DE19882693B4

DE19882693B4 - On-line-Sensoranordnung zum Messen eines Bioanalyten wie etwa Lactat

Info

Publication number: DE19882693B4
Application number: DE19882693T
Authority: DE
Inventors: James Alameda Say; Nathan R. Ada Long; Eric A. Lincoln Peper; Henning Pleasant Hill SAKSLUND
Original assignee: Pepex Biomedical Inc
Current assignee: Pepex Biomedical Inc
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1998-09-23
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2018-09-24
Also published as: US6117290A; GB2344897A; WO1999017114A1; JP2001518619A; GB0006885D0; AU9775298A; DE19882693T1; GB2344897B

Abstract

On-line-Sensoranordnung (210) umfassend:
einen Analytsensor (214);
eine erste Flüssigkeitsströmungsleitung (220) zum Absaugen einer Flüssigkeitsprobe von einem Patienten und das Überführen der Flüssigkeitsprobe zum Analytsensor (214);
eine Quelle (235) einer Sensorkalibrierflüssigkeit;
eine zweite Flüssigkeitsströmungsleitung (223), die eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der Quelle (235) der Sensorkalibrierflüssigkeit und dem Analytsensor (214) herstellt; und
eine Spritze (216) mit Kolben (228), Kolbenkammer (292) und Spritzengehäuse (290) zum Absaugen einer Flüssigkeitsprobe durch die erste Flüssigkeitsströmungsleitung (220) zu dem Analytsensor (214), wobei das Spritzengehäuse (290) von einer Seitenwand (302), die eine erste Öffnung (294) begrenzt, und einem Basisende (300), das eine zweite Öffnung (296) begrenzt, gebildet wird, wobei die erste Öffnung (294) eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Spritzengehäuse (290) und der Quelle (235) der Sensorkalibrierflüssigkeit und die zweite Öffnung (296) eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Spritzengehäuse (290) und der zweiten Flüssigkeitsströmungsleitung (223) herstellt.

Description

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf eine On-line-Sensoranordnung zum Messen von Bioanalyten, insbesondere zum Messen von Lactat.
Bei Patienten in kritischem Zustand waren die Ärzte lange auf persönliche Untersuchung und klinische Laborergebnisse angewiesen, um die Anwesenheit und Konzentration von biologischen Analyten in einem Patienten zu bestimmen. Klinische Laboratorien bieten ein breites Angebot an automatisierten Systemen zur großvolumigen Untersuchung und zur analytischen Unterstützung in einer gut kontrollierten, hochqualitativen Umgebung. Dennoch können klinische Laboratorien sofortige Ergebnisse, die zur richtigen Behandlung von Patienten mit Trauma oder Multiorgan-Fehlfunktionen/Versagen benötigt werden, nicht liefern.
Um dem klinischen Bedürfnis nach sofortigen Untersuchungsergebnissen gerecht zu werden, entwickeln sich zahlreiche Technologien zur Untersuchung, die zuverlässige, automatische Analysegeräte am Bett des Patienten verwenden. Dieser Typ zur Bestimmung wird allgemein als point-of-care-(POC)-diagnostische Untersuchung bezeichnet. POC-diagnostische Untersuchungssysteme beinhalten elektrochemische Biosensoren, optische Fluoreszenssensoren, paramagnetische Partikel für Gerinnungstestsysteme, und mikromaschinelle Geräte sowohl zur chemischen als auch zur immunochemischen Bestimmung. Diese Technologien haben chemische Multianalyt-Meßsysteme ermöglicht, die schnell durchgeführt werden können, und die früheren Hindernissen, wie etwa die Kalibrierung von Testgeräten, begegnen. POC-Untersuchungen können klassifiziert werden als: 1) in-vitro, die am Bett durchgeführt werden; 2) ex-vivo oder para-vivo, die am Handgelenk durchgeführt werden; und 3) in-vivo, die im inneren des Patienten durchgeführt werden. POC-Untersuchungen bieten indirekt Kosteneffizienz und Einsparungen, wie etwa reduzierte Laborkosten, verminderte Blutbestimmungs- und Transportfehler, und eine Reduzierung der Komplikationen bei Patienten.
In-vitro- oder am-Bett-POC-Geräte werden typischerweise in einigen Abteilungen des Krankenhauses verwendet, einschließlich Intensivstationen; Operationsräume; Unfallstationen (ER); Interventionsabteilungen; allgemeine Abteilungen zur Behandlung von Patienten; und Einheiten für die ambulante Chirurgie und die ambulante Behandlung. In-vitro-POC-diagnostische Untersuchungen bieten ein breites Spektrum an diagnostischen Tests, vergleichbar mit einem klinischen Labor. In-vitro-POC-diagnostische Untersuchungssysteme sind typischerweise nicht on-line mit dem Patienten verbunden und benötigen einen Bediener zur Blutprobenentnahme. Schlüsselkategorien der diagnostischen Untersuchungen auf dem POC-diagnostischen Markt beinhalten arterielle Blutgase, Blutchemie, Blutglucose, Gerinnung, Untersuchung von Drogenmißbrauch, Hämoglobin, Hämatocrit, Infektionskrankheiten, und die therapeutische Wirkstoffüberwachung. Andere Kategorien beinhalten Krebsmarker, Herzmarker, Cholesterinbestimmung, Immundiagnostiken, die Bestimmung von Infektionskrankheiten, Lactat, und die thrombolytische Überwachung.
