DE60000544T2

DE60000544T2 - Verfahren und Gerät zur Bestimmung des Trockengewichts eines Patienten mit Nierenversagen

Info

Publication number: DE60000544T2
Application number: DE60000544T
Authority: DE
Inventors: Dr. Chamney
Original assignee: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Current assignee: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Priority date: 2000-11-06
Filing date: 2000-11-06
Publication date: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2020-11-07
Also published as: DE60128582D1; JP4117187B2; WO2002036004A1; AU2002218284A1; JP2004512128A; DE60128582T2; EP1331880B1; EP1205144B1; EP1331880A1; ES2286158T3; ES2187422T3; ATE362730T1; US7072710B2; DE60000544D1; EP1205144A1; US20040064063A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung des Flüssigkeitsstatus eines Patienten gemäß Anspruch 1 bzw. 12.
Die Nieren führen mehrere Funktionen zum Erhalt der Gesundheit des menschlichen Körpers aus. Erstens regulieren sie das Flüssigkeitsgleichgewicht durch Separieren von überschüssiger Flüssigkeit von dem Blutvolumen des Patienten. Zweitens dienen sie der Reinigung des Blutes von jeglichen Abfallsubstanzen wie Harnstoff oder Kreatinin. Nicht zuletzt regulieren sie auch die Anteile bestimmter Substanzen in dem Blut, wie Elektrolyten, um einen gesunden und notwendigen Konzentrationsspiegel sicherzustellen.
Im Falle von Nierenversagen sammeln sich alle Formen von aufgenommener Flüssigkeit in Körpergeweben an, was eine erhöhte Belastung des Kreislaufsystems bewirkt. Diese überschüssige Flüssigkeit muss während der Dialysebehandlung durch Ultrafiltrierung des Blutes entfernt werden. Wenn unzureichend Flüssigkeit entfernt wird, können die Langzeitfolgen ernsthaft sein, was zu einem hohen Blutdruck und Herzversagen führt. Herzversagen selbst tritt bei Dialysepatienten mit einer mehrfach höheren Wahrscheinlichkeit auf und man nimmt an, dass Zustände einer Flüssigkeitsladung einer der dazu beitragenden Hauptfaktoren sind. Die Entfernung von zuviel Flüssigkeit ist auch gefährlich, da dem Dialysepatient Wasser entzogen wird und dies stets zu Hypotonie führt.
Das Trockengewicht definiert das Gewicht eines Patienten, das erreicht würde, wenn die Nieren normal arbeiten würden. Mit anderen Worten, dieses repräsentiert das optimale Zielgewicht (oder den Flüssigkeitsstatus), welcher erreicht werden sollte, um das kardiovaskuläre Risiko zu minimieren. Das Trockengewicht war immer ein schwer zu definierendes Problem in der klinischen Routinepraxis aufgrund des Fehlens von quantitativen Methoden für dessen Bewertung. Derzeit wird das Problem des Trockengewichts unter Einsatz von indirekten Indikatoren, z. B. Blutdruck, echokardiographische Untersuchungen und subjektive Informationen, wie Röntgenstrahlung, angegangen. Außerdem war es besonders schwierig, eine Reihe von Bedingungen zu definieren, welche allgemein als der Trockengewichtstandard akzeptiert werden.
Ein vielversprechendes Verfahren zur Ableitung des Flüssigkeitsstatus eines Patienten beinhaltet die Anwendung von Bioimpedanz-Messungen. Ein geringer Wechselstrom wird auf zwei oder mehr Elektroden angewandt, die an einen Patienten angeschlossen sind, und der entsprechende Potentialabfall wird gemessen. Die verschiedenen Flüssigkeitskammern eines menschlichen Körpers tragen in unterschiedlicher Weise zu den Messsignalen bei. Die Verwendung mehreren Frequenzen ermöglicht die Bestimmung der intrazellulären Wasservolumina (ICV) und extrazellulären Wasservolumina (ECV). Ein Beispiel für eine solche Vorrichtung ist in der internationalen Patentanmeldung WO-92/19153 beschrieben. Allerdings beschreibt diese Druckschrift kein Verfahren darüber, wie das Trockengewicht des jeweiligen Patienten abgeleitet werden kann.
Daher besteht Bedarf an einem nicht-invasiven, genauen und leicht anzuwendenden Verfahren für die Trockengewichtsbewertung. Dieses Verfahren wäre von großem Nutzen für die Betreuung von Dialysepatienten und könnte die Kosten der Unterbringung in einem Krankenhaus auf Dauer wesentlich verringern. Es ist daher ein Ziel der Erfindung, ein solches Verfahren bereitzustellen.
Gemäß der Erfindung wird dieses Problem durch ein Verfahren zur Bestimmung des Trockengewichts Wgtdry(t) eines Patienten zum Zeitpunkt t gelöst, welches die Schritte der Bestimmung des extrazellulären Wasservolumens ECV(t) des Patienten zum Zeitpunkt t, der Bestimmung des Gewichts Wgt(t) des Patienten zum Zeitpunkt t und der Ableitung des Trockengewichts Wgtdry(t) des Patienten als Schnittpunkt einer Funktion, abgeleitet von den ermittelten ECV(t)- und Wgt(t)-Werten, mit einer vorher ermittelten Referenzbeziehung von extrazellulärem Wasservolumen (ECV) gegenüber dem Trockengewicht (Wgtdry), welche gesunde Personen repräsentiert, umfasst.
