CN103857419B - 透析液流调节 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在透析设备中调节透析液流的方法和设备。为了调节透析液流，确定通过透析液或血液的特性的改变引起的或者通过透析液流的改变引起的控制变量的值的改变，所述控制变量是经由透析器的物质交换的量度进而是透析器的效果的量度。如果控制变量的值的改变超出极限范围，那么增加透析液流。反之，如果控制变量的值的改变未超出极限范围，那么减少透析液流。通过本发明，在血液治疗的效果方面优化了透析设备中的透析液流，而与对所使用的透析器类型、血液流或者所确定的患者参数的了解无关。

Description

透析液流调节

技术领域

本发明涉及一种用于在透析设备中调节透析液流的方法和设备。

背景技术

根据在这里所使用的术语的含义，透析设备特别是一种用于体外的血液治疗的设备，所述设备例如能够设立为用于血液透析和/或超滤。

在血液透析时，在透析设备中，患者的血液在体外循环中被引导穿过透析器的血液室。血液室通过半透膜与透析器的透析液室分隔。透析液室由透析液穿流。透析液包含一定浓度的血液电解质，该浓度相应于健康者的血液中的浓度。在治疗期间，血液和透析液通常以具有预设的流量的逆流被引导经过半透膜的相对置的侧。通过尿排出的物质扩散穿过膜从血液室进入透析液室，而存在于血液和透析液中的电解质同时从较高浓度的室朝向较低浓度的室扩散。

附加地，血液能够通过在透析器的半透膜上建立压力梯度的方式被脱水，因此所述血液的水从血液中被压到透析液室的一侧上。这个过程被称为超滤。

透析器在透析设备中进而在血液治疗中的效果另外也取决于透析液流的大小，也就是说透析液的流量。高的透析液流能够将血液治疗的效果提高到直至上限，但是也导致透析液和能量的消耗提高。

发明内容

因此所期望的进而本发明的目的是，能够确定透析设备中的透析液流的量，使得血液治疗的效果尽可能高并且同时不过度增加透析液和能量的消耗。在此，还期望的是，这样确定透析液流的量能够与对所使用的透析器类型、血液流或者特定的患者参数的了解、例如与存在再循环无关地进行。

所述目的通过根据独立权利要求所述的方法和设备来实现。所述方法和设备的有利的改进方案从相应的从属权利要求中得到。

在用于调节透析液流的根据本发明的方法中，透析器的血液室由血液穿流并且透析器的通过半透膜与血液室分隔的透析液室由透析液穿流。为了调节透析液流，确定通过透析液或血液的特性的改变引起的或者通过透析液流的改变引起的控制变量的值的改变，所述控制变量是经由透析器的物质交换的量度进而是透析器的效果的量度。如果控制变量的值的改变超出极限范围，那么增加透析液流。反之如果控制变量的值的改变未超出极限范围，那么减少透析液流。

根据本发明的用于调节透析液流的设备具有：透析器，所述透析器具有用于由血液穿流的血液室和通过半透膜与所述血液室分隔的、用于由透析液穿流的透析液室；用于产生穿过透析液室的透析液流的机构；用于确定控制变量的单元，所述控制变量是经由透析器的物质交换的量度进而是透析器的效果的量度；和用于调节穿过透析器的透析液室的透析液流的调节装置，如果通过透析液或血液的特性的改变引起的或者通过透析液流的改变引起的控制变量的值的改变不在极限范围之内，其中所述调节装置指导用于产生透析液流的机构：如果控制变量的值的改变超出极限范围，那么增加透析液流，并且如果控制变量的值的改变未超出极限范围，那么减少透析液流。

如果控制变量的值的改变通过透析液流的改变引起，那么控制变量优选具有可在透析液流改变之后和改变之前分配的、经过透析器之后的透析液或者血液的特性的值的比值或者差值。也就是说，为了确定所述比值或差值，应用在离开透析器的出口处的透析液或者血液的特性的值，其中当所述透析液或者血液进入透析器时透析液流的改变已经发生，并且应用如下透析液或者血液的值，其中当所述透析液或者血液进入透析器时透析液流的改变仍未发生。

