DE102010031793B4

DE102010031793B4 - Bilanzierungspumpenanordnung und Leitungsanordnung dafür

Info

Publication number: DE102010031793B4
Application number: DE201010031793
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Reinshagen
Original assignee: Günter Heeke
Current assignee: HEEKE, GUENTER, DR., DE
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2012-12-06
Anticipated expiration: 2030-07-31
Also published as: DE102010031793A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bilanzierungspumpenanordnung zur volumengleichen Abfuhr und Zufuhr von Flüssigkeit eines Zielsystems, umfassend eine erste Leitungsanordnung (10) mit einem ersten Längsleitungsstrang (12) und einem dazu parallelen zweiten Längsleitungsstrang (14), die durch einen Querleitungsstrang (16), der wenigstens abschnittsweise als quetschbarer Schlauch (18) ausgebildet und Bestandteil einer Schlauchpumpe ist, miteinander verbunden sind. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, – dass die Schlauchpumpe wenigstens ein angetriebenes Andruckelement (36) aufweist, welches allein oder in koordinierter Kooperation mit weiteren angetriebenen Andruckelementen an dem quetschbaren Schlauchabschnitt (18) eine diesen quetschende Kontaktstelle bildet, welche sich über eine vorgegebene Strecke entlang dem an einem Widerlager (37) anliegenden Schlauchabschnitt (18) abwechselnd hin und her bewegt, und – dass beidseitig jeder Verbindungsstelle des Querleitungsstrangs (16) mit den Längsleitungssträngen (12, 14) am jeweiligen Längsleitungsstrang (12; 14) ein Richtungssperrventil (24a–d) angeordnet ist, wobei die Richtungssperrventile (24a, b) an dem als Zufuhr-Leitungsstrang (12) wirkenden, ersten Längsleitungsstrang (12) jeweils einen Flüssigkeitsstrom in Richtung vom Zielsystem weg selektiv sperren und die Richtungssperrventile (24c, d) an dem als Abfuhr-Leitungsstrang (14) wirkenden, zweiten Längsleitungsstrang (14) jeweils einen Flüssigkeitsstrom in Richtung zum Zielsystem hin selektiv sperren.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Bilanzierungspumpenanordnung zur volumengleichen Abfuhr und Zufuhr von Flüssigkeit eines Zielsystems, umfassend eine erste Leitungsanordnung mit einem ersten Längsleitungsstrang und einem dazu parallelen zweiten Längsleitungsstrang, die durch einen Querleitungsstrang, der wenigstens abschnittsweise Bestandteil einer Pumpenanordnung ist, miteinander verbunden sind, wobei beidseitig jeder Verbindungsstelle des Querleitungsstrangs mit den Längsleitungssträngen am jeweiligen Längsleitungsstrang ein Richtungssperrventil angeordnet ist, wobei die Richtungssperrventile an dem als Zufuhr-Leitungsstrang wirkenden, ersten Längsleitungsstrang jeweils einen Flüssigkeitsstrom in Richtung vom Zielsystem weg selektiv sperren und die Richtungssperrventile an dem als Abfuhr-Leitungsstrang wirkenden, zweiten Längsleitungsstrang jeweils einen Flüssigkeitsstrom in Richtung zum Zielsystem hin selektiv sperren.
Die Erfindung betrifft weiter eine Leitungsanordnung hierfür.
Stand der Technik
Derartige Bilanzierungspumpenanordnungen sind bekannt aus der EP 0 265 352 B1 .
Bilanzierungspumpenanordnungen, deren Zweck darin besteht, aus einem Zielsystem eine mehr oder weniger genau vorgegebene Flüssigkeitsmenge zu entnehmen und durch ein möglichst exakt gleiches Volumen einer Ersatzflüssigkeit, des so genannten Substituats, zu ersetzen, haben, obgleich ihr Anwendungsbereich grundsätzlich nicht beschränkt ist, eine besondere Bedeutung in der Medizintechnik, insbesondere bei der Dialyse, Hämofiltration und ähnlichen Behandlungsverfahren erlangt. Man beachte, dass der im Fachjargon oft auf die Hämofiltration beschränkte Begriff ”Substituat” im Rahmen der vorliegenden Diskussion weit im Sinne von ”Ersatz-” oder ”Nachschubflüssigkeit” zu verstehen ist und insbesondere bei seiner Verwendung im Zusammenhang mit der Dialyse auch frisches, d. h. noch unverbrauchtes Dialysat umfasst.
Bei derartigen Behandlungsmethoden ist es üblich, Blut eines Patienten in einen extrakorporalen Kreislauf, in dem eine Behandlung des Blutes stattfindet, einzuleiten und in den Körper des Patienten zurückzuleiten. Je nach der speziellen Behandlungsmethode enthält der extrakorporale Kreislauf verschiedene Blutbehandlungsmodule, beispielsweise einen Dialysator oder ein Hämofilter. In beiden Fällen werden Schadstoffe in gelöster Form aus dem extrakorporalen Kreislauf entnommen. Um eine Dehydratation des Patienten zu verhindern, muss der Flüssigkeitsverlust durch Eintrag von Substituat kompensiert werden. Eine Überkompensation ist dabei allerdings strikt zu vermeiden, da die Zuführung einer zu großen Menge Substituats zu einer Hyperhydratation des Patienten führen würde. Sowohl De- als auch Hyperhydratation können für den Patienten schädlich und schlimmstenfalls tödlich sein. Es ist daher von besonderer Wichtigkeit, die entnommene Flüssigkeitsmenge exakt zu ersetzen, d. h. dem Zielsystem, hier insbesondere dem extrakorporalen Kreislauf, dasselbe Volumen an Substituat zuzuführen, welches während der Behandlung abgeführt wird.