Ex-vivo-POC-Diagnostiken verwenden externe Sensoren zur on-line-Echtzeit-Untersuchung mit geringem bis keinem Blutverlust. Typischerweise fließt das entnommene Blut durch ein geschlossenes System, um den Blutkontakt zu minimieren. Ex-vivo-POC-Systeme minimieren Probleme, die mit in-vivo-Sensoren assoziiert sind, einschließlich Gerinnung, Ungenauigkeit, Kalibrierungsdrift, und die Unfähigkeit zur Rekalibrierung, wenn sich die Sensoren einmal im Patienten befinden. Optical Sensors, Inc. aus Minneapolis, Minnesota, hat kürzlich ex-vivo-Blutgasanalysierer auf den Markt gebracht, die ein von Hand zu bedienendes Spritzensystem verwenden. VIA Medical Corporation aus San Diego, Californien, hat ex-vivo-Blutglucoseanalysierer auf den Markt gebracht, die ein automatisiertes Probenentnahme- und Analysiersystem für relativ große Volumen verwenden. Das US-Patent 5 505 828 offenbart ein beispielhaftes ex-vivo-POC-System.
In-vivo-POC-Diagnostiken bieten ein beträchtliches Potential bei der Behandlung der meisten kritischen und instabilen Patienten. Obwohl viele Unternehmen in-vivo-Sensoren entwickeln, haben bisher technische Hürden eine allgemeine kommerzielle Verwendung von in-vivo Sensoren verhindert.
Ex-vivo- und in-vivo-POC-Diagnostiken, können, da sie on-line-Systeme darstellen, Fehler, die in der Qualitätskontrolle und der Informationsintegration in klinischen oder in in-vitro-POC-Bestimmungen auftauchen, reduzieren. Fehler in der Qualitätskontrolle sind häufig eine Folge von Bedienungsfehlern, nicht aber von Instrument- oder Gerätefehlern. Beispielhafte Fehler beinhalten ein unpassendes Probevolumen, ungenaue Kalibrierung, die Verwendung von abgelaufenen Teststreifen, eine unzulängliche Validierung, unzureichende Wartung der Instrumente, schlechtes Timing im Testverfahren, und die Verwendung falscher Materialien. Die Integration eines klinischen Informationssystems macht es möglich, dass Testdaten, die am Bett gesammelt wurden, direkt in die Patientenakte aufgenommen werden. Dies verbessert die Effizienz des Prozesses der Patientenverwaltung, indem die Integration des Informationssystems aus dem Labor und der klinischen Informationssysteme ermöglicht wird, einen „nahtloser" Fluß aller Arten von Patienteninformation liefernd.
Aus der DE 693 07 145 T2 ist eine On-line-Sensoranordnung bekannt, die auch zur Bestimmung von Lactat verwendet werden kann. Die bekannte Vorrichtung umfaßt eine Sensoranordnung und eine Referenzanordnung, die Seite an Seite auf einem Armbrett montiert sind, das an einen Patienten angeschlossen werden kann.
Aus der DE 196 05 246 A1 ist ein Sensor zur Messung der Konzentration eines in einer Flüssigkeit gelösten Gases bekannt. Die Vorrichtung weist eine in ein Blutgefäß einführbare Kanüle mit einer innerhalb des Blutgefäßes befindlichen offenen Spitze und einem außerhalb des Blutgefäßes befindlichen offenen Ende auf. Das offene Ende wird über eine Pumpe mit einem eine Eichflüssigkeit enthaltenden gasdichten Gefäß verbunden.
Die EP 0 273 258 A1 beschreibt eine Anordnung zur Untersuchung von Blut mit einem Meßsensor, der sowohl mit dem Meßmedium als auch mit einem Referenzsensor sowie einer Pumpe und einem flüssigen Eichmedium verbunden ist. Für eine Blutuntersuchung wird ein Katheter in den Blutstrom des Patienten eingeführt.
Aus der WO 96/22730 A1 ist ein Sensor bekannt, bei der die Spitze des Sensors sich über das Ende einer Kanüle in die Arterie eines Patienten erstreckt.
Die US 5,234,835 beschreibt ein Sensorsystem mit einem Trockensensor. Mit diesem System wird beispielsweise der Partialdruck von Sauerstoff oder Kohlendioxid im Blut gemessen, ohne Blut zu entnehmen. Hierzu wird eine Kanüle in den Körper des Patienten eingeführt.
