用於確定血液導管中血流量的方法和設備的製作方法

2023-07-01 23:47:56 2

專利名稱：用於確定血液導管中血流量的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於確定血液導管中的血流量的測量方法領域。
在有腎衰竭的患者中，血液透析治療是一種代替腎的缺少功能的可能性。在血液透析時，患者的血液通過動脈血管被抽取出，在血液處理單元中被淨化，並且通過靜脈血管重新流回。血液處理單元可以被實施為血液透析儀，其中血液流過由半滲透膜互相隔開的兩個室中的第一室，而透析液體流過第二室。通過影響透析儀中的壓力比，可以有目的地從血液中抽取出液體。
也可以將血液處理單元構建為血液過濾器。在這種情況中，通過膜僅從血液中抽取出液體，而沒有液體連續地流過第二室。被抽取出的液體量的大部分通過導入替代液體重新流回到患者體內。
這種治療方法需要足夠的大約為200至450ml/min的血流量，以便在持續幾個小時的、每周大約進行3次的治療中實現血液的足夠的淨化。由於這個原因，通常都為依賴於血液透析的患者在動脈和靜脈之間設置動脈-靜脈瘻管或分流接管。在該管中形成足夠的血流，而同時該管與其它血管相比具有增大的尺寸，這對於穿刺來說是有利的。
在這樣的管中的血流量可能會隨時間而變化。特別是可能由於變窄而導致該管的緩慢阻塞。若血流量降低到體外循環所必需的血流速率之下，則治療的血液淨化能力會受到影響。在大多數情況下，該管的變窄已經發展到這種情況，以致只能利用相應的、例如外科手段來糾正。因此希望較早地知道這種危急的併發症，這樣也可以使用其它技術來消除這種併發症。
已經提出了許多技術來測量在該管中的血流量。諸如獨立使用或與體外血液循環一同使用的超聲都卜勒系統(例如Weitzel等，Am.J.Kidney Dis.38,935(2001))之類的方法為此需要附加的儀器並且在執行時很複雜。另外，測量必須由被特別培訓過的人員進行。
在另外一種已公開的方法中，藉助注入泵以恆定的注入速率向管中注入指示劑，其中從該管中順流提取樣本(Kaye等人，ClinicalNephrology8,533(1977))。通過對稀釋值的分析得出瘻管流量。這種方法需要附加的注入設備以及樣本提取設備和指示劑的有目的的使用。
其它系統利用血液透析儀器的體外血液循環來進行瘻管流量測量。US 5,866,015描述了一種方法，其中改變體外循環中的血液輸送速率並且測量並分析體外循環中的血液溫度的變化。在DE 199 17 197C1中也設置了不同的血流速率，以便分析在體外循環中的被測壓力的變化。在這種方法中的缺點在於，對不同血流速率的控制很複雜並且會妨礙血液處理。另外，在DE 199 17 197 C1中提出的方法中，對於測量的一部分必須中斷瘻管流量。
根據EP 0 781 161 B1的教導，除了在瘻管的入口的交換之外，還有必要在體外血液循環的出口端改變血液的物理特性，以產生可區分的血液特徵。然後根據稀釋曲線分析改變的程度。這種方法也要求另外的幹涉、例如指示劑溶液的注入或血液的其它的有目的的改變。在此，分析涉及對變化的整個時間進程的檢測，必須將其對團塊狀的變化求積分。
其它的方法、例如在W002/053212 A1或W0/98 17193 A1中所描述的方法的共同點是，體外血液的有目的改變以及對其時間變化的檢測是必需的。
除了確定心肺再循環之外，US 5,830,365還描述了這樣一種可能性，即藉助於再循環測量來確定瘻管流量。但是，在此，為了再循環測量同樣有目的地引起並分析血液特性的團塊狀的變化。
US 4,894,164描述了一種方法和裝置，利用它們可以在體外血液處理期間檢測並影響患者的熱平衡。瘻管流量的確定在此沒有被規定。
因此，本發明的任務在於，提供一種用於確定血液導管中的血流量的方法及設備，該方法或設備可以在無需附加地有目的地或受控地影響血液特性的情況下被使用。
