CN109745589A - 钠和碳酸氢盐控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用对透析液中的钠和碳酸氢盐浓度的闭环控制执行透析的系统和方法。所述系统和方法可在透析液流动路径中使用一个或多个电导率传感器来确定产生具有所要钠和碳酸氢盐浓度的透析液的水添加速率和碳酸氢盐添加速率。

Description

钠和碳酸氢盐控制系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年11月8日提交的美国临时专利申请第62/583,007号的权益和优先权，所述申请的全部公开内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及用对透析液中的钠和碳酸氢盐浓度的闭环控制执行透析的系统和方法。所述系统和方法可在透析液流动路径中使用电导率传感器来确定产生具有所要钠和碳酸氢盐浓度的透析液的水添加速率和碳酸氢盐添加速率。

背景技术

在透析治疗期间控制钠离子和碳酸氢盐离子是重要的。必须小心控制透析液中的钠浓度以保证患者的健康。透析液碳酸氢盐浓度对于控制患者的酸/碱稳态可能是重要的。目前用于控制透析液钠浓度和透析液碳酸氢盐浓度的方法假设患者的钠，碳酸氢盐和尿素水平，或者在治疗前需要测量这些参数。已知的系统不能仅仅基于透析液流动路径内透析液电导率的测量来控制透析液钠和碳酸氢盐水平。

需要基于透析液的电导率测量值来测量和控制透析液中的钠和碳酸氢盐浓度的系统和方法。需要扩展到可控制钠和碳酸氢盐浓度而无需连续测量患者参数的系统和方法。需要还包含可使用透析液的电导率测量值来估计患者尿素水平的系统和方法，以及对用于精确控制透析液的钠和碳酸氢盐水平的控制器，处理器，软件和逻辑的需要。

发明内容

本发明的第一方面涉及一种钠和碳酸氢盐控制系统。在任何实施例中，所述钠和碳酸氢盐控制系统可包括：透析液流动路径中的第一电导率传感器，所述第一电导率传感器位于透析器下游和含有尿素酶的吸附剂药筒上游；水源，其在所述第一电导率传感器下游流体地连接到所述透析液流动路径；碳酸氢盐源，其在所述吸附剂药筒下游流体地连接到所述透析液流动路径；所述透析液流动路径中的第二电导率传感器，所述第二电导率传感器位于所述碳酸氢盐源下游；和处理器，其被编程以设定水添加速率，所述水添加速率基于钠处方和由所述第一电导率传感器测量的电导率来设定，所述处理器进一步被编程以基于所述钠处方和碳酸氢盐处方设定碳酸氢盐后电导率设定点，所述处理器进一步被编程以控制碳酸氢盐添加速率以实现如由所述第二电导率传感器测量的所述碳酸氢盐后电导率设定点。

在任何实施例中，所述水源可在所述吸附剂药筒上游。

在任何实施例中，所述水源可在所述吸附剂药筒下游。

在任何实施例中，所述水源可在所述碳酸氢盐源上游。

在任何实施例中，所述水源可在所述碳酸氢盐源下游。

在任何实施例中，所述处理器可进一步被编程以基于由所述第一电导率传感器测量的所述电导率估计透析液的钠浓度。

在任何实施例中，所述系统可包括所述透析液流动路径中的脱气器，所述脱气器在透析液再生单元下游且在所述碳酸氢盐源上游。

在任何实施例中，所述系统可包括在所述吸附剂药筒下游且在所述碳酸氢盐源上游的第三电导率传感器。

在任何实施例中，所述处理器可基于由所述第一电导率传感器测量的所述电导率和由所述第三电导率传感器测量的电导率确定患者的尿素水平。

在任何实施例中，所述处理器可通过控制位于所述碳酸氢盐源与所述透析液流动路径之间的泵来控制所述碳酸氢盐添加速率。

在任何实施例中，所述碳酸氢盐后电导率设定点可以是碳酸氢盐后电导率特征曲线。

在任何实施例中，所述碳酸氢盐后电导率设定点可基于所要透析液处方。

在任何实施例中，所述碳酸氢盐后电导率设定点可使用查找表设定。

在任何实施例中，所述碳酸氢盐后电导率设定点可使用来自一个或多个模拟的数据来设定。

公开为本发明的第一方面的部分的特征可单独或以组合形式在本发明的第一方面中。

本发明的第二方面涉及一种方法。在任何实施例中，所述方法可包括以下步骤：在透析器下游且在含有尿素酶的吸附剂药筒上游测量透析液流动路径中的用于患者的透析期的第一透析液电导率；按水添加速率将水添加到所述透析液流动路径，所述水添加速率基于用于所述患者的钠处方和所述第一透析液电导率来设定；在碳酸氢盐源下游测量第二透析液电导率；和按碳酸氢盐添加速率将碳酸氢盐添加到所述透析液流动路径以产生碳酸氢盐后电导率设定点的第二透析液电导率；其中所述碳酸氢盐后电导率设定点基于所述钠处方和碳酸氢盐处方来设定。