Weitere Sensorsysteme werden beschrieben in der DE 41 23 441 A1 , der US 4,919,649 und der WO 88/05643 A1 .
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfach gebaute, preiswerte Sensoranordnung mit der Möglichkeit einer Probenentnahme vom Patienten und einer Kalibriereinheit anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch eine Sensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Sensoranordnung beinhaltet einen Sensor und ein Pumpgerät zur Kontrolle des Flüssigkeitsstroms vorbei am Sensor. Das Pumpgerät beinhaltet ein Gehäuse, welches eine Kolbenkammer begrenzt. Ein Kolben ist hin und her bewegbar innerhalb der Kammer montiert. Das Gehäuse begrenzt erste und zweite Öffnungen, die einen Zugang zur Kolbenkammer vermitteln. Die erste Öffnung ist in axialer Richtung von der zweiten Öffnung beabstandet. Die Anordnung beinhaltet auch eine erste Flüssigkeitsströmungsleitung, die eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Sensor und einer Probenflüssigkeit vermittelt, und eine zweite Flüssigkeitsströmungsleitung, die eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der zweiten Öffnung des Gehäuses und dem Sensor vermittelt. Die Sensoranordnung beinhaltet des weiteren eine Quelle für die Kalibrierflüssigkeit beinhaltend ein Kalibriermittel zur Kalibrierung des Sensors. Die Quelle der Kalibrierflüssigkeit befindet sich in Flüssigkeitsverbindung zur ersten Öffnung des Gehäuses.
Zum besseren Verständnis der Erfindung, ihrer Vorteile, und ihrer mit ihrer Anwendung angestrebten Ziele, sollte eine Bezug genommen werden auf die Zeichnungen und die beigefügte Beschreibung, in denen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung beschrieben wird.
Es zeigen:
1 eine schematische Veranschaulichung einer Ausführungsform der Sensoranordnung;
2A eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Pumpgerätes, welches geeignet ist zur Verwendung mit dem System aus 1, das Pumpgerät ist in einer zurückgezogenen Position dargestellt;
2B schematisch das Pumpgerät aus der 2A in einer hinausgezogenen Position.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf Systeme zur Ermöglichung einer on-line-Überwachung/Messung von Bioanalyten in einem Patienten. Ein besonderer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zur Ermöglichung einer on-line-Messung von Lactat-Konzentrationen in einem Patienten.
Lactat ist ein kleines Molekül, welches in allen „leidenden" Geweben und Organen des Körpers eines Patienten, produziert wird. Wo immer im Körper eines Patienten die Nachfrage an Sauerstoff das Angebot übersteigt, existiert ein Zustand mit geringer Perfusion, und Lactat wird gebildet. So wird beispielsweise Lactat gebildet, wenn ein Patient blutet, wenn das Herz eines Patienten versagt, wenn der Verlust eines Gliedmaßes droht, oder wenn eine Person nicht genug Sauerstoff zum Atmen bekommt. Es kommt also durch viele lebens- und gliedmaßenbedrohende Situationen zur Produktion erhöhter Blutlactatspiegel, auch in Gegenwart einer ausreichenden Sauerstoffzufuhr zum Patienten. Es ist eine Frage des Sauerstoffangebotes und der metabolischen Nachfrage.
Auf der zellulären Ebene ist Lactat umgekehrt proportional zum vitalen zellulären Energievorrat an Adenosintriphosphat, und es wird innerhalb von sechs Sekunden nach unzulänglicher Perfusion oder zellulärer Schädigung produziert. Es ist somit ein idealer biochemischer Überwacher der zellulären Lebensfähigkeit auf der Ebene des Gewebes und der Lebensfähigkeit des Patienten auf der systemischen Ebene.
In klinischer Sicht ist die unheilvolle Bedeutung erhöhter und steigender Blutlactatwerte bekannt. Fachärzte für Trauma und klinische Beweise unterstützen die Hypothese, dass eine einfache, günstige, kontinuierliche Überwachung der Trauma-Einstellung Leben retten wird durch die Lieferung von rechtzeitigen, lebensrettenden Informationen, die helfen, eine Notversorgung und Therapie zu diktieren. So hat beispielsweise ein Patient auf einer Unfallstation, der einen Blutlactatspiegel von 4 mM besitzt, eine Sterblichkeitswahrscheinlichkeit von 92% innerhalb der nächsten 24 Stunden. Wenn der Spiegel 6 mM beträgt, so steigt die Sterblichkeitswahrscheinlichkeit auf 98%. In Tierexperimenten beginnt der Blutlactatspiegel innerhalb von Minuten nach einer Blutung zu steigen, und beginnt, gegensätzlich, ebenso schnell nach angemessener Wiederbelebung zu fallen. In mehrfachvariierenden Analysen ist Blutlactat der beste Indikator für das Ausmaß eines Schocks (überlegen gegenüber dem Blutdruck, der Herzfrequenz, dem Urinauslaß, dem Basenmangel, dem Blutgas und Swan-Ganz-Daten) und es steht im Verhältnis zum entnehmbaren Blutvolumen. Blutlactatspiegel korrelieren mit den Überlebenschancen des Traumapatienten. Therapien, die bei der Kontrolle des steigenden Lactatspiegels des Patienten versagen, müssen modifiziert werden oder zusätzliche Diagnosen müssen schnell ermittelt werden.
