DE102011008482A1 - UV-Detektoranordnung - Google Patents

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Abstract

UV-Detektoranordnung, insbesondere zur Anbringung am Ablauf einer Dialyseanordnung, mit einer Messküvette mit mindestens abschnittsweise für UV-Strahlung transparenter Wandung, zwei benachbart zu einem UV-transparenten Wandungsabschnitt der Messküvette fixierten UV-LEDs mit unterschiedlichen Emissionswellenlängen, einem ersten für beide Emissions-Wellenlängen empfindlichen, breitbandigen UV-Photodetektor oder zwei ersten, für je eine der Emissions-Wellenlängen empfindlichen schmalbandigen UV-Photodetektoren, der/die benachbart zu dem oder einem weiteren UV-transparenten Wandungsabschnitt der Messküvette angeordnet ist/sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen fotometrischen Ultraviolettsensor (UV-Sensor), der beim Monitoring der Konzentration von mehreren im Dialyse-Prozess zu entfernenden Toxinen oder deren Kombinationen eingesetzt wird.
  • Für die Qualitätssicherung der Nierenersatztherapie (Hämodialyse, Hämofiltration, Hämodiafiltration) ist es wichtig, die Effektivität des Entfernens der im Organismus angereicherten Abfallstoffe während der Dialyse mitlaufend (online) zu beobachten, was bedeutet, dass die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Online-Messung von Dialyseparametern unter besonderer Beobachtung stehen müssen. Eines von vielen Verfahren zur Qualitätsbewertung der Dialyse ist das optische Verfahren, das auf der Absorption der UV-Strahlung (auch der Abschwächung oder der Aufnahme der UV-Strahlung) basiert.
  • Aus der WO 99/62574 ist ein Verfahren zur Dialysebeobachtung bekannt, das auf dem Registrieren eines optischen Signals basiert und wodurch eine Messung von traditionellen Qualitätsparametern der Dialyse (z. B. Kt/V, URR) unter Laborbedingungen ermöglicht wird. Dieses optische Verfahren basiert auf der Absorption (Abschwächung) der UV-Strahlung, die in dem aus dem Dialysegerät abfließenden Dialysat registriert wird. Im Dialysefilter werden verschiedene Abfallprodukte aus dem Blut in das Dialysat gefiltert, die aus dem Organismus abtransportiert werden.
  • Zur Bestimmung der Absorption der UV-Strahlung wird ein an das Dialysegerät angeschlossenes spektrofotometrisches System verwendet, das während der Durchführung von Online-Messungen mittels einer optischen Küvette an den Abfluss des Dialysegeräts angeschlossen wird. Die während einer Dialyse registrierte Absorption der UV-Strahlung ist linear mit mehreren aus dem Körper herausgefilterten kleinmolekularen toxischen Abfallprodukten verbunden, wie Urea, Kreatinin und Harnsäure. Bislang haben der Preis, die Abmessungen und die Komplexität der Anwendung des erwähnten spektrofotometrischen Systems seine Inbetriebnahme bei klinischen Online-Messungen limitiert.
  • Im Vergleich zum spektrometrischen System ist ein ziemlich kompakter und einfach anwendbarer „Dialyseangemessenheitsmonitor” (DIAMON) bekannt, der aus einer Lichtquelle (UV-LED – mit Höchststrahlung von 280 ± 5 nm), einer optischen Küvette, einem Detektor (GaNi-UV-Fotodiode) und einer Druckplatte besteht. Der Monitor wird an den Dialysatabfluss des Dialysators angeschlossen, in der Küvette erfolgt eine partielle Absorption der UV-Strahlung, abhängend von der Konzentration der Abfallprodukte im Dialysat, und die Absorption wird durch die Fotodiode detektiert, die für die Datenbearbeitung ein entsprechendes Signal sendet. Leider kann der im Monitor angewandte Sensor nur die auf Änderungen des Ureagehalts im Blut basierenden Dialysequalitätsparameter (Kt/V und URR) bewerten; vgl. „Accurate Online Estimation of Delivered Dialysis Dose by Dialysis Adequacy Monitor (DIAMON)", I. Fridolin u. a. (2007).