Das Verfahren der Erfindung basiert auf der Beobachtung, dass durch Betrachten des ECV und des Gewichts eines Patienten beide Werte sich den ECV- und Trockengewicht-Werten von gesunden Personen annähern sollten, je länger ein Patient durch Nierenersatztherapie, d. h. Dialyse, behandelt wird. Aufeinanderfolgende Messungen zielen daher genau direkt auf den Schnittpunkt mit der zuvor ermittelten Referenzbeziehung von ECV gegenüber Wgtdry und damit auf das Trockengewicht des behandelten Patienten ab. In der Tat stellte es sich heraus, dass eine erste Schätzung aus einer Einzelablesung für die ECV(t)- und Wgt(t)-Werte durch Ableiten einer Funktion erhalten werden kann, am auffälligsten eine gerade Linie, die direkt durch die ECV(t)- und Wgt(t)-Werte definiert werden kann. Der Schnittpunkt dieser Funktion mit der Referenzbeziehung von ECV gegenüber Wgtdry kann für gesunde Patienten leicht berechnet werden und damit kann das Trockengewicht Wgtdry(t) des Patienten abgeleitet werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ECV(t) durch eine Bioimpedanz- Messung abgeleitet. Die Bioimpedanz-Messung kann eine Ganzkörper- oder eine segmentale Messung sein.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung, die besonders leicht anzuwenden ist, wird der Schnittpunkt der Funktion, abgeleitet von den bestimmten ECV(t)- und Wgt(t)-Werten, mit der zuvor ermittelten Referenzbeziehung von ECV gegenüber Wgtdry unter Verwendung des Ausdrucks:
bestimmt, worin αe und βe empirisch bestimmte Koeffizienten sind. Der Koeffizient αe steht für die Neigung einer zuvor bestimmten Referenzlinie von ECV gegenüber Wgtdry, und βe ist die Neigung einer geraden Linie durch das Wgt(t)/ECV(t)-Datenpaar.
Eine noch vorteilhaftere Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die Speicherung mehrerer ECV(ti)- und Wgt(ti)-Werte zu den Zeitpunkten ti, i = 1...j, vorzugsweise zwischen aufeinanderfolgenden Dialysebehandlungen. Eine genauere Schätzung des Trockengewichts Wgtdry(t) wird somit durch eine lineare Regressionsanalyse abgeleitet.
Eine verfeinertere Ausführungsform der Erfindung bestimmt eine Fettmassenkorrektur Δf(t), um eine variable Fettmasse für jeden Patienten zu berücksichtigen. Diese Fettmassenkorrektur Δf(t) ermöglicht einen genaueren Vergleich mit der zuvor ermittelten Referenzbeziehung von ECV gegenüber Wgtdry, der gesunde Personen repräsentiert, die von fettmassenbereinigten Daten hätten abgeleitet werden sollen, sowie um eine Art von durchschnittlichem Fettmassenbeitrag zu dem Trockenkörpergewicht Wgtdry wiederzugeben.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Trockenkörpergewicht Wgtdry(t) durch Anwendung eines Korrektionsglieds auf die Gleichung (1) abgeleitet, die von Δf(t) abhängt:
Die Fettmassenkorrektur Δf(t) wird vorzugsweise mit Hilfe einer Messung des intrazellulären Wasservolumens ICV(t) des Patienten zum Zeitpunkt t abgeleitet. Wie obenstehend angegeben, können die ICV(t)- und ECV(t)-Werte gleichzeitig durch das gleiche Messverfahren bestimmt werden.
Bei einem weiteren Modus der Erfindung wird die Fettmassenkorrektur Δf(t) anhand der ICV(t)- und ECV(t)-Werte gemäß der Gleichung (3) bestimmt:
worin αi ein weiterer empirischer Koeffizient ist und ρe und ρi die Dichten der ECV- bzw. der ICV-Kammern sind (~ 1 kg/Liter).
Es ist ebenfalls ein Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung für eine nicht-invasive, exakte und leicht anzuwendende Trockengewichtsbewertung bereitzustellen. Die Erfindung betrifft daher auch eine Vorrichtung, welche eine Mikroprozessoreinheit umfasst, die ihrerseits eine Mikroprozessorprogramm-Speichereinheit, eine Eingabeeinheit, um die Eingabe der Werte von ECV(t) und Wgt(t) in die Vorrichtung zu ermöglichen, und eine Computerspeichereinheit zum Speichern des ECV(t)- und Wgt(t)-Wertes umfasst, wobei die Mikroprozessorprogramm-Speichereinheit ein Programm zum Ableiten des Trockengewichts Wgtdry(t) von dem Schnittpunkt einer Funktion, abgeleitet von den gespeicherten ECV(t)- und Wgt(t)-Werten, mit einer zuvor ermittelten Referenzbeziehung von ECV gegenüber einem Wgtdry, welche gesunde Personen repräsentiert, umfasst.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung weiter Einrichtungen zur Bestimmung des ECV(t)-Wertes und/oder des Wgt(t)-Wertes. Die Einrichtung zur Bestimmung des ECV(t)-Wertes kann eine Bioimpedanz-Vorrichtung sein, die in einem Ganzkörper- oder segmentalen Messmodus appliziert wird.
Die Eingabeeinheit kann eine manuelle Benutzerschnittstelle, wie eine Tastatur, sein, um die Eingabe der ECV(t)- und Wgt(t)-Werte zu ermöglichen. Bei einer besonders zweckdienlichen Ausführungsform werden die Einrichtung zur Bestimmung des ECVt)-Wertes und/oder die Einrichtung zur Bestimmung des Wgt(t)-Wertes direkt mit der Eingabeeinheit verbunden, die eine entsprechende Schnittstelle in diesem Fall enthält. Die manuelle Eingabe dieser Werte ist dann nicht mehr notwendig.
Bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung verwendet das Programm in der Mikroprozessor-Speichereinheit die Gleichung (1) oder eine lineare Regressionsanalyse, wie obenstehend kurz umrissen, um das Trockengewicht Wgtdry(t) abzuleiten.
Ein weiterer verbesserter Modus für die Vorrichtung gemäß der Erfindung macht von einer Fettmassenkorrektur Δf(t), wie in Gleichung (2) beschrieben, Gebrauch. Für die Bestimmung von Δf(t) kann die Vorrichtung auch Einrichtungen zur Bestimmung des ICV(t)-Wertes, vorzugsweise eine Bioimpedanz-Vorrichtung, umfassen, welche gleichzeitig den ECV(t)- und ICV(t)-Wert misst. Bei dieser Vorrichtung ermöglicht die Eingabeeinheit auch die Eingabe des ICV(t)-Wertes und die Computerspeichereinheit ist zur Speicherung des ICV(t)-Wertes in der Lage. Das Programm zum Ableiten des Trockenkörpergewichts Wgtdry(t) ist danach die Bestimmung der Fettmassenkorrektur Δf(t) durch Verwendung des ICV(t)-Wertes. Für diesen Zweck kann die Gleichung (3) in dem Programm implementiert werden.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung wird eine Ausführungsform nur anhand eines nicht einschränkenden Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