Dieses Bilanzierungsproblem gewinnt zusätzlich an Bedeutung durch die medizinische Erkenntnis, dass die Effizienz einer Hämofiltration steigt, wenn dem Blutkreislauf während der Behandlung große Mengen Substituat zugesetzt und parallel entsprechende Mengen Filtrat wieder entnommen werden. Im Fall der Dialyse lässt sich die Behandlungseffizienz durch Erhöhung des Dialysatflusses steigern. Typische Werte für Austauschvolumina bei der Hämofiltration liegen bei etwa 20 bis 40 Liter Substituat pro Behandlung. Die absolut zugeführte bzw. abgeführte Flüssigkeitsmenge ist dabei nicht von entscheidender Bedeutung. Wesentlich ist, dass die Differenz zwischen zugeführter und abgeführter Flüssigkeitsmenge möglichst gering sein sollte und typischerweise ca. 300 ml pro vierundzwanzig Stunden nicht überschreiten sollte. Dies erfordert hochgenaue Bilanzierungssysteme.
Es sind aufwendige gravimetrische Bilanzierungsansätze bekannt, bei denen die abgeführte Flüssigkeitsmenge kontinuierlich oder portionsweise abgepumpt und verwogen wird. Ebenfalls wägungsgesteuert wird Substituat zugepumpt. Derartige Systeme erfordern einen hohen apparativen Aufwand an präzise steuerbaren Pumpen und hochgenauen Wägesystemen, was im Hinblick auf die damit verbundenen Kosten und die Störanfälligkeit nachteilig ist.
Auch volumetrische Systeme sind bekannt, werfen jedoch analoge Probleme auf.
Aus der WO 02/094349 A1 ist ein alternatives System bekannt, welches auf die Messung der entnommenen und zugeführten Absolutmenge an Flüssigkeit verzichtet und stattdessen lediglich sicherstellt, dass die mittels einer Abfuhrpumpe abgeführten und die mittels einer Zufuhrpumpe zugeführten Flüssigkeitsmengen einander sehr genau entsprechen. Dies ist nicht trivial, da sich bereits geringe Unterschiede zwischen dem Abfuhr- und dem Zufuhrsystem über die Dauer der Behandlung zu einem massiven Ungleichgewicht aufsummieren können. Fehlerquellen sind insbesondere unterschiedliche Pumpenleistungen zwischen Abführ- und Zuführpumpe sowie Unterschiede in den Leitungssystemen, die typischerweise als Schlauchsysteme ausgebildet sind und nicht unerhebliche Fertigungstoleranzen und Alterungseffekte („ausleiern”) zeigen. Die genannte Druckschrift schlägt vor, die Zuleitung und die Ableitung mittels zweier jeweils H-förmiger Leitungsanordnungen zu gestalten, wobei an den Querleitungsstrang jeweils eine Schlauchpumpe ansetzt. Ein Ende des Längsleitungsstrangs einerseits des Querleitungsstrangs ist mit einem Abfuhrstutzen des Zielsystems verbunden; das andere Ende desselben Längsleitungsstrangs ist mit dem Zufuhrstutzen des Zielsystems verbunden. Ein Ende des Längsleitungsstrangs andererseits des Querleitungsstrangs ist mit einem Substituat-Reservoir verbunden; das andere Ende desselben Längsleitungsstrangs ist mit einem Abfluss-Reservoir verbunden. Diese Art der Schaltung gilt für beide H-förmigen Leitungsanordnungen. In den Endabschnitten der Längsleitungsstränge sitzen jeweils druckgeregelte Pumpen. Während die zentralen Schlauchpumpen an den Querleitungssträngen kontinuierlich laufen, werden die druckgeregelten Pumpen in den Endabschnitten der Längsleitungsstränge so angesteuert, dass zu einer Zeit jeweils nur eine Hälfte eines Längsleitungsstranges von Flüssigkeit durchflossen wird. Insbesondere erfolgt die Schaltung so, dass zu einer Phase die gesamte Abfuhr, d. h. der Flüssigkeitstransport vom Abfuhrstutzen des Zielsystems zum Abfluss-Reservoir, über eine der Schlauchpumpen und die gesamte Zufuhr, d. h. der Flüssigkeitstransport vom Substituat-Reservoir zum Zufuhrstutzen des Zielsystems, über die andere Schlauchpumpe läuft, wobei in einer Folgephase gleicher Dauer die Flüsse vertauscht werden, so dass die zuvor als Abfuhrpumpe dienende Schlauchpumpe nun als Zufuhrpumpe arbeitet und umgekehrt. Hierdurch werden Unterschiede in der Pumpenleistung kompensiert. Allerdings werden erhebliche Schlauchabschnitte, die, wie oben erläutert, ebenfalls Quellen von Bilanzierungsfehlern sein können, nicht für Zu- und Abfuhr sondern lediglich für Zu- oder Abfuhr verwendet. Daher ist es erforderlich, sehr genaue, druckgeregelte Pumpen zu verwenden und zwar in jedem Endabschnitt jedes Längsleitungsstranges eine. Folglich sind wenigstens zehn Pumpen erforderlich, nämlich zwei zentrale Schlauchpumpen und acht druckgeregelte Pumpen. Dies bedeutet einen erheblichen apparativen Aufwand, der durch die erforderliche Ansteuerung noch vergrößert wird. Erhöhte Komplexität führt jedoch regelmäßig zu erhöhten Kosten und größerer Fehleranfälligkeit, was als Nachteil dieses bekannten Systems gewertet werden muss. Zudem können Kaliberunterschiede der verwendeten Schläuche außerhalb der Querleitungsstränge nicht ausgeglichen werden.
Aus der DE 28 07 274 A1 ist ein Dialysegerät für die gesteuerte Blut-Dialyse bekannt, das mehrere Pumpen einsetzt, die je nach Anordnung und Ausgestaltung des Leitungssystems als Persitaltik- oder als Kolbenpumpen ausgebildet sind. Die Druckschrift erwähnt ausdrücklich die besondere Bedeutung der Gleichheit der Pumpenleistungen der einzelnen Pumpen jedes Systems für dessen einwandfreies Funktionieren. Die oben bereits diskutierte Bilanzierungsproblematik wird somit auf die Präzision des Pumpen und deren Anschlüssen verlagert. Dies bedeutet einen hohen, kostenträchtigen Aufwand und dennoch eine hohe verbleibende Störanfälligkeit.