如果控制变量的值的改变通过透析液或者血液的特性的改变引起，那么控制变量优选具有在经过透析器之后和在经过透析器之前的特性的值的比值或者差值。也就是说，在透析液的特性改变时，一方面能够确定在经过透析器之后的透析液的特性的值，并且另一方面能够确定在经过透析器之前的透析液的特性的值或者在经过透析器之前的血液的特性的值的比值或者差值。相应地，在血液的特性改变时适用的是，一方面能够确定在经过透析器之后的血液的特性的值，并且另一方面能够确定在经过透析器之前的透析液的特性的值或者在经过透析器之前的血液的特性的值的比值或者差值。控制变量优选具有在经过透析器之后的透析液的特性的值与在经过透析器之前的透析液的特性的值的比值。包含在控制变量的表达式中的差值优选由在经过透析器之后的透析液的特性的值和在经过透析器之前的透析液的特性的值形成。

透析液的特性优选是透析液的导电性或温度，并且血液的特性优选是血液的导电性或温度。

为了确定控制变量的值的改变，优选至少在一个时间间隔内连续地改变透析液或血液的特性。控制变量本身的值的改变优选通过控制变量对透析液流求导来确定。

极限范围优选对应于对于透析液流每次以100ml/min改变时控制变量的值的10%、11%、12%、13%、14%、15%、16%、17%、18%、19%或20%的值的公差范围。在此，公差范围优选为对于透析液流每次以100ml/min改变时控制变量的值的百分比，以至于在对于透析液流每次以100ml/min改变时为控制变量的值的10%的值的情况下，达到对于透析液流每次以100ml/min改变时控制变量的值的9.5%至10.5%的极限范围。可替选地，公差范围也能够是零，以至于极限范围与极限值重合，例如对于透析液流每次以100ml/min改变时控制变量的值的10%、11%、12%、13%、14%、15%、16%、17%、18%、19%或20%。

优选使用根据本发明的用于在一种体外治疗的设备、例如透析设备中调节透析液流的设备。

附图说明

接下来参考的附图详细阐述本发明。

附图示出：

图1示出在浓缩物注射的变形方案中或者在透析液加热的变形方案中和在800ml/min的透析液流的情况下透析液在经过透析器之前（曲线C1）和在经过透析器之后（曲线C2）的导电性（左侧的纵坐标轴）和温度（右侧的纵坐标轴）的时间曲线，

图2示出透析液在经过透析器之前和在经过透析器之后的作为透析液流的函数的导电性的或温度的值的振幅比值（具有左侧的纵坐标轴的曲线C3）以及作为透析液流的函数的振幅比值的相对变化（具有右侧的纵坐标轴的曲线C4）。

具体实施方式

能够使用控制变量k_d=Q_d*(A_d,out(Q_d)-A_d,out(O))/A_d,in作为透析器的效果的量度。在此，Q_d描述了透析器中的透析液流，而A_d,in和A_d,out描述了透析液的特性，例如透析液在经过透析器之前或者在经过透析器之后的导电性或者温度。A_d,out（0）表明在缺少清洁性能时、例如在缺少血液流时透析液的特性的值。在透析液流增加的情况下，只要存在清洁性能，那么控制变量k_d增加。但是控制变量k_d的收益不断地下降。也就是说，在进一步提高透析器的效果时，由于透析液流的提高，对透析液和能量的需求快速地提高，以至于从特定的极限起，进一步提高透析液流以提高透析器的效果不再是有意义的。