die Fig. 1 eine Erläuterung typischer Körperzusammensetzungs-Verhältnisse des menschlichen Körpers zeigt;
die Fig. 2 schematisch eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bestimmung des Trockengewichts eines Patienten gemäß der Erfindung zeigt;
die Fig. 3a eine Bioimpedanz-Elektrodenanordnung für Ganzkörper-Bioimpedanzmessungen zeigt;
die Fig. 3b eine Bioimpedanz-Elektrodenanordnung für segmentale Körper-Bioimpedanz- Messungen zeigt;
die Fig. 4 eine Erläuterung einer Bioimpedanz-Messung zur Bestimmung des ECV- und/oder ICV-Beitrags zeigt;
die Fig. 5a ein Diagramm bezüglich ECV versus Gewicht zeigt, welches grafisch die Feststellung des Trockengewichts Wgrdry(t) gemäss der Erfindung veranschaulicht;
die Fig. 5b ein Diagramm bezüglich ECV versus Gewicht mit aufeinanderfolgenden Wgt(ti)/ ECV(ti)-Messungen für einen Dialysepatienten (Dreiecke) mit einer geraden Linie, die durch Regressionsanalyse erhalten wird, und den entsprechenden Befund des Trockengewichts Wgtdry(t) gemäß der Erfindung zeigt; und
die Fig. 6 ein Diagramm bezüglich ECV versus Gewicht zeigt, das grafisch den Einfluss des Fettmassenkorrektionsgliedes Δf(t) zeigt.
Die Zusammensetzung des menschlichen Körpers kann durch eine Reihe von Kammern beschrieben werden, die als typische Fraktionen des Gesamtkörpergewichts, wie in Fig. 1 angegeben, ausgedrückt werden können. Bei Patienten mit Nierenversagen wird der ECV aufgrund der Aufnahme von Wasser erweitert. Andere Kammern bleiben, so wird angenommen, größtenteils von Veränderungen des Flüssigkeitsstatus eines Patienten unbeeinflusst. Folglich ist die Messung des ECV ganz klar ein nützlicher Parameter, welcher bei der Trockengewichtsverwaltung helfen könnte.
Um die normale Homeostase zu unterstützen, muss ein Mindest-ECV für ein bestimmtes Gewicht verlangt werden. Damit ist für eine gute Annäherung der ECV linear proportional zu dem Gewicht und kann mittels Vorhersagungsformeln bestimmt werden. Gemäss der Guytonschen Physiologie (A. C. Guyton: Textbook of Medical Physiology, W. B. Saunders Company, 1991) kommen etwa 15 Liter ECV auf ein Gewicht von 70 kg für eine gesunde Person mit einem normalen Flüssigkeits- und Ernährungsstatus. Neue Untersuchungen zu gesunden Personen ergaben die nachstehende Referenzbeziehung zwischen gemessenem ECVm und gemessenem Wgtdry:
ECVm + ECVoffset = αe·Wgtdry (4),
wobei αe = 0,2146 Liter/kg und ECVoffset = -0,93 Liter. Der Wert für αe, ausgedrückt als Verhältniszahl, ist 15,002/70. Dies liegt sehr nahe an dem durch die Guytonsche Physiologie vorgegebenen Verhältnis. Der Offset-ECVoffset verbessert, wie sich erwiesen hat, die Genauigkeit. Da alle in Fig. 2 gezeigten Körperkammern zu Wgtdry proportional sein sollten, ist es nützlich, die Gleichung (4) mit einem korrigierten ECV = ECVm + ECVoffset umzuschreiben. Die Gleichung (4), die auf diese Weise erhalten wird, repräsentiert eine gerade Linie, die durch den Ursprung in einem ECV-versus-Wgtdry-Diagramm geht:
ECV = αe·Wgtdry (4a)
Die Erfindung basiert auf der Beobachtung, dass Dialysepatienten einen erweiterten ECV aufweisen und dass deshalb der gemessene ECV für ein bestimmtes Gewicht höher sein muss als für gesunde Patienten. Wenn das Gewicht eines mit Flüssigkeit überladenen Dialysepatienten über viele Behandlungen hinweg durch Entfernung von Flüssigkeit verringert wird, sollte auch der gemessene ECV fallen. Schließlich sollte der ECV des Dialysepatienten zu demjenigen einer gesunden Person ohne Nierenversagen hin oder in dessen Nähe konvergieren.
Eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bestimmung des Trockengewichts Wgtdry eines Patienten gemäss der Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Mikroprozessoreinheit 1, die ihrerseits eine Mikroprozessorprogramm-Speichereinheit 1a umfasst. Über eine Verbindung 4 ist die Mikroprozessoreinheit 1 an eine Eingabeeinheit 2 und eine Computerspeichereinheit 3 angeschlossen. Ein Programm zur Ableitung des Trockengewichts Wgtdry(t) eines Patienten zum Zeitpunkt t ist in der Mikroprozessorprogramm-Speichereinheit 1a gespeichert.
Gemäß der Erfindung wird das Trockengewicht Wgtdry(t) wie folgt abgeleitet: Das extrazelluläre Wasservolumen ECV(t) des Patienten zum Zeitpunkt t wird bestimmt und in die Eingabeeinheit 2 eingegeben, welche den Wert an die Computerspeichereinheit 3 weiterleitet, wo er gespeichert wird. Wenn die Gleichung (4b) als Referenzlinie verwendet wird, muss der Offset-ECVoffset, wie in Gleichung (4) in groben Zügen dargestellt, durch das Mikroprozessorprogramm zu ECV(t) hinzugefügt werden, bevor der Wert gespeichert wird, um vergleichbare Daten zu haben. Wenn die Gleichung (4) verwendet wird, ist diese Offset-Korrektur nicht erforderlich.
