CN102946919B - 用于体外血液处理的具有用于测定使用后的透析液的发光的测量装置的设备 - Google Patents

用于体外血液处理的具有用于测定使用后的透析液的发光的测量装置的设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于体外血液处理的装置，包括：透析器，它由半透膜分为第一和第二腔（29、30），其中第一腔（29）设置在透析液行程中并且第二腔（30）借助供血管路（32）和排血管路（31）可与病人的血液循环连接；用于新鲜的透析液的入口（20）；用于使用后的透析液的出口（30）；设置在出口（36）中的测量装置（37），该测量装置（37）具有至少一个用于基本上单色的电磁辐射的辐射源（1）。在此，测量装置（37）具有至少一个用于检测通过发光产生的电磁辐射的强度的检测系统（5），以测定流过出口（36）的使用后的透析液的发光。

Description

用于体外血液处理的具有用于测定使用后的透析液的发光的测量装置的设备
技术领域
本发明涉及一种用于测定透析治疗期间废物的方法。
背景技术
通过透析方法为肾功能不全或丧失的病人清除天然物质代谢的包括尿毒症毒素的废物，通过被引导于体外的血液与透析液接触来从血液中清除所述物质，所述透析液与各种盐混合从而引起扩散和对流效应，该效应能够实现从血液经薄膜到透析液的物质运输，之后净化后的血液被再次输入给病人。
病人的透析剂量不能仅基于对病人健康状况的主观评估，而是需要量化透析效果，以确保充分的透析效果。同时，出于成本原因也应避免过量透析。为了更高效地进行透析治疗，需要实时控制透析效率，以便能够通过调整透析机参数来自动或手动控制治疗。
为确保适宜的透析治疗，开发出了一种Kt/Vurea模型，其描述待净化血液中的废物之一尿素，它被用于确定透析治疗是否适宜，其中，K是以毫升/分钟表示的透析器对血液中尿素的清除效率，t是以分钟表示的治疗时间并且V是以毫升表示的人体中尿素的分布体积，该分布体积与病人体重直接相关。无量纲的因数Kt/Vurea定义了每周三次治疗时血液中尿素氮的减少。
测定透析液出口中尿素或有毒物质的含量便于全面监测透析过程，但到目前为止为此仍需手动从系统中进行采样并送交具有相应装备的实验室以进行化学分析。
因此需要连续监测血液透析（IEEE工程在医学和生物学学会第11届国际会议），该监测通过尿素和/或其它重要分子在透析溶液中水解产生电导率变化而引起。然而，专门为此应用开发的电导率传感器的校准非常麻烦，因为其它来源也可影响电导率。根据该原理作用的测定装置有百特尿素监测仪。
此外，血液透析的连续监测可通过吸光度测量来实现，该测量实线透析液的传输，所述传输主要受到尿酸和其它低分子量物质的影响。这种测量装置通过弗里多林UV监测系统或在EP 1 083 948 B1中被描述。
但除了尿素的减少，其它物质、例如中等大小的、范围为500至约50000Da的分子的清除性能对于透析效率的评估也很重要，因为它们主要造成尿毒症病理。它们包括例如小蛋白质和肽、例如为-微球蛋白、胱抑素C、视黄醇结合蛋白（RBP）或例如补体因子D（VFD）。借助上述的并且由现有技术已知的装置和方法不可在血液透析治疗过程中连续监测净化后的血液中或在透析液出口中这些物质的含量。因此不能说明主要造成尿毒症病程进展的中等大小的分子、例如-微球蛋白或其它肽或者说小蛋白质。
发明内容
因此，本发明的任务在于提供一种装置，借助其可在治疗过程中连续说明透析液出口中中等大小的范围在500到约50000Da的分子的含量或含量的改变。因此可连续地在治疗中、即实时推导出治疗中有关这些分子的清除效率或这些分子从待净化的血液中的清除率。
该任务通过具有权利要求1的特征的装置得以解决。本发明有利的方案由从属权利要求给出。
吸光度测量和发光测量是在电磁光谱范围中检测分子的分析方法。发光测量通常用于检测蛋白质，其具有可激发的结构例如荧光团。除蛋白质外，一些肽和其它的化学物质也具有基于发光效应产生电磁辐射的能力。这些物质也进入哺乳动物血液的物质代谢循环中并且必须被清除，以便维持长久的功能代谢。当哺乳动物的肾功能受损时，须借助肾脏替代治疗从哺乳动物的血液中清除这些物质。
