CN105688299B - 用于确定和调整血液输送泵的流动速率的方法和控制设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定和调整血液处理设备的血液输送泵的流动速率的方法，所述方法包括以下步骤：‑将装有流体的容器与所述血液处理设备的体外血液线路连接，‑通过在预定理论输送速率下驱动所述血液输送泵将流体从所填装的容器输送至所述体外血液线路，执行预注步骤以对所述体外血液线路进行预注，‑确定由于预注期间将流体输送至所述体外血液线路中导致的装有流体的容器的流体损失，‑通过比较用于理论输送速率下输送的流体量的值与用于实际输送的流体量的值，确定校正因子。

Description

用于确定和调整血液输送泵的流动速率的方法和控制设备
技术领域
本发明涉及用于确定和调整血液处理设备的血液输送泵的流动速率的方法和控制设备。
背景技术
在肾脏替代治疗中，患者体外血液输送流提供了指示性能的基本参数。通常，低于设定值的流动速率被认为是对处理不利的。通常通过使用塑料一次性泵段管的蠕动泵来输送患者的血液。问题在于，例如由于偏差，可能出现对这种血液流动的测量误差，所述偏差由与塑料一次性管生产相关的参数(例如，内径的生产精度、壁厚、硬度和/或材料成分)造成的。这些参数在生产系列的各个批次之间可能不同。为了实现更精确的输送，重要的是消除或至少降低与这种生产批次相关的误差对计量流动速率的影响。
US 4,432,230公开了确定受测试泵的流动速率的方法，所述方法包括以下步骤：(a)经由具有已知最大流动速率的孔口，在选定时间段内将流体泵送至容器中，所述流体处于足够的压力下，以维持穿过所述孔口的所述最大流动速率，使得在所述选定时间段期间泵送至容器中的流体的体积是已知的；(b)使用受测试泵将容器排空；(c)测量执行步骤(b)所需的时间段；(d)根据所排空的流体的已知体积和执行步骤(b)所需的时间段来计算受测试泵的流动速率。所述专利还公开了用于确定受测试泵的流动速率的设备，所述设备包括：流体容器；具有已知最大流动速率的孔口；用于经由所述孔口将流体泵送至所述容器中的装置，所述流体处于足够的压力之下，以维持穿过所述孔口的最大流动速率；用于将所述泵送装置和所述受测试泵中的一个交替地连接至所述容器的装置，因此容器由所述泵送装置填充并且由所述受测试泵排空；控制装置，所述控制装置用于在选定时间段内操作所述泵送装置，因此容器中流体的体积是已知的，并且所述控制装置用于测量所述受测试泵将容器排空所需要的时间，并且根据从容器中排空的流体的已知体积和将流体排空所需要的时间来计算受测试泵的流动速率。
US 5,112,298公开了用于各种血液成分分离程序的简化流体分离方法和装置，所述血液成分分离程序包括血浆取出法。血液成分分离方法包括以下步骤：(a)将血液分离装置流动地连接至人类受试者的血管；(b)操作至少一个泵，以从人类受试者抽取全血并且将所述全血移动至所述分离装置中；(c)提供单个称重装置，所述称重装置具有定位在其上的第一血液部分容器和第二血液部分容器，以使得所述称重装置将测量所述第一血液部分容器和所述第二血液部分容器以及所述两个血液部分容器中所含的任何材料的组合重量；(d)当所述第一血液部分容器和所述第二血液部分容器是空的时，记录所述称重装置上的初始重量；(e)操作所述分离装置，以将所述全血分成至少第一血液部分和第二血液部分；(f)在将所述第一血液部分和所述第二血液部分收集在所述第一血液部分容器和所述第二血液部分容器中后，记录所述称重装置上的第二重量；(g)提供所述第一血液部分容器与所述人类受试者之间的流体连接；(h)操作至少一个泵，以通过所述流体连接将所述第一血液部分再注入所述人类受试者体内；以及(i)在所述第一血液部分已从所述第一血液部分容器中移除并再注入所述人类受试者体内后，记录所述称重装置上的第三重量。
US 5,947,692公开了用于蠕动泵的控制器，所述蠕动泵适于处理血液和生物细胞悬液，并且包括转子组件和布置成由转子组件接合的泵管，并且具有入口，所述控制器包括：传感元件，所述传感元件用于感测入口处的压力并且提供感测输出Pi；以及命令模块，所述命令模块具有耦接至传感器以接收Pi的输入端，所述命令模块包括处理元件，所述处理元件导出比例因子SPi，所述比例因子SPi根据Pi的阶梯函数而变化，并且当Pi处于入口压力的第一定义区时，等于第一不变的值，并且当Pi处于不同于入口压力的第一定义区的入口压力的第二定义区时，等于第二不变的值，所述第二不变的值不同于所述第一不变的值，所述命令模块还包括输出端，所述输出端至少部分基于SPi生成泵速度命令S。