Auch aus der US 4,715,959 A ist ein Dialysesystem mit mehreren präzise aufeinander abgestimmten Pumpen bekannt.
Ein weiteres Dialysesystem ist aus der FR 2 368 963 A1 bekannt.
Aus der gattungsbildenden EP 0 265 352 B1 ist ein Bilanzierungspumpensystem mit einer einzelnen, zentralen, bidirektional arbeitenden Kolbenpumpe bekannt. Diese ist im Querstrang einer H-förmigen Leitungsanordnung angeordnet. In jedem Teilabschnitt der Längsstränge ist ein Steuerventil angeordnet. Die vier Steuerventile werden synchronisiert zueinander sowie zu der Bewegung des Pumpenkolbens angesteuert. Im Ergebnis werden, gleich große Zylinderdurchmesser der Pumpenkammer beiderseits des Kolbens vorausgesetzt, gegentaktweise identische Mengen Flüssigkeit entlang den beiden Längssträngen der Leitungsanordnung befördert. Nachteilig bei diesem System ist, dass es sich nicht zur Ausgestaltung als Einweg-Erzeugnis eignet. Die Steuerventile und die Kolbenpumpe sind stets komplexe Bauteile und entsprechend teuer. Zudem ist eine aufwendige Steuerung zur Synchronisierung der Steuerventile untereinander sowie mit der Bewegung der Kolbenpumpe erforderlich.
Aufgabenstellung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hochgenaues Bilanzierungssystem mit verringertem technischen Aufwand zur Verfügung zu stellen.
Darlegung der Erfindung
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst,

– dass die Richtungssperrventile als passive Rückschlagventile ausgebildet sind und
– dass der Querleitungsstrang wenigstens abschnittsweise als quetschbarer Schlauch und die Pumpenanordnung als Schlauchpumpe ausgebildet ist, die wenigstens ein angetriebenes Andruckelement aufweist, welches allein oder in koordinierter Kooperation mit weiteren angetriebenen Andruckelementen an dem quetschbaren Schlauchabschnitt eine diesen quetschende Kontaktstelle bildet, welche über eine vorgegebene Strecke entlang dem an einem Widerlager anliegenden Schlauchabschnitt abwechselnd hin und her bewegbar ist.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Wie auch beim Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung als zentrales Merkmal eine H-förmige Leitungsanordnung mit zwei Längsleitungssträngen und einem diese verbindenden Querleitungsstrang zugrunde. Bevorzugt ist die gesamte H-förmige Leitungsanordnung als Schlauchanordnung ausgestaltet. Erfindungswesentlich ist jedoch lediglich die wenigstens abschnittsweise Ausgestaltung des Querleitungsstrangs als quetschbarer Schlauch. Im übrigen können auch Rohrleitungen Einsatz finden.
Als Pumpenanordnung wird im Bereich des Querleitungsstrangs eine Schlauchpumpe eingesetzt. Schlauchpumpen sind dem Fachmann in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter Schlauchpumpe das Ensemble aus einem quetschbaren Schlauchabschnitt, einem Widerlager, an welchem der Schlauchabschnitt anliegt, wenigstens einem angetriebenen, den Schlauch gegen das Widerlager drückenden Andruckelement, das den Schlauch an einer Kontaktstelle quetscht und damit an der Kontaktstelle verschließt, und einer motorischen Einheit verstanden, mit der die Kontaktstelle zwischen Andruckelement(en) und Schlauch verschiebbar ist, so dass Flüssigkeit einerseits der bewegten Kontaktstelle vor dem Andruckelement her verschoben und hinter dem Andruckelement angesaugt wird.
Beispiele hierfür sind etwa ein auf einem festen Widerlager aufliegender Schlauch, über den eine Andruckrolle hin und her fährt, ein zwischen zwei sich hin und her bewegenden Andruckrollen eingeklemmter Schlauch, wobei eine Andruckrolle als eigentliches Andruckelement und die andere Andruckrolle als Widerlager fungieren, sowie eine auf einen Schlauch einwirkende sog. Fingerpumpe, die eine Mehrzahl von parallelen Stößeln aufweist, die sich in fester Phasenbeziehung zueinander auf den Schlauch absenken und so die quetschende Kontaktstelle über den Schlauch ”wandern” lassen.
Für die vorliegende Erfindung wesentlich ist eine besondere Ausgestaltung der Schlauchpumpe. Diese muss nämlich einerseits reversibel betreibbar sein, d. h. die Kontaktstelle muss in beide Richtungen gleichermaßen verschiebbar sein. Zum anderen ist es erforderlich, dass die Bewegung der quetschenden Kontaktstelle während des Betriebs stetig ist, d. h. nicht auf dem quetschbaren Schlauchabschnitt ”springt”. Dies ist bei vielen kontinuierlich arbeitenden Schlauchpumpen der Fall, bei denen eine Mehrzahl von Andruckelementen, beispielsweise Rollen, phasenversetzt zueinander abwechselnd und jeweils in gleicher Richtung auf den quetschbaren Schlauchabschnitt einwirken und ihn freigeben. Dies ist bei der vorliegenden Erfindung nicht der Fall. Vielmehr bewegt sich eine Kontaktstelle – sei sie nun realisiert durch ein einzelnes Andruckelement oder durch eine Mehrzahl koordiniert arbeitender Andruckelemente – auf dem quetschbaren Schlauchabschnitt hin und her, ohne die quetschende Einwirkung auf den Schlauchabschnitt zeitweise aufzuheben. Mit anderen Worten bleibt während des gesamten Betriebs das Lumen das quetschbaren Schlauchabschnitts in eine „Kammer” einerseits und eine „Kammer” andererseits der Kontaktstelle getrennt.
Der besseren Verständlichkeit der Erfindung halber wird im Rahmen der nachfolgenden Erläuterungen von einem einzelnen, hin und her fahrenden Andruckelement ausgegangen. Der Fachmann wird jedoch verstehen, dass dies keine Beschränkung der Allgemeinheit der Erfindung bedeutet und dass auch andere Schlauchpumpenarten mit den oben genannten Eigenschaften, insbesondere geeignete Fingerpumpen, einsetzbar sind.
Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung sind vier passive Rückschlagventile, die in den vier Endabschnitten der Längsleitungsstränge der H-förmigen Leitungsanordnung in einer vorgegebenen Orientierung positioniert sind. Insbesondere wird zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Bilanzierungspumpenanordnung der Zufuhr-Leitungsstrang zwischen dem Zufuhrstutzen des Zielsystems und einem Substituat-Reservoir derart angeschlossen, dass die passiven Rückschlagventile einen Fluss vom Substituat-Reservoir zum Zufuhrstutzen des Zielsystems grundsätzlich gestatten und einen umgekehrten Fluss grundsätzlich unterbinden. Der Abfuhr-Leitungsstrang wird zwischen dem Abfuhrstutzen des Zielsystems und einem Abfluss-Reservoir, das als geschlossenes Reservoir, beispielsweise als Auffangbehälter, oder als ein offenes Reservoir, beispielsweise die Kanalisation, ausgestaltet sein kann, derart angeschlossen, dass die passiven Rückschlagventile einen Fluss von dem Abfuhrstutzen des Zielsystems zum Abfluss-Reservoir grundsätzlich erlauben und einen Fluss in umgekehrter Richtung grundsätzlich unterbinden. Der Querleitungsstrang der H-förmigen Leitungsanordnung mündet jeweils zwischen den zwei Richtungssperrventilen eines Längsleitungsstrangs. Die Verwendung passiver Rückschlagventile hat den Vorteil, dass für diese Ausgestaltung keine entsprechende Ansteuerung erforderlich ist.
In einer ersten Betriebsphase bewegt sich das Andruckelement auf dem Querleitungsstrang von dessen Mündung in den Zufuhr-Leitungsstrang in Richtung auf die Mündung zum Abfuhr-Leitungsstrang. Hierdurch entsteht ein Unterdruck, der Flüssigkeit vom Zufuhr-Leitungsstrang in den Querleitungsstrang zu saugen vermag. Diesem Unterdruck kann Flüssigkeit aus dem Substituat-Reservoir durch das zugeordnete Richtungssperrventil folgen. Flüssigkeit, die am Zufuhrstutzen des Zielsystems ansteht, kann jedoch aufgrund der Sperrwirkung des hier zugeordneten Richtungssperrventils dem Unterdruck nicht folgen. Folglich füllt sich der Querleitungsstrang mit Substituat bzw. Dialysat. Mit anderen Worten wird in dieser Phase Substituat bzw. Dialysat in dem Querleitungsstrang zwischengespeichert.
In einer zweiten Betriebsphase fährt das Andruckelement dieselbe Strecke auf dem Querleitungsstrang zurück. Hierdurch wird das zuvor angesaugte Substituat aus dem Querleitungsstrang in den Zufuhr-Leitungsstrang gedrückt, wobei ein Rückfluss zum Substituat-Reservoir durch das zugeordnete Richtungssperrventil unterbunden wird. Ein Fluss in Richtung des Zufuhrstutzens des Zielsystems ist hingegen aufgrund der Richtungsselektivität des hier zugeordneten Richtungssperrventils möglich und wird auch realisiert. Mit anderen Worten wird das im Querleitungsstrang zwischengespeicherte Substituat in das Zielsystem gepresst.
Gleichzeitig entsteht auf der dem Abfuhr-Leitungsstrang zugewandten Seite des Andruckelementes ein Unterdruck, der Flüssigkeit vom Abfuhr-Leitungsstrang in den Querleitungsstrang zu saugen vermag. Diesem Unterdruck kann Flüssigkeit, die am Abfuhrstutzen des Zielsystems ansteht, durch das zugeordnete Richtungssperrventil folgen. Flüssigkeit im Abfluss-Reservoir kann jedoch aufgrund der Sperrwirkung des hier zugeordneten Richtungssperrventils dem Unterdruck nicht folgen. Folglich füllt sich der Querleitungsstrang mit Abfuhr-Flüssigkeit. Mit anderen Worten wird in dieser Phase abzuführende Flüssigkeit in dem Querleitungsstrang zwischengespeichert.
Dieser zweiphasige Prozess wiederholt sich zyklisch, so dass bei erneuter Durchführung der ersten Phase nicht nur eine neue Zwischenspeicherung von Substituat im Querleitungsstrang erfolgt, wie oben erläutert, sondern zusätzlich die in der vergangenen zweiten Phase dort zwischengespeicherte Abfuhr-Flüssigkeit in das Abfluss-Reservoir ausgepresst wird. Ein Rückfluss zum Abfuhrstutzen des Zielsystems wird hingegen durch das hier zugeordnete Richtungssperrventil unterbunden.
Die besondere Wirkung der Erfindung liegt darin, dass abzuführende und zuzuführende Flüssigkeit portionsweise abwechselnd in demselben Zwischenspeicher, nämlich demjenigen Abschnitt des Querleitungsstrangs, der zwischen den maximal ausgelenkten Kontaktstellen des Andruckelementes liegt, zwischengespeichert wird. Somit ist sichergestellt, dass die zuzuführenden Portionen gleich groß wie die abzuführenden Portionen sind, da allein das Volumen des (identischen) Zwischenspeichers die Portionsgröße bestimmt. Fertigungstoleranzen oder Kaliberunterschiede der Leitungen außerhalb des Zwischenspeichers, insbesondere der Längsleitungsstränge, sind für die Bilanzierung ohne Belang. Ein alterungsbedingtes Ausleiern des Zwischenspeichers ist ebenfalls ohne Belang, da derartige Prozesse langsam im Vergleich zur Dauer der o. g. Phasen sind. Zwischen zwei aufeinander folgenden Phasen, in denen eine Abfuhr-Portion durch eine Zufuhr-Portion kompensiert wird, sind alterungsbedingte Veränderungen daher vernachlässigbar. Variationen in der Pumpenleistung, d. h. in der Fahrgeschwindigkeit des Andruckelementes sind ebenfalls irrelevant.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der besonderen technischen Einfachheit. Insbesondere wird nur eine einzige Peristaltikpumpe, an die keine hohen Präzisionsanforderungen gestellt werden müssen, sowie vier Ventile, die bevorzugt als passive Rückschlagventile ausgebildet sind, benötigt. Dies reduziert die Kosten des Bilanzierungssystems, ohne jedoch die Genauigkeit und Zuverlässigkeit einzuschränken. Vielmehr wird die Zuverlässigkeit aufgrund der geringen Komponentenzahl deutlich verbessert.