1 illustriert eine Sensoranordnung 210. Ein allgemeiner Aspekt der Sensoranordnung 210 ist die Bereitstellung eines ex-vivo-Analytsensors für die on-line-Messung von Bioanalyten wie etwa Lactat, Glucose oder anderer Analyten. Um die Herstellung und die Effizienz beim Betrieb zu erleichtern, besitzt die Sensoranordnung 210 einen einfachen, ununterbrochenen Strömungspfad, der so angepaßt ist, dass er sich vom Patienten, vorbei an einen Analytsensor, zu einer Quelle der Kalibrierflüssigkeit erstreckt. Der Ausdruck „einfacher ununterbrochener Strömungspfad" soll ausdrücken, dass das System keine Ventile oder ähnliche Geräte zur Strömungskontrolle verwendet, um die Strömung zwischen dem Patienten und der Quelle der Kalibrierflüssigkeit zu leiten.
Das System ist bevorzugt ein bidirektionales System. Der Ausdruck „bidirektional" soll ausdrücken, dass die Strömung hin und her über den Sensor durch die einzige Strömungsleitung geführt werden kann. Zum Beispiel kann die Strömung in einer ersten Richtung von der Quelle der Kalibrierflüssigkeit zum Patienten hin geführt werden. Dies erlaubt die Kalibrierung des Sensors und die Beschichtung des gesamten Strömungspfads mit Anitkoagulanz. Nach der Kalibrierung des Sensors und der Beschichtung des Strömungspfads mit Antikoagnulanz wird die Strömung im System bevorzugt umgekehrt, um zu erreichen, dass eine Flüssigkeitsprobe vom Patienten über den Sensor hin zur Quelle der Kalibrierflüssigkeit strömt. Dies erlaubt die Messung eines Analytspiegels der Flüssigkeitsprobe durch den Sensor.
Die bidirektionale Natur des Systems eliminiert die Notwendigkeit für interne Ventile entlang des kontinuierlichen Strömungspfades. Die bidirektionale Natur des Systems reduziert auch die Herstellungskosten. Dies ist besonders bedeutend bei Einwegsystemen.
Um das Unbehagen beim Patienten zu minimieren, bezieht sich ein Merkmal der Sensoranordnung auf die Verwendung relativ geringer Strömungsgeschwindigkeiten durch den Strömungspfad. Zum Beispiel sind Strömungsgeschwindigkeiten von weniger als 100 Mikrolitern pro Minute, oder weniger als 50 Mikroliter pro Minute bevorzugt. Derart geringe Strömungsgeschwindigkeiten ermöglichen es, dass Probeflüssigkeiten aus Regionen mit geringer Strömung, wie etwa Kapillarbetten, abgezogen werden können, wobei das Unbehagen der Patienten weiter reduziert wird.
Die Sensoranordnung liefert ein einfaches und relativ günstiges System zur Überwachung von Analytspiegeln, wie etwa Lacatspiegeln, in einem Patienten. Da das System eine minimale Anzahl von Teilelementen besitzt, ist das System in idealer Weise als Einwegsystem geeignet. Die Einfachheit des Systems erleichtert auch den Zusammenbau und die Bedienung.
Auf die 1 zurückverweisend beinhaltet die Sensoranordnung 210 im allgemeinen einen Katheter 212 zur Entnahme einer Flüssigkeitstestprobe, ein Sensormodul 214 zur Messung eines Analyts, wie etwa Lactat, in der Probe, und eine Spritze 216. Ein einfacher, ununterbrochener Strömungspfad 218 erstreckt sich zwischen der Spritze 216 und dem Katheter 212. Der Strömungspfad 218 wird durch eine erste Strömungsleitung 220, die sich zwischen dem Katheter 212 und dem Sensormodul 214 erstreckt, einer Testkammer 222 gebildet durch das Sensormodul 214, und einer zweiten Strömungsleitung 223, die sich zwischen dem Sensormodul 214 und der spritze 216 erstreckt, gebildet. Die Sensoranordnung 210 beinhaltet auch eine Kontrolleinheit oder ein Steuergerät 224, das mit einem Spritzentreiber 226 gekoppelt ist, eine Eingabeeinheit 227 wie etwa eine Tastatur, einen Speicher 229, einen elektrochemischen Sensor 234 innerhalb des Sensormoduls 214, und eine Displayeinheit 230 wie etwa einen Monitor. Die Quelle der Kalibrierflüssigkeit 235 liefert bevorzugt die Kalibrierflüssigkeit zur Spritze 216 durch eine dritte Strömungsleitung 236. Die Spritze 216 saugt Kalibrierflüssigkeit von der Quelle der Kalibrierflüssigkeit 235 ab, und sie dient selbst als Quelle für die Kalibrierflüssigkeit im Hinblick auf die zweite Strömungslinie 223.
