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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Detektieren
des Vorhandenseins einer Fluidleitung und zumindest einer Eigenschaft
des Inhalts der Fluidleitung, wobei die Vorrichtung an einer Steuervorrichtung,
z. B. zur extrakorporalen Behandlung von Blut, angeordnet ist, mit
einer Lichtquelle, deren Strahlung in Richtung der Leitung und durch
diese gerichtet ist, und mit einem optischen Sensor für die durch
die Lichtquelle ausgestrahlte Strahlung, der die durch die Fluidleitung
gerichtete Strahlung detektiert.
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Die
Vorrichtung gemäß der Erfindung
ist zur Verwendung mit Steuervorrichtungen für die Dialyse bestimmt, die
auch als Überwachungseinrichtungen
bezeichnet werden. In diesem Fall kann die Fluidleitung mit Blut,
einer Spülflüssigkeit
oder Luft gefüllt
sein.
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Technischer
Hintergrund
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Zur Überwachung
einer/eines Fluidleitung oder -schlauches, die/der mit einer Dialyseüberwachungseinrichtung
verbunden ist, ist eine Reihe von Vorrichtungen bekannt. Zum Beispiel
sind Luftdetektoren bekannt, die das Blut in der Fluidleitung, das
zum Patienten zurück
geleitet wird, im Hinblick auf Luft oder Luftbläschen überwachen. Des Weiteren sind
Blutdetektoren bekannt, welche die von dem Dialysator zurück geleitete
Dialysatflüssigkeit
im Hinblick auf Blut überwachen
und somit in der Lage sind, das Vorhandensein einer undichten Stelle
in der Dialysatormembran festzustellen. Sobald diese Detektoren
Luft oder Blut in dem durch die Leitung hindurch geleiteten Fluid
feststellen, löst
eine Steuer einheit der Überwachungseinrichtung,
die mit den Detektoren verbunden ist, einen Alarm aus, um eine Gefährdung des
Patienten zu verhindern. Des Weiteren wird ein Alarm ausgelöst, wenn
eine Fluidleitung fehlt, vorausgesetzt, dass diese Detektoren derart
konstruiert sind, dass sie auch die Fluidleitung überwachen.
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Normalerweise
umfasst die bekannte Vorrichtung einen photoelektrischen Abschnitt,
der derart angeordnet ist, dass er durch die im Wesentlichen transparente
Fluidleitung hindurch verläuft.
Zum Beispiel ist aus der
DE 3
768 033 eine Vorrichtung bekannt, in der das Infrarotlicht
von einer Quelle unter Verwendung eines Wellenleiters an einen Schlauch
oder an eine Vertiefung in einer Schlauchhalterung, die den Schlauch
halten soll, übertragen
wird. Das Licht wird durch einen zweiten Lichtabschnitt von der
Vertiefung an einen Empfänger übertragen.
Abhängig
davon, ob ein Schlauch befestigt ist oder nicht, und ob er im Wesentlichen
transparente Spülflüssigkeit
oder Blut enthält,
erreicht eine schwankende Lichtmenge den Empfänger. Dieser sendet ein Signal
an eine Auswertevorrichtung oder Steuereinheit, wobei das Signal,
welches von der Menge von empfangenem Licht abhängig ist, dadurch Information über den
Zustand des Schlauches oder den Inhalt des Schlauches liefert. Wenn
kein Schlauch vorhanden ist, erreicht das Licht den Empfänger ungefiltert
oder ungedämpft und
der Empfänger
sendet dann ein hohes Signal an die Auswertevorrichtung. Wenn ein
Schlauch befestigt und mit Luft oder einem farblosen Fluid, z. B.
einem Spülfluid,
gefüllt
ist, erreicht das Licht den Empfänger schwach
gefiltert oder gedämpft,
wobei Letzterer dann ein mittleres Signal an die Auswertevorrichtung
liefert. Wenn der Schlauch mit Blut gefüllt ist, wird das Licht im
Wesentlichen vollständig
gedämpft
und es wird höchstens
eine geringe Menge von Licht den Empfänger erreichen, der die Auswertevorrichtung
dann mit einem Signal mit niedrigem Pegel versorgt.
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Ein
Nachteil hiervon besteht jedoch darin, dass bei bestimmten Schläuchen auf
Grund ihrer Form und Beschaffenheit ein Linseneffekt entstehen kann,
der die Ergebnisse verzerrt. Im schlimmsten Fall kann dies dazu
führen,
dass dieselbe Menge von Licht an den Empfänger übertragen wird, wenn ein befestigter
Schlauch mit einem farblosen Fluid gefüllt ist, als wäre kein
Schlauch befestigt. In beiden Fällen
erzeugt der Empfänger ein
identisches Signal, sodass zwischen den beiden Zuständen keine
Unterscheidung möglich
ist.
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Aus
der
EP 0 467 805 ist
eine Vorrichtung bekannt, in der die Lichtquelle und der Empfänger jeweils derart
angeordnet sind, dass sie vorstehen und den Schlauch verformen.