根據本發明的教導，該任務通過具有權利要求1的特徵的方法或通過具有權利要求11的特徵的設備來解決。本發明的有利的擴展方案是從屬權利要求的主題。
本發明尤其可以應用於確定患者的血管中的血流量。這裡，如果相應的血液導管無論如何在體外血液治療的範圍中存在，則該應用首先是被推薦的。根據本發明的分析則可利用現有的部件基本通過軟體的規定來實現。
即使當血液導管在人體之外運行、例如在試管中應用時，本發明通常也可被運用其中。
本發明的其它的細節和優點藉助於附圖中所示的、根據本發明的設備的實施例來詳細描述。其中

圖1示出根據本發明的設備的一個實施形式的示意圖，以及圖2示出血液導管中的血流量的不同的情形圖，其血流量QF應被確定。
在圖1中所示的、根據本發明的設備的實施形式包括透析循環1以及血液循環2。在透析循環1中，透析液體藉助於輸送裝置11由透析液體源7經過透析液體輸入導管8、透析儀3的透析液體室5以及經過透析液體輸出導管9輸送到出口10。
在血液循環2中，通過動脈入口12在第一位置上從血液導管40中抽取血液。在該入口上連接著動脈導管14，動脈溫度傳感器20緊靠著該動脈導管14並且血液泵16被接在該動脈導管14中。動脈導管14導入透析儀3的血液室6中。血液從該室經過靜脈導管15、經過血液導管40的靜脈入口13返回到第二位置。靜脈溫度傳感器22緊靠著靜脈導管15。
血液室3和透析液體室5通過半滲透膜4彼此隔開。
該設備此外還具有分析單元27，該分析單元27通過測量導線23和24與用於相應溫度的檢測的動脈傳感器20和靜脈傳感器22相連接。分析單元27此外還通過導線30與控制單元18連接，該控制單元18用於通過導線17控制血液泵16。通過該控制單元18可以為血液泵16預定輸送速度，該輸送速度通過導線30同時被傳送給分析單元27。分析單元27通過導線29與顯示裝置28相連接，在該顯示裝置28上可顯示測量數據和控制數據以及分析結果。
本發明基於如下觀察，即為確定導管40中的導管流量QF，不需要有目的地操作例如靜脈導管15中的血液特性。相反，確定從導管40通過動脈導管14輸出以及通過靜脈導管15輸入的變量X的淨速率dX/dt就足夠了，這個變量X由血液的物理化學變量Y導出。對於在一個測量間隙期間有足夠的時間穩定性的情況，由動脈速率dXA/dt和靜脈速率dXv/dt的差所確定的淨速率dX/dt可以藉助於動脈以及靜脈導管中的物理化學特性Y的值YA和Yv來計算。於是，淨速率dX/dt可以被考慮用來推導出導管流量QF。
在這種情況下，下列等式適用於淨速率dX/dtdXdt=dXVdt-dXAdt=QB(YV-YA)---(1),]]>其中QB是動脈或靜脈導管中的血流量。
對於血液循環2中待確定的血流量QF和血流QB來說，在圖2中詳細表示出的多種不同情況是可能的。在圖2a和圖2b中，動脈導管14的分支12處於靜脈導管15的分支13的上遊。圖2a涉及血流量QB比待測的流量QF小的情況。在這種情況下，在動脈和靜脈分支之間保留了流量QF-QB，並且在導管40中不發生經過靜脈導管15返回的血液到動脈導管14的直接再循環。在這種情況下，最初不可應用本發明。
但是如果預定超過流量QF的流量QB(圖2b)，則在血液導管40中發生再循環。當預期待測的流量QF僅在一定的值域內時，在這些情況下可以以受控的方式引起該情形。於是該流量QF可被QB超過，由此迫使再循環產生。在這種情況下，血流量QB由兩個部分組成QB＝R·QB+QF(2)第一部分涉及再循環部分，而第二部分涉及流入導管40的部分。在此，再循環係數R給出血流量QB中再循環流量的百分比成分。
但是該再循環部分不向淨速率dX/dt提供分量，因為它被同樣地向血液導管40輸入和從血液導管40輸出。只有第二部分對該淨速率dX/dt作出貢獻dXdt=QF(YV-YB)---(3),]]>其中YB是在第一分支12前導管40中的物理化學特性。在求解QF之後由等式(3)得到。