Der Fachmann wird erkennen, dass sowohl die Zufuhr als auch die Abfuhr von Flüssigkeit portionsweise erfolgt, wobei zwischen jeweils zwei Zu- bzw. Abfuhrschüben eine Ladephase des Zwischenspeichers liegt. Um den gesamten Prozess effektiver zu gestalten, ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass eine zweite, gleich der ersten Leitungsanordnung (nämlich H-förmig) aufgebaute Leitungsanordnung vorhanden ist, deren Enden jeweils mit den korrespondierenden Enden der ersten Leitungsanordnung verbunden sind und deren Schlauchpumpe in Bezug auf die Richtungsselektivität der Richtungssperrventile richtungsumgekehrt zu der Schlauchpumpe der ersten Leitungsanordnung arbeitet. Mit anderen Worten wird das oben erläuterte System doppelt ausgelegt, wobei die jeweiligen Schlauchpumpen vorzugsweise zwar synchron, in jedem Fall jedoch antizyklisch verlaufen. Damit erfolgt über die erste Leitungsanordnung genau dann ein Flüssigkeitsschub, wenn sich die zweite Leitungsanordnung in der Ladephase des Zwischenspeichers befindet. Unterschiede im Kaliber der verwendeten Leitungen zwischen den beiden Leitungsanordnungen und/oder Unterschieden in der Pumpenleistung der jeweiligen Schlauchpumpen fallen dabei ins nicht Gewicht, da die erläuterte Volumenkompensation unabhängig in jeder der Leitungsanordnungen erfolgt.
Bevorzugt wird diese Weiterbildung der Erfindung nicht mit zwei separaten Schlauchpumpen realisiert. Vielmehr ist günstigerweise vorgesehen, dass der Querleitungsstrang der ersten Leitungsanordnung und der Querleitungsstrang der zweiten Leitungsanordnung Bestandteile derselben Schlauchpumpe und innerhalb dieser in Bezug auf die Richtungsselektivität der jeweils zugeordneten Richtungssperrventile umgekehrt zueinander orientiert sind. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass dasselbe Andruckelement synchron auf beiden Querleitungssträngen arbeitet, diese jedoch antiparallel zueinander orientiert sind. Bei dieser Anordnung werden die Vorteile des quasikontinuierlichen Flusses einerseits und des Bedarfs an einer einzigen Schlauchpumpe andererseits in besonders günstiger Weise kombiniert.
Wie bereits erwähnt, sind Schlauchpumpen in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Insbesondere sind am Markt Module bekannt, die Motor, Andruckelement und Widerlager als eine Einheit zur Verfügung stellen, in die der Benutzer zur Vervollständigung der Schlauchpumpe einen quetschbaren Schlauchabschnitt seines eigenen Systems einlegt. Derartige Module sind auch für die speziellen Schlauchpumpen der vorliegenden Erfindung denkbar. Andererseits birgt der nicht triviale Aufbau der H-förmigen Leitungsanordnung mit der erfindungsrelevanten Positionierung und Orientierung der Richtungssperrventile die Gefahr der Fehlbedienung, wenn diese Anordnung jeweils im Bedarfsfall vom Anwender zusammengesetzt werden muss.
Zur Vereinfachung der Handhabung stellt die Erfindung daher zusätzlich eine Leitungsanordnung zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Bilanzierungspumpenanordnung zur Verfügung, umfassend:

– ein erstes H-förmiges Schlauchsystem mit einem wenigstens abschnittsweise quetschbaren ersten Querleitungsstrang und zwei mit diesem zur Bildung der H-Form verbundenen ersten Längsleitungssträngen,
– vier erste passive Rückschlagventile, die jeweils einzeln in den vier freien Strangendabschnitten der ersten Längsleitungsstränge integriert sind,

Mit anderen Worten wird die zentrale Einheit der Erfindung, nämlich die H-förmige Leitungsanordnung einschließlich der korrekt positionierten und orientieren Ventile in der bevorzugten Ausführungsform als separate Einheit zur Verfügung gestellt. Die Leitungen können bevorzugt sämtlich als Schlauchleitungen ausgebildet sein. Derartige vorkonfektionierte Einheiten lassen sich kostengünstig herstellen, vorsterilisiert anbieten und leicht handhaben. Insbesondere bedarf es nur des richtigen Anschlusses an Zu- und Abfuhrstutzen des Zielsystems sowie an Substituat- und Abfluss-Reservoir. Hierzu können geeignete Konnektoren, ggf. entsprechend beschriftet oder farblich markiert, bereits in die vorkonfektionierte Einheit integriert sein.
Auch für die oben erläuterte Weiterbildung der Erfindung mit doppelter, H-förmiger Leitungsanordnung können vorkonfektionierte Einheiten angeboten werden. Der besonderen Handhabungsschwierigkeit in Bezug auf die antiparallele Orientierung der Querleitungsstränge zueinander kann bei der Vorkonfektionierung dadurch Rechnung getragen werden, dass diese Querleitungsstränge bereits miteinander verbunden sind. Insbesondere lässt sich die vorgenannte Ausführungsform dadurch weiterbilden, dass zusätzlich umfasst sind:

– ein zweites H-förmiges Schlauchsystem mit einem wenigstens abschnittsweise quetschbaren zweiten Querleitungsstrang und zwei mit diesem zur Bildung der H-Form verbundenen zweiten Längsleitungssträngen und
– vier passive zweite Rückschlagventile, die jeweils einzeln in den vier freien Strangendabschnitten der zweiten Längsleitungsstränge integriert sind,

Bevorzugt sind alle Längs- und Querleitungsstränge einstückig miteinander ausgebildet. Dies garantiert Dichtigkeit und verhindert unerwünschte Manipulationen.