Auf diese Weise wird die astigmatische Fokussierung, der so genannte
Linseneffekt, der ansonsten aus der zylindrischen Geometrie resultiert und
den Lichtstrahl auf den Empfänger
fokussiert, verhindert. Mit dieser bekannten Vorrichtung wird jedoch
nur die Art des im Schlauch vorhandenen Fluids mit dem photoelektrischen
Abschnitt festgestellt, während
das Vorhandensein des Schlauches mit Hilfe eines elektromechanischen
Sensors festgestellt wird. Auf Grund dieses zusätzlichen elektromechanischen
Sensors ist die bekannte Vorrichtung kompliziert und daher kostspielig, und
gleichzeitig ist sie wegen der zusätzlichen Fehlermöglichkeit
unzuverlässig.
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Eine
weitere Vorrichtung ist aus der
US
5 644 402 bekannt, die sowohl das Vorhandensein eines Schlauches
als auch die Eigenschaften des in dem Schlauch transportierten Fluids
mit einem photoelektrischen Abschnitt detektiert. Zu diesem Zweck
sind die Lichtquelle, der Empfänger
und eine Anzahl von Deflektoren in einer komplizierten geometrischen
Anordnung derart angeordnet, dass, in Abhängigkeit davon, ob der Schlauch
vorhanden ist und von seinem Inhalt und der resultierenden, unterschiedlichen
Brechung, der Lichtstrahl den Empfänger entweder überhaupt nicht
erreicht oder einmal oder zweimal gebeugt wird. Tatsächlich ist
es möglich,
mit einem photoelektrischen Abschnitt festzustellen, ob ein Schlauch
vorhanden ist und welche Eigenschaften der Inhalt aufweist, und
es ist infolge des teilweise längeren
Lichtpfades auch möglich,
eine größere Empfindlichkeit
zu erzielen. Insgesamt ist diese Vorrichtung jedoch sehr komplex
und daher kostspielig. Außerdem
ist sie sehr fehleranfällig
und muss an den entsprechenden Schlauch genau angepasst sein, damit sie
die richtige Information liefern kann.
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Die
US 5 680 111 offenbart eine
Vorrichtung zum Detektieren von Luft oder Luftbläschen in einer Leitung, die
ein Fluid befördert.
Die Vorrichtung umfasst eine Lichtquelle zum Übertragen eines Lichtstrahls
und ein Paar erster und zweiter Lichtempfangsvorrichtungen zum Empfangen
von reflektiertem und übertragenem Licht,
das von der Lichtquelle ausge- strahlt wird. Ein Lichtempfänger ist
unter einem Winkel von 90° in
Bezug auf die optische Achse des Senders angeordnet, während der
andere Empfänger
unter einem Winkel von 180° angeordnet
ist. In dem Fall, dass keine Leitung vorhanden ist, gibt es kein
Signal, das eindeutig so interpretiert werden kann, dass es ein
Fehlen der Leitung angibt.
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Angesichts
dieses Hintergrunds ist es daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung,
eine Vorrichtung von der in der Einleitung beschrieben Art bereitzustellen,
mit der eine zuverlässige Überprüfung des
Vorhandenseins einer Fluidleitung und auch zumindest einer Eigenschaft
des Inhalts der Fluidleitung mit geringem Aufwand möglich ist,
um die Sicherheit des Patienten zu verbessern.
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Offenlegung
der Erfindung
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Dieses
Ziel wird mit einer Vorrichtung in der wie in der Einleitung erwähnten Art
erzielt, die einen zweiten optischen Sensor umfasst, welcher die
von der Fluidleitung reflektierte Strahlung detektiert.
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Auf
diese Art wird eine einfach aufgebaute Vorrichtung bereitgestellt,
mit der unter anderem das Vorhandensein einer/eines Fluidleitung
oder – schlauches
zuverlässig
festgestellt werden kann. Wenn eine Fluidleitung vorhanden ist,
wird der durch die Lichtquelle in Richtung der Fluidleitung gerichtete
Lichtstrahl teilweise reflektiert, wobei diese Reflexion von dem
zweiten optischen Sensor detektiert wird. Der Letztere erzeugt dann ein
Signal, das einen hohen Pegel besitzt und an eine Steuereinheit,
z. B. eine Überwachungseinrichtung, übertragen
wird, wo es verarbeitet wird. Wenn keine Fluidleitung vorhanden
ist, dann kann kein Licht von der Fluidleitung auf den zweiten optischen
Sensor reflektiert werden, sodass dieser kein Signal oder nur ein
Signal, das einen niedrigen Pegel besitzt, erzeugen und dieses an
die Steuereinheit übertragen
wird. Auf diese Weise kann das Vorhandensein einer Fluidleitung
nur mit Hilfe des Signals von dem zweiten optischen Sensor zuverlässig festgestellt
werden.