将由透析液流Q_d除的控制变量k_d对透析液流Q_d求导，表明控制变量k_d/Q_d的改变，进而表示由于透析液流的改变而产生的透析器的效果的归一化的收益。

ε=δ(k_d/Q_d)/δQ_d=1/A_d,in*δ(A_d,out(Q_d))/δQ_d

在以上公式中假设，透析液在经过透析器之前的特性A_d,in与透析液流Q_d无关。如果透析液的特性例如是透析液的导电性，那么在经过透析器之前透析液的导电性的恒定的值例如通过相应地调制注射到透析液中的电解质的量来保持。这对于如下情况是特别重要的，即如果为了确定控制变量的值的改变而连续地改变透析液的特性，如在下文中所示出的。

此外在控制变量k_d/Q_d对透析液流Q_d求导的公式中不考虑项A_d,out（0），这简化了导数的确定。

在血液治疗期间，改变透析液流并且确定控制变量k_d/Q_d的改变。在此，透析液流的变化能够源自有针对性地改变透析液流或者源自在血液治疗期间改变的参数。确定控制变量k_d/Q_d的改变能够在有针对性地改变透析液流的范围中通过分别在透析液流改变之前和改变之后确定控制变量k_d/Q_d来实现，或者通过连续地确定控制变量k_d/Q_d对透析液流Q_d的导数来确定。

然后将之前所确定的控制变量的改变与极限值或具有上限和下限的极限范围进行比较。如果控制变量的改变未超出极限范围的极限值或者下限，那么减少透析液流。反之如果控制变量的改变超出极限范围的极限值或者上限，那么增加透析液流。对于极限值而言，对于透析液流每次以100ml/min改变在控制变量的值的10%和20%之间的值被证实为是尤其有利的。对于这些极限值中的每一个而言，也能够定义相应的极限范围，所述极限范围的上限和下限表明极限值的公差范围。在此，公差范围优选为对于透析液流每次以100ml/min改变时控制变量的值的百分比，以至于对于透析液流每次以100ml/min改变为控制变量的值的20%的极限值的情况下，对于透析液流每次以100ml/min改变，极限范围的下限和上限对应于控制变量的值的19.5%或20.5%的值。通过所述调节，透析液流在透析器的效果方面以及在透析液和能量的消耗的方面被优化。

对于特定的透析液流，为患者的血液的特性，例如为标志物如Na离子、尿素、尿酸、β-2-微球蛋白的导电性、温度或者浓度得出相关的比值，所述相关的比值是透析液在经过透析器之后即在离开透析器的出口处的相应的特性的值与透析液在经过透析器之前即在进入透析器之前的相应的特性的值的相关的比值。透析液流的改变引起透析液在离开透析器的出口处的相应的特性的值的改变。因此，基于透析液流的有针对性的改变对控制变量的改变的确定能够通过确定在透析液流有针对性地改变之前和之后的控制变量来维持。为此，相应地确定透析液在离开透析器之后的相应的特性的值。因此也必须确定，透析液流的有针对性的改变何时到达离开透析器的出口，也就是说，对于相应的透析液流，透析器的液压延迟必须是已知的，以便能够使控制量的改变与透析液流的特定的改变相关联。在现有技术中，提供一种用于确定透析器的液压延迟的方法。透析液流的有针对性的改变能够存在于透析液的流量的短期的，即持续很短的时间间隔的周期性的或者脉冲式的改变中。

替选于透析液流的有针对性的改变，为了确定控制变量的改变，也能够连续地、例如周期性地改变透析液在进入透析器之前的特性。在进入透析器的入口处连续地调制透析液的特征值A_d,in引起在离开透析器的出口处调制透析液的特征值A_d,out。因此在稳定的状态下已知的是，在确定的时间点在离开透析器的出口处透析液的特性的值是怎样的，以至于透析流的改变能够快速地与在离开透析器的出口处的透析液的特性的值的改变相关联。此外因此，因为取决于透析器-透析率、调制频率和软管几何形状的、复杂的传输功能不是必需的。