Es ist für den Katheter 212 bevorzugt, dass er ein Katheter mit relativ schmalem Durchmesser ist, der in der Lage ist, Blutproben aus dem Kapillarbett des Patienten 217 abzuziehen. Der Katheter 212 ist bevorzugt in der Lage, Blut oder andere Flüssigkeitsproben mit einer Geschwindigkeit von weniger als 100 Mikrolitern pro Minute oder weniger als 50 Mikrolitern pro Minute abzuziehen. Natürlich können konventionelle Venenkatheter oder andere Typen von Kathetern ebenfalls zum Abziehen von Testflüssigkeiten vom Patienten verwendet werden. Andere Techniken zum Abziehen von Flüssigkeitsproben vom Patienten bei einer medizinischen Anwendung beinhalten Intrakranialdruck (ICP), Mikrodialyse und Iontophorese.
Die erste, zweite und dritte Strömungsleitung 220, 223 und 236 werden bevorzugt durch konventionelle medizinische Schläuche gebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform besitzen die Strömungsleitungen 220 und 223 einen inneren Durchmesser von weniger als 0,318 cm oder weniger als 0,254, oder etwa 0,0254 cm. Die relativ kleinen Durchmesser der ersten und zweiten Strömungsleitungen 220 und 223 helfen, eine Durchmischung zwischen den durch den Katheter 212 abgezogenen Flüssigkeitsproben und der in den Strömungspfad 218 durch die Spritze 216 eingelassenen Kalibrierflüssigkeit zu verhindern. Eine Durchmischung wird verhindert, weil die dynamische Front, die zwischen der Flüssigkeitsprobe und der Kalibrierflüssigkeit gebildet wird, eine kleine Fläche aufweist, so dass eine Verunreinigung durch Diffusion minimiert wird. Zusätzlich wird eine Durchmischung auch durch die Aufrechterhaltung einer laminaren Strömung innerhalb des Strömungspfades 218 verhindert.
In Form eines nicht-limitierenden Beispiels kann die Quelle der Kalibrierflüssigkeit ein konventioneller intravenöser (IV) Beutel sein, der Kalibrierflüssigkeit in die Spritze 216 durch Schwerkraft durch die dritte Strömungsleitung 236 speist. Natürlich können auch andere Geräte, wie etwa Spritzpumpen, pneumatische Pumpen oder Peristaltikpumpen, ebenso verwendet werden. Eine bevorzugte, der Spritze 216 zugeführte Kalibrierflüssigkeit enthält eine vorbestimmte Konzentration eines Kalibriermittels, wie etwa Lactat für Lactatsensoren, oder Glucose für Glucosesensoren. Die Kalibrierflüssigkeit kann eine Vielzahl an anderen Komponenten zusätzlich zum Kalibriermittel enthalten. Zum Beispiel kann ein Antigkoagulanz, wie etwa Natriumcitrat verwendet werden. Eine bevorzugte Kalibrierflüssigkeit umfaßt eine Lösung aus Natriumcitrat, Kochsalz und Lactat. Natürlich wird Lactat nur verwendet, wenn eine Lactatsensor im System verwendet wird. Andere Typen von Kalibriermitteln können im System verwendet werden, einschließlich Glucose, Kalium, Natrium, Calcium oder Ringers Lactat.
Es wird akzeptiert, dass die Kontrolleinheit 224 jeden Typ eines Reglers, wie etwa ein Mirko-Regler, ein hardware-gesteuerten Regler, ein firmwave-gesteuerten Regler, oder einen software-gesteuerter Regler beinhalten kann. In gleicher Weise kann der Spritzentreiben 226, die Displayeinheit 230, und die Eingabeeinheit 227 die Hüllenkomponenten darstellen. Ein geeignetes Gerät zum Beispiel, welches einen Regler, eine Displayeinheit, eine Eingabeeinheit, und einen Spritzentreiber beinhaltet, wird von der Alaris Corporation aus San Diego, Californien, unter dem Namen Ivac, oder von der Medex Corporation aus Hilliard, Ohio, unter dem Namen MedFusion vertrieben.
Der elektrochemische Sensor 234 der Sensoranordnung 210 ist bevorzugt ein verkabelter Enzymsensor zur Detektion oder Messung von Bioanalyten. Anschauliche verkabelte Enzymsensoren sind in den US-Patenten US 5 264 105 ; US 5 356 786 ; US 5 262 035 ; und US 5 320 725 beschrieben, die durch Inbezugnahme eingeschlossen sind.