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Der
nicht reflektierte Lichtstrahl oder der nicht reflektierte Anteil
des Lichtstrahls wird von dem ersten optischen Sensor detektiert,
der ein Signal erzeugt, das von der Intensität der empfangenen Lichtstrahlung
abhängig
ist, und dieses an die Steuereinheit weiterleitet. Wenn keine Fluidleitung
vorhanden ist, erreicht die gesamte Lichtstrahlung den ersten optischen
Sensor unreflektiert und ungefiltert oder ungedämpft und nicht geschwächt, wobei
der Letztere dann ein Signal erzeugt, das einen hohen Pegel besitzt,
und dieses an die Steuereinheit sendet. Ein Signal, das einen hohen
Pegel besitzt, kann ebenso erzeugt werden, wenn eine Fluidlei tung
befestigt ist und eine transparente Flüssigkeit enthält, wie
im Detail oben stehend unter Bezugnahme auf den Linseneffekt beschrieben
ist. Da jedoch ein zweites Signal von der Fluidleitung verfügbar ist,
lässt dieses Signal
zu, dass der beschriebene Zustand einer Fluidleitung mit einem transparenten
Fluid eindeutig zugeordnet werden kann. Die bisher bestehenden Schwierigkeiten
beim Unterscheiden dieser zwei Zustände sind somit einfach und
zuverlässig überwunden.
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Die
weiteren Eigenschaften des durch die Fluidleitung geleiteten Fluids
können
ebenfalls auf einfache Weise festgestellt werden. Wenn die Fluidleitung
vorhanden und nur mit Luft gefüllt
ist, wird der Lichtstrahl etwas gedämpft, sodass ein verringerter
Anteil von dem ersten optischen Sensor detektiert wird. Dieser erzeugt dann
ein Signal, das einen mittleren Pegel besitzt, und leitet dieses
an die Steuereinheit weiter. Wenn eine Fluidleitung vorhanden und
mit Blut gefüllt
ist, wird die Lichtstrahlung im Wesentlichen vollständig gefiltert
und allenfalls nur ein geringer Anteil der Lichtstrahlung wird zu
dem ersten optischen Sensor gelangen. Dieser erzeugt dann ein Signal,
das einen niedrigen Pegel besitzt, und sendet dieses an die Steuereinheit.
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Schließlich kann
auch das Vorhandensein von Luftbläschen in einer mit Blut gefüllten Fluidleitung
einfach festgestellt werden. Im Gegensatz zu dem Blut um sie herum
dämpfen
Luftbläschen
den Lichtstrahl im Wesentlichen nicht, sodass ein im Wesentlichen
ungefilterter Lichtstrahl das Luftbläschen enthaltende Blut durchlaufen
und zu dem ersten optischen Sensor gelangen wird. Wenn somit Luftbläschen enthaltendes
Blut vorbeiströmt
und vorübergehend
zugelassen wird, dass der Lichtstrahl im Wesentlichen ungefiltert
zu dem ersten optischen Sensor gelangt, erzeugt der Letztere ein
kurzes, impulsartiges Signal, das einen hohen Pegel besitzt und
dem Signal, das einen niedrigen Pegel besitzt und Blut anzeigt, über lagert
ist. Das Vorhandensein von Luftbläschen in dem Blut kann somit
einfach aus dem von dem ersten optischen Sensor geformten Signal bestimmt
werden: einem Grundsignal, das einen niedrigen Pegel besitzt und
dem Impulse, die einen hohen Pegel besitzen, überlagert sind. Auf diese Weise
wird eine einfache Messung von Luftbläschen unabhängig von dem Typ von Schlauch
und dessen Position durch Detektieren von Spitzen oder Impulsen
auf dem vorhandenen Grundsignal einfach ermöglicht.
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Fehlerzustände können mit
der Vorrichtung gemäß der Erfindung
ebenfalls bestimmt werden, z. B. das Vorhandensein einer fehlerhaften
Fluidleitung, oder dass das Licht der Lichtquelle zu schwach ist
oder der erste und/oder zweite Sensor fehlerhaft ist/sind. In solchen
Fällen
erzeugt der erste Sensor ein Signal, das einen niedrigen oder mittleren
Pegel besitzt, und der zweite Sensor erzeugt ein Signal, das einen
niedrigen Pegel besitzt.
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Demgemäß können mit
der Vorrichtung gemäß der Erfindung
das Vorhandensein einer Fluidleitung, zumindest eine Eigenschaft
des Inhalts der Fluidleitung und Fehlerzustände einfach und zuverlässig bestimmt werden,
wie in der folgenden Tabelle zusammengefasst ist.
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Fehlerzustände könnten beispielsweise
sein: Lichtquelle zu schwach, erster und/oder zweiter Sensor fehlerhaft,
fehlerhafte Fluidleitung.
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Es
sollte an dieser Stelle angemerkt werden, dass bei Verwendung von
Sensoren, die z. B. bei einem stark empfangenen Lichtstrahl ein
Signal, das einen niedrigen Pegel besitzt, und bei einem schwach
empfangenen Lichtstrahl ein Signal, das einen hohen Pegel besitzt,
ausgeben, die obige Tabelle entsprechend umgedreht ist. Solch eine
Anordnung der Vorrichtung, die kinematisch umgekehrt arbeitet, ist
hierin ebenfalls aufgenommen.