Zusätzlich können die Längs- und Querleitungsstränge mit den Rückschlagventilen einstückig ausgebildet sein. Herstellungsweisen, in denen Rückschlagventile, beispielsweise als Membranventile oder Lippenventile, als einstückige Einheiten mit den zugeordneten Schläuchen hergestellt werden, sind dem Fachmann bekannt.
Insbesondere können die vorkonfektionierten Einheiten als Einweg-Schlauchfolien-Anordnungen ausgebildet sein. Unter einer Einweg-Schlauchfolien-Anordnung sei hier eine zur Einmalbenutzung vorgesehene, mehrlagige Anordnung von flexiblen Kunststofffolien verstanden, bei der definierte Flusswege durch vorgegebene, bereichsweise, stoffschlüssige Verbindung zwischen den einzelnen Folienlagen realisiert sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft veranschaulicht sind.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen zeigen:
1: eine erfindungsgemäße Leitungsanordnung,
2: eine erfindungsgemäße Dialyseeinrichtung in einer ersten Phase,
3: die Dialyseeinrichtung von 2 in einer zweiten Phase,
4: eine Hämofiltrationseinrichtung in einer ersten Phase,
5: die Hämofiltrationseinrichtung von 4 in einer zweiten Phase und
6: eine Weiterbildung der Dialyseeinrichtung von 2 und 3.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Gleiche Bezugszeichen in den Figuren deuten auf gleiche oder analoge Elemente hin.
Man beachte, dass sowohl bei der Dialyse als auch bei der Hämofiltration üblicherweise separate Entzugspumpen zur Erzielung einer definierten, zusätzlichen Ultrafiltration benötigt werden. Diese sind in den rein schematischen Darstellungen der Figuren jedoch nicht wiedergeben, da sie weder Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind noch zu deren Verständnis beitragen.
1 zeigt eine Leitungsanordnung 10, die das Kernstück der vorliegenden Erfindung darstellt. Die dargestellte Leitungsanordnung 10 ist als vorkonfektionierte, vorzugsweise einstückige Einheit, insbesondere vorsterilisiert, vertreibbar. Die Leitungsanordnung 10 weist ein im Wesentlichen H-förmiges Leitungs-, bevorzugt Schlauchsystem auf, umfassend zwei Längsleitungsstränge, nämlich einen Zufuhr-Leitungsstrang 12 und einen Abfuhr-Leitungsstrang 14, die über einen Querleitungsstrang 16 miteinander verbunden sind. Der Querleitungsstrang 16 ist in seinem Zentralbereich als quetschbarer Schlauchabschnitt 18 ausgebildet. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der quetschbaren Schlauchabschnitt 18 von Anschlägen 20 begrenzt, die den Verschiebeweg eines Andruckelementes 36 einer Schlauchpumpe, das in 1, wie auch das korrespondierende Widerlager 37 nur gestrichelt dargestellt ist, da es nicht Bestandteil der Leitungsanordnung 10 ist. Die dargestellte Ausführungsform weist an den Enden der Längsleitungsstränge 12, 14 jeweils vorinstallierte Konvektoren 22 auf, die dem einfachen Anschluss der Leitungsanordnung 10 im jeweiligen Bilanzierungssystem dienen. Weiter sind in den Längsleitungssträngen 12, 14 Rückschlagventile 24a–d integriert. Die in jeweils einem Längsleitungsstrang 12 bzw. 14 integrierten Ventile 24a, 24b bzw. 24c, 24d sind jeweils gleich orientiert. Das Paar von Rückschlagventilen 24a, 24b im Zufuhr-Leitungsstrang 12 ist umgekehrt zu dem Paar von Rückschlagventilen 24c, 24d im Abfuhr-Leitungsstrang orientiert.
Die 2 und 3 zeigen den Einsatz einer Leitungsanordnung gemäß 1 im Rahmen einer Dialyseeinrichtung. Dargestellt ist ein Ausschnitt aus einem extrakorporalen Kreislauf, in dem Blut eines Patienten gemäß dem Eingangspfeil 26 in einen Dialysator 28 eingeführt und gemäß dem Ausgangspfeil 30 zum Patienten zurückgeführt wird. Innerhalb des Dialysators 28 erfolgt die Blutbehandlung in bekannter Weise durch Diffusion und Ultrafiltration, wobei Dialysat am Abfuhrstutzen 32 des Dialysators 28 abgeführt und ein entsprechendes Volumen an frischem Dialysat am Zufuhrstutzen 34 des Dialysators 28 zugeführt wird. Der Zufuhrstutzen 34 ist mit dem Zufuhr-Leitungsstrang 12 der Leitungsanordnung 10 verbunden. Das andere Ende des Zufuhr-Leitungsstrangs 12 ist mit einem Dialysat-Reservoir 40 verbunden, welches beispielsweise als flexibler Beutel ausgebildet sein kann.
Der Abfuhrstutzen 32 des Dialysators 28 ist mit dem Abfuhr-Leitungsstrang 14 der Leitungsanordnung 10 verbunden. Das andere Ende des Abfuhr-Leitungsstrangs 14 ist mit einem Abfluss-Reservoir 42 verbunden. Typischerweise ist dies dadurch realisiert, dass ein freies Ende des Abfuhr-Leitungsstrangs 14 unter Zwischenschaltung einer Dekontaminationsstrecke mit der Kanalisation verbundenen wird.