QF=dXdtYV-YB=QB(YV-YA)YV-YB---(4).]]>如果Y是每體積血液的熱能，並且X是血液導管40中的血液的熱能E，則由等式(4)得到QF=dEdtcEB(TV-TB)=QB(TV-TA)(TV-TB)---(5a),]]>其中TA、TV和TB是動脈導管20中的血液的溫度、靜脈導管22中的血液的溫度以及流入血液導管40中的血液的溫度。血液的熱容以cE給出，並且血液的密度以ρB給出，其中假設它們在所有的導管中是相同的。
如果Y是血液導管40中的一種物質的濃度c，X是這種物質的物質量C，則對應於等式(5a)的、帶有相應的下標的等式(5b)為QF=dCdt(cV-cB)=QB(cV-cA)(cV-cB)---(5b).]]>根據本發明的方法可通過圖1中的實施形式如下來實施，在該實施形式中示出了一種血液透析裝置已表明，在透析處理時在從幾秒鐘到幾分鐘的測量時間間隔期間出發點可以是，導管14、15和40中的血液的溫度保持足夠的穩定。分析裝置27存儲在該測量時間間隙期間利用傳感器20和22測得的、動脈導管14中的溫度TA和靜脈導管15中的溫度Tv。為了提高精度，這裡傳感器20和22儘可能密地被設置在分支12或13上。基於血液所經過的從動脈傳感器20直到靜脈傳感器22的、尤其是經過透析儀3的路徑段，驚人地表明，溫度TA和Tv在該應用情況下實際上總是固有地足夠不同，以便能夠實現測量。
由控制單元18將血流量值QB通知給分析單元。該血流量值QB可由控制單元18選擇得足夠高，由此出現按照圖2b的情況。
由此分析單元27現在可藉助於等式(5a)來確定血液導管40中的流量QF，在該實施形式中採取下面的附加的措施控制單元直接在溫度TA和Tv的測量之前或之後將血流量調節到值QB2＜QB，圖2a中所示的情況適用於該值。在透析時，例如QB2＝150ml/min是合適的。然後，分析單元27檢測對於血流量QB2的溫度值TA。這個同樣由分析單元27所存儲的值對應於等式(5a)中的溫度值TB。由此，等式(5a)中所有的變量都是已知的，接著分析單元27可確定流量QF。於是必要時流量QF可被傳送到顯示裝置28上以便顯示出來。
本發明的另一個實施變型方案利用如在圖2c中所示的情況。在這種情況中，動脈導管14在靜脈導管15的下遊從血液導管40分岔，該情形在圖1中在括號中示出。在根據圖1的設備中，這容易地通過以下方式來實現，即血液泵16的輸送方向被翻轉。交換端子12和13是完全可能的。在這方面，明確地參見DE 195 28 907 C1的公開內容，其中介紹了用於此情況的分流電路(Weichenshaltung)。該分向電路可手動地控制，但也可自動地由控制單元18控制。
對於根據圖2c的情況，類似於等式(2)有QB＝R·QB+(1-R)QB(6)在這種情況下，還有R=QBQB+QF---(7).]]>又只有非再循環的、等式(6)中的第二部分對淨速率作出貢獻，該淨速率對於根據圖2c的情況應用dXrec/dt來表示。
相應地，等式(3)為dXrecdt=dXV,recdt-dXA,recdt=(1-QBQB+QF)QB(YV,rec-YB)---(8).]]>由等式(8)求解QF得到QF=QBdXrecdtQB(YV,rec-YB)-dXrecdt=QB(YV,rec-YA,rec)YA,rec-YB---(9).]]>現在可以以類似的方式如針對按照圖2b的情況那樣進行。這裡，同樣可類似地確定被測量YB，其中必須進行根據圖2a的連接。這可手動地或通過控制單元18受控地來實施，以便血液泵16的輸送方向被翻轉或者使用相應的分流電路。與等式(5a)和(5b)類似的關係通過在等式(9)中使用變量溫度T(其中還可以與比熱容cE和密度ρB相乘)或濃度c來得到。