US 8,140,274公开了用于确定和调整蠕动泵的有效输送速率的方法，以所述输送速率在弹性软管中输送液体，所述方法包括：确定在泵上游的软管中的压力以及泵的额定速度；基于泵的额定速度和在泵上游的软管中的压力来计算有效输送速率，其中有效输送速率的计算是基于泵的额定速度和在泵上游的软管中的压力，根据泵的运行时间来进行的，所述计算包括用泵的额定速度乘以泵的冲程体积以及通过校正函数校正泵的冲程体积与额定速度的乘积，以确定有效输送速率，所述校正函数描述泵的冲程体积对其运行时间和在泵上游的软管中的压力的相依性；确定用于额定泵速度的校正因子，所述校正因子对应于有效输送速率从计算出的输送速率到预定所需输送速率的改变；以及通过将额定泵速度调整为调整后的速度，将有效输送速率改变为所需输送速率，所述调整后的速度是通过用校正因子乘以确定的额定速度来确定的。
US 7,112,273公开了用于平衡血液处理系统中流体的流动的装置，所述装置包括：具有入口和出口的平衡机构，所述入口和出口用于包括肾脏废物的流体的第一流动，以及包括将被注入患者体内的流体的流体的第二流动；至少一个压力传感器，所述至少一个压力传感器被配置来测量所述入口中的至少一个相对于相应出口之间的压力差，所述平衡机构采用体积系统，所述体积系统易受相对流动体积速率的变化的影响，这种变化是由于所述第一流动和第二流动的相应入口压力和出口压力之间的差异的变化所致，所述平衡机构被配置来接收补偿信号，并且响应于所述补偿信号来调整所述第一流动与所述第二流动的比之间的平衡，以维持患者的正确流体平衡；控制器，所述控制器被配置来响应于所述至少一个压力传感器的至少一个压力测量结果来生成所述补偿信号，所述至少一个压力测量结果包括所述第一流动和第二流动的相应入口压力和出口压力之间的所述差异中的至少一个。
还应了解，可通过在使用前“校准”每个管段的泵输送来减少与一次性血液泵段管的生产批次相关的误差。然而，这需要精确的测量系统。通常，在急性肾脏替代治疗设备中，通过使用重量测量系统来控制患者平衡。这个系统也用于在准备时自动预注和测试置换/透析流体回路，但不用于血液输送系统。为了预注血液侧管，通常将装满的生理盐水袋应用于连接至血液线路的动脉线路的静脉输液架。将废物袋连接至静脉线路，并且放置在称重装置上，从而确定废物袋中容纳的流体的重量并且执行实际蠕动血液泵输送的“校准”。缺点在于，导致非常缓慢的自动校准和预注操作，并且可能需要人工干预，因为只有在对一次性系统预注之后，即，流体到达废物袋时，校准才会开始。因此这种校准程序需要另外预注时间。另外，测量的精确度并不令人满意。这是因为在预注所述系统期间(特别是在预注包含小毛细管的滤血器时)，从管道中去除空气是缓慢的。此外，即使是在校准阶段期间，气泡被某种流体流动所替代，这种流体流动也无法由称重装置确定。
对血液流动的精确度的另一显著影响和缺点是泵入口压力对管道性能的影响。负压力可能会导致泵段管发生一定程度崩溃，从而使泵段管成椭圆形。泵段管的这种变形可能减少泵段管的横截面积，从而导致输送体积减少。相反，正入口压力可能会导致横截面积扩大，从而导致输送体积增加。因为低于所需流量的流量被认为是对处理不利的，并且由于例如由导管或针提供的薄弱患者连接，血液泵入口压力(“动脉”压力)通常为负，因此应当减少尤其是由负入口压力造成的误差。在急性肾脏替代治疗中尤其如此，在这种治疗中，通常将导管连接至患者的静脉中。
当前解决方案的缺点在于，由于泵送系统偏差导致的体外血液输送流的任何误差通常无法在处理前补偿，或至少要用耗时且不精确的方法补偿，所述泵送系统偏差是例如由不同生产批次的偏差造成的。
发明内容
本发明的目标是，提供校准用于体外血液处理的设备的泵的方法，所述泵使患者血液在所述设备中流动，所述方法简单、不耗时且提供所述泵的可靠校准，使得以高精确度提供、维持和控制患者的体外血液输送流。
为了实现这个目的，根据本发明，提供用于确定和调整血液处理设备的血液输送泵的流动速率的方法，所述方法包括：
-将装有流体的容器(也指定为供应容器，优选为袋)与血液处理设备的体外血液线路连接，
-通过在预定理论输送速率下驱动血液输送泵将流体从装满的容器输送至体外血液线路中，执行预注步骤来对体外血液线路进行预注，
-确定由于预注期间将流体输送至体外血液线路中导致的容器的流体损失，