Wie in den 2A und 2B dargestellt, ist der Kolben 228 zwischen einer ersten Position (dargestellt in der 2A), in welcher die erste Öffnung 294 geöffnet ist und Kalibrierflüssigkeit in die Kolbenkammer 292 eindringen kann, und einer zweiten Position (dargestellt in der 2B), in welcher der Kolbenkopf 304 die erste Öffnung 294 blockiert, so dass das Eindringen der Kalibrierflüssigkeit in die Kolbenkammer 292 verhindert wird, bewegbar. Zumindest ein Teil des Kolbenkopfes 304 ist bevorzugt aus einem im allgemeinen federnden oder elastischen Material hergestellt, welches zur Bildung eines im allgemeinen flüssigkeitsdichtem Verschlußes zwischen dem Kolbenkopf 304 und der Seitenwand 302 des Spritzengehäuses 290 in der Lage ist.
Im Gebrauch wird der Kolben 228 in die erste Position (2A) bewegt, so dass die Kalibrierflüssigkeit durch die Schwerkraft von der Quelle der Kalibrierflüssigkeit 235 in die Kolbenkammer 292 strömt. Wenn die Kalibrierflüssigkeit durch die erste Öffnung 294 in die Kolbenkammer 292 strömt, so strömt die Kalibrierflüssigkeit durch die Schwerkraft getrieben auch aus der Kolbenkammer 292 durch die zweite Öffnung 296 heraus. Dementsprechend führt die Strömung aus der Quelle der Kalibrierflüssigkeit 235 dazu, dass die Kalibrierflüssigkeit von der Spritze 216 durch den Strömungspfad 218 zum Katheter 212 strömt. Eine bevorzugte durch die Schwerkraft bedingte Strömungsgeschwindigkeit aus der Spritze 216 liegt in einem Bereich von 50-100 Mikrolitern/Minute oder weniger als 50 Mikroliter/Minute.
Um eine kontrollierte Strömung oder einen kontrollierten Fluß innerhalb des Strömungspfades 218 zu vermitteln, wird der Kolben 228 in die zweite Position (2B) mit einer kontrollierten Geschwindigkeit geführt, wobei bewirkt wird, dass Flüssigkeit aus der Kolbenkammer 292 in die zweite Strömungsleitung 223 getrieben wird. Sobald ein unterer Teil des Kolbenkopfes 304 unterhalb der ersten Öffnung 294 bewegt wird, ist die erste Öffnung effektiv blockiert, so dass das Eintreten von Kalibrierflüssigkeit in die Kolbenkammer 292 durch die erste Öffnung 294 verhindert wird, während der Kolben die Kalibrierflüssigkeit aus der zweiten Öffnung 296 treibt.
Nachdem ein gewünschtes Volumen an Kalibrierflüssigkeit aus der zweiten Öffnung 296 durch den Kolben 228 getrieben wurde, kann der Kolben 228 die Bewegungsrichtung umkehren und eine vorbestimmte Strömungsmenge an Kalibrierflüssigkeit aus der zweiten Strömungsleitung 223 durch die zweite Öffnung 296 in die Kolbenkammer 292 absaugen. Eine Flüssigkeitsprobe kann auch durch den Katheter 212 und hin zum Sensormodul 214 geführt werden. Der Kolben 228 bewegt sich zurück, bis er die erste, in der 2A veranschaulichte Position erreicht. Nachdem der die erste Position der 2A erreicht hat, kann der zuvor beschrieben Zyklus wiederholt werden.
Beim Gebrauch der Sensoranordnung 210, wird zu Beginn die Luft aus dem Strömungspfad 218 eliminiert. Mit dem Kolben 228 der Spritze 216 in der ersten Position der 2A, strömt Kalibrierflüssigkeit (bevorzugt enthaltend ein Kalibriermittel und ein Antikoagulanz) von der Quelle der Kalibrierflüssigkeit 235 in die Kolbenkammer 292 durch die erste Öffnung 294, und strömt hinunter durch die Kolbenkammer 292 hinein in den Strömungspfad 218. Auf diese Weise verteilt, sich die Kalibrierflüssigkeit durch den Strömungspfad 218, so dass die inneren Oberflächen des Flüssigkeitssystems mit einer Schicht aus frischem Antikoagulanz bedeckt werden. Kleine Mengen an Kalibrierflüssigkeit können in den Patienten 217 durch den Katheter 212 infundiert werden.
Wenn der Strömungspfad 218 einmal mit Kalibrierflüssigkeit gefüllt ist, so befiehlt die Kontrolleinheit 224 dem Spritzentreiber 226, den Kolben 228 in die Kolbenkammer 292 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit zu drücken, mit der Wirkung, dass die Kalibrierflüssigkeit durch den Strömungspfad 218 hin zum Patienten 217 mit einer vorbestimmten Strömungsrate, wie etwa zwischen 5-100 Mikrolitern pro Minute, oder weniger als 50 Mikrolitern pro Minute, strömt.