通过荧光的例子举例说明发光的特殊效果。在荧光测量的原理中，以单色的特定波长的电磁辐射照射一种物质。如果该物质具有荧光团并且被照射的光子具有用于激发电子的特定于分子的能量，则这些光子通过电子从基态转换为更高的能量状态而被吸收。在对于荧光效应而言常见的、直至约1μs的时间之后，被激发的电子从其更高的能量状态返回基态。在此电子以特定波长的光子的形式发出多余的能量。该波长通常大于激发波长20-50nm并且来自分子能带内通过非辐射效应的能量损失。这种波长的差异通常被称为斯托克斯位移[“荧光光谱法的话题”，第1-11卷，Joseph R.Lakowicz]。但同时也存在这样的物质，其激发波长和发射波长之间的差异明显更大。对此的例子是p－甲酚（p-cresol），该物质的激发波长约为300nm，而发射波长约为600nm。激发波长和发射波长是分子的特性。因此可以通过分析发光效应以及荧光中的吸收光谱和发射光谱推导出液体中的物质。
本发明将发光测量的方法和/或发光测量和吸光度测量组合的方法和一种用于在肾脏替代治疗中测定透析液出口中废物的成分的装置结合，并且透析液废物中一种特定物质或物质组合的浓度的测定与透析治疗中从透析器流出的透析液的组成直接相关。
本发明的目的主要在于简单且可靠地测定透析治疗中透析液出口中的透析液成分，以便为病人确保适宜的治疗效果，并且不使其负荷过大（“过度”透析）。同时通过分析测量结果——其仅为光学的荧光测量装置的结果或光学的荧光和吸光度测量装置组合的结果——可根据病人的特定的个别的需求来治疗病人，其方式是，按对病人治疗效果的意义调整透析特定的参数、如透析器类型、治疗形式、透析液流量等。
另外，本发明用于实现一种用于在血液透析期间精确测定透析液流出物中废物和它们的量的装置。本发明允许将已知技术的应用以及可靠的医疗技术方面的设备的应用相结合——该设备用于测定通过透析器的透析液中所含的蛋白质/肽（例如，-微球蛋白）或其它物质，以便能够通过测量结果影响透析参数、例如透析器选择、血液流量、透析液流量、治疗形式等。
在借助根据本发明的装置进行的治疗中，现在可测定透析液出口中的透析液的内容，并且可借助发光或荧光方法或借助吸光度和发光或荧光方法组合的对透析液的光谱检测来测量透析治疗期间从透析器流出的透析液内也包括中分子量范围中的成分以及一种成分或多种成分组合的浓度，从而求出透析特定的参数、例如血液流量、透析液流量、超滤率、治疗形式、治疗持续时间。
现在在治疗过程中也可实时测定出口中的透析液内中分子量范围中的一种成分或多种成分和/或其浓度。
也可在治疗期间例如借助Kt/V中分子实时测定中分子量范围中的成分或物质混合物的相对变化。
光谱检测结果可与特定的测量参数、例如激发波长、发射波长、激发波长的强度分布和/或发射波长的强度分布一同被显示，以便推导出从透析器流出的透析液的物质或物质混合物的含量。
光谱检测结果也可与透析参数、例如透析液流量、血液流量、透析器等一同被显示，以便推导出透析器血液侧的物质或物质混合物的含量。
在此可在透析治疗过程中连续、定时或不定时地测量透析液。
优选借助发出UV光的辐射源进行分光光度法检测，因为多数待测定的物质的激发能量位于UV范围中。
因此优选为荧光测量使用1至750nm范围中的激发波长。
此外，已被证明有利的是，基于同一病人和/或装置的同一操作人员的先前治疗的荧光测量或荧光和吸光度测量组合的测量结果的分析，现在可实时对病人个体的治疗参数进行评估及以进行改变或调整。
在此作为治疗参数优选使用相应的清除效率（相对变化）、减少率和/或一种或多种尿毒症物质或物质混合物的透析剂量Kt/V。
重要的尿毒症物质在此是约500至50000Da的中分子量范围中的蛋白质和/或肽、例如β2-微球蛋白或类似物，以及分子量直至约500Da的小分子量物质、例如尿酸、尿素或类似物。
在本发明的一种优选的实施方式中，测量结果或测量结果结合上述透析特定的参数可被显示于输出单元、例如打印机和/或显示屏上。
根据本发明的另一思路，用于透析治疗的一个或多个参数根据测量结果或测量结果结合其他透析特定的内容是可调整的、例如关于存储于存储单元中的参考数据、例如同一病人和/或同一操作人员的先前治疗。
已被证明特别有利的是，该调整可自动进行。
但作为替换方案，该调整也可手动进行。
特别有利的是，待调整的参数是体外血液系统中的血液流量、超滤率、透析液流量、治疗方式、透析器和/或透析时间，因为这些参数直接影响待实施的治疗。
为了进一步使可能的治疗自动化，根据本发明的装置构造用于连续根据测量结果调整一个或多个参数，透析治疗借助所述参数被实施。
附图说明
本发明的其它目标、优点、特征和应用可能性借助附图由下面的实施例说明给出。在此所有描述和/或以图示示出的特征本身或以任何有意义的组合构成本发明的技术方案，并且与其在权利要求中的概括或引用关系无关。附图如下：