在任何实施例中，将碳酸氢盐添加到所述透析液流动路径的步骤可包括将碳酸氢盐浓缩物从碳酸氢盐源添加到所述透析液流动路径。

在任何实施例中，将水添加到所述透析液流动路径的步骤可包括将水从水源泵送到所述透析液流动路径。

在任何实施例中，所述方法可由透析系统执行。

在任何实施例中，所述方法可包括以下步骤：在所述吸附剂药筒下游且在碳酸氢盐源上游测量第三透析液电导率；和基于所述第一透析液电导率与所述第三透析液电导率之间的差异确定所述患者的尿素水平。

在任何实施例中，所述方法可包括将所述透析液流动路径中的透析液泵送通过位于所述吸附剂药筒下游和所述碳酸氢盐源上游的脱气器。

在任何实施例中，所述钠处方可包括钠特征曲线。

在任何实施例中，所述方法可包括基于所述第一透析液电导率确定所述透析液的钠浓度的步骤。

在任何实施例中，所述第一透析液电导率和所述第二透析液电导率可由所述透析液流动路径中的电导率传感器测量。

作为本发明的第二方面的部分公开的特征可单独或以组合形式在本发明的第二方面中。

附图说明

图1是用于透析治疗的钠和碳酸氢盐控制系统的非限制性实施例。

图2是说明控制透析液中钠和碳酸氢盐浓度的步骤的流程图。

图3是具有电导率传感器的吸附剂药筒的非限制性实施例。

图4是说明从透析液流动路径中的电导率的改变确定患者尿素水平的步骤的流程图。

图5是展示透析液电导率与透析液钠浓度之间的相关性的图。

图6A到6C说明不同钠水平下水添加速率与电导率之间的相关性。

图7是展示所实现的透析液碳酸氢盐浓度相对于使用所描述的钠和碳酸氢盐控制系统的模拟的图。

图8是展示所实现的透析液碳酸氢盐浓度相对于使用传统方法的模拟的图。

图9展示透析液电导率的改变与透析液尿素浓度之间的相关性。

图10说明用于闭环控制透析液碳酸氢盐和透析液钠浓度的电导率传感器的使用。

具体实施方式

除非另外定义，否则所使用的所有技术和科学术语一般都具有与所属领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。

冠词“一(a/an)”用来指所述冠词的一个或多于一个(即，指至少一个)语法宾语。举例来说，“一元件”意指一个元件或多于一个元件。

术语“添加”可指将任何组件添加到另一组件。举例来说，电解质、流体、气体或其混合物中的任何一个或多个可添加到第二流体、气体或其混合物中或添加到第二流体、气体或其混合物。术语还可指将任何组件添加到系统或导管中。

术语“碳酸氢盐”可指碳酸氢盐负离子或碳酸氢盐负离子的前物，例如，碳酸氢盐的盐，例如，碳酸氢钠。碳酸氢盐负离子的前物为可基于系统内或患者内的条件转化成碳酸氢盐负离子的任何物质，例如，乙酸盐、乳酸盐和/或柠檬酸盐。

术语“碳酸氢盐添加速率”可指从来源添加到目标位置的碳酸氢盐离子或碳酸氢盐溶液的流动速率。在一个非限制性实例中，“碳酸氢盐添加速率”可指从碳酸氢盐源到透析液流动路径的流动速率。

“碳酸氢盐浓缩物”是含有浓度高于旨在用于治疗的浓度的碳酸氢盐离子的溶液。

“碳酸氢盐处方”是透析液或血液中的预期碳酸氢盐浓度。

术语“碳酸氢盐源”可指碳酸氢盐离子或碳酸氢盐前物的来源。碳酸氢盐可以是酸或碱的形式，且可包含当用于透析系统中时反应以形成碳酸氢盐的物质。

“组件”可以是较大系统的任何部分或一组类似或不同组件。组件的非限制性实例是药筒、容器、贮存器、传感器、模块和吸附剂。

术语“包括”包含但不限于在词语“包括”之后的任何内容。术语的使用指示所列元件是所需的或必选的，但其它元件是任选的且可能是存在的。

术语“电导率”是指流体的电阻的倒数。

术语“电导率传感器”是指能够测量流体的电导率或电阻的任一组件。

术语“由……组成”包含并且限于短语“由……组成”之后的任何内容。所述短语指示有限元件是必需的或必选的，并且不可存在其它元件。

术语“主要由…组成”包含在术语“主要由…组成”之后的任何内容以及不影响所描述的设备、结构或方法的基本操作的额外元件、结构、动作或特征。

术语“控制”可指一个组件引导第二组件的动作的能力。

“脱气器”可指能够从流体去除溶解及未溶解气体的组件。

术语“所要透析液处方”可指用于治疗的透析液的流体参数或变量的任何集合，包含一种或多于一种溶解物的浓度。

术语“确定”可指确认或识别特定状态或所要状态。如在“确定重要参数”中所使用，所述短语指确认或识别任一参数。举例来说，可通过获得传感器数据、检索数据、执行计算或通过任何其它已知的方法确定系统或流体，或系统或流体的任何所测量变量或特征。