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Die
Vorrichtung gemäß der Erfindung
kann weiter vereinfacht sein, wenn in Übereinstimmung mit einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung der zweite optische Sensor mit der Lichtquelle kombiniert
ist und z. B. einteilig mit der Lichtquelle ausgebildet ist. Die
Verwendung solch eines Reflexionssensors reduziert die Anzahl einzelner
Komponenten, die für
die Vorrichtung benötigt
werden, wodurch die Komplexität
der Vorrichtung, und folglich das Fehlerrisiko, weiter verringert
ist.
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Es
sollte an dieser Stelle angemerkt werden, dass dies nur eine bevorzugte
Ausführungsform
ist, und der zweite optische Sensor kann nach Wunsch unabhängig von
der Lichtquelle angeordnet sein, vorausgesetzt dass er das von der
Fluidleitung reflektierte Licht einfängt. Jeder gewünschte Sensor
kann als ein optischer Sensor verwendet werden, z. B. Phototransistoren,
Photodioden oder Photowiderstände.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind zumindest die empfindlichen elektrischen und elektronischen
Komponenten der Vorrichtung in dem Gehäuse der Überwachungseinrichtung integriert, sodass
diese vor äußeren Einflüssen geschützt sind
und die Sicherheit erhöht
ist. Äußere Einflüsse können z. B.
Feuchtigkeit, Wasser und Glukose oder Kaffee wie auch elektromagnetische
Strahlung sein. Kaffee aus einem Becher, der auf der Überwachungseinrichtung
gestellt worden ist und umgestoßen
wurde könnte
z. B. die Überwachungseinrichtung
und die Vorrichtung hinunterlaufen, oder Glukose könnte versehentlich
auf die Überwa chungseinrichtung
tropfen oder beim Verabreichen an einen Dialysepatienten gegen die
Vorrichtung gespritzt werden. Elektromagnetische Strahlung kann
die Unterbrechung der Signalübertragung
von dem Sensor an die Überwachungsvorrichtung
verursachen.
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Um
die sichere Übertragung
von Strahlung, die von der Lichtquelle in Richtung der Fluidleitung übertragen
wird, und eine sichere weitere Übertragung
in Richtung des ersten optischen Sensors zu gewährleisten, ist es vorteilhaft,
in Übereinstimmung
mit einer weiteren Ausführungsform
einen ersten Wellenleiter, der das Licht oder die Strahlung von
der Lichtquelle zu der Fluidleitung und das reflektierte Licht von
der Fluidleitung zu dem zweiten Sensor leitet, und einen zweiten
Wellenleiter, der das in Richtung der Fluidleitung gerichtete Licht,
nachdem es durch die Fluidleitung hindurch gelangt ist, zu dem ersten
optischen Sensor leitet, vorzusehen. Auf diese Weise wird ein definierter
Lichtpfad erzeugt, der den sicheren Betrieb der Vorrichtung ungeachtet
zufälliger äußerer Einflüsse gewährleistet.
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Die
Wellenleiter können
aus jedem beliebigen gewünschten
Licht leitenden Material wie z. B. Quarzglas hergestellt sein und
können
auch in Bezug auf den Durchmesser frei gebildet sein. Es ist jedoch
vorteilhaft, den Durchmesser derart zu bilden, dass er kleiner als
der Durchmesser der zu detektierenden Fluidleitung ist. Das bringt
den Vorteil mit sich, dass das gesamte ausgestrahlte Licht zum Detektieren
der Fluidleitung oder ihres Inhalts genutzt wird und folglich eine
höhere
Genauigkeit und Effizienz erzielt wird.
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Anstelle
der Verwendung von Wellenleitern ist es jedoch auch möglich, mit
Hilfe von Spiegeln einen definierten Lichtpfad zu erzeugen, wie
z. B. in der
DE 3 768 033 offenbart.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform
sind der erste und zweite Wellenleiter in einem Leitungshalter oder
Schlauchhalter integriert, der an dem Gehäuse der Überwachungseinrichtung angeordnet
ist. Dadurch wird eine definierte relative Verbindung zwischen der
Fluidleitung und den Sensoren ermöglicht, welche die Genauigkeit
und Zuverlässigkeit
der Messung weiter verbessert.
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In
dieser Anordnung kann der Wellenleiter, der das Licht von der Lichtquelle
zu der Fluidleitung leitet, auch derart angeordnet sein, dass er
mit der Fluidleitung in Kontakt steht. Er kann jedoch auch derart
angeordnet sein, dass zwischen dem Ende des Wellenleiters und der
Fluidleitung ein Luftspalt vorhanden ist. Dies ist speziell dann
notwendig, wenn die Brechungsindizes der nebeneinander angeordneten
Materialen so ähnlich
sind, dass keine oder nur eine unzureichende Reflexion erhalten
wird. Durch Vorsehen eines Luftspaltes wird eine ausreichende Differenz
zwischen den Brechungsindizes der nebeneinander angeordneten Materialen
und somit eine ausreichende Reflexion des Lichtstrahles an der befestigten
Fluidleitung erhalten.