Das Gewicht Wgt(t) des Patienten zum Zeitpunkt t wird ebenfalls bestimmt und in ähnlicher Weise behandelt. Das Programm zum Ableiten des Trockengewichts Wgtdry(t) ist zur Berechnung des Schnittpunkts zwischen einer Funktion, abgeleitet von den gespeicherten ECV(t)- und Wgt(t)-Werten und der zuvor ermittelten Referenzlinie von ECV gegenüber Wgtdry, welche gesunde Personen gemäss der Gleichung (4) bzw. (4a) repräsentiert, in der Lage. Die von den gespeicherten ECV(t)- und Wgt(t)-Werten abgeleitete Funktion spiegelt die Tatsache wieder, dass diese Werte sich lediglich in einer bestimmten Weise bei dem vorhergesagten Verlauf der Dialysetherapie verändern.
Um den ECV(t)-Wert zu bestimmen, werden die Einrichtungen 5 vorgesehen, die mit der Eingabeeinheit 2 über die Verbindung 6 verbunden sind. Die Einrichtung 5 ist eine Bioimpedanz- Messvorrichtung. Für die Bioimpedanz-Messung sind verschiedene Elektrodenanordnungen möglich. In Fig. 2 sind nur zwei Elektrodenelemente 5a und 5b mit der Bioimpedanz- Messvorrichtung 5 verbunden. Jede der Elektrodeneinheiten 5a und 5b besteht aus einer Strom- Injektionselektrode und einer Potential-Aufnahmeelektrode (nicht gezeigt). Durch Applizieren der zwei Elektrodeneinheiten 5a und 5b auf das Handgelenk bzw. den Knöchel eines Patienten, wie in groben Zügen in Fig. 3a dargestellt, kann die Gesamtkörperimpedanz bestimmt werden. Unter dieser Elektrodenkonfiguration wird der Körper als ein homogener Zylinder angenommen. Jedoch können durch Verwendung von Elektroden an den Gliedern segmentale Abschnitte des Körpers isoliert werden, wodurch lokale Volumenmessungen möglich sind. Dies hat den Vorteil, dass lokale Volumenmessungen möglich sind und eine verbesserte Genauigkeit bei der Bestimmung des Ganzkörperflüssigkeitsstatus des gesamten Status erzielt werden kann. Eine solche Konfiguration ist in Fig. 3b dargestellt. Weitere Elektrodeneinheiten 5a' und 5b' sind dicht an der entsprechenden Schulter und der Hüfte des Patienten befestigt, wodurch eine segmentale Methode bei den Körpergliedern Bein, Arm und Rumpf ermöglicht wird.
Der ECV(t)-Wert wird unter Ausnutzung der Tatsache ermittelt, dass die elektrische Impedanz des Körpergewebes sich in dem Maße verändert, wie Ströme mit unterschiedlichen alternierenden Frequenzen auf den Patienten mittels der Elektroden angewandt werden. Bei niedrigen Frequenzen verhalten sich die Zellen als Isolatoren und der angewandte Strom wird nur durch die ECV-Zwischenräume geleitet. Bei hohen Frequenzen werden die Zellen leitfähig und somit wird der Strom sowohl durch die ICV- und ECV-Zwischenräume geleitet. Dies ist in Fig. 4 veranschaulicht. Die Messung der Impedanz über mindestens zwei Frequenzen, besser über einen Frequenzbereich, ermöglicht die Konstruktion einer Impedanzstelle, von welcher der Widerstand der ICV- und ECV-Komponenten bestimmt werden kann. Daher können die Volumina der betreffenden Kammern anhand der Widerstandsdaten, basierend auf den Kammer-Resistivitätskonstanten, die aus frühreren Untersuchungen verfügbar sind, für welche die Volumina ebenfalls durch Verdünnungsmessungen bestimmt wurden, berechnet werden.
Eine Bioimpedanz-Vorrichtung, die solche Berechnungen durchführt, wird von Xitron Technologies unter dem Handelsnamen HydraTM vertrieben. Einzelheiten über diese Vorrichtung sind in der internationalen Patentanmeldung WO 92/19153 beschrieben.
Ein Vorteil eines ersten Modus der Erfindung ist der, dass nur die ECV-Werte bestimmt werden müssen. Deshalb sind nur Messungen bei Frequenzen, die niedrig genug sind, notwendig, welche zu vernachlässigende Beiträge von der ICV-Kammer aufweisen. Aufgrund dieser Tatsache können die ECV-Werte viel exakter als die ICV-Werte bestimmt werden, für die Frequenzen erforderlich sind, die stets zu Beiträgen von beiden Kammern führen.
Andere in dem Fachbereich vorgeschlagene Verfahren befassen sich mit dem Flüssigkeitsstatus eines Patienten, indem die ICV-Kammer ebenso mit einbezogen wird, wie die Analysenverhältnisse der Art ECV/(ECV + ICV) oder ECV/ICV. Da es immer eine Diskussion darüber gibt, wie gut die Impedanzstelle die unterschiedlichen Kammern repräsentiert, beinhalten solche Methoden schon an sich Mängel, die durch die beanspruchte Erfindung vermieden werden, da keine gleichzeitige Analyse der zwei Kammern erforderlich bleibt. (De facto kann der ICV-Wert stattdessen für eine Korrektur zweiter Ordnung verwendet werden, wie untenstehend beschrieben ist.)
Wieder zurück in der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform, sind die Einrichtungen 7 auch für die Bestimmung des Gewichts Wgt(t) des Patienten vorgesehen, die mit der Eingabeeinheit 2 über die Verbindung 8 verbunden sind. Die Einrichtung 7 besteht aus einer Wägeeinrichtung, die in dem Fachbereich allgemein bekannt ist.
In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform enthält die Eingabeeinheit 2 eine Schnittstelle, durch welche die Werte für ECV(t) und Wgt(t) direkt über die Verbindung 4 zu der Computerspeichereinheit 3 übertragen werden. Es kann auch möglich sein, dass die ermittelten Werte für ECV(t) und Wgt(t) manuell in die Eingabeeinheit 2 durch den Anwender eingegeben werden.
Die Prozedur, nach welcher das in der Mikroprozessorprogramm-Speichereinheit 1a gespeicherte Programm das Trockengewicht Wgtdry(t) ableitet, ist in Fig. 5a erläutert: In dieser Figur ist die Referenzbeziehung zwischen dem ECV und Wgtdry für gesunde Personen als gerade Linie mit einer Neigung αe gemäß der Gleichung (4) bzw. (4a) angegeben.