术语“透析液”可描述一种流体，来自待透析的流体的溶解物通过膜扩散进入或离开所述流体。透析液通常可含有接近在血液中发现的电解质的生理浓度的一种或多于一种电解质。

术语“透析液流动路径”可指传送例如透析液的流体且被配置以形成用于腹膜透析、血液透析、血液过滤、血液透析过滤或超滤的流体线路的至少部分的流体路径或过道。

“透析期”可以是使用任何类型形式，长度或一组用于透析的参数进行患者治疗的时间段。

术语“透析系统”可指被配置成进行任何类型的透析治疗(包含腹膜透析、血液透析、血液过滤、血液透析过滤或超滤)的组件集合。

术语“透析器”可指具有两个由半透膜分隔的流动路径的药筒或容器。一个流动路径可用于血液，且一个流动路径可用于透析液。膜可呈所属领域的技术人员已知的中空纤维、平板或螺旋卷绕或其它常规形式。膜可选自以下材料中的任一个或组合：聚砜、聚醚砜、聚(甲基丙烯酸甲酯)、改性的纤维素或所属领域的技术人员已知的其它材料。

术语“下游”可指第一组件在流动路径中相对于第二组件的位置，其中在正常操作期间流体将在第一组件之前通过第二组件。第一组件可被称为在第二组件的“下游”，而第二组件在第一组件的“上游”。

术语“估计”可指用于特定参数的值的近似。

术语“可流体连接”、“流体连接”、“用于流体连接”等等可指实现流体、气体或其组合从一点传递到另一点的能力。所述两个点可处于任何类型的隔室、模块、系统、组件及再装填器中的任何一个或多个内或之间。连接可任选地断开并且随后再连接。

术语“启动透析期”可指开始通过任何类型的透析治疗患者。

“查找表”可以是使改变一个或多个特定变量对后果的效应相关的电子或非电子表。

术语“测量”可指确定任何参数或变量。参数或变量可涉及系统、组件、流体、气体或一种或多种气体或流体的混合物的任何状态或值。

“患者”或“受试者”可以是任何动物物种的成员，优选地，哺乳动物物种，任选地，人类。受试者可以是表观健康的个体、患有疾病的个体或正接受疾病治疗的个体。

术语“碳酸氢盐后电导率设定点”可指在添加碳酸氢盐之后具有所要碳酸氢盐浓度的透析液的电导率。

术语“碳酸氢盐后电导率特征曲线”可指透析液的电导率测量值根据时间和/或体积流量变化。所述特征曲线可描述治疗期间的电导率。所述特征曲线可包含任一时间函数，例如，曲线或线，或设定时间段。

如本文中所使用的术语“处理器”是宽泛的术语，且将对其给予对于所属领域的普通技术人员来说其普通且通常的意义。所述术语指但不限于被设计以使用逻辑电路执行算术或逻辑操作的计算机系统、状态机、处理器等，所述逻辑电路响应于并且处理驱动计算机的基本指令。所述术语可包含与其相关联的只读存储器(“ROM”)和/或随机存取存储器(“RAM”)。

术语“特征曲线”可指随着时间和/或体积流量而变化的函数。所述特征曲线可包含多个速率、开始/停止指令和时间长度中的任何一个或多个。所述特征曲线还可指具体针对特定患者或受试者的随着时间和/或体积流量的过去的恒定或可变速率。所述特征曲线可进一步包含例如曲线或线或设定时间段的函数。

术语“被编程”当关于处理器或计算机使用时，可指使处理器、软件、硬件或计算机执行某些步骤的一系列指令。

术语“泵”是指通过施加抽吸或压力引起流体、气体或其组合的移动的任何装置。

术语“泵送”可指用泵移动流体。

术语“设定点”通常可指变量或参数所针对的任何所要或预期值。

“设定”等等可指将任何参数、组件或算法调整成任何特定值或位置。调整可包含以任何方式进行调整，所述方式例如定位组件、执行物理动作，或使任何参数、计算机、算法或计算机进入特定状态，无论是通过手动、处理器、计算机还是算法实施。