对于透析液的特性是透析液的导电性或者温度的情况而言，在根据图1的视图中，为实验室中的透析治疗（体外）示出了在800ml/min的透析液流的情况下在经过透析器之前（曲线C1）和经过透析器之后（曲线C2）的透析液的导电性（左侧的纵坐标轴）或温度（右侧的纵坐标轴）的时间曲线。在此，在进入透析器的入口处的透析液的导电性或者温度的近似调和的变化通过浓缩物注射的取决于体积的变化即将电解质注射到透析液中，或者通过透析液的加热的变化而产生。在此，透析液中的电解质的或单一的电解质的浓度的改变或者对透析液的热调制在对于患者而言在生理上无害的边界内进行。

由于透析器体积的大小，导致在透析器中不同浓度的体积即具有透析液的特性的不同的值的体积之间的混合。这种混合导致调制的衰减，也就是说离开透析器的透析液的导电性和温度的变化的衰减，以至于离开透析器的透析液的导电性或温度的振幅取决于调制周期和透析器体积而降低。此外，被调制的体积的一部分穿过半透膜到达体外循环（血液循环）中，由此对离开透析器的透析液的导电性或者温度的调制附加地降低。对调制的阻尼在根据图1的视图中通过曲线C1和C2的对比，特别是通过振幅的对比可清楚地看到。

在经过透析器之前和之后的透析液的导电性或温度的值能够借助于测量元件来检测。从测量元件的数据中可直接看出透析液流的改变的影响，以至于能够在最短的时间内执行对透析液流的调节进而执行对透析液流的优化。

在根据图2的视图中示出了作为透析液流的函数的在经过透析器之前和之后的透析液的导电性的或温度的值的振幅比值（具有左侧的纵坐标轴的曲线C3）以及作为透析液流的函数的振幅比值的相对改变（具有右侧的纵坐标轴的曲线C4）。

曲线C3示出，在经过透析器之前和之后的透析液的导电性的或温度的值的振幅比值的增长进而其改变随着提高的透析液流越来越少。相应地从曲线C4中获悉，振幅比值的相对改变随着提高的透析液流快速减少。从大约650ml/min的透析液流的值起，振幅比值的相对改变进而透析器的效果的增长已经为仅不足10%。

替选于对控制变量的改变的确定，通过检测在离开透析器的出口处透析液的特性的值和在进入透析器的入口处的透析液的特性的值，即通过检测在透析液侧的透析液的特性的改变，也能够在血液侧测量在透析器中从透析液传输到血液上的特性，即通过检测在离开透析器的出口处和在进入透析器的入口处的血液的相应的特性。例如能够在静脉的软管系统中测量透析液中的温度团流（Temperaturbolus）经由透析器到血液上的传输。在这种情况下，也包含作为透析液流的函数的治疗效果的控制变量是：

k_b=Q_b*(A_b,out(Q_d)-A_b,out(O))/A_b,in

其中Q_b表示血液流，即血液的流量，并且Q_d表示透析器中的透析液流。A_b,in描述了血液的特性，例如在进入透析器之前的血液的导电性或温度，并且A_b,out描述了血液在离开透析器的出口处的相应的特性。A_b,out（0）表明在缺少清洁性能时在离开透析器的出口处的血液的特性的值。

在这里也有利的是，不直接地使用控制变量k_d，而是使用由透析液流Q_d除的控制变量k_d对透析液流Q_d的导数，也就是说使用控制变量k_d/Q_d的由于透析液流Q_d的改变而引起的改变。