-通过比较理论输送速率下输送的流体量与实际输送的流体量，确定校正因子。
体外血液线路可尤其是管道、导管、流体系统等等。优选地，体外血液线路可能是单次使用的一次性塑料管。本发明的显著优点是，其确保了极精确的流动速率确定以及因此流动速率调整。上述情况的原因是，对预注期间由血液泵输送的流体量的确定发生在流体进入血液线路并通过体外血液线路的滤血器之前。因此，流动速率确定不受通常发生在预注期间的气泡去除影响。
在本发明的范围内的是，通过“校准”血液泵和确定校正因子可减少体外血液流动中发生的误差，所述校正因子可能是血液泵的常数或血液泵的任何段或泵冲程的常数(所谓的段输送常数)。在一个实施方式中，当将新的体外血液线路应用于血液处理设备时(通常在治疗开始之前或在体外血液线路改变过程内)，可通过测量自动预注程序期间从装有流体的容器中抽取的流体量，确定校正因子。根据本发明，首先从容纳预注流体的容器执行精确校准。在一个实施方式中，容器悬挂在或布置在称重装置上，并连接至血液泵的动脉入口。血液泵在给定量的时间内以给定估算输送速率运行，换句话说，是以给定估算速度运行，例如入口旋转速度，所述时间可为完整预注过程或完整预注过程的一部分。将流体的估算传送量(例如传送流体的估算体积和/或重量)与从容器抽取的流体量进行比较，例如与容器的重量和/或体积的改变进行比较，从而确定传送的实际量。
根据本发明的一个实施方式，装有流体的容器可连接至体外血液线路的动脉线路或动脉端口。另外，废物容器可与体外血液线路连接，优选地连接至体外血液线路的出口，尤其是连接至体外血液线路的静脉线路或静脉端口。容器和废物容器中的至少一个可以是袋。装有流体的容器中容纳的预注流体可尤其是生理盐水。
根据本发明的一个实施方式，流体在预注步骤期间或预注程序的某段时间期间的损失或流出可通过测量装有流体的容器的重量来确定，尤其是通过计算预注期间从装有流体的容器输送至体外血液线路中的流体量的重量来确定。在一个实施方式中，在预注过程或校准开始时和结束时测量容器的重量，并且基于这两个值，就可确定校正做法。在另一实施方式中，可不断地或至少反复地监测容器重量，使得一行重量值被记录并可用来计算校正因子或若干校正因子。作为对重量的替代，可用其他参数确定从容器抽取的流体量，例如容器的体积或体积改变，在使用柔性容器(例如，袋)的情况下就会如此。
根据本发明的一个实施方式，泵可以是蠕动泵，所述蠕动泵包括：弹性可变形流体导管，尤其是管；定子或支持所述流体导管的支持表面；和转子。所述转子包括至少两个例如呈滚筒形式的挤压元件，所述至少两个挤压元件在转子的旋转期间使流体导管变形。因此蠕动泵至少提供两个泵送冲程或泵送段，每个冲程或段由在相邻挤压元件之间挤压的流体导管的体积提供，所述体积是每冲程/段的输送体积。在血液泵具有两个或更多泵送段或冲程的情况下，根据本发明的一个实施方式，可为每个泵送段/冲程确定单独的段校正因子(冲程校正因子)。在这种情况下，用于血液泵的校正因子(也可称为校准后的泵段/冲程输送常数值)可以增加给定程度，以保持流动改变在通常动脉压力范围中的可接受容差范围内。换句话说，可以增加校正因子或单独的段/冲程校正因子，以保持由血液泵输送的流动的偏差在通常入口动脉流动范围中的容差范围内。
根据本发明的一个实施方式，至少在预注步骤期间，预定理论输送速率是恒定的，在这种情况下，容易计算用于血液泵的校正因子。
以任何可能的方式组合前述实施方式是在本发明的范围内的。
也可以说，根据本发明，在应用新一次性血液线路时(在治疗开始之前或血液线路改变之前)，通过用重量测量结果“校准”泵段输送常数，从而减少体外血液流动误差。可通过将生理盐水袋连接至"动脉"线路(与通常的预注设置正好相反)来将装满的生理盐水袋悬挂在设备的称重装置中的一个(例如，“流出物”称重装置)上，所述生理盐水袋通常用来控制患者血液交换，并通过将废物袋连接至“静脉”线路来将所述废物袋放置在静脉输液架上。为了自动预注新一次性体外血液回路(在处理开始之前或血液线路改变之前)，血液泵将流体从这个生理盐水袋输送至静脉输液架上的废物袋。因此可作为预注过程的一部分来执行蠕动血液泵管段的“校准”，从而产生更快的校准和总体预注过程。另外，确保极精确的校准，因为重量测量发生在血液线路和滤血器受到气泡去除影响之前。
通过本发明，可通过经由“预张紧”泵或驱动泵以输送更大体积来改变上述校准后的泵段常数，减少负入口相关的血液流动误差。这通过使泵段常数值减小给定程度来进行的，从而增加泵旋转以保持血液流动在通常入口“动脉”压力范围中的可接受容差范围内。通过本发明，可以快速且精确地消除与血液泵段管的初始生产批次相关的误差。