术语“模拟”可指对假定的患者进行透析的计算机化方法。

“钠和碳酸氢盐控制系统”可以是用于透析的系统，其可控制进入透析器的透析液中的钠浓度和碳酸氢盐浓度。

术语“透析液的钠浓度”可指溶解于给定容量的透析液中的一定量的钠离子。

“钠处方”可以是透析液或血液中的预期钠浓度。

术语“钠特征曲线”可指透析液中的钠离子的浓度根据时间或体积流量变化。

术语“吸附剂药筒”和“吸附剂容器”可指含有用于从溶液去除特定溶解物(例如，尿素)的一种或多种吸附剂材料的药筒。术语“吸附剂药筒”不需要药筒中的内含物是基于吸附剂的，并且吸附剂药筒的内含物可以是可从透析液去除废产物的任何内含物。吸附剂药筒可包含任何合适量的一种或多种吸附剂材料。在某些情况下，术语“吸附剂药筒”可指除能够从透析液去除废产物的一种或多种其它材料之外还包含一种或多种吸附剂材料的药筒。“吸附剂药筒”可包含其中药筒中的至少一些材料不通过吸附或吸收机理起作用的配置。在任何实施例中，系统可包含数个单独的药筒，其可以物理方式分隔或互连，其中此类药筒可视需要任选地拆卸和重新附接。

术语“上游”可指第一组件或第一药筒在流动路径中相对于第二组件或第二药筒的位置，其中在正常操作期间流体将在第二组件之前通过第一组件。第一组件或第一药筒可被称为在第二组件或第二药筒“上游”，而第二组件或第二药筒在第一组件或第一药筒“下游”。

术语“患者的尿素水平”可指患者体内的尿素量。尿素水平可指尿素的直接测量值，或可指患者血液尿素氮的测量值，其是患者的血液中的来自尿素的氮的量度。按mg/dl的单位给出BUN测量值。

“尿素酶”是催化将尿素转化成二氧化碳和铵离子的酶。

如本文中所使用，术语“水”是指呈液态的H₂O。“水”可指便携式水，饮用水，纯净水，去离子水，自来水，或含有溶解在水中的一种或多种溶解物的溶液，在水中溶解物的浓度是已知的或能够确定的。水不应限于任何特定的纯度、消毒时间、毒性、微生物负荷或任何其它水质指标。

术语“水添加速率”可指水从水源到透析液流动路径中的流动速率。

“水源”可以是可从中获得水的任何流体源。所述来源可以是任何类型的贮存器、流体管线或容器。来自水源的水可以是具有或不具有任何溶解的溶解物的水，其包含一种或多于一种缓冲剂或离子。

透析液钠和碳酸氢盐的闭环控制

图1是用于闭环控制透析液碳酸氢盐和钠浓度的钠和碳酸氢盐控制系统的图。透析液流动路径101中的透析液可横跨透析器102中的半透膜接触体外流动路径(未展示)中的血液。血液中的溶解物可穿过透析器102的半透膜到透析液流动路径101中的透析液中。透析液泵103提供用于使透析液移动通过透析液流动路径101的驱动力。吸附剂药筒107可从透析液流动路径101中的透析液去除溶解物，从而允许重新使用透析液。吸附剂药筒107可包含可连接在一起的一个或多个吸附剂模块。替代地，吸附剂药筒107中的一个或多个吸附剂模块可通过连接每一模块的流体管线以物理方式分隔。如图1中所说明，吸附剂药筒107可包含含有尿素酶的第一吸附剂模块115，所述尿素酶催化尿素转化为氨和二氧化碳，氨和二氧化碳与水进一步反应以在生理pH下形成碳酸铵。二氧化碳可与碳酸氢盐和碳酸盐负离子平衡，且因此透析液中的碳酸氢盐浓度将取决于所产生的二氧化碳的量、温度和pH，且可在治疗期间变化。过量二氧化碳可通过脱气器108从透析液去除。第一吸附剂模块115可任选地包含活性碳。吸附剂药筒还可包含含有例如磷酸锆的阳离子交换树脂的第二吸附剂模块116。第三吸附剂模块117可包含阴离子交换树脂，例如氧化锆。铵离子可与第二吸附剂模块116中的阳离子交换树脂交换为氢或钠离子。所属领域的技术人员将理解，系统可使用含有所有吸附剂材料的单个吸附剂药筒，或任何数目个连接的或以物理方式分隔的吸附剂模块。只要阳离子交换树脂存在于尿素酶吸附剂材料的下游，就可改变吸附剂材料的次序。

水可从流体地连接到透析液流动路径101的水源104添加到透析液流动路径101。水泵105将水从水源104泵送通过导管106并进入透析液流动路径101。水源104可任选地包含一种或多种具有已知浓度的溶解物。所述系统可包含在设定电导率设定点时对溶解物的电导率的贡献，如所描述。碳酸氢盐可从流体地连接到透析液流动路径101的碳酸氢盐源109添加到透析液流动路径101。碳酸氢盐泵110将碳酸氢盐浓缩物从碳酸氢盐源109泵送通过导管111并进入透析液流动路径101。所属领域的技术人员将理解，可使用水源104和碳酸氢盐源109的替代位置。作为非限制性实例，水源104可在吸附剂药筒107的下游移动，但仍在第一电导率传感器的上游。水源104还可在碳酸氢盐源109的上游或下游。碳酸氢盐源109起初可含有碳酸氢盐浓缩物或固体碳酸氢盐源。在透析期之前，可通过将水从透析液流动路径101泵送到碳酸氢盐源109中来溶解固体碳酸氢盐源，以产生饱和碳酸氢盐溶液或具有已知浓度的碳酸氢盐浓缩物。