因此，本发明还允许借助于透析液的特性的改变对透析液流进行调节并且允许在血液侧对血液的相应的特性的改变进行检测。

在确定基于透析液流的有针对性的改变而引起的控制变量的改变时，也能够在透析液侧或者在血液侧执行对透析液或者血液的特性的改变进行检测。

为了确定控制变量的改变，替选于在进入透析器之前的透析液的特性的改变，也能够连续地、例如周期性地改变在进入透析器之前的血液的特性，并且能够在血液侧或者可替选地在透析液侧测量治疗对在离开透析器的出口处的血液的特性的影响。因此，在进入透析器之前的血液的特性的改变是血液的温度的小的、患者耐受的改变。同样可能的是，在血液进入透析器之前进入血液中的肝素注入的改变。在血液透析时为患者血液在进入透析器之前连续地掺入肝素或者可替选的抗凝药物（柠檬酸），以便防止透析器的凝血（clotting）。这例如借助注射泵发生，所述注射泵包含相应的药物。所述泵（肝素泵）的流量能够被相应地调制。作为其它的替选方案，也能够调制取代率。在这里优选待使用的预稀释中，为患者血液在进入透析器之前输送无菌的替代品。多余的水通过超滤经由透析器再次从患者血液中去除。血液中的替代品的组成成分，例如葡萄糖、钠、钾、镁、钙和碳酸氢盐在透析器的内部从血液侧转入到透析液侧上并且在该处至少是间接地能检测的，例如通过电导率测量单元检测电解质。

本发明因此也允许借助于血液的特性的改变调节透析液流并且允许在血液侧或者透析液侧检测血液的特性的改变。

用于确定在经过透析器之前（LF_d,in）和之后（LF_d,out）的透析液的导电性的值的振幅比值的最简单的方法是，将在进入透析器的入口处的透析液的导电性的振幅值或者峰-峰值（LF_d,in）与在离开透析器的出口处透析液的导电性的振幅值或者峰-峰值（LF_d,out）相互比较。但是这种方式具有如下缺点：噪音和/或干扰直接导致测量误差，这再次降低了所确定的振幅比值的精确度。因此，在根据图1的视图的曲线C2中，在离开透析器的出口处的透析液的导电性的值中的干扰为大约10%。因此为了提高精确度必须在相应多的半周期T/2上求平均值。

因此有利以信号的平均值来工作，其方式为利用电导率曲线来比较面积的绝对值：

$\frac{{\∫}_0^{i\·T/2}|{\mathrm{LF}}_{d,\mathrm{in}}\left(t\right)-\stackrel{\‾}{{\mathrm{LF}}_{d,\mathrm{in}}}|\·\mathrm{dt}}{{\∫}_0^{j\·T/2}|{\mathrm{LF}}_{d,\mathrm{out}}\left(t\right)-\stackrel{\‾}{{\mathrm{LF}}_{d,\mathrm{out}}}|\·\mathrm{dt}}$

在此考虑在时间t的所有的测量值，由此统计误差被最大程度地降低。但是这要求从逆行的半波中确定在进入透析器的入口处的和离开透析器的出口处的透析液的导电性的平均值，这一方面可能延长了整个平均时间并且另一方面可能导致系统性的测量误差，例如在漂移的情况下。另一个可能性可能是，首先存储所有的测量值并且在随后执行计算。但是这要求高的存储器耗费。

因此有利地以信号的标准偏差或者交变分量的有效值来工作，其方式为：对透析液的导电性的曲线的变化进行比较：

$\frac{{\∫}_0^{i\·T/2}{({\mathrm{LF}}_{d,\mathrm{in}}\left(t\right)-\stackrel{\‾}{{\mathrm{LF}}_{d,\mathrm{in}}})}^2\·\mathrm{dt}}{{\∫}_0^{j\·T/2}{({\mathrm{LF}}_{d,\mathrm{out}}\left(t\right)-\stackrel{\‾}{{\mathrm{LF}}_{d,\mathrm{out}}})}^2\·\mathrm{dt}}=\frac{{\∫}_0^{i\·T/2}{\left({\mathrm{LF}}_{d,\mathrm{in}}\left(t\right)\right)}^2\·\mathrm{dt}-\frac{1}{i\·T/2}\·{({\∫}_0^{i\·T/2}{\mathrm{LF}}_{d,\mathrm{in}}\left(t\right)\·\mathrm{dt})}^2}{{\∫}_0^{j\·T/2}{\left({\mathrm{LF}}_{d,\mathrm{out}}\left(t\right)\right)}^2\·\mathrm{dt}-\frac{1}{j\·T/2}\·{({\∫}_0^{j\·T/2}{\mathrm{LF}}_{d,\mathrm{out}}\left(t\right)\·\mathrm{dt})}^2}$