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Das
von der Lichtquelle ausgestrahlte Licht kann unmoduliertes Licht
jeder beliebigen gewünschten Wellenlänge sein.
Es ist jedoch vorteilhaft, wenn das ausgestrahlte Licht moduliert
ist, um zuzulassen, dass Licht, das durch die Lichtquelle übertragen
und von der Fluidleitung reflektiert oder durch diese übertragen wird,
ungeachtet des Umgebungslichts zuverlässig detektiert wird. Zum Beispiel
kann Licht mit einer Wellenlänge
zwischen 880 und 890 nm und einer Modulationsfrequenz von 10 kHz
verwendet werden. Die Isolierung von dem Umgebungslicht kann einfach
durch Filtern der Modulation aus dem Signal an dem Detektor durchgeführt werden.
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Vorzugsweise
wird Licht im Infrarotbereich übertragen
und moduliert, z. B. mit einer Rechteckimpulsfolge, da hierfür Komponenten
bekannt sind und die Arbeit und Kosten in Verbindung mit der Vorrichtung
reduziert werden.
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Es
sollte an dieser Stelle auch angemerkt werden, dass bei der Verwendung
von Wellenleitern aus Glasmaterial Licht mit einer Wellenlänge unter
350 nm nicht verwendet werden sollte, da solche kurzen Wellenlängen von
Glas absorbiert werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nun anhand der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen in größerem Detail beschrieben; in
diesen zeigt:
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1 schematisch
Teile einer Dialyseüberwachungseinrichtung
mit einer darin angeordneten Vorrichtung gemäß der Erfindung;
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2 eine
schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform;
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3 ein
Detail mit einer schematischen Darstellung der Lichtstrahlung in
der Vorrichtung gemäß 2;
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4 ein
Detail mit einer schematischen Darstellung der Lichtstrahlung gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform;
und
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5 eine
schematische Darstellung der Signalverarbeitung in der Steuereinheit.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Zum
besseren Verständnis
sind in 1 nur einige Teile einer Dialyseüberwachungseinrichtung
schematisch dargestellt, in der die Vorrichtung gemäß der Erfindung
verwendet wird.
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Blut
von einem Patienten wird über
einen arteriellen Schlauch 3 durch einen extrakorporalen
Blutkreislauf zu einem Dialysator 1 geschickt, wobei das
Blut zu dem Dialysator 1 in dem Schlauch 3 mit
Hilfe einer Blutpumpe 7 bewegt wird. Der Schlauch 3 kann
mit einer Arterienklemme 9, die durch die nicht gezeigte
Steuereinheit 13 der Überwachungseinrichtung
aktiviert wird, abgeklemmt werden. Die Klemme 9 kann z.
B. als eine elektromagnetisch betätigbare Klemme ausgebildet
sein und durch die Steuereinheit 13 der Überwachungseinrichtung
im Fall eines Alarms betätigt
werden, um den Schlauch abzuklemmen und folglich zu verhindern,
dass weiteres Blut aus dem Patienten genommen wird.
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Das
Blut, das durch den Dialysator 1 hindurch geleitet und
dort gereinigt wird, wird über
einen venösen Schlauch 5 an
den Patienten zurückgesandt.
Eine elektromagnetisch betätigbare
Venenklemme 11, die auf dieselbe Weise durch die Steuereinheit 13 der Überwachungseinrichtung
gesteuert ist, ist ebenfalls an dem Schlauch 5 angeordnet.
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Ein
Detektor 20 ist oberstromig der Klemme 11 in der
Strömungsrichtung
angeordnet und ist ebenfalls mit der Steuereinheit 13 der Überwachungseinrichtung
verbunden. Dieser Detektor 20 bestimmt einerseits das Vorhandensein
des Schlauches 5 und andererseits die Eigenschaft des In halts
des Schlauches 5. Wenn der Detektor 20 z. B. feststellt,
dass der Schlauch 5 Spülflüssigkeit
enthält
oder dass in dem Blut, das zu dem Patienten zurück geschickt wird, Luftbläschen enthalten
sind, wird von der Steuereinheit 13 der Überwachungseinrichtung
ein Alarm erzeugt und die Klemmen 9 und 11 werden
aktiviert, um die Schläuche 3 bzw. 5 abzuklemmen.
Auf diese Weise wird jede Gefährdung
des Patienten vermieden und die Sicherheit des Patienten verbessert.