可用透析器出口电导率传感器112和碱后电导率传感器113实现对透析液的钠和碳酸氢盐浓度的闭环控制。任选地，系统可包含吸附剂药筒出口电导率传感器114，其可结合如本文中所描述的其它传感器和测量值用于估计所描述的患者的尿素水平。与传感器通信的处理器(未展示)以及水泵105和碳酸氢盐泵110可基于来自电导率传感器的数据和用于患者的所要透析液处方来控制水添加速率和碳酸氢盐添加速率。用于患者的所要透析液处方可包含用于患者的钠处方和用于患者的碳酸氢盐处方。处理器可被编程以基于钠处方确定如由透析器出口电导率传感器112测量的预吸附剂电导率设定点，和如由碱后电导率传感器113测量的碳酸氢盐后电导率设定点以及碳酸氢盐处方。碳酸氢盐后电导率设定点可考虑如由钠处方设定的透析液的钠浓度，且可被设定为电导率值以在从碳酸氢盐源109添加碳酸氢盐之后在透析液中产生特定的碳酸氢盐浓度。处理器可控制水泵105以将水添加到透析液流动路径101，从而减小透析液的电导率直到如由电导率传感器118测量的透析液的电导率达到预吸附剂电导率设定点为止。透析器出口电导率传感器112可在添加水之前测量用过的透析液的电导率，且可使用电导率传感器118控制水添加。如图1中所说明，如果与闭环透析系统一起使用的话，相等量的水可从透析液流动路径101去除以在透析液流动路径101中维持恒定容量且避免过量水穿过到体外流动路径(未展示)。可包含超滤系统(未展示)以去除“馈入和排出系统”中的添加的水。超滤系统还可在治疗期间去除预期从患者去除的任何量的流体。处理器可考虑添加到透析液流动路径101的稀释水以及添加到透析液流动路径101的任何其它流体，以控制从透析液流动路径101当中排出的流体量。所述系统可通过同时操作水泵105以从水贮存器104添加水同时操作形成超滤系统的一部分的流体平衡控制泵，以通过将透析液泵送到贮存器或排液管(未展示)来去除相等容量的透析液而降低受控容量透析液流动路径101内的钠浓度。处理器可控制碳酸氢盐泵110以将碳酸氢盐添加到透析液，从而提高透析液的电导率直到如由碱后电导率传感器113测量的电导率达到碳酸氢盐后电导率设定点为止。

所属领域的技术人员将理解，图1中所说明的钠和碳酸氢盐控制系统是出于说明性目的。可视需要添加额外组件和导管以用于透析治疗。举例来说，可包含一个或多个输液源以将钾、钙、镁和/或葡萄糖添加到透析液流动路径101。可包含额外泵和贮存器以用于超滤。透析液流动路径101中也可包含加热器和温度传感器。

图2说明用于使用图1的透析系统控制透析液的钠和碳酸氢盐浓度的流程图。在步骤201中，处理器可接收用于患者的钠处方和碳酸氢盐处方。在步骤202中，处理器可确定预吸附剂电导率设定点和碱后电导率设定点。电导率设定点可包含单个值，或可在整个透析期中基于钠处方和碳酸氢盐处方中的钠特征曲线和/或碳酸氢盐特征曲线根据时间变化。如所描述，处理器可确定与透析液的特定钠浓度相关的预吸附剂电导率值。基于透析液的钠浓度，处理器可确定与透析液的特定碳酸氢盐浓度相关的碱后电导率值。碳酸氢盐后电导率设定点可以是基于在治疗期间根据时间改变的碳酸氢盐处方的碳酸氢盐后电导率特征曲线。

在步骤203中，系统可启动透析期。在步骤204中，系统可在吸附剂药筒上游监测透析液的电导率且控制水泵以按水添加速率添加水，从而产生等于预吸附剂电导率设定点的预吸附剂透析液电导率。在步骤205中，系统可在碳酸氢盐源下游监测透析液的电导率且按碳酸氢盐添加速率添加碳酸氢盐，从而产生等于碳酸氢盐后电导率设定点的碳酸氢盐后电导率。步骤204到205可在整个透析期中继续，任选地根据钠和/或碳酸氢盐处方改变电导率设定点。在步骤206中，透析期可结束。

