Dialysefluid (12) dient.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, welche zum Bereitstellen von Durchfluss-Peritonealdialyse dient, umfassend: erste und zweite Kondensatorplatten (16, 18) mit einem variablen Dielektrikum zwischen den Platten, welches von einer Menge an Dialysefluid (12) in dem Behälter (14) abhängt, und den mit den Kondensatorplatten verbundenen elektrischen Schaltkreis (20), welcher eine Ausgabe (V1, V2, V3) aufweist, die sich auf das variable Dielektrikum bezieht.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, welches zum Messen des Volumens eines Fluids (12) dient, welches zu oder von einem Patienten bereitgestellt ist, wobei die Vorrichtung umfasst: erste und zweite Kondensatorplatten (16, 18) mit einem variablen Dielektrikum zwischen den Platten, welches von einer Menge an Fluid im Fluidbehälter (14) abhängt, und den mit den Kondensatorplatten verbundenen elektrischen Schaltkreis (20), welcher eine Ausgabe (V1, V2, V3) aufweist, die sich auf das variable Dielektrikum bezieht.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 13, wobei die Ausgabe (V1, V2, V3) das Volumen des Fluids (12) im Fluidbehälter (14) anzeigt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 13, wobei die Ausgabe (V1, V2, V3) das Volumen an Luft in dem Fluidbehälter (14) anzeigt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 13, wobei die Ausgabe (V1, V2, V3) einen Teil an Fluid (12) und einen Teil an Luft in dem Fluidbehälter (14) anzeigt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 13, wobei der Fluidbehälter (14) innerhalb der Fluidpumpenkammer arbeitet.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 17, wobei die Kondensatorplatten (16, 18) eine Form aufweisen, welche im Wesentlichen die gleiche wie die der Fluidpumpenkammer ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 13, wobei der Fluidbehälter (14) zwischen den ersten und zweiten Kondensatorplatten (16, 18) angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 13, weiter umfassend einen Pumpenkolben (86), wobei eine der ersten und zweiten Kondensatorplatten (16, 18) eine Öffnung definiert, welche einem Teil des Kolbens erlaubt, sich außerhalb der Platte zu erstrecken.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 13, weiter umfassend einen Pumpenkolben (86), wobei sich der Pumpenkolben zwischen den Kondensatorplatten (16, 18) bewegt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 13, weiter umfassend ein Verdrängungsfluid, welches den Fluidbehälter (14) ausdehnt und zusammenzieht, um das Fluid (12) in und aus dem Behälter einzufüllen und auszuleeren.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 13, welche eine Pumpenkammerwand (62, 64) einschließt, die eine Öffnung (76, 78) definiert, welche einen negativen Druck an den Behälter (14) anlegen und mindestens einen Teil der Membran zu der Öffnung ziehen kann.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 13, welche ein Paar an Pumpenkammerwänden (62, 64) einschließt, wobei jede eine Öffnung (76, 78) definiert.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 13, wobei mindestens eine der ersten und zweiten Kondensatorplatten (16, 18) durch die Oberfläche des benachbarten Fluids (12) dargestellt ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 13, wobei der Fluidbehälter (14) weiter eine entsorgbare Kassette umfasst, wobei mindestens eine Wand der Kassette eine flexible Membran (14) ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 13, weiter umfassend einen Prozessor, welcher das Volumen des Fluids (12) aus der Ausgabe des elektrischen Schaltkreises (20) bestimmt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 13, weiter umfassend einen Prozessor, welcher das kumulative Volumen an Fluid (12) aus einer Vielzahl an individuellen Volumina von Fluid in dem Fluidbehälter (14) bestimmt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 13, wobei das Paar an Kondensatorplatten (16, 18) eine im Wesentlichen gleiche Form aufweist, wie der Fluidbehälter (14), wenn der Fluidbehälter im Wesentlichen mit Fluid (12) gefüllt ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, welche zum Messen eines Volumens von Fluid (12) dient, das zu oder von einem Patienten bereitgestellt wird, wobei die Vorrichtung umfasst: erste und zweite Kondensatorplatten (16, 18), welche außerhalb des Fluidbehälters (14) angeordnet sind, und wobei der elektrische Schaltkreis (20) eine Spannungsquelle bereitstellt, die eine Ausgabe (V1, V2, V3) ermöglicht, welche das Volumen des in dem Behälter (14) zu erzeugenden Fluids (12) anzeigt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 30, wobei die Ausgabe (V1, V2, V3) mindestens auf einem von einem variablen Dielektrikum zwischen den Platten (16, 18), einer sich ändernden Oberfläche von einer der Platten, und einer sich ändernden Entfernung zwischen den Platten, basiert.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 30, wobei die Ausgabe (V1, V2, V3) auf einer variierenden Dielektrizitätskonstante zwischen dem Fluid (12) und Luft basiert.