在本發明的一個特別優選的、第三實施變型方案中，首先在根據圖2a或2b的情形中對淨速率dX/dt進行第一測量。然後，在根據圖2c的情形中通過血液泵16的輸送方向的翻轉或通過相應的分流電路執行淨速率dXrec/dt的第二測量。如果現在將等式(8)除以等式(1)，則得到等式(10)dXrecdtdXdt=QFQB+QFYV,rec-YBYV-YA---(10).]]>如果血流量QB被選擇得如此小，使得對於dX/dt的測量存在按照圖2a的情況，則YA＝YB。當代入等式(10)中時，由此對於這種情況QF=Z1-ZQB---(11a),]]>其中Z=dXrecdtdXdtYV-YAYV,rec-YA=YV,rec-YA,recYV,rec-YA---(11b).]]>在該實施變型方案中，分析單元27根據等式(11a)和(11b)計算流量QF，為此分析單元27如在上述的實施變型方案中那樣首先存儲各個測量值。
與等式(5a)和(5b)類似的關係現在又通過在等式(11b)中使用變量溫度T(其中還可以與比熱容cE和密度ρB相乘)或濃度c來得到。如果應在不同的血流量QB和QB，rec的情況下對dX/dt和dXrec/dt進行測量，則等式(11)可相應地被適配。
等式系統(11a)和(11b)現在可在確定的條件下被進一步簡化。在圖1中所示的設備中，血液流過透析儀3的血液室6。同時產生與透析液體室5中的透析液體的物質和能量的交換。如在血液透析中普遍的那樣，這兩種液體方向相反地流過透析儀，其中透析液體流量通常被選擇得大於血流量。同時，視當前的流量比和所使用的透析儀而定，尤其是對於溫度來說經常出現這樣的情況，即在血液室6的出口的血液採用在透析液體室5的入口的透析液體的溫度。
如果現在在持續幾秒最高至幾分鐘的測量階段期間透析液體輸入導管8中的溫度保持恆定，則靜脈導管15中的血液的溫度也保持恆定。在此，動脈導管14中的血液的溫度的較小偏差沒有影響。這意味著，等式(11b)中的溫度Tv和Tv，rec是相同的。(這裡針對在圖1中所示的實施形式，透析流量必須被翻轉以便確定dXrec/dt。在使用分流電路的情況下，其中透析儀3中的流量條件被保持，這是不必要的。)由此，在第一等號之後的第二分數的分子和分母被相同地減小。如果代入等式(11a)中，則由此得到等式(12)QF=QBdXrecdtdXdt-dXrecdt---(12).]]>在這種情況下可特別簡單地使用根據等式(1)所確定的淨速率dX/dt或dXrec/dt，以便確定血液導管40中的血流量。當滿足標準Yv＝Yv，rec時，則這總是適合的。
這裡所述的這些實施方案是在這樣的假設下被推導出的，即動脈導管14中的血流量和靜脈導管15中的血流量是相同的。在血液透析時，當通過超濾作用從動脈或靜脈導管中抽取液體時，在特定的情況下會出現與該假設的小的偏離。但是它處於本領域普通技術人員調整這些等式以符合這種情況的技術能力範圍內。除了導管中的血流速率之外，然後僅僅必須附加地檢測超濾流量。
在針對所謂的心肺再循環而測量患者的血管的情況下，類似地也適用。在心肺再循環中，具有特性Yv的、由靜脈導管15嚮導管40輸送的血液到達動脈導管14，以便通過患者的血液循環直接進行再循環，而無需在其它的身體區域內進行足夠的代謝作用補償或溫度補償。但是該分量通常是相對小的。
利用本發明提供了一種簡單的方法以及一種相應的設備，其中可以以最小的花費確定導管中的血流量，動脈導管和靜脈導管從該導管分岔。該測量可在較短時間內被實施，由此可以將可能同時進行的血液處理的影響保持在可被忽略的水平。不必有目的地添加指示劑。
權利要求
1.用於確定血液導管(40)中的血流量QF的方法，其中血液在第一位置(12)上通過動脈導管(14)分流，並在第二位置(13)上通過靜脈導管(15)返回，其中確定所述動脈導管(14)中血液的具有值YA的物理化學變量Y和所述靜脈導管(15)中血液的具有值YV的物理化學變量Y，所述物理化學變量Y對於測量間隔來說在時間上是恆定的，由值YA和YV確定在所述測量間隔期間由所述物理化學變量Y所導出的變量X進入或離開所述血液導管(40)的淨速率dX/dt，作為通過所述動脈導管(14)輸出的速率dXA/dt和通過所述靜脈導管(15)輸入的速率dXV/dt之差，以及使用所述淨速率dX/dt來確定所述血流量QF。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於，為了確定所述輸出的速率dXA/dt和所述輸入的速率dXV/dt，確定所述動脈導管和靜脈導管(14，15)中的血流量QB。