Eine einzelne Wgt(t)- und ECV(t)-Messung eines Dialysepatienten wird durch den Off-line- Kreis bezeichnet. Das Programm zur Ableitung des Trockengewichts Wgtdry(t) des Dialysepatienten verwendet nun die Gleichung (1), um Wgtdry(t) abzuleiten. Diese Gleichung steht für die Berechnung des Schnittpunkts IS einer Linie durch den Wgt(t)/ECV(t)-Datenpunkt mit der Referenzlinie. Diese Linie hat die Neigung βe. Diese Neigung soll nahe bei 1/ρe liegen, d. h. in einer ersten Schätzung verwendet das Programm βe = 1 Liter/kg. Die Gewichtskoordinate des Schnittpunkts ergibt direkt den gesuchten Wgtdry(t)-Wert.
Die Fig. 5b zeigt die ECV(t)- und Wgt(t)-Werte für einen einzelnen Patienten zwischen mehreren aufeinanderfolgenden Dialysebehandlungen (Dreiecke), wobei die Messungen direkt vor dem Beginn der Dialysebehandlung (Vordialyse) erfolgen. Durch aufeinanderfolgende Verringerung des Nachdialysegewichts verschieben sich die Wgt(t)/ECV(t)-Messpaare immer näher an die für eine gesunde Person vorhergesagten Werte, was ein Indiz für eine fortschreitende Verbesserung des Flüssigkeitsstatus des Patienten ist. Um die Exaktheit des berechneten Wgtdry(t)- Wertes zu verbessern, kann eine gerade Linie an die Wgt(t)/ECV(t)-Messungspaare durch lineare Regressionsanalyse angepasst werden. In der Tat stellte sich heraus, dass diese geraden Linien eine Neigung von ungefähr 1 Liter/1 kg aufweisen, was darauf hindeutet, dass der größte Teil der angesammelten Überschussflüssigkeit und damit die Gewichtszunahme in der ECV- Kammer wirklich sequestriert wird. Wie im Fall eines einzelnen Messpaares weist der Schnittpunkt IS der geraden Linie mit der Referenz von ECV gegenüber Wgtdry für gesunde Personen direkt das Trockengewicht Wgrdry(t) des Patienten aus. In Fig. 5b erhält man einen Wert Wgtdry(t) = 81,6 kg unter Anwendung dieses Verfahrens.
Die Computerspeichereinheit 3 der Vorrichtung 10 ist damit auch in der Lage, Wgt(ti)/ECV(ti)- Datenpaare für verschiedene Zeitpunkte ti zu speichern, die vorzugsweise direkt vor nachfolgenden Dialysebehandlungen i = 1...j erworben werden, wie durch die in Fig. 5b gezeigten Messungen angegeben. Das Programm zum Ableiten des Trockengewichts Wgtdy(tj) zum spätesten Zeitpunkt tj ist dann in der Lage, alle Wgt(ti)/ECV(ti)-Datenpaare aus der Computerspeichereinheit 3 abzufragen. In Abhängigkeit von der Streuung der Daten führt das Programm eine lineare Regressionsanalyse entweder mit der Beschränkung, dass die Neigung Be einen festen Wert (z. B. βe = 1 Liter/kg) hat oder nicht, oder beides, um dem Anwender die Resultate beider Berechnungen zu liefern. Nimmt man ein willkürliches Wgt/ECV-Datenpaar auf der abgeleiteten Funktion einer geraden Linie für ECV(t) und Wgt(t) in der Gleichung (1), wird das Trockengewicht mit Hilfe der Gleichung (1) ebenfalls bestimmt. Weitere statistische Informationen (z. B. Korrelationskoeffizienten etc.), wie im Fachbereich der Regressionsanalyse bekannt, können zusätzlich geliefert werden.
Um die Genauigkeit des abgeleiteten Trockengewichts Wgtdry(t) weiter zu verbessern, besitzt das in der Mikroprozessorprogramm-Speichereinheit 1a gespeicherte Programm einen weiteren Abschnitt, welcher eine Fettmassenkorrektur Δf(t) berücksichtigt. Das Trockengewicht Wgtdry(t) wird dann gemäß der Gleichung (2) berechnet. Der Einfluss der Fettmassenkorrektur Δf(t) ist durch die Fig. 1 veranschaulicht: Außer den Beiträgen von ECV und ICV zu dem Gesamtkörpergewicht ist der nächstwichtigste Beitrag der Fettmasse zuzuschreiben. Andere Kammern sind um eine Größenordnung weniger relevant. Der Einfachheit halber kann die gesamte restliche Körpermasse, die weder ECV noch ICV ist, als "Fettmassenkammer" angesehen werden. Die Fettmassenkorrektur Δf(t) geht von dieser Fettmassenkammer aus. Gerade diese spezielle Kammer kann beträchtlich von Person zu Person variieren, und zwar für gesunde Personen ebenso wie für Dialysepatienten. Diese Schwankung führt zu einer gewissen Fehlerhaftigkeit bei den Wgtdry(t)-Daten, wenn sie nicht berücksichtigt wird. De facto wurde die Referenzlinie gemäß der Gleichung (4) durch Normalisierung der Gewichtsdaten bei gesunden Personen unter Berücksichtigung von Δf erstellt.
Bezugnehmend auf Fig. 6 wird die Auswirkung von Δf(t) offenkundig: Nimmt man die Referenzlinie von gesunden Personen mit der Neigung αe und die Mittellinie der drei Linien mit der Neigung βe, hätte man die gleiche Situation wie in Fig. 5a. In dem Fall, wo der Dialysepatient keine "normale Körperfettmasse" besitzt, verschiebt sich das Gewicht Wgt(t) des Patienten um die Fettmassenkorrektur Δf(t) nach links oder nach rechts, je nach dem, ob der Patient eine verminderte bzw. eine erhöhte Körperfettmasse besitzt. In den letztgenannten zwei Fällen würde der Schnittpunkt IS' und IS" zu einem ungenauen Trockengewicht Wgtdry(t)-Wert führen. Stattdessen ist das Trockengewicht Wgtdry(t) durch die Gewichtswerte der betreffenden eingekreisten Datenpunkte angegeben, d. h. eine Menge eDW muss hinzugefügt werden oder von dem berechneten Schnittpunktgewichtswert abgezogen werden. Diese Menge eDW ist durch das zweite Glied in der Gleichung (2) angegeben, um den die Gleichung (2) von der vereinfachten Gleichung (1) differiert.