  • Anhand von wissenschaftlich-klinischen Studien ist festgelegt worden, dass durch das Monitoring eines einzigen Markers, der Urea, kein einheitliches Bild weder über die Dialysetherapie noch über den Patienten verschafft werden kann. Während einer Online-Dialysetherapie sollte man auch die Änderungen und die Entfernungseffektivität von anderen im Organismus angereicherten Abfallprodukten – urämischen Toxinen – beobachten. Die Studie „On the use of deep UV-LEDs for monitoring dialysis" von L. Rovati u. a. (2008) zeigt auch, dass obwohl die UV-LEDs für die Ausarbeitung von einfachen, kostengünstigen und optisch der Qualität entsprechenden für Online-Messungen geeigneten Sensoren verwendet werden können und damit auf große und teure Spektrometer in Monitorsystemen verzichtet werden kann, müsste man auch die auf der Eigenart der UV-LED-beruhende Tatsache berücksichtigen, dass zum Erhalt eines genauen Absorptionswertes die von der Lichtquelle ausgestrahlte optische Leistung unbedingt in Echtzeit bekannt sein muss, weil dieser Parameter wegen der zeit- und temperaturbedingten Änderungen in der Strahlungsintensität nicht in der Kalibrier-Konstante mitlaufend angelegt werden kann. Ebenso muss die Verwendung einer rundflächigen optischen Küvette vermieden werden, da diese eine Strahlenstreuung beim Durchfluss durch die Küvette verursacht.
  • Aufgabe dieser Erfindung ist es, die oben erwähnten Probleme zuverlässig, praktisch und ökonomisch zu lösen.
  • Diese Aufgabe kann mit Hilfe eines fotometrischen UV-Sensors bzw. einer UV-Detektoranordnung gemäß Anspruch 1 gelöst werden. Dieser/diese umfasst zwei oder mehrere für die Emission der UV-Strahlung vorgesehene, mit verschiedenen Wellenlängen versehene und in einem Gehäuse platzierte Schmalband-UV-LEDs (Wellenlängen der Emission bei 180–380 nm), eine optische Küvette und eine Breitband-Fotodiode als Fotodetektor.
  • Eine zusätzliche Fotodiode, die das Intensitätssignal der durch UV-LEDs freigesetzten Primärstrahlung fixiert, kann entweder in die Sensorgehäuse angelegt oder außerhalb dessen platziert sein. Das UV-LED-Gehäuse kann mit einer plankonvexen Linse ausgestattet sein, durch die die Parallelität der UV-Strahlung beim Ausgang aus dem Gehäuse und die Weiterleitung der UV-Strahlen auf das Fenster der optischen Küvette, auf das Dialysat und auf die plankonvexe Linse als auf die gegenüberliegende Fläche der Küvette gewährt ist, und diese Linse bringt die Endstrahlung in den Fotodetektor zusammen. Die zu dem fotometrischen UV-Sensor gehörende Elektronik und ein eingebauter Mikroprozessor, die nicht zur vorliegenden Erfindung gehören, bilden zusammen mit dem dargestellten Sensor ein einheitliches Modul.
  • Die Erfindung wird weiter anhand der folgenden Bilder erläutert:
  • 1 Schaltplan des fotometrischen UV-Sensors;
  • 2 Diagramm zur Bewertung der Konzentration von urämischen Toxinen;
  • 3 Schema des fotometrischen UV-Sensors (nachfolgend Sensor genannt).
  • 1 stellt ein Blockdiagramm des Sensors und das Dialysegerät dar. Der Sensor wird an den Dialysatabfluss des Dialysegeräts angeschlossen, so dass das aus dem Dialysator herausfließende Dialysat vollständig durch die optische Küvette des Sensors fließen kann. Einerseits wird durch diesen Anschluss dem Dialyseprozess in keiner Weise gestört, und andererseits werden Online-Messungen direkt am Dialysat mit sofortiger Ergebnisweitergabe ermöglicht. Ein solches Online-Monitoring ermöglicht es, während des Dialyseprozesses sofort die notwendigen Korrekturen zu vollziehen und Meldungen über Abweichungen in der Dialyseprozedur abzugeben.
  • Das Diagramm der 2 weist darauf hin, dass das Arbeitsprinzip des Sensors auf den in der Spektrografie bekannten Verfahren basieren, durch die aus dem summarisch gemessenen Spektrum Daten extrahiert werden können und somit eine Bewertung des Konzentration verschiedener Stoffe ermöglichen.
  • Entsprechend dem Schema der 3 setzt sich der Sensor aus einem Gehäuse 1 für die LEDs, mindestens aus zwei UV-LEDs 2a und 2b, einer optischen Küvette 3, einem Fotodetektor 4 und einer zusätzlichen Fotodiode 5 zusammen. Das Gehäuse 1 für die LEDs beinhaltet eine plankonvexe Linse 6, die optische Küvette 3 beinhaltet ein Fenster 7 und eine plankonvexe Linse 8. Alle aufgelisteten Komponenten sind im Gehäuse 9 angebracht.