Die Kalibrierflüssigkeit strömt durch den Strömungspfad 218 hin zum Patienten 217 mit einer vorbestimmten Strömungsrate für eine vorbestimmte Zeit, die sowohl ausreicht, den elektrochemischen Sensor 234 zu kalibrieren, als auch die inneren Oberflächen des Flüssigkeitssystems mit frischem Antikoagulanz zu beschichten. Eine einfache Hublänge des Kolbens 228 bewegt bevorzugt ein Volumen an Kalibrierflüssigkeit, das ebenso groß ist wie das interne Volumen der ersten Strömungsleitung 220 plus dem internen Volumen der Testkammer 222 plus dem internen Volumen einer Länge L₃ der zweiten Strömungsleitung 223.
Wenn einmal ein vorbestimmtes Volumen an Kalibrierflüssigkeit durch die Spritze 216 verteilt wurde, weist die Kontrolleinheit 224 den Spritzentreiber 226 an, den Kolben 228 zurückzuziehen, was dazu führt, dass die Spritze 216 eine Flüssigkeitsprobe (zum Beispiel Blut) vom Patienten 217 absaugt. Die Flüssigkeitsprobe wird durch den Katheter 212 in die erste Strömungsleitung 220, bevorzugt mit einer Strömungsgeschwindigkeit von weniger als 50 Mikrolitern pro Minute, geführt. Von der ersten Strömungsleitung 220 strömt die Flüssigkeitsprobe durch die Testkammer 222 hinein in die zweite Strömungsleitung 223. Die Testflüssigkeit wird in die zweite Strömungsleitung geführt, bis die Probenflüssigkeit das Ende der Länge L₃ der zweiten Strömungsleitung 223 erreicht. Wenn die Probenflüssigkeit das Ende der Länge L₃ des zweiten Strömungsleitung 223 erreicht, erreicht der Kolben 228 bevorzugt gleichzeitig die erste Position der 2A.
Wenn der Kolben 226 die erste Position der 2A erreicht, so stoppt der Spritzentreiber 226 den Kolben 228 und frische Kalibrierflüssigkeit beginnt in die Spritze 290 durch die erste Öffnung 294 zu strömen. Wenn die frische Kalibrierflüssigkeit in die Spritze 226 eintritt, so wird die Probenflüssigkeit nach und nach aus der Strömungsleitung 218 in den Patienten gespült. Nachdem der Strömungspfad 218 einmal mit Kalibrierflüssigkeit aufgefüllt ist, kann der Zyklus wiederholt werden.
Bei der Auswahl der Länge L₃ und des mit ihr korrespondierenden internen Volumens sollten eine Anzahl von Faktoren berücksichtigt werden. Erstens sollte eine ausreichende Länge L₄ als Pufferregion existieren, um eine Kontamination der Kalibrierflüssigkeit innerhalb der Kolbenkammer 292 zu verhindern. Des weiteren sollte das mit der Länge L₃ in Verbindung stehende Volumen ausreichend groß sein, um es dem elektrochemischen Sensor 234 zu ermöglichen, eine akkurate Messung der Testprobe vorzunehmen. Mit anderen Worten, der elektrochemische Sensor 234 sollte der Testprobe für eine vorbestimmte Zeitdauer ausgesetzt sein, um eine akkurate Messung vorzunehmen. Dementsprechend sollte die Länge des Schlauches L₃, in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit durch den Strömungspfad 218, ein Volumen zur Verfügung stellen, welches groß genug ist, um die Flüssigkeitsprobe aufzunehmen, die während der Messung vorbei am Sensor 234 fließen soll. Wenn zum Beispiel der elektrochemische Sensor 234 für eine Minute der Testprobe ausgesetzt werden soll, um eine akkurate Messung vorzunehmen, und wenn die Strömungsgeschwindigkeit durch das System 50 Mikroliter pro Minute beträgt, so sollte die Länge L₃ des Schlauches ein Volumen von mindestens 50 Mikrolitern liefern.
Für bestimmte Anwendungen kann die Kontrolleinheit 224 so programmiert werden, dass die Sensoranordnung 210 Flüssigkeitsproben in bestimmten Zeitabständen nimmt. Zum Beispiel können Proben jede Stunde, oder alle fünfzehn Minuten oder alle fünf Minuten genommen werden. Während der Zeitspannen zwischen den Probenentnahmen wird der gesamte Strömungspfad 218, beinhaltend den Sensor 234, bevorzugt mit der Kalibrierflüssigkeit befüllt.