3.根據權利要求2的方法，其特徵在於，所述物理化學變量Y是每體積血液的熱能，而由其導出的變量X是所述血液導管(40)中的血液的熱能E。
4.根據權利要求3的方法，其特徵在於，為了確定淨熱能速率dE/dt，確定所述動脈導管(14)中的溫度TA和所述靜脈導管(15)中的溫度TV，並且基於下面的關係來確定淨能量速率dEdt=dEVdt-dEAdt=cEBQB(TV-TA)]]>其中cE是比熱容，而ρB是血液的密度。
5.根據權利要求2的方法，其特徵在於，所述物理化學變量Y是血液中一種物質的濃度c，而X是所述物質在所述血液導管(40)中的物質量C。
6.根據權利要求5的方法，其特徵在於，為了確定淨物質量速率dC/dt，確定所述物質在所述動脈導管(14)中的濃度cA以及在所述靜脈導管(15)中的濃度cV，並且基於下面的關係來確定淨物質量速率dCdt=dCVdt-dCAdt=QB(cV-cA).]]>
7.根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於，所述動脈導管(14)在所述靜脈導管(15)的上遊從所述血液導管(40)分岔，並且血流量QF的確定基於下面的關係來實現QF=dXdtYV-YB]]>其中YB是所述血液導管(40)中在所述動脈導管(14)的分支(12)上遊的物理化學變量。
8.根據權利要求2至6之一的方法，其特徵在於，所述動脈導管(14)在所述靜脈導管(15)的下遊從所述血液導管(40)分岔，其中淨速率用dXrec/dt來表示，所述靜脈導管中的物理化學變量用YV，rec來表示，並且基於下面的關係來確定血流量QFQF=QBdXrecdtQB(YV,rec-YB)-dXrecdt]]>其中XB是所述血液導管(40)中在所述靜脈導管(15)的分支(13)上遊的物理化學變量。
9.根據權利要求2至6之一的方法，其特徵在於，在相同的血流量QB的情況下，確定在所述動脈導管(14)相對於所述靜脈導管(15)在上遊側從所述血液導管(40)分岔時的淨速率dX/dt、以及在所述動脈導管(14)相對於所述靜脈導管(15)在下遊側從所述血液導管(40)分岔時的淨速率dXrec/dt，並且血流量QF根據下面的關係來確定QF=Z1-ZQB,]]>其中Z=dXrecdtdXdtYV-YAYV,rec-YA.]]>
10.用於測量血液導管(40)中的血流量的設備，具有從所述血液導管(40)分岔的動脈導管(14)，利用所述動脈導管(14)從所述血液導管輸出血液，通向所述血液導管(40)的靜脈導管(15)，利用所述靜脈導管(15)將血液輸入所述血液導管，動脈測量裝置(20)和靜脈測量裝置(22)，用於確定所述動脈導管(14)中血液的具有值YA的物理化學變量Y以及所述靜脈導管(15)中血液的具有值YV的物理化學變量Y，所述物理化學變量Y對於測量間隔來說在時間上是恆定的，與所述動脈測量裝置(20)和靜脈測量裝置(22)相連接的分析單元(27)，所述分析單元適於由值YA和YV來確定在所述測量間隔期間由所述物理化學變量Y所導出的變量X進入或離開所述血液導管(40)的淨速率dX/dt，作為通過所述動脈導管(14)輸出的速率dXA/dt和通過所述靜脈導管(15)輸入的速率之差，並且將所述淨速率dX/dt用於確定血流量QF，。
11.根據權利要求10的設備，其特徵在於，設有裝置(18)，用於檢測或預定所述動脈導管(14)和靜脈導管(15)中的血流量QB。
12.根據權利要求11的設備，其特徵在於，所述用於檢測血流量QB的裝置由與所述分析單元(27)相連接的流量傳感器構成。