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Die
hier dargestellte Anordnung des Detektors 20 ist nur ein
illustratives Beispiel. Es soll die Verwendung des Detektors nicht
auf die hier beschriebene Vorrichtung innerhalb einer Dialyseüberwachungseinrichtung
noch seine Verwendung auf nur in einer Dialyseüberwachungseinrichtung oder
nur in einem extrakorporalen Blutkreislauf beschränken. Zum
Beispiel kann die Vorrichtung neben ihrer Verwendung in der Hämodialyse,
Hämodiafiltration
und Hämofiltration
unter anderem während
einer Plasmapherese, einer intravenösen Infusion, des Austausches
von Blutkomponenten oder der Sauerstoffanreicherung während Operationen
am Herzen verwendet werden.
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In 2 ist
eine bevorzugte Ausführungsform
des Detektors 20 schematisch im Schnitt gezeigt. Der Detektor 20 umfasst
eine Platine 22, auf der die elektrischen Komponenten und
Schaltungen angeordnet sind und die durch eine elektrische Verbindung 24 mit
der Steuereinheit 13 (1) der Überwachungseinrichtung verbunden
ist, die nur durch ihr Gehäuse 32 veranschaulicht
ist. Die Platine 22 mit ihren elektrischen Komponenten
und Schaltungen ist zum Schutz innerhalb des Gehäuses 32 angeordnet.
Eine Leuchtdiode (LED) 26 ist als eine Lichtquelle auf
der Platine 22 vorgesehen. Die LED 26 ist mit
einem Phototransistor 28 und einem Wellenleiter 40 kombiniert,
wobei diese Anordnung den oben stehend erwähnten Reflexionssensor bildet.
Darüber
hinaus ist auf der Platine 22 ein Sensor 30 angeordnet,
der auf das durch die LED 26 ausgestrahlte Licht anspricht.
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Der
Detektor 20 umfasst ferner einen Schlauch- oder Leitungshalter 34,
der an der Außenseite
des Gehäuses 32 der Überwachungseinrichtung
angeordnet ist und einen Schlauch, der nicht gezeigt ist, halten kann.
Der Leitungshalter 34 umfasst eine Vertiefung 36,
die sich nach innen verjüngt
und sich dann zu einer im Wesentlichen zylindrischen Ausweitung 38 öffnet. Diese
Ausweitung 38 nimmt den nicht gezeigten Schlauch auf und
hält diesen
in dem Leitungshalter 34. Der mit der LED 26 und
dem Phototransistor 28 verbundene Wellenleiter 40 wird
durch das Gehäuse 32 der Überwachungseinrichtung
und den Leitungshalter 34 bis zu der Ausweitung 38 geführt, sodass
von der LED 26 ausgestrahltes Licht in Richtung der Ausweitung 38 geleitet
wird. Ein zweiter Wellenleiter 42 ist gleichermaßen in dem
Leitungshalter 34 vorgesehen und derart darin angeordnet,
dass ein Ende in Richtung der Ausweitung 38 und das andere
in Richtung des Sensors 30 gerichtet ist. Zu diesem Zweck
sind in sowohl dem Gehäuse 32 der Überwachungseinrichtung
als auch dem Leitungshalter 34 entsprechende Öffnungen
vorgesehen. Gleichzeitig ist das Ende des Wellenleiters 42,
das in Richtung der Ausweitung 38 gerichtet ist, derart
angeordnet, dass es dem ersten Wellenleiter 40 gegenüberliegt.
Auf diese Weise kann der zweite Wellenleiter 42 das durch
den ersten Wellenleiter in Richtung der Ausweitung 38 übertragene
Licht empfangen und dieses an den Sensor 30 weiterleiten.
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Dies
ist schematisch in 3 veranschaulicht. 3 zeigt
die Ausweitung 38 des Leitungshalters 34 im Schnitt
mit einem Schlauch 5, der durch die Vertiefung 36 der
Ausweitung eingesetzt wurde. Die von der hier nicht gezeigten Lichtquelle
ausgestrahlten Lichtstrahlen 50 werden durch den ersten
Wellenleiter 40 an die Ausweitung 38 und den darin
angeordneten Schlauch 5 übertragen. Ein Teil der Lichtstrahlen 50 wird
an dem Schlauch 5 reflektiert, wie durch den Pfeil 52 veranschaulicht
ist. Diese Lichtstrahlen 52 werden von dem hier ebenfalls
nicht gezeigten Phototransistor 28 detektiert, der dann
ein Signal erzeugt und dieses an die Steuereinheit der Überwachungseinrichtung
sendet, wobei hier beide nicht gezeigt sind. Dieses Signal zeigt
einfach und zuverlässig
an, dass sich ein Schlauch 5 in dem Leitungshalter 34 befindet,
wie oben stehend im Detail beschrieben wurde.
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Ein
Teil der Lichtstrahlen 50 wird durch den transparenten
Schlauch 5 hindurch übertragen
und erreicht den gegenüberliegend
angeordneten zweiten Wellenleiter 42. Dieser leitet die
Lichtstrahlen 50 weiter an den Sensor 30 (2),
der ein von der Intensität
der empfangenen Lichtstrahlung 50 abhängiges Signal erzeugt und dieses
an die Steuereinheit der Überwachungseinrichtung
weiterleitet. Dieses Signal zeigt einfach und zuverlässig die
Eigenschaft des in dem Schlauch 5 enthaltenen Fluids an.