In 2 ist der Beginn einer ersten Betriebsphase der erfindungsgemäßen Bilanzierungspumpenanordnung dargestellt. Eine Rolle 36, die das Andruckelement einer nicht weiter im Detail gezeigten Schlauchpumpe darstellt, befindet sich in ihrer maximal ausgelenkten Stellung an demjenigen Anschlag 20, der der Zufuhrleitung 12 nächst benachbart ist. Dies ist in 2 der rechte Anschlag 20. Der Einfachheit der Beschreibung halber werden die Bezeichnungen rechts, links, oben, unten im Folgenden in Bezug auf die jeweils besprochenen Figuren verwendet. Der Fachmann wird jedoch verstehen, dass dies keine Beschränkung der Allgemeinheit der Erfindung darstellt und beliebige Orientierungen bei realen Vorrichtungen möglich sind. Ausgehend von dem äußerst rechten Anschlag 20 bewegt sich die Rolle 36 in quetschender Weise über den quetschbaren Schlauchabschnitts 18 des Querleitungsstrangs 16. Hinter ihr entsteht dadurch ein Unterdruck, der sich in den Zufuhr-Leitungsstrang 12 fortsetzt. Durch diesen Unterdruck wird das Rückschlagventil 24a verschlossen. Das Rückschlagventil 24b öffnet hingegen, so dass frisches Dialysat aus dem Dialysat-Reservoir 40 in das sich hinter der Rolle 36 öffnende Lumen des Schlauchabschnitts 18 strömen kann.
Gleichzeitig treibt die Rolle 36 im Schlauchabschnitt 18 befindliche Flüssigkeit vor sich her und aus dem Querleitungsstrang 16 in den Abfuhr- Leitungsstrang 14 hinein, in dem ein Überdruck entsteht. Dieser Überdruck schließt das Rückschlagventil 24c und öffnet das Rückschlagventil 24d, so dass die ausgepresste Flüssigkeit in das Abfluss-Reservoir 42 abfließen kann.
3 zeigt die zweite Phase des Betriebs der Dialysevorrichtung von 2, die zu demjenigen Zeitpunkt beginnt, zu dem die Rolle 36 ihre maximale Auslenkung am äußersten linken Anschlag 20 erreicht hat. Hier wird die Drehrichtung der Rolle umgekehrt, so dass sie dieselbe Strecke auf dem Schlauchabschnitt 18 zurückläuft. Dabei presst sie das in der vorangegangenen Phase im Schlauchabschnitt 18 zwischengespeicherte Dialysat in den Zufuhr-Leitungsstrang 12, in dem ein Überdruck entsteht, welcher das Rückschlagventil 24b schließt und das Rückschlagventil 24a öffnet, so dass das Dialysat durch den Zufuhrstutzen 34 in den Dialysator 28 strömen kann.
Gleichzeitig entsteht auf der anderen Seite der Rolle 36 ein Unterdruck, der Flüssigkeit aus dem Abfuhr-Leitungsstrang 14 ansaugt. Durch den Unterdruck wird das Rückschlagventil 24d geschlossen und das Rückschlagventil 24c geöffnet, so dass Flüssigkeit durch den Abfuhrstutzen 32 aus dem Dialysator 28 zur Zwischenspeicherung in den Schlauchabschnitt 18 strömen kann.
Die beiden vorbeschriebenen Phasen wechseln sich zyklisch ab, so dass abwechselnd frisches Dialysat von unten rechts in den Schlauchabschnitt 18 geladen und gleichzeitig verbrauchtes Dialysat aus dem Schlauchabschnitt 18 nach unten links abgegeben und danach frisches Dialysat aus dem Schlauchabschnitt 18 nach oben rechts abgegeben und verbrauchtes Dialysat von oben links in den Schlauchabschnitt 18 geladen wird. Die in jeder Phase Zu- bzw. abgeführte Flüssigkeitsmenge wird dabei durch das Volumen des als Zwischenspeicher dienenden Schlauchabschnitts 18 bestimmt und ist in zwei aufeinander folgenden Phasen stets mit hoher Genauigkeit gleich.
Die 4 und 5 zeigen den Einsatz der Erfindung im Rahmen einer Hämofiltration. So ist im extrakorporalen Kreislauf statt des Dialysators 28 ein Hämofilter 29 dargestellt, dessen Funktions- und Anschlussweise dem Fachmann bekannt sind. Im Übrigen arbeitet die Vorrichtung wie oben im Zusammenhang mit den 2 und 3 beschrieben, wobei fachterminologisch jedoch ”verbrauchtes Dialysat” durch ”Filtrat” und ”frisches Dialysat” durch ”Substituat” zu ersetzen wäre. Auf eine Wiederholung im Übrigen soll hier verzichtet werden.
6 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung am Beispiel einer Dialyseeinrichtung. Die zentrale Leitungsanordnung 10 ist hier doppelt ausgeführt, was durch Verwendung derselben Bezugszeichen, jeweils gestrichen, zum Ausdruck gebracht wird. Bei der dargestellten Ausführungsform arbeitet die Rolle 36 auf den quetschbaren Schlauchabschnitten 18, 18' der Querleitungsstränge 16, 16' beider Leitungsanordnungen 10, 10' gleichzeitig und synchron. Allerdings sind die Querleitungsstränge 16, 16' in Bezug auf die Orientierung der Rückschlagventile 24a–24d, 24a'–24d' antiparallel zueinander. Während in der einen Leitungsanordnung 10 die oben als erste Phase beschriebene Betriebsphase abläuft, läuft in der anderen Leitungsanordnung 10' die oben als zweite Phase beschriebene Betriebsphase ab und umgekehrt. Hierdurch ergibt sich ein quasikontinuierlicher Zu- und Abfluss am Dialysator 28, wodurch sich die Effektivität der Behandlung deutlich verbessert.
Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere unterliegt die Wahl des Zielsystems keiner prinzipiellen Beschränkung.