  • Die Schmalband-UV-LEDs 2a und 2b (entsprechend mit Wellenlängen von λ1 und λ2) sind zusammen mit der plankonvexen Linse 6, die die Parallelität der primären UV-Strahlung 10 beim Ausfluss aus dem Gehäuse gewährleistet, im Gehäuse 1 angebracht. Die UV-LEDs 2a und 2b werden anhand eines festgelegten Algorithmus nacheinander eingeschaltet. Die UV-Strahlung durchfließt durch eine speziell konstruierte optische Küvette 3, in der die Strahlungsabsorption im aus dem Dialysegerät abfließenden Dialysat stattfindet und danach wird die Strahlung auf den Breitband-Fotodetektor 4 geleitet. Auf dem Fotodetektor 4 wird die Strahlungsintensität gemessen, und die Daten werden für eine weitere Bearbeitung weitergeleitet. Ein Teil der Primärstrahlung 10 wird vor der Küvette auf die zusätzliche Diode 5 gelenkt, die entweder im Sensorgehäuse angebracht oder außerhalb dessen platziert sein kann. Das von der zusätzlichen Fotodiode 5 kommende Signal fixiert im Realzeitmodus die Intensität der durch die LEDs 2a und 2b freigesetzten Primärstrahlung und diese wird für die Kalkulation der eigentlichen Absorption verwendet.
  • Die optische Küvette wird durch die Flächen des Fensters 7 und der Linse 8 gebildet, die im Messungsbereich der UV-Absorption den Fluss des Dialysats mit den festgelegten Dimensionen garantieren. Dir plankonvexe Linse 8 fokussiert die UV-Endstrahlung 11 und gewährleistet ein möglichst starkes Signal vom Fotodetektor 4. Der Aufbau der optischen Küvette 3 garantiert zugleich einen gleichlangen Weg der UV-Strahlung im zu messenden Dialysat, wodurch eine ausreichend genauer Kalkulation der Konzentrationen der zu messenden Stoffe im Dialysat ermöglicht wird. Der Nullpunkt der Absorption der UV-Strahlung (separat auf jeder verwendeten Wellenlänge) wird auf reinem Dialysat kalibriert, dabei werden die Anzeiger von dem Fotodetektor 4 und de zusätzlichen Fotodiode 5 fixiert. Diese Daten werden für die Kalkulation der eigentlichen Absorption verwendet.
  • Die zum Sensor gehörende Elektronik sowie der eingebaute Mikroprozessor ermöglichen eine Online-Übermittlung der Messungsergebnisse an das Datenbearbeitungssystem, wo anhand der Sensordaten Kalkulationen der Abfallstoffkonzentrationen und der allgemeinen zur Qualitätsbewertung der Dialyse angewandten Parameter gemacht werden: Kt/V, URR, PNA oder andere. Die erhaltenen Parameter können für die Online-Korrektur des Dialyseprozesses verwendet werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 99/62574 [0003]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • „Accurate Online Estimation of Delivered Dialysis Dose by Dialysis Adequacy Monitor (DIAMON)”, I. Fridolin u. a. (2007) [0005]
    • „On the use of deep UV-LEDs for monitoring dialysis” von L. Rovati u. a. (2008) [0006]

Claims (15)

  1. UV-Detektoranordnung, insbesondere zur Anbringung am Ablauf einer Dialyseanordnung, mit einer Messküvette mit mindestens abschnittsweise für UV-Strahlung transparenter Wandung, zwei benachbart zu einem UV-transparenten Wandungsabschnitt der Messküvette fixierten UV-LEDs mit unterschiedlichen Emissionswellenlängen, einem ersten für beide Emissions-Wellenlängen empfindlichen, breitbandigen UV-Photodetektor oder zwei ersten, für je eine der Emissions-Wellenlängen empfindlichen schmalbandigen UV-Photodetektoren, der/die benachbart zu dem oder einem weiteren UV-transparenten Wandungsabschnitt der Messküvette angeordnet ist/sind.
  2. UV-Detektoranordnung nach Anspruch 1, wobei die Messküvette eine vollständig UV-transparente Wandung oder zwei einander gegenüber liegende UV-transparente Wandungsabschnitte aufweist und die UV-LEDs und der/oder jeder UV-Photodetektor in Durchstrahlungsanordnung bezüglich der Messküvette positioniert sind.
  3. UV-Detektoranordnung nach Anspruch 1, wobei die UV-LEDs und der oder jeder UV-Photodetektor in Reflexionsanordnung gemeinsam auf einer Seite der Messküvette benachbart zum UV-transparenten Wandungsabschnitt positioniert sind und auf deren gegenüber liegendem Wandungsabschnitt ein UV-Reflektor vorgesehen ist.