13.根據權利要求12的設備，其特徵在於，所述用於檢測血流量QB的裝置由控制單元(18)構成，所述控制單元用於預定被布置在所述動脈導管(14)和/或靜脈導管(15)中的血液泵(16)的輸送速度，並且所述控制單元與所述分析單元(27)相連接。
14.根據權利要求11至13之一的設備，其特徵在於，所述物理化學變量Y是每體積血液的熱能，而由其導出的變量X是所述血液導管(40)中的血液的熱能E。
15.根據權利要求14的設備，其特徵在於，為了確定淨熱能速率dE/dt，所述動脈導管(TA)和靜脈導管(TV)中的測量裝置(20，22)是溫度傳感器，並且所述分析單元(27)適合於基於下面的關係來確定所述淨熱能速率dEdt=dEVdt-dEAdt=cEBQB(TV-TA)]]>其中cE是比熱容，ρB是血液的密度。
16.根據權利要求11至13之一的設備，其特徵在於，所述物理化學變量Y是血液中一種物質的濃度c，而X是所述物質在所述血液導管(40)中的物質量C。
17.根據權利要求16的設備，其特徵在於，為了確定淨物質量速率dC/dt，所述動脈導管(cA)和靜脈導管(cV)中的測量裝置(20，22)是濃度傳感器，並且所述分析單元(27)適合於基於下面的關係來確定所述淨物質量速率dCdt=dCVdt-dCAdt=QB(cV-cA).]]>
18.根據權利要求10至17之一的設備，其特徵在於，所述動脈導管(14)在所述靜脈導管(15)的上遊從所述血液導管(40)分岔，並且所述分析單元(27)適合於基於下面的關係來確定血流量QFQF=dXdtYV-YB]]>其中YB是所述血液導管(40)中在所述動脈導管(14)的分支(12)上遊的物理化學變量。
19.根據權利要求11至17之一的設備，其特徵在於，所述動脈導管(14)在所述靜脈導管(15)的下遊從所述血液導管(40)分岔，其中淨速率用dXrec/dt來表示以及所述靜脈導管中的物理化學變量用YV，rec來表示，並且所述分析單元(27)適合於基於下面的關係來確定血流量QFQF=QBdXrecdtQB(YV,rec-YB)-dXrecdt]]>其中YB是所述血液導管(40)中在所述靜脈導管(15)的分支(13)上遊的物理化學變量。
20.根據權利要求11至17之一的設備，其特徵在於，所述分析單元(27)適合於，在相同的血流量QB的情況下確定在所述動脈導管(14)相對於所述靜脈導管(15)在上遊側從所述血液導管(40)分岔時的淨速率dX/dt、以及在所述動脈導管(14)相對於所述靜脈導管(15)在下遊側從所述血液導管(40)分岔時的淨速率dXrec/dt，並且由此根據下面的關係來確定血流量QFQF=Z1-ZQB,]]>其中Z=dXrecdtdXdtYV-YAYV,rec-YA.]]>
21.根據權利要求10至20之一的設備，其特徵在於，所述動脈導管(14)和所述靜脈導管(15)是血液處理設備的體外血液循環(2)的一部分。
22.根據權利要求21的設備，其特徵在於，所述血液處理設備是血液透析儀。
23.根據權利要求21或22的設備，其特徵在於，待確定的血流量QF是患者的血管、尤其是動脈-靜脈瘻管或分流接管中的血流量。
24.根據權利要求10至23之一的設備，其特徵在於，所述設備具有顯示裝置(28)，所述顯示裝置適合於顯示所述血流量QF。
全文摘要
本發明涉及用於確定血液導管(40)中血流量QF的測量方法的領域。本發明尤其可用於確定患者的血管中的血流量，該血管通過動脈導管(14)和靜脈導管(15)與血液處理設備的體外血液循環(2)相連接。根據本發明，由血液的物理化學特性Y所導出的變量X的淨速率dX/dt藉助於在測量間隔期間動脈導管(14)和靜脈導管(14)中的物理化學特性在時間上足夠恆定的測量值Y
文檔編號A61B5/026GK1729384SQ200380107127
公開日2006年2月1日 申請日期2003年12月4日 優先權日2002年12月19日
發明者M·克雷默 申請人:弗雷森紐斯醫療護理德國有限責任公司