电导率传感器可放置在透析液流动路径中的任何位置中，只要至少一个电导率传感器位于水源的下游且至少一个电导率传感器位于碳酸氢盐源的下游即可。图3说明吸附剂药筒和电导率传感器的非限制性实施例。透析液流动路径301中的吸附剂药筒可包含含有尿素酶且视情况含有活性碳的第一吸附剂模块302。第二吸附剂模块303可含有阳离子交换树脂，例如磷酸锆。第三吸附剂模块304可含有阴离子交换树脂，例如氧化锆。第二吸附剂模块303和第三吸附剂模块304的次序可改变，或阳离子和阴离子交换树脂可组合成单个吸附剂模块。此外，尽管说明为直接连接，但第二吸附剂模块303与第三吸附剂模块304可以物理方式分隔。第一电导率传感器305可放置在第一吸附剂模块302的上游。第一电导率传感器305可用于设定如所描述的水添加速率。第二电导率传感器306可放置在第一吸附剂模块302的下游和第二吸附剂模块303的上游。替代地，第二电导率传感器可放置在第二吸附剂模块303和第三吸附剂模块304的下游。

图4是展示基于透析液流动路径中所测量的电导率确定患者尿素水平的方法的流程图。在步骤401中，可启动透析期。在步骤402中，可在吸附剂药筒的上游确定第一电导率测量值。可用位于水源之前的传感器进行第一电导率测量，如由图1中的透析器出口电导率传感器112所说明。替代地，可仅在含有尿素酶的吸附剂模块的上游进行第一电导率测量，如由图3中的电导率传感器305所说明。在步骤403中，可在吸附剂药筒的下游进行第二电导测量。可在吸附剂药筒的下游确定第二电导率测量值，如由图1中的吸附剂药筒出口电导率传感器114所说明，或仅在含有尿素酶的吸附剂模块的下游确定第二电导率测量值，如由图3中的电导率传感器306所说明。患者的尿素水平可基于第一电导率测量值与第二电导率测量值之间的差来确定，如所描述。

对透析液钠浓度的闭环控制是可能的，因为透析液的电导率与透析液钠浓度紧密相关。图5是展示相关性的图。如图5中所说明，用过的透析液电导率随钠浓度增加而线性地增加。图5中所说明的电导率等效于如图1中所说明的透析器出口电导率传感器112所测量的电导率。三个单独的标绘图来自单独的模拟集合。透析液电导率与透析液钠浓度之间的线性关系用于广泛范围的钠浓度，从而允许从由电导率传感器测量的电导率准确地估计透析液的钠浓度。

基于由系统从用过的透析液电导率估计的用过的透析液钠浓度，处理器可设定水添加速率以实现所要钠处方。图6A到6C说明展示实现140mM的透析液钠浓度所必需的x轴上的用过的透析液电导率和y轴上的水添加速率的图。图6A到6C中的每一个包含来自三个模拟的数据，所述三个模拟展示为用于每一电导率的三个数据点。必要的水添加速率与透析液电导率之间的相关性取决于从透析液电导率估计的透析液钠浓度。图6A说明透析液钠浓度为130mM钠的水添加速率与用过的电导率之间的相关性，图6B说明用过的透析液钠浓度为135mM的相关性，且图6C说明用过的透析液钠浓度为140mM的相关性。基于所估计的钠浓度，处理器可选择恰当相关性来使用，且接着基于所述相关性设定水添加速率。图6A到6C中的每一个说明在透析液中实现140mM钠所需的水添加速率。然而，所属领域的技术人员将理解，基于任何钠处方，类似相关性可用于任何用过的透析液钠浓度。

如图6A到6C中所说明，必要的水添加速率与用过的透析液电导率之间存在强相关性。因而，处理器可使用图6A到6C中提供的方程式来设定水添加速率，从而基于用过的透析液电导率实现钠处方。处理器还可从透析治疗的一个或多个模拟获得方程式。可进行模拟，且可获得并使用类似于图6A到6C中的方程式的新方程式。替代地，处理器可使用查找表，其包含基于钠处方和用过的透析液电导率设定水添加速率或设定所属领域中已知的水添加速率的任何其它方法。

在使用图5到6中所说明的相关性的情况下，系统可准确地控制透析液钠浓度。对于透析液中的特定钠和碳酸氢盐浓度，将存在单个唯一的透析液碳酸氢盐后电导率。处理器可确定用于给定钠处方和碳酸氢盐处方的唯一电导率，且调整碳酸氢盐添加速率直到透析液电导率达到碳酸氢盐后电导率设定点为止。图7说明使用两个电导率传感器控制钠和碳酸氢盐的准确度。在使用所描述的方法和35mM的碳酸氢盐处方的情况下，图7中的图展示针对不同钠浓度实现的实际碳酸氢盐浓度。图7中的圆圈表示130mM的钠水平，三角形表示135mM的钠水平，且正方形表示140mM的钠水平。