图1为根据本发明的装置；
图2为示例性的蛋白质/肽或其他物质的关于激发波长和发射波长的波长的强度曲线；
图3为用于荧光测量的传感器的优选结构；
图4为用于荧光和吸光度测量组合的优选结构。
具体实施方式
图1示出具有附加的测量单元37的传统透析机的透析液回路，该测量单元位于透析液出口36中。病人的血液在此在体外通过软管系统32被引导到透析器的血液侧的腔30中。在血液通过透析器之后，血液经软管系统31被重新输入给病人。血液流量在此通过血液泵33控制。透析液包括不同成分，其在水中溶解。因此透析机具有一个入水口12、两个浓缩物输入装置16、18和两个浓缩物泵17、19。水流量20与浓缩物流量一起决定透析液的组成。通过水或透析液入口20透析液被输送到透析器的透析液腔29，该腔与血液腔30通过半透膜分开。透析液在此通过透析液泵21被输送给透析器并且通过另一泵34与超滤液一起被抽出透析器。在泵21和34之间设置旁路连接。此外，阀26、27和28用于控制透析液回路。透析液在流过透析器之后通过软管段36被输送到测量单元37，借助该测量单元可实施纯粹的荧光测量或荧光和吸光度测量组合，在测量单元处进行光学测量并且随后将结果通过接口发送给相配的分析装置14。接着，通过输出单元、例如显示屏或打印器输出分析的数据。在测量后透析液被输送给出口13。点状线22、24和25表示用于实施血液透析的系统的可选元件。在此，置换液流出相应的源11并且通过软管系统22借助泵23流入病人的血液循环：置换液在“后稀释”选项下在通过透析器24之后被输入到血液循环中并且在“预稀释”选项下在通过透析器25之前被输入到血液循环中。在“预-后稀释”选项下两个端口24和25都用于输入置换液。计算机14控制图1所示的所有元件和几个其它的为简单起见省略的元件。另外，计算机还从透析机中获取信息，所述信息可在数学上与可光学测量装置的结果联系起来。
图2示出在荧光测量中根据激发波长和发射波长的典型的强度曲线。因此在较低波长中强度的振幅相应于激发波长的强度分布，而在较高波长中强度的上升表示发射波长的强度分布。激发波长到发射波长的最大强度的位移被称为斯托克斯位移并且源于分子内的非辐射跃迁。实线描述固定环境条件（pH、T、C等）的光谱。通过改变环境条件（溶解液体的pH值、温度等）可改变两个光谱。这通过虚线来表示。
图3示出借助荧光测量的测量单元37的优选结构。但原则上任何用于发光测量的传感器装置都可这样构造。特定强度分布和波长分布、例如波长为λ=280nm的单色光的电磁辐射I0(λ)从辐射源1发出。该光在分束器2上被分开。一部分光在参考检测器6上转向并且在那里被检测。无阻碍地经过分路器2的另一部分光照射出口3中待检验的样本，该样本为使用后的透析液。因发光效应或荧光效应而发出的光离开位于出口3的（样本）并且向所有方向发射。垂直于辐射源1的原始光路的光电检测器5检测由样本发射出的光。为了更好地表示发出的光子，可在出口3和光电检测器5之间设置光学元件4、例如光栅或其它滤光装置，在理想情况下仅关注的波长可透过该光学元件。通过分析由测量样本发出的波长可推导出特定成分、例如β2－微球蛋白2－微球蛋白或其它蛋白质/肽，并且可得出其浓度。
图4示出用于测定透析液出口3中的透析液成分的发光或荧光测量和吸光度测量组合。该结构与图3相似，但所述测量单元与附加的吸光度检测器7连接，该吸光度检测器在理想情况下位于辐射源1的光轴中。吸光度测量和同时发光或荧光测量的组合能够测量中分子量物质、例如β2－微球蛋白2－微球蛋白，并且同时通过吸光度测量检查小分子量物质的清除效率。在此优选的波长也为λ=280mm，但该波长可在200至约400nm的范围中变化。除此之外测量原理与图3的测量原理非常接近。
除了图3和4的优选的实施例外，其它在此未明确示出的实施例也是可能的，其也属于所要求保护的本发明的范围。例如测量单元37也可被构造为单光束光度计。为此省略图3和图4中的元件2和6。辐射源1也可被构造为不同类型。例如可想到构造为单色或多色的辐射源。同样，滤光装置4既可被构造为包含单一通带的带通滤波器也可构造为包含多个通带的带通滤波器，通过改变辐射源1或滤光装置4可检测不同类型的分子，由此可判断有毒物质从血液中的清除率。