Um die Fettmassenkorrektur Δf(t) selbst abzuleiten, macht das System von der Gleichung (3) Gebrauch. Für diesen Zweck ist die Einrichtung 5 zur Bestimmung des ECV(t)-Wertes ebenfalls eine Einrichtung zur Bestimmung des ICV(t)-Wertes. Wie weiter oben grob umrissen wurde, gibt es auf dem Markt Vorrichtungen, die beide Werte gleichzeitig messen.
Die Gleichung (3) basiert auf den folgenden Beziehungen: Eine Beziehung ähnlich den Gleichungen (4) und (4a) kann zwischen dem ICV und Wgtdry für gesunde Personen definiert werden, d. h.
ICVm + ICVoffset = αi·Wgtdry (5) und
ICV = αi·Wgtdry (5a),
worin die gleichen Erklärungen sich auf den Offset-ICVoffset wie für den Offset-ECVoffset beziehen. Eine Untersuchung ergab die folgenden Werten der Koeffizienten: αi = 0,3297 Liter/kg, ICVoffset = 2,63 Liter. Wieder unterscheidet sich die Neigung αi - ausgedrückt als ein Verhältnis: 23,079/70 Liter/kg - von der Guytonschen Physiologie nicht zu sehr (26/70 Liter/kg, siehe Fig. 1).
Die Werte - wie bei der Bestimmung der Werte der Koeffzienten der Gleichung (4) - passten, wie man herausfand, bei einer Optimierungsstrategie die gemessenen Gewichte einer gesunden Person an die Summe der ECV-, ICV- und der Fettmassenkammern an. Letzteres wird wiederum in eine Kammer der durchschnittlichen Fettmasse und der einzelnen Fettmassenkorrektur Δf eingeteilt. Das Volumen der Kammer der Fettmassenkorrektur Δf war der einzige freie Parameter für ein bestimmtes gemessenes Gesamtgewicht während der Optimierungsberechnung, welche die Individualität der verschiedenen gesunden Personen berücksichtigte.
Weiterhin stellte sich in dieser Untersuchung heraus, dass die ICV-Volumina sich nicht wesentlich von Behandlung zu Behandlung für einen Dialysepatienten unterscheiden. Für den Fall, dass der Patient weder katabolisch noch anabolisch ist, sollte dieses Volumen sogar mit den ICV- Volumina von gesunden Personen identisch sein. Nach Ermittlung der Koeffizienten von Gleichung (5) ist es daher möglich, die Gesamtkörpermasse eines Dialysepatienten einzuteilen in einen ICV-Teil, welcher durch den gemessenen ICV(t)-Wert, multipliziert mit der entsprechenden Dichte ρi, bestimmt werden kann, in den ECV-Teil, welcher bestimmt werden kann aus dem gemessenen ECV(t)-Wert unter Multplikation mit der entsprechenden Dichte ρe, und welcher die Summe eines Teils ECVN ist, der den Wert für Gesunde und eine Abweichung eECV repräsentiert, welche das gestörte Flüssigkeitsgleichgewicht bei einem Dialysepatienten (siehe Fig. 6), den durchschnittlichen Fettmassenbeitrag und nicht zuletzt die Fettmassenkorrektur Δf(t) berücksichtigt. Der durchschnittliche Massenbeitrag ist kein freier Parameter bei der Berechnung, da er als Trockenkörpergewicht von durchschnittlichen und gesunden Personen minus die ICV- und ECV-Beiträge dieser Personen ausgedrückt werden kann. Das Trockenkörpergewicht einer gesunden und einer Durchschnittsperson wird danach durch eine entsprechende Anordnung der Gleichung (5a) substituiert. Als ein Resultat ist die Gleichung (3) zu finden, wo Δf(t) der einzig unbekannte Parameter bleibt.
In der Ableitung der Gleichung (3) wurden die Gleichungen (4a) und (5a) an Stelle der Gleichungen (4) bzw. (5) verwendet, d. h. die in Gleichung (3) verwendeten ECV(t)- und ICV(t)- Werte besitzen korrigierte Werte hinsichtlich der Offsets ECVoffset und ICVoffset. Für die Dichten ρe und ρi verwendet das Programm 1 kg/Liter, da diese Kammern grundsätzlich aus Wasser bestehen.
Patienten, die gerade mit der Dialysetherapie beginnen, zeigen ICV-Volumina, die leicht erhöht sind im Vergleich mit den eher beständigen Werten, wie sie nach einigen Dialysebehandlungen zu finden sind. Die in groben Zügen erläuterte Verfahrensweise zur Bestimmung der Fettmassenkorrektur Δf(t) ist aber immer noch eine gute Annäherung selbst in diesem Fall.
Unabhängig davon, ob eine Fettmassenkorrektur Δf(t) berücksichtigt ist oder nicht, das Resultat für Wgtdry(t) wird schließlich an eine Ausgabeeinheit 9 weitergeleitet, die eine Displayvorrichtung ist und die das Resultat für einen Anwender anzeigt. Weitere Zwischenresultate wie die Messwerte oder die Fettmassenkorrektur Δf(t) könnten zu dem informativen Charakter des Displays hinzukommen.
Die beschriebene Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung sind damit in der Lage, eine leistungsfähige Technik für die Verwaltung des Trockengewichts bereitzustellen. Es ist offensichtlich, dass der Umfang der beanspruchten Erfindung nicht auf die Gleichung (4) beschränkt ist, was die zuvor ermittelte Referenzbeziehung von ECV gegenüber Wgtdry für gesunde Personen angeht. Jede andere aufgestellte Beziehung kann stattdessen verwendet werden.
Die Verwaltung bzw. Bearbeitung eines beliebigen Patienten ist unabhängig von der Behandlungsmodaltität möglich, d. h. die Erfindung ist für die Hämodialyse, Hämofiltrierung, Hämodiafiltrierung oder jegliche Formen der peritonalen Dialyse anwendbar (alle diese Behandlungsmodalitäten sind in dieser Patentanmeldung unter der Terminologie "eine Dialysebehandlung" zusammengefasst). Außerdem wäre die Messung in praktisch jeder Umgebung praktikabel, einschließlich der häuslichen Umgebung, der klinischen Umgebung, der Umgebung einer Dialyseanlage, einer Krankenstation oder einer Intensivstation.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung des Trockengewichts Wgtdry(t) eines Patienten zum Zeitpunkt t, umfassend die folgenden Schritte:

Bestimmen des extrazellulären Wasservolumens ECV(t) des Patienten zum Zeitpunkt t,

Bestimmen des Gewichts Wgt(t) des Patienten zum Zeitpunkt t,

Ableiten des Trockengewichts Wgtdry(t) des Patienten als Schnittpunkt einer Funktion, abgeleitet von den bestimmten ECV(t)- und Wgt(t)-Werten, mit einer zuvor ermittelten Referenzbeziehung aus extrazellulärem Wasservolumen (ECV) gegenüber einem Trockengewicht-(Wgtdry), welche gesunde Personen repräsentiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ECV(t) von einer Bioimpedanz- Messung abgeleitet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bioimpedanz-Messung eine Ganzkörpermessung ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bioimpedanz-Messung eine segmentale Messung ist.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wgtdry(t) mit Hilfe des nachstehenden Ausdrucks bestimmt wird:

worin αe und βe empirisch ermittelte Koeffizienten sind.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ECV(ti)- und Wgt(ti)-Werte eines Patienten zu den Zeitpunkten tj, i = 1 ...j gespeichert werden und dass das Trockenkörpergewicht Wgtdry(tj) durch eine lineare Regressionsanalyse abgeleitet wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fettmassekorrektur Δf(t) bestimmt wird, um das Trockenkörpergewicht Wgtdry(t) von dem bestimmten Gewicht Wgt(t) abzuleiten.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trockengewicht Wgtdry(t) durch den nachstehenden Ausdruck abgeleitet wird:

worin αe und βe empirisch ermittelte Koeffizienten sind.