本发明的另一方面涉及用于确定和调整血液处理设备的血液输送泵的流动速率的控制设备，其中所述血液处理设备包括：容器，所述容器装有流体并且与血液处理设备的体外血液线路连接；血液输送泵，所述血液输送泵用于将流体从容器输送至体外血液线路中；以及确定装置，所述确定装置用于确定由于将流体输送至体外血液线路中导致的容器的流体损失。控制设备控制血液输送泵，使得流体以预定理论输送速率从容器输送至体外血液线路中，并且通过比较理论输送速率下输送的流体量与由确定装置确定的流体损失，确定校正因子。
附图说明
从对实例的以下描述中，本发明的其他特性、特征和优点将会变得显而易见，其中参考附图，以示意图示出本发明的流动系统的第一实例。
图1示出根据本发明的包括控制设备的血液处理设备的示意图；以及
图2示出用于确定和调整血液处理设备的血液输送泵的流动速率的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出适于执行本发明的方法的血液处理设备的一部分。所述设备包括：蠕动泵1；称重装置2；呈袋3形式的容器3，所述袋3装有用于预注的流体4，例如生理盐水；具有滤血器6或透析器6的一次性管组5；以及呈空袋7形式的废物容器7，所述空袋7用于接收被泵送穿过管组5的预注流体。管组5提供血液处理设备的体外血液线路8。
装有预注流体4的供应容器3放置在称重装置(load cell)2上或悬挂在称重装置2上。供应容器3还连接至蠕动泵1的入口9。用于接收泵送穿过体外血液线路8的预注收集物的废物容器7被连接至一次性管组5的出口10。
为了预注具有滤血器6的一次性管组5，蠕动泵1将流体4从供应容器3穿过管组5和体外血液线路8输送至废物容器7。为了执行对泵1的流动速率的校准或确定，通过在给定时间内进行给定的泵旋转来开始或驱动泵1。
为了确定泵1的流动速率，在校准或预注程序或预注程序的一部分开始时和结束时，测量搁在称重装置2上的重量(即，供应容器3和供应容器3中容纳的流体4的重量)的差异，并供给至控制器11，如箭头12所指示。根据本发明的一个实施方式，持续测量作用于称重装置2上的重量。通过使用前述重量值或与重量变化有关的数据，就可计算由泵1输送的流体4的量。另外，根据这个输送量和校准时间，就可计算实际的所谓的“泵段常数”。通过将此泵段常数应用于血液泵，就可通过将校正后的驱动信号13从控制器11供给至泵1来消除与泵段管的生产批次相关的误差。
可以通过经由“预张紧”泵1输送更大体积/量的流体4改变上述校准后的泵段常数，减少负入口相关的血液流动误差。这通过使泵段常数值减小给定程度来进行的，从而增加泵旋转以保持血液流动在通常入口“动脉”压力范围中的可接受容差范围内。
图2示出用于确定和调整根据本发明的血液处理设备的血液输送泵1的流动速率的方法步骤。在步骤S1中，将装有流体的容器3连接至血液处理设备的体外血液线路。在步骤S2中，通过在预定理论输送速率下驱动血液输送泵1将流体从容器3输送至体外血液线路5中，执行预注步骤以对体外血液线路5进行预注。在步骤3中，例如利用称重装置2确定由于预注期间将流体输送至体外血液线路5中导致的装有流体的容器的流体损失。在步骤S4中，通过比较用于理论输送速率下输送的流体量的值与用于实际输送的流体量的值，确定校正因子。在步骤S5中，将校正因子“预张紧”至更高输送速率，即，使得校正因子发生给定程度改变，使得血液流动保持在通常入口“动脉”压力范围中的可接受容差范围内。在步骤S6中，基于校正因子，调整血液输送泵1的输送速率。
通过本发明，“泵段常数”的校准可以作为自动预注过程的一部分执行。这导致了更快的校准和总体预注过程。另外，它确保了极精确的校准，因为重量测量在一次性管组5之前和滤血器6或透析器6之前发生，并且它不受预注期间气泡去除的影响。

Claims (16)

1.一种用于在预注期间确定和调整用于肾脏替代治疗的血液处理设备的血液输送泵(1)的流动速率的方法，所述方法包括：
-将装有流体的容器(3)与所述血液处理设备的体外血液线路(5)连接(S1)；
-通过在预定理论输送速率下驱动所述血液输送泵(1)将流体从所述容器(3)输送至体外血液线路(5)中，执行预注步骤以对所述体外血液线路(5)(S2)进行预注；
-确定由于预注期间将流体输送至体外血液线路(5)中导致的所述装有流体的容器的流体损失(S3)；