在根据图3和图4所描述的实施例中，透析液的测量在治疗时间中连续进行。但也可在离散的时间间隔中进行测量。测量可完全自动地进行，但也可想到手动激活测量。待实施的测量方法可以是如图2的纯粹的荧光测量，也可以是根据图3的荧光测量和吸光度测量组合。组合的优点在于这样的事实，即，可在中分子量物质的清除性能的同时，确定借助EP 1 083 948 B1中的吸光度测量可以很好地测定的小分子量物质的减少率，并且与可通过荧光测量测定的中分子量物质的清除效率相关联。此组合不仅可以推断出透析液当前的组成成分，而且也可推断出透析器的过滤器特性、分子量和毒性不同的分子的清除过程等。

Claims (19)

1.一种用于体外血液处理的装置，包括：
－透析器，所述透析器由半透膜分为第一和第二腔(29、30)，其中第一腔(29)设置在透析液行程中并且第二腔(30)借助供血管路(32)和排血管路(31)能够与病人的血液循环连接；
－用于新鲜的透析液的入口(20)；
－用于使用后的透析液的出口(36)；
－设置在出口(36)中的测量装置(37)，该测量装置(37)具有用于基本上单色的电磁辐射的至少一个辐射源(1)，
其特征在于，测量装置(37)具有用于检测通过发光产生的电磁辐射的强度的至少一个检测系统(5)，以测定流过出口(36)的使用后的透析液的发光。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述辐射源(1)构造用于发出1nm至750nm范围中的电磁辐射。
3.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述辐射源(1)构造用于发出1nm至380nm范围中的紫外辐射范围中的电磁辐射。
4.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述检测系统(5)构造用于检测1nm至750nm范围中的电磁辐射。
5.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述用于基本上单色的电磁辐射的至少一个辐射源(1)具有多色的辐射源和单色仪。
6.根据权利要求5的装置，其特征在于，单色仪是仅对于特定波长可通过的滤光器或是包含一个或多个通带的带通滤波器。
7.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述用于检测通过发光产生的电磁辐射的强度的至少一个检测系统(5)具有仅对于特定波长可通过的滤光器或具有包含一个或多个通带的带通滤波器。
8.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述检测系统(5)构造为荧光检测器。
9.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述检测系统(5)以其光轴基本上垂直于辐射源(1)的光轴的方式被设置。
10.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述测量装置(37)具有参考检测器(6)。
11.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述测量装置(37)具有分束器(2)，该分束器设置在辐射源(1)和出口(36)之间。
12.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述测量装置(37)具有吸光度检测器(7)，该吸光度检测器设置在辐射源(1)的光轴中，其中出口(36)位于吸光度检测器(7)和辐射源(1)之间并在所述吸光度检测器和辐射源的光轴中。
13.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述辐射源(1)构造用于脉冲或连续地发出电磁辐射。
14.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述装置还具有微处理器单元(14)、存储单元以及输出单元(15)。
15.根据权利要求14的装置，其特征在于，所述存储单元构造用于存储参考数据。
16.根据权利要求15的装置，其特征在于，所述微处理器单元(14)构造用于通过比较测量值与参考数据来调整不同的装置参数。
17.根据权利要求16的装置，其特征在于，装置参数是透析液流量、血液流量或透析器。
18.根据权利要求14至17之一的装置，其特征在于，由检测系统(5)提供的测量结果可被显示于输出单元(15)上。
19.根据权利要求18的装置，其特征在于，输出单元是打印机或显示屏。
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