钠和碳酸氢盐控制系统就患者的尿素水平来说是自校正的。对于基于用过的透析液的电导率的给定水添加速率，离开吸附剂药筒的透析液的电导率将取决于透析液尿素浓度。透析液中的较高尿素浓度将产生较高电导率，因为额外钠和碳酸氢盐将由尿素的分解和铵离子的交换形成。透析液中的较低尿素浓度将产生较低电导率，因为较少钠和碳酸氢盐将由尿素的分解和铵离子的交换形成。碳酸氢盐添加速率是自校正的，因为在离开吸附剂药筒的较高电导率的情况下，需要添加较少碳酸氢盐以达到碳酸氢盐后电导率设定点。在离开吸附剂药筒的较低电导率的情况下，需要添加较多碳酸氢盐以达到碳酸氢盐后电导率设定点。钾、镁和钙的透析液浓度可对离开吸附剂药筒的电导率具有小影响；然而，可基于所使用的透析液处方相当准确地估计透析液中的钾、镁和钙的水平，且因此任何误差都将较小。

图8说明已知的碳酸氢盐控制方法的准确度。用于图8中的数据的方法包含假设患者钠、尿素和碳酸氢盐浓度。图8中的圆圈表示130mM的钠水平，三角形表示135mM的钠水平，且正方形表示140mM的钠水平。基于所述假设，水被添加到透析液以将透析液的电导率控制为吸附剂药筒的下游的目标电导率。碳酸氢盐接着添加到透析液以将碳酸氢盐后电导率控制为设定点。图7到8中的y轴是透析液碳酸氢盐浓度，而x轴表示任意模拟群组数字。图7到8中的每一数据点表示27次模拟。作为替代方案，钠和碳酸氢盐控制系统可使用患者钠水平的量度以改进准确度。然而，图7到8中的数据使用透析液钠浓度的估计，这是较重要的参数。在任何实施例中，患者尿素、碳酸氢盐和钠水平的知识可用于改进准确度。然而，可如所描述估计每一参数。

如图7中所说明，所描述的方法产生34.8mM的平均透析液碳酸氢盐浓度，且相对标准偏差(RSD)是11％。所述结果与图8中所说明的透析液碳酸氢盐控制的当前途径相当，其产生35.0mM的平均碳酸氢盐浓度和11％的RSD。有利地，本发明方法不需要患者模型化、不需要关于患者钠、碳酸氢盐和尿素浓度的假设，且使用透析液流动路径中的两个电导率传感器来控制。

所描述的电导率传感器还可估计患者的尿素水平，如图4中所说明。当透析液穿过吸附剂药筒时，电导率的改变与透析液尿素浓度相关。举例来说，可使用来自如图1中所说明的透析器出口电导率传感器112和吸附剂药筒出口电导率传感器114的电导率测量值来估计透析液尿素浓度。在某些实施例中，吸附剂药筒出口电导率传感器114可实际上放置在脱气器108的下游，而不是脱气器108的上游。图9展示由电导率传感器在透析器下游和在脱气器下游测量的透析液电导率的差异与透析液尿素浓度之间的相关性。图9中的y轴是透析液中的尿素浓度，而x轴是用过的透析液尿素水平的范围下的两个电导率测量值的差异。如图9中所说明，透析液尿素浓度与电导率的改变之间存在强相关性。图9中的线的斜率提供方程式尿素＝-22.484*(C-Do减去C-Dgo)+13.504，其中单元为mM。基于用过的透析液中的尿素浓度，所属领域的普通技术人员可使用透析器的简单模型确定患者的尿素水平。

尽管图9中的数据是使用在透析器下游且在水源上游的第一电导率传感器获得的，但所属领域的技术人员将理解，使用在水源下游的第一电导率传感器存在类似相关性。

图10说明用于闭环控制透析液碳酸氢盐和透析液钠浓度的电导率传感器的使用。第一电导率传感器801在透析器(未展示)下游测量透析液的电导率，其可用于估计透析液钠浓度。基于电导率和钠处方，处理器(未展示)确定水添加速率802。任选地，额外电导率传感器803在透析液进入吸附剂药筒804之前测量透析液电导率。在穿过吸附剂药筒804之后，透析液穿过脱气器805。第二任选的电导率传感器806可在透析液穿过脱气器805之后测量透析液的电导率。基于如由电导率传感器801或电导率传感器803和电导率传感器806测量的电导率的差异，处理器可估计患者的尿素水平。处理器还基于钠处方和碳酸氢盐处方确定碳酸氢盐后透析液电导率设定点，且调整碳酸氢盐添加速率807直到如由电导率传感器808测量的透析液电导率达到碳酸氢盐后电导率设定点为止。

所属领域的技术人员应理解，可取决于操作的特定需要在所描述的系统和方法中作出各种组合和/或修改和变化。此外，说明或描述为本发明的一方面的一部分的特征可以单独或以组合形式用于本发明的所述方面中。