-通过比较用于所述理论输送速率下输送的流体量的值与用于实际输送的流体量的值，确定在预注期间的校正因子(S4)；以及
-将所确定的校正因子预张紧至更高输送速率，使得由所述血液输送泵(1)输送的血液流动保持在通常入口动脉压力范围中的预定容差范围内(S5)。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括以下步骤：基于所述校正因子来调整所述血液输送泵(1)的所述流动速率(S6)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述装有流体的容器(3)被连接至所述体外血液线路(5)的动脉线路或动脉端口。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在预注步骤期间的所述流体损失通过测量所述装有流体的容器(3)的重量确定。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在预注步骤期间的所述流体损失通过计算在预注步骤期间输送至所述体外血液线路(5)中的所述流体量的重量确定。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述血液输送泵(1)是具有至少两个泵送段或泵送冲程的蠕动泵。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，针对所述蠕动泵的每个泵送段/冲程确定单独段校正因子或单独冲程校正因子。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，使所述校正因子或所述单独段校正因子增加给定程度，以保持由所述血液输送泵(1)输送的流动的偏差在通常入口动脉流动范围中的容差范围内(S5)。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述容器(3)是装有生理盐水的袋。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，废物容器(7)被连接至所述体外血液线路(5)的出口(10)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述出口(10)是连接至所述体外血液线路(5)的静脉线路或静脉端口。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，至少在所述预注步骤期间，所述预定理论输送速率是恒定的。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述容器(3)与所述血液输送泵(1)的动脉入口(9)连接。
14.一种用于在预注期间确定和调整用于肾脏替代治疗的血液处理设备的血液输送泵(1)的流动速率的控制设备(11)，其中所述血液处理设备包括：
-容器(3)，所述容器(3)装有流体并且与所述血液处理设备的体外血液线路(5)连接；
-血液输送泵(1)，所述血液输送泵(1)用于将流体从所述容器(3)输送至体外血液线路(5)中；以及
-确定装置(2)，所述确定装置(2)用于确定由于将流体输送至所述体外血液线路(5)中导致的所述容器的流体损失；其中
所述控制设备(11)控制所述血液输送泵(1)，以使得在预定理论输送速率下将所述流体从所述容器(3)输送至所述体外血液线路(5)中；
其特征在于，
所述确定装置(2)确定由于预注期间将流体输送至所述体外血液线路(5)中导致的装有流体的所述容器的流体损失；
所述控制设备(11)通过比较所述理论输送速率下输送的流体量与由所述确定装置确定的预注期间的所述流体损失，确定校正因子；以及
所述控制设备(11)将所确定的校正因子预张紧至更高输送速率，使得血液流动保持在通常入口动脉压力范围中的可接受容差范围内(S5)。
15.根据权利要求14所述的控制设备(11)，其特征在于，所述校正因子增加给定程度，以保持由所述血液输送泵(1)输送的流动的偏差在通常入口动脉流动范围中的容差范围内。
16.根据权利要求14或15所述的控制设备(11)，其特征在于，所述控制设备(11)基于所述校正因子，调整血液输送泵(1)的所述流动速率。
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