Bezugszeichenliste

10, 10': Leitungsanordnung
12, 12': Zufuhr-Leitungsstrang
14, 14': Abfuhr-Leitungsstrang
16, 16': Querleitungsstrang
18, 18': quetschbarer Schlauchabschnitt
20, 20': Anschlag
22: Konnektor
24a–d; 24a'–d': Rückschlagventil
26: Eingangspfeil
28: Dialysator
29: Hämofilter
30: Ausgangspfeil
32: Abfuhrstutzen
34: Zufuhrstutzen
36: Rolle
37: Widerlager
40: Dialysat/Substituat-Reservoir
42: Abfluss-Reservoir

Claims

Bilanzierungspumpenanordnung zur volumengleichen Abfuhr und Zufuhr von Flüssigkeit eines Zielsystems, umfassend eine erste Leitungsanordnung (10) mit einem ersten Längsleitungsstrang (12) und einem dazu parallelen zweiten Längsleitungsstrang (14), die durch einen Querleitungsstrang (16), der wenigstens abschnittsweise Bestandteil einer Pumpenanordnung ist, miteinander verbunden sind, wobei beidseitig jeder Verbindungsstelle des Querleitungsstrangs (16) mit den Längsleitungssträngen (12, 14) am jeweiligen Längsleitungsstrang (12; 14) ein Richtungssperrventil (24a–d) angeordnet ist, wobei die Richtungssperrventile (24a, b) an dem als Zufuhr-Leitungsstrang (12) wirkenden, ersten Längsleitungsstrang (12) jeweils einen Flüssigkeitsstrom in Richtung vom Zielsystem weg selektiv sperren und die Richtungssperrventile (24c, d) an dem als Abfuhr-Leitungsstrang (14) wirkenden, zweiten Längsleitungsstrang (14) jeweils einen Flüssigkeitsstrom in Richtung zum Zielsystem hin selektiv sperren, dadurch gekennzeichnet, – dass die Richtungssperrventile (24a–d) als passive Rückschlagventile ausgebildet sind und – dass der Querleitungsstrang (16) wenigstens abschnittsweise als quetschbarer Schlauch (18) und die Pumpenanordnung als Schlauchpumpe ausgebildet ist, die wenigstens ein angetriebenes Andruckelement (36) aufweist, welches allein oder in koordinierter Kooperation mit weiteren angetriebenen Andruckelementen an dem quetschbaren Schlauchabschnitt (18) eine diesen quetschende Kontaktstelle bildet, welche über eine vorgegebene Strecke entlang dem an einem Widerlager (37) anliegenden Schlauchabschnitt (18) abwechselnd hin und her bewegbar ist.
Bilanzierungspumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Zufuhr-Leitungsstrang (12) ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei das erste Ende mit einem Zufuhrstutzen (34) des Zielsystems und das zweite Ende mit einem Flüssigkeits-Reservoir (40) verbunden ist, und – der Abfuhr-Leitungsstrang (14) ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei das erste Ende mit einem Abfuhrstutzen (32) des Zielsystems und das zweite Ende mit einem Abfluss-Reservoir (42) verbunden ist.
Bilanzierungspumpenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite, gleich der ersten Leitungsanordnung (10) aufgebaute Leitungsanordnung (10') vorhanden ist, deren Enden jeweils mit den korrespondierenden Enden der ersten Leitungsanordnung (10) verbunden sind und deren zugeordnete Schlauchpumpe in Bezug auf die Richtungsselektivität der Richtungssperrventile (24a–d; 24a'–d') richtungsumgekehrt zu der der ersten Leitungsanordnung (10) zugeordneten Schlauchpumpe arbeitet.
Bilanzierungspumpenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querleitungsstrang (16) der ersten Leitungsanordnung (10) und der Querleitungsstrang (16') der zweiten Leitungsanordnung (10') Bestandteile derselben Schlauchpumpe und innerhalb dieser in Bezug auf die Richtungsselektivität der jeweils zugeordneten Richtungssperrventile (24a–d; 24a'–d') umgekehrt zueinander orientiert sind.
Leitungsanordnung zur Verwendung in einer Bilanzierungspumpenanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend – ein erstes H-förmiges Schlauchsystem mit einem wenigstens abschnittsweise quetschbaren ersten Querleitungsstrang (16) und zwei mit diesem zur Bildung der H-Form verbundenen ersten Längsleitungssträngen (12, 14), – vier erste passive Rückschlagventile (24a–d), die jeweils einzeln in den vier freien Strangendabschnitten der ersten Längsleitungsstränge (12, 14) integriert sind, wobei die jeweils zwei einerseits des ersten Querleitungsstrangs (16) angeordneten ersten Rückschlagventile (24a, b) gleich orientiert und zu den zwei jeweils andererseits des ersten Querleitungsstrangs (16) angeordneten ersten Rückschlagventilen (24c, d) umgekehrt orientiert sind.
Leitungsanordnung nach Anspruch 5, umfassend zusätzlich – ein zweites H-förmiges Schlauchsystem mit einem wenigstens abschnittsweise quetschbaren zweiten Querleitungsstrang (16') und zwei mit diesem zur Bildung der H-Form verbundenen zweiten Längsleitungssträngen (12', 14') und – vier passive zweite Rückschlagventile (24a'–d'), die jeweils einzeln in den vier freien Strangendabschnitten der zweiten Längsleitungsstränge (12', 14') integriert sind, wobei die jeweils zwei einerseits des zweiten Querleitungsstrangs (16') angeordneten zweiten Rückschlagventile (24a', b') gleich orientiert und zu den zwei jeweils andererseits des zweiten Querleitungsstrangs (16) angeordneten zweiten Rückschlagventilen (24c', d') umgekehrt orientiert sind und wobei der erste und der zweite Querleitungsstrang (16; 16') in Bezug auf die Richtungsselektivität der jeweils zugeordneten Rückschlagventile (24a–d; 24a'–d') antiparallel zueinander fixiert sind und jeder Strangendabschnitt des ersten Schlauchsystems mit einem Strangendabschnitt des zweiten Schlauchsystems so verbunden ist, dass zwei Parallelschaltungen von jeweils zwei gleich orientierten Paaren von Rückschlagventilen (24a, b/24a' b'; 24c, d/24c' d') gegeben sind.
Leitungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass alle Längs- und Querleitungsstränge (12, 12', 14, 14', 16, 16') einstückig miteinander ausgebildet sind.
Leitungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Längs- und Querleitungsstränge (12, 12', 14, 14, 16, 16') mit den Rückschlagventilen (24a–d, 24a'–d') einstückig ausgebildet sind.
Leitungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 8, gekennzeichnet durch ihre Ausgestaltung als Einweg-Schlauchfolienanordnung.