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 30, wobei die Schaltung die Kondensatorplatten (16, 18) auflädt und eine Änderung der Spannung der Kondensatorplatten über ein Zeitintervall misst.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 33, wobei das Zeitintervall ein festes Zeitintervall ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das Element einen Fluidströmungsweg umfasst, welche eine Patientenverbindung einschließt, und wobei der Fluidbehälter (14) konstruiert und angeordnet ist, in fluidaler Verbindung mit dem Fluidströmungsweg zu stehen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 35, welche erste und zweite Kondensatorplat ten (16, 18) umfasst, die an entgegengesetzten Seiten der Pumpenkammer angeordnet sind.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 36, wobei die Kondensatorplatten (16, 18) eine im Wesentlichen gleiche Form wie ein Teil der Pumpenkammer aufweisen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 35, welche erste und zweite Kondensatorplatten (16, 18) umfasst, die an entgegengesetzten Seiten des Fluidbehälters (14) angeordnet sind.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 35, welche mindestens eine Kondensatorplatte (16, 18) mit einer nicht-planaren Form umfasst.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 35, wobei der Fluidbehälter (14) Teil eines entsorgbaren Sets ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 35, welche erste und zweite Kondensatorplatten (16, 18) umfasst.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 35, umfassend ein Paar von Kondensatorplatten (16, 18), welches eine im Wesentlichen gleiche Form aufweist, wie der Fluidbehälter (14), wenn der Fluidbehälter im Wesentlichen mit Fluid (12) gefüllt ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 35, wobei die Vorrichtung ein Dialysesystem ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 43, wobei das Dialysesystem ein Durchfluss-Peritonealdialysesytem ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, weiter umfassend: einen Fluid-Strömungsmechanismus, welcher befähigt ist, das Fluid (12) während einer Dialysebehandlung zu fördern, und wobei die Kondensatorplatten (16, 18) und der Schaltkreis (20) derart relativ zu dem Fluid-Strömungsmechanismus positioniert und angeordnet sind, dass sie ein Fluidvolumen während der Dialysebehandlung messen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 45, wobei der Fluid-Strömungsmechanismus ein Durchflussmechanismus ist, der befähigt ist, Durchflussdialyse durchzuführen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 45, wobei der Fluid-Strömungsmechanismus fluidal mit einem Peritonealkatheter verbunden ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 45, wobei der Fluid-Strömungsmechanismus mit einer Vielzahl von Peritoneal-Zugangslumen verbunden ist.
Verfahren zum Messen eines Volumens eines medizinischen Fluids (12), welches durch eine Fluidpumpe gepumpt wird, umfassend die Schritte des Bereitstellens eines Fluidbehälters (14) zwischen einer Vielzahl von Kondensatorplatten (16, 18), des Messens eines ersten Zustands des Fluidbehälters (14) mit den Kondensatorplatten, wenn der medizinisches Fluid-Behälter im Wesentlichen leer von Fluid (12) ist, des Bereitstellens des medizinischen Fluids in dem Fluidbehälter, des Messens eines zweiten Zustands des Fluidbehälters mit den Kondensatorplatten, wenn der medizinische Fluid-Behälter im Wesentlichen voll von medizinischem Fluid ist, und des Bestimmens eines Volumens von medizinischem Fluid in dem Fluidbehälter, basierend auf dem durch die Kondensatorplatten gemessenen ersten und zweiten Zustand.
Verfahren nach Anspruch 49, weiter umfassend die Schritte des im Wesentlichen Leerens des Fluidbehälters (14) von Fluid (12), und des Bereitstellens zusätzlichen medizinischen Fluids in dem Behälter, des Messens eines weiteren zweiten Zustands und des Bestimmens eines weiteren Volumens des medizinischen Fluids.
Verfahren nach Anspruch 49, welches das kontinuierliche Messen des Zu stands des Fluidbehälters (14) einschließt, während das Fluid (12) in den Behälter eintritt.
Verfahren nach Anspruch 49, welches das Bestimmen eines Gesamtvolumens an Fluid (12) aus einer Vielzahl von Volumina von medizinischem Fluid einschließt, welche in dem Behälter (14) bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 49, welches das Bestimmen eines Luftvolumens in dem Fluidbehälter (14), basierend auf dem durch die Kondensatorplatten (16, 18) gemessenen ersten und zweiten Zustand, einschließt.
Verfahren nach Anspruch 49, weiter umfassend die Schritte des Bewegens des medizinischen Fluids (12) von einem ersten Ort an einen zweiten Ort und des Messens eines Volumens des bewegten Fluids.
Verfahren nach Anspruch 54, wobei der Messschritt weiter das Messen des Volumens von Fluid (12) in einer Pumpenkammer umfasst.
Verfahren nach Anspruch 54, welches das Steuern bzw. Kontrollieren einer Menge des medizinischen Fluids (12), welches bewegt werden soll, durch Messen des Volumens mit den Kondensatorplatten (16, 18) einschließt.