Die Sensoranordnung 210 ist besonders geeignet für die Verwendung als Einweg-ex-vivo-Lacatüberwacher. Wenn der Sensor als Lactatüberwacher eingesetzt wird, so kann die Sensoranordnung 210 automatisch, über das Steuergerät 224, Lactatmessungen in vorbestimmten Zeitabständen, zum Beispiel jede Stunde, alle fünfzehn Minuten oder alle fünf Minuten, sammeln. Laufende Lactatmessungen können mit einer Displayeinheit 230 angezeigt werden. Des weiteren können Entwicklungen, wie etwa ein Anstieg der Lactatkonzentration, ein Abfall der Lactatkonzentration, und Geschwindigkeiten bei der Änderung der Lactatkonzentration in einem Speicher 229 gespeichert werden, der mit dem Steuergerät 224 verbunden ist. Derartige Information kann verwendet werden, um einen Arzt mit Daten, wie etwa der zeitlichen Lactatentwicklung oder einem mittleren Lactatmesswert eines bestimmten Patienten an einem gegebenen Tag, zu versorgen.
Informationen wie etwa die Zeitabstände bei der Probenentnahme, das Probenvolumen und die gewünschten Strömungsgeschwindigkeiten können dem Steuergerät 224 über das Eingabegerät 227 übermittelt werden. Ebenso kann auf Information, die im Speicher 229 gespeichert sind, über das Eingabegerät 227 zurückgegriffen werden.
Des weiteren kann die Strömung innerhalb des Systems überwacht und kontrolliert werden durch Techniken, wie etwa die Überwachung des Volumens, welches durch die Spritze bewegt wird, Zeitkontrollsysteme, oder durch die Verwendung von Sensoren, die an verschiedenen Stellen entlang des Strömungspfads 218 positioniert sind.

Claims

On-line-Sensoranordnung (210) umfassend: einen Analytsensor (214); eine erste Flüssigkeitsströmungsleitung (220) zum Absaugen einer Flüssigkeitsprobe von einem Patienten und das Überführen der Flüssigkeitsprobe zum Analytsensor (214); eine Quelle (235) einer Sensorkalibrierflüssigkeit; eine zweite Flüssigkeitsströmungsleitung (223), die eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der Quelle (235) der Sensorkalibrierflüssigkeit und dem Analytsensor (214) herstellt; und eine Spritze (216) mit Kolben (228), Kolbenkammer (292) und Spritzengehäuse (290) zum Absaugen einer Flüssigkeitsprobe durch die erste Flüssigkeitsströmungsleitung (220) zu dem Analytsensor (214), wobei das Spritzengehäuse (290) von einer Seitenwand (302), die eine erste Öffnung (294) begrenzt, und einem Basisende (300), das eine zweite Öffnung (296) begrenzt, gebildet wird, wobei die erste Öffnung (294) eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Spritzengehäuse (290) und der Quelle (235) der Sensorkalibrierflüssigkeit und die zweite Öffnung (296) eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Spritzengehäuse (290) und der zweiten Flüssigkeitsströmungsleitung (223) herstellt.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, wobei der Analytsensor (214) ein Lactatsensor ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, wobei der Analytsensor (214) eine Elektrode (234) enthält, die mit einer Meßschicht enthaltend eine Redoxverbindung und ein Redoxexzym bedeckt ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 3, wobei das Redoxenzym Lactatoxidase enthält.
Sensoranordnung nach Anspruch 3, wobei das Rexoxenzym Lactatdehydrogenase enthält.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Flüssigkeitsströmungsleitung (220, 223) zumindest Teile eines ventillosen Strömungspfades, der sich zwischen dem Patienten und der Quelle (235) der Sensorkalibrierflüssigkeit erstreckt, bilden.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, des weiteren umfassend ein Sensorgehäuse, welches eine Testkammer (222) in Flüssigkeitsverbindung mit der ersten und zweiten Flüssigkeitsströmungsleitung begrenzt, wobei zumindest ein Teil des Analytsensors (214) innerhalb der Testkammer (222) positioniert ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, wobei die Kolbenkammer (292) einen verlängerten Blockieraufbau beinhaltet, der die erste Öffnung (294) so blockiert, dass die Kalibrierflüssigkeit am Durchfluss hinter dem Kolben (228) bei Hin-und-her-Bewegung des Kolbens (228) über die vollständige Hublänge gehindert wird.
Sensoranordnung nach Anspruch 8, wobei der Blockierteil entlang der longitudinalen Achse der Kolbenkammer (292) verlängert ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, wobei erste Flüssigkeitströmungsleitung (220) einen Katheter (212) beinhaltet.
Die Sensoranordnung gemäß Anspruch 1, weiter umfassend: ein Spritzenantrieb (226), der konfiguriert ist, die Spritze (216) zum Absaugen der Flüssigkeitsprobe durch die erste Flüssigkeitsströmungsleitung (220) und zum Drücken der Kalibrierflüssigkeit durch die zweite Flüssigkeitsströmung (223) zu bewegen, und ein Regler (224), der konfiguriert ist, den Spritzenantrieb (226) zu bedienen.