9. Verfahren nach Anspruch 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass αe 0,2146 Liter/kg entspricht und βe 1 Liter/kg entspricht.

10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das intrazelluläre Wasservolumen ICV(t) für den Patienten zum Zeitpunkt t bestimmt wird und dass der ermittelte ICV(t) zur Ableitung der Fettmassenkorrektur Δf(t) verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fettmassenkorrektur Δf(t) durch den nachstehenden Ausdruck abgeleitet wird:

worin ρe und ρi die Dichten der ECV(t)- bzw. ICV(t)-Volumina sind und αe ein empirisch ermittelter Koeffizient wie in Anspruch 8 ist und αi ein weiterer empirisch ermittelter Koeffizient ist.

12. Vorrichtung (10) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, umfassend:

eine Mikroprozessoreinheit (1), die ihrerseits eine Mikroprozessor-Programmspeichereinheit (1a) umfasst,

eine Eingabeeinheit (2), um die Eingabe der Werte für ECV(t) und Wgt(t) zu ermöglichen,

eine Computerspeichereinheit (3) zum Speichern der ECV(t)- und Wgt(t)-Werte,

wobei die Mikroprozessor-Programmspeichereinheit (1a) ein Programm zur Ableitung des Trockengewichts Wgtdry(t) als Schnittpunkt (IS) einer Funktion, abgeleitet von den gespeicherten ECV(t)- und Wgt(t)-Werten, mit einer zuvor ermittelten Referenzbeziehung von ECV gegenüber einem Wgtdry, welche gesunde Personen respräsentiert, umfasst.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass diese weiterhin eine Einrichtung (5) zur Bestimmung des ECV(t)-Wertes umfasst.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass diese weiterhin die Einrichtung (7) zur Bestimmung des Wgt(t)-Wertes umfasst.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (5) zur Bestimmung des ECV(t)-Wertes ein Bioimpedanz-Messgerät ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeeinheit (2) eine manuelle Benutzerschnittstelle, vorzugsweise eine Tastatur ist.

17. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeeinheit (2) eine Schnittstelle mit der Einrichtung (5) zur Bestimmung des ECV(t)-Wertes und/oder die Einrichtung (7) zur Bestimmung des Wgt(t)-Wertes umfasst.

18. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Programm zur Ableitung des Trockenkörpergewichts Wgtdry(t) den nachstehenden Ausdruck verwendet:

worin αe und βe empirisch ermittelte Koeffizienten sind.

19. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Computerspeichereinheit (3) zum Speichern der ECV(ti)- und Wgt(ti)-Werte eines Patienten zu den Zeitpunkten ti, i = 1 ... j fähig ist und dass das Programm zur Ableitung des Trockengewichts Wgtdry(tj) eine lineare Regressionsanalyse verwendet.

20. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 19, weiterhin umfassend eine Ausgabeeinheit (9), die mit der Mikroprozessoreinheit für die Ausgabe, vorzugsweise die Anzeige des abgeleiteten Wgtdry(t)-Wertes verbunden ist.

21. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Mikroprozessor-Programmspeichereinheit (1a) gespeicherte Programm geeignet ist, eine Fettmassenkorrektur Δf(t) zu bestimmen, um das Trockenkörpergewicht Wgtdry(t) aus dem ermittelten Gewicht Wgt(t) abzuleiten.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Programm zum Ableiten des Körpertrockengewichts Wgtdry(t) den nachstehenden Ausdruck verwendet:

worin αe und βe empirisch ermittelte Koeffizienten sind.

23. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass αe 0,2146 Liter/kg entspricht und βe 1 Liter/kg entspricht.

24. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeeinheit (2) ebenfalls geeignet ist, die Eingabe eines Wertes für das intrazelluläre Wasservolumen ICV(t) des Patienten zum Zeitpunkt t zu ermöglichen, die Computerspeichereinheit (3) dazu fähig ist, den ICV(t)-Wert zu speichern, und das Programm zum Ableiten des Trockenkörpergewichts Wgtdry(t) den ICV(t)-Wert verwendet, um die Fettmassenkorrektur Δf(t) zu bestimmen.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Programm den nachstehenden Ausdruck zur Bestimmung der Fettmassenkorrektur Δf(t) verwendet:

worin ρe und ρi die Dichten der ECV(t)- bzw. ICV(t)-Volumina sind und αe ein empirisch ermittelter Koeffizient wie in Anspruch 22 ist und αi ein weiterer empirisch ermittelter Koeffizient ist.

26. Vorrichtung nach den Ansprüchen 24 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiterhin eine Einrichtung zur Bestimmung des ICV(t)-Wertes, vorzugsweise eine Bioimpedanz-Vorrichtung umfasst.