Claims (23)

1.一种钠和碳酸氢盐控制系统，其包括：

透析液流动路径中的第一电导率传感器；所述第一电导率传感器位于透析器下游及含有尿素酶的吸附剂药筒上游；

水源，其在所述第一电导率传感器下游流体地连接到所述透析液流动路径；

碳酸氢盐源，其在所述吸附剂药筒下游流体地连接到所述透析液流动路径；

所述透析液流动路径中的第二电导率传感器；所述第二电导率传感器位于所述碳酸氢盐源下游；和

处理器，其被编程以设定水添加速率；所述水添加速率基于钠处方和由所述第一电导率传感器测量的电导率来设定；所述处理器进一步被编程以基于所述钠处方和碳酸氢盐处方设定碳酸氢盐后电导率设定点；所述处理器进一步被编程以控制碳酸氢盐添加速率以达成如由所述第二电导率传感器测量的所述碳酸氢盐后电导率设定点。

2.根据权利要求1所述的钠和碳酸氢盐控制系统，其中所述水源在所述吸附剂药筒上游。

3.根据权利要求1所述的钠和碳酸氢盐控制系统，其中所述水源在所述吸附剂药筒下游。

4.根据权利要求1所述的钠和碳酸氢盐控制系统，其中所述水源在所述碳酸氢盐源上游。

5.根据权利要求1所述的钠和碳酸氢盐控制系统，其中所述水源在所述碳酸氢盐源下游。

6.根据权利要求1所述的钠和碳酸氢盐控制系统，所述处理器进一步被编程以基于由所述第一电导率传感器测量的所述电导率估计透析液的钠浓度。

7.根据权利要求1所述的钠和碳酸氢盐控制系统，其进一步包括所述透析液流动路径中的脱气器，所述脱气器在所述吸附剂药筒下游且在所述碳酸氢盐源上游。

8.根据权利要求7所述的钠和碳酸氢盐控制系统，其进一步包括在所述吸附剂药筒下游且在所述碳酸氢盐源上游的第三电导率传感器。

9.根据权利要求8所述的钠和碳酸氢盐控制系统，所述处理器基于由所述第一电导率传感器测量的所述电导率和由所述第三电导率传感器测量的电导率确定患者的尿素水平。

10.根据权利要求1所述的钠和碳酸氢盐控制系统，其中所述处理器通过控制位于所述碳酸氢盐源与所述透析液流动路径之间的泵来控制所述碳酸氢盐添加速率。

11.根据权利要求1所述的钠和碳酸氢盐控制系统，其中所述碳酸氢盐后电导率设定点是碳酸氢盐后电导率特征曲线。

12.根据权利要求1所述的钠和碳酸氢盐控制系统，其中所述碳酸氢盐后电导率设定点基于所要透析液处方。

13.根据权利要求1所述的钠和碳酸氢盐控制系统，其中所述碳酸氢盐后电导率设定点使用查找表来设定。

14.根据权利要求1所述的钠和碳酸氢盐控制系统，其中所述碳酸氢盐后电导率设定点使用来自一个或多个模拟的数据来设定。

15.一种方法，其包括以下步骤：

在透析器下游且在含有尿素酶的吸附剂药筒上游测量透析液流动路径中的用于患者的透析期的第一透析液电导率；

按水添加速率将水添加到所述透析液流动路径；所述水添加速率基于用于所述患者的钠处方和所述第一透析液电导率来设定；

在碳酸氢盐源下游测量第二透析液电导率；和

按碳酸氢盐添加速率将碳酸氢盐添加到所述透析液流动路径以产生碳酸氢盐后电导率设定点的第二透析液电导率；其中所述碳酸氢盐后电导率设定点基于所述钠处方和碳酸氢盐处方来设定。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述将碳酸氢盐添加到所述透析液流动路径的步骤包括将碳酸氢盐浓缩物从所述碳酸氢盐源添加到所述透析液流动路径。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述将水添加到所述透析液流动路径的步骤包括将水从水源泵送到所述透析液流动路径。

18.根据权利要求15所述的方法，其中所述方法由透析系统执行。

19.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括以下步骤：在所述吸附剂药筒下游且在所述碳酸氢盐源上游测量第三透析液电导率；和基于所述第一透析液电导率与所述第三透析液电导率之间的差异确定所述患者的尿素水平。

20.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括将所述透析液流动路径中的透析液泵送通过位于所述吸附剂药筒下游和所述碳酸氢盐源上游的脱气器。

21.根据权利要求15所述的方法，其中所述钠处方包括钠特征曲线。

22.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括基于所述第一透析液电导率确定透析液的钠浓度的步骤。

23.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一透析液电导率和所述第二透析液电导率由所述透析液流动路径中的电导率传感器测量。