在这里，在实践中必须仅在完整的半波上将值LF_d,in/LF_d,out和LF² _d,in/LF² _d,out相加。

上述用于确定在经过透析器之前和之后的透析液的导电性的值的振幅比值的方法能够以类似的方式应用于透析液或者血液的其它的特征值。

借助于机构例如泵和/或阀来产生和改变透析液流。

为了从在经过透析器之前和之后的透析液或血液的特性的值中确定控制变量以及为了确定控制变量对透析液流的导数，例如能够使用可编程的微处理器。这也能够在用于调节透析液流的进而用于与此相关联的产生用于泵和/或阀的控制命令的调节装置内使用。调节装置有利地包含用于存储极限值或极限范围的以及程序的预设值的存储器，所述程序能够实施根据本发明的方法。附加地也能够提出，极限值或者极限范围的预设值在开始时或者在实施程序的期间也能够改变，以至于替代对于透析液流每次以100ml/min改变时控制变量的值的预先设置的例如20%的值，也能够设置对于透析液流每次以100ml/min改变时控制变量的值的例如5%的值。同样能够提出，极限范围的公差范围、即极限范围的上限和/或下限在开始时或者在实施程序的期间能够改变。

概括来说应确定的是，通过本发明在透析器的效果方面进而也在血液治疗方面优化了透析设备中的透析液流，而与对所使用的透析器类型、血液流或者特定的患者参数的了解无关。透析液流的超出此的提高不会导致透析器的效果的显著的提高。

Claims (8)

1.一种用于调节透析液流的设备，具有：

透析器，所述透析器具有用于由血液穿流的血液室和通过半透膜与所述血液室分隔的、用于由透析液穿流的透析液室；

用于产生穿过所述透析液室的所述透析液流的机构；

用于确定控制变量的单元，所述控制变量是经由所述透析器的物质交换的量度；和

调节装置，如果通过所述透析液或所述血液的特性的改变引起的或者通过所述透析液流的改变引起的控制变量的值的改变不在极限范围之内，所述调节装置调节穿过所述透析器的所述透析液室的所述透析液流，其中

所述调节装置指导用于产生透析液流的机构：如果所述控制变量的值的改变超出所述极限范围，那么增加所述透析液流，并且如果所述控制变量的值的改变未超出所述极限范围，那么减少所述透析液流。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制变量的值的改变通过所述透析液流的改变引起，并且其中用于确定所述控制变量的所述单元借助于能在所述透析液流改变之后和之前分配的、经过所述透析器之后的所述透析液或者所述血液的特性的值的比值或者差值来确定所述控制变量。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制变量的值的改变通过所述透析液或所述血液的特性的改变引起，并且其中用于确定所述控制变量的所述单元借助于经过所述透析器之后和之前的所述特性的值的比值或者差值来确定所述控制变量。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述设备此外具有用于连续地改变所述透析液和/或所述血液的所述特性的机构。

5.根据权利要求3或4所述的设备，其中所述透析液或者所述血液的所述特性是导电性，并且所述设备此外具有用于确定经过所述透析器之后和之前的所述透析液和/或所述血液的导电性的值的机构，或者其中，所述透析液或所述血液的所述特性是温度，并且所述设备此外具有用于确定经过所述透析器之后和之前的所述透析液和/或所述血液的温度的值的机构。

6.根据权利要求1所述的设备，其中用于确定所述控制变量的所述单元通过所述控制变量对所述透析液流求导来确定所述控制变量的值的改变。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述极限范围对应于对于所述透析液流每次以100ml/min改变时所述控制变量的值的10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％的值的公差范围。

8.一种具有用于体外血液治疗的设备，其具有根据权利要求1至7中任一项所述的设备。