  4. UV-Detektoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die UV-LEDs mit voneinander weg geneigten Strahlungsrichtungen fixiert sind und zwischen den UV-LEDs und der Messküvette eine Plankonvexlinse derart vorgesehen ist, dass die Strahlung beider UV-LEDs nach deren Passieren parallel gerichtet ist.
  5. UV-Detektoranordnung nach Anspruch 2 und Anspruch 4, wobei zwischen der Messküvette und dem ersten breitbandigen UV-Photodetektor eine Plankonvexlinse derart vorgesehen oder der zum ersten UV-Photodetektor benachbarte Wandungsabschnitt der Messküvette derart plankonvex ausgeführt ist, das die in der Messküvette parallel gerichtete Strahlung der beiden UV-LEDs auf den ersten UV-Photodetektor fokussiert wird.
  6. UV-Detektoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei den UV-LEDs eine Zeitsteuereinheit vorgeschaltet ist, die die UV-LEDs nach einem vorbestimmten Emissionsprogramm sequenziell aktiviert.
  7. UV-Detektoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die UV-LEDs, insbesondere zusammen mit der Zeitsteuereinheit, in einem gemeinsamen Strahlergehäuse untergebracht sind.
  8. UV-Detektoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die UV-LEDs zu einer Emission in Wellenlängenbereich zwischen 180 nm und 380 nm ausgebildet sind.
  9. UV-Detektoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in Strahlungsrichtung der UV-LEDs auf den gleichen Seite der Messküvette ein zweiter breitbandiger UV-Photodetektor oder zwei zweite schmalbandigen UV-Photodetektoren als Kalibrierungsdetektor(en) vorgesehen ist/sind, dessen/deren Detektionscharakteristik gleich derjenigen des/der ersten UV-Photodetektor(en) ist.
  10. UV-Detektoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Messküvette als Durchflussküvette zum Bewirken einer laminaren Durchströmung, insbesondere parallel zum UV-transparenten Wandungsabschnitt, ausgebildet ist.
  11. Fotometrischer UV-Sensor für das mehrkomponente Online-Monitoring von in einem Dialyseprozess zu entfernenden Toxinen im aus dem Dialysegerät abfließenden Dialysat, der eine UV-LED (2) als Lichtquelle, eine optische Küvette (3) und einen Fotodetektor (4) beinhaltet, wobei die Komponenten des fotometrischen UV-Sensors in einem einheitlichen Gehäuse (9) angebracht sind, in dem zwei mit verschiedenen Wellenlängen versehene und anhand eines festgelegten Algorithmus nacheinander einzuschaltende Schmalband-UV-LEDs (2a und 2b) als Lichtquelle angewandt werden, die in dem gemeinschaftlichen Gehäuse (1) angebracht sind, wobei um die Parallelität der primären UV-Strahlung beim Ausfluss aus dem Gehäuse zu gewährleisten, eine plankonvexe Linse (6) als eine Wand vorgesehen ist, um den Fluss des mit den vorgegebenen Dimensionen versehenen Dialysats im Messungsbereich der UV-Absorption zu gewährleisten, und die optische Küvette (3) aus den Flächen des Fensters (7) und der die Endstrahlung (11) fokussierenden plankonvexen Linse (8) gebildet ist und wobei der fotometrische UV-Sensor für die Feststellung der Intensität der Primärstrahlung (10) und für die Schaltung der Kalibrierungskonstante mit einer vor die plankonvexe Linse (6) gestellten zusätzlichen Breitband-Fotodiode (5) ausgestattet ist.
  12. Fotometrischer UV-Sensor nach Anspruch 11, wobei Lichtquellen mit mehr als zwei verschiedenen Schmalstreifen-Wellenlängen versehenen und anhand eines festgelegten Algorithmus nacheinander einzuschaltende Schmalband-UV-LEDs (2c, ...) vorgesehen sind.
  13. Fotometrischer UV-Sensor nach Anspruch 11 oder 12, wobei der vorgesehene Bereich der durch den UV-LEDs (2a, 2b, 2c, ...) freigesetzten Wellenlängen innerhalb von 180–380 nm liegt.
  14. Fotometrischer UV-Sensor nach einem der Ansprüche 11, 12 oder 13, wobei der Fotodetektor (4) durch eine Breitband-Fotodiode gegeben ist.
  15. Dialyseanordnung, mit einer UV-Detektoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche am Ablauf derart angeordnet ist, dass deren Messküvette von verbrauchtem Dialysat durchströmt wird.
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