Wie oben stehend im Detail beschrieben, wird mit dieser Anordnung
die sichere und zuverlässige
Bestimmung ermöglicht,
ob der Schlauch 5 mit Luft, mit Spülflüssigkeit oder mit Blut gefüllt ist,
und ob das Blut möglicherweise
Luftbläschen
enthält.
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Die
hier beschriebene Anordnung, in welcher der erste Wellenleiter 40 mit
dem Schlauch 5 in Kontakt steht, ist nur eine Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Es ist auch möglich,
den ersten Wellenleiter 40 derart anzuordnen, dass er von
dem in der Ausweitung 38 angeordneten Schlauch 5 beabstandet ist.
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Das
ist in 4 gezeigt. In der hier veranschaulichten Ausführungsform
ist ein Luftspalt 62 zwischen dem Schlauch 5 und
dem Ende des Wellenleiters 40, das in Richtung der Vertiefung 38 gerichtet
ist, vorhanden, wenn ein Schlauch 5 in dem Leitungshalter 34 eingesetzt
ist. Diese Ausführungsform
unterscheidet sich von der in 3 gezeigten
nur durch den Luftspalt 62. Gleiche Teile sind durch gleiche
Bezugsziffern bezeichnet, sodass an dieser Stelle keine neuerliche
detaillierte Beschreibung notwendig ist.
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Der
Luftspalt 62 kann z. B. unter Verwendung von Abstandhaltern
ausgeführt
sein, die in der Zeichnung nicht gezeigt sind und die den Schlauch
in einem bestimmten Abstand von dem Wellenleiter 40 halten, um
den veranschaulichten Luftspalt 62 zu bilden. Es ist auch
möglich,
dass der Wellenleiter 40 an seinem Ende, das in Richtung
des Schlauches 5 gerichtet ist, eine oder mehrere Vertiefung/en
umfasst, sodass der Schlauch 5 an den vorstehenden Teilen
des Wellenleiters 40 anliegt, während ein Luftspalt zwischen
den Vertiefungen in dem Wellenleiter 40 und dem Schlauch 5 gebildet
ist.
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Der
so gebildete Luftspalt kann für
bestimmte Materialien oder bei einer bestimmten Oberflächeneigenschaft
oder Form des Schlauches 5 erforderlich sein, um eine ausreichende
Reflexion der Lichtstrahlen zu gewährleisten, die abhängig von
den Brechungsindizes der nebeneinander angeordneten Materialen in
der Richtung des Lichtstrahls 50 ist.
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In
der 5 sind schematisch ein Teil der Steuereinheit 13 und
Teile des venösen
Schlauches 5 mit der montierten Venenklemme 11 und
der photoelektrische Abschnitt der Vorrichtung gemäß der Erfindung
gezeigt. Der Schlauch 5 kann gänzlich oder in dem Bereich
des photoelektrischen Abschnittes mit einem zylindrischen oder sogar
einem ovalen Querschnitt ausgebildet sein und aus PVC oder einem
anderen herkömmlichen,
transparenten Material, das im medizinischen Bereich verwendet wird,
bestehen. Es ist jedoch auch möglich,
dass der Schlauch als eine Zelle, z. B. aus Glas, mit einem rechteckigen
Querschnitt ausgebildet ist. Der photoelektrische Abschnitt wurde
bereits unter Bezugnahme auf 2 im Detail
beschrieben, sodass eine neuerliche Erklärung nicht notwendig ist. Der
photoelektrische Abschnitt ist hier schematisch ohne den Wellenleiter,
nur mit der Lichtquelle 26, dem Phototransistor 28 und
dem ersten Sensor 30 gezeigt. Die Lichtquelle 26 sendet
Lichtstrahlen 50 in Richtung des Schlauches 5,
wobei diese durch den transparent ausgebildeten Schlauch 5 hindurch übertragen
und von dem ersten Sensor 30 detektiert werden. Ein Teil
der Lichtstrahlen 50, mit 52 bezeichnet, wird
von dem Schlauch 5, reflektiert und von dem zweiten Sensor,
dem Phototransistor 28, detektiert.
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Der
veranschaulichte Abschnitt der Steuereinheit 13 umfasst
eine CPU, einen D/A-Wandler, einen Modulator M, drei Demodulatoren
DM1, DM2 und DM3, ein Bandpassfilter BF und drei Komparatoren K1,
K2 und K3. Die CPU steuert den Modulator M, der den LED-Steuerstrom
moduliert, über
den D/A-Wandler. Dies hat den Effekt, dass die Lichtquelle 26 Lichtstrahlen 50 mit
einer vorbestimmten Modulation ausstrahlt, wie oben stehend im Detail
beschrieben.
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Die
modulierten Lichtstrahlen 50, die durch den Schlauch 5 gelangen,
werden von dem ersten Sensor 30 detektiert. Dieser sendet
dann ein Signal aus, das von dem Demodulator DM1 demoduliert wird.
Auf diese Weise ist der Einfluss des Umgebungslichtes auf die Messung
in dem photoelektrischen Abschnitt im Wesentlichen ausgeschlossen.
Das demodulierte Signal wird dann an den Komparator K1 geleitet,
wo es mit einem vorbestimmten Wert verglichen wird. Dieser vorbestimmte
Wert wird von der CPU über
den D/A-Wandler an den Komparator K1 geliefert. Es sollte an dieser
Stelle angemerkt werden, dass hier nur eine Ausführungsform be schrieben ist
und der vorbestimmte Wert, der so genannte „Schwellwert", könnte dem
Komparator auch auf andere Weise zugeführt werden.
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Wenn
das von dem Demodulator DM1 an den Komparator K1 gelieferte Signal über diesem
vorbestimmten Wert liegt, dann ist entweder kein Schlauch 5 vorhanden
oder der Schlauch ist vorhanden und mit transparentem Fluid gefüllt, sodass
auf Grund des oben stehend im Detail beschriebenen Linseneffektes
die gleiche Menge von Licht den ersten Sensor 30 erreicht,
wie wenn der Schlauch 5 nicht vorhanden ist.
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Um
zwischen diesen beiden Situationen zu unterscheiden, verwendet die
CPU das Signal, das von dem zweiten Sensor 28 geliefert
wird. Dieser spricht auf die von dem Schlauch 5 reflektierten
Lichtstrahlen 52 an und sendet ein Signal aus, das von
dem Demodulator DM3 demoduliert und dann an einen Komparator K3 gesendet
wird. Dieser Komparator K3 vergleicht das von dem Sensor 28 gelieferte
Signal mit einem vorbestimmten Wert, der von der CPU über den
D/A-Wandler geliefert wird. Wenn das Signal unter diesem Wert liegt,
dann ist kein Schlauch 5 vorhanden, der Licht zu dem Sensor 28 reflektieren
könnte.
Wenn das Signal über
dem vorbestimmten Wert liegt, dann ist ein Schlauch 5 vorhanden
und Licht 52 wird in Richtung des Sensors 28 reflektiert,
der dann ein Signal aussendet, das einen hohen Pegel besitzt. Somit
kann die CPU mit Hilfe der Komparatoren K1 und K3 entscheiden, ob
kein Schlauch 5 vorhanden ist oder ob ein Schlauch vorhanden ist,
der ein transparentes Fluid enthält.
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Auf
dieselbe Weise kann die CPU feststellen, ob der Schlauch 5 mit
Blut gefüllt
oder leer ist. Zu diesem Zweck wird das an den Komparator K1 gesendete
Signal mit einem zweiten, niedrigen vorbestimmten Wert verglichen.
Wenn das Signal unter diesem Wert liegt, ist Blut in dem Schlauch 5 vorhanden.
In diesem Fall wird der Lichtstrahl 50 im Wesentlichen
voll ständig
gefiltert, sodass der Sensor 30 nur ein entsprechendes
Signal, das einen niedrigen Pegel besitzt, liefert. Wenn der Schlauch
vorhanden, aber leer, d. h. mit Luft gefüllt ist, werden die Lichtstrahlen 50 etwas
gefiltert und ein entsprechendes Signal wird von dem Sensor 30 an
den Komparator K1 gesendet. Wenn dieses Signal unter dem ersten
vorbestimmten Wert und über
dem zweiten vorbestimmten Wert liegt, dann ist ein leerer Schlauch
vorhanden. Somit kann die CPU mit Hilfe des Komparators K1 auch
bestimmen, ob ein leerer Schlauch vorhanden ist.
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Schließlich kann
die CPU mit Hilfe des Komparators K2 bestimmen, ob in dem durch
den Schlauch 5 strömenden
Fluid Luftbläschen
vorhanden sind. Wenn z. B. Luftbläschen in Blut, das durch den
Schlauch 5 strömt,
vorhanden sind, dann werden es diese, wenn sie an dem photoelektrischen
Abschnitt vorbei strömen, zulassen,
dass die Lichtstrahlen 50 den Sensor 30 abhängig von
ihrer Größe mehr
oder weniger ungehindert erreichen. Der Letztere erzeugt dann ein
impulsförmiges
Signal, das den vorbeiströmenden
Bläschen
entspricht. Dieses von dem Sensor 30 ausgesandte Signal
wird sowohl an den Komparator K1, wie oben stehend im Detail beschrieben,
als auch über
den Demodulator DM2 und das Bandpassfilter BF an den Komparator
K2 gesendet. Der Komparator K2 vergleicht das Signal mit einem vorbestimmten
Wert und Luftbläschen
sind vorhanden, wenn das Signal über
diesem Wert liegt. In diesem Fall steuert die CPU z. B. die Venenklemme 11, die
den Schlauch 5 schließt.
Auf diese Weise ist jede Gefährdung
des Patienten ausgeschlossen.
