CN115361979A - 优化透析器性能 - Google Patents

Abstract

一种泵和阀装置(201)，一种包括泵和阀装置(201)的透析系统(10)，以及一种操作泵和阀装置(201)的方法。所述泵和阀装置(201)具有透析器，所述透析器具有半透膜。所述泵和阀装置(201)向所述透析器(12)和从所述透析器(12)输送透析液体。所述泵和阀装置(201)具有控制系统(450)，所述控制系统(450)配置为使透析液体在入口泵组件和所述透析器(12)之间穿梭一次或多次，以便搅动所述透析器(12)的所述半透膜的表面。

Description

优化透析器性能

技术领域

本发明涉及透析系统的操作，并且尤其涉及优化透析器性能。

背景技术

肾功能减退的患者依靠外部血液治疗来清除血液中随时间累积的有害废物。最常见的治疗方法之一是血液透析。血液透析的示例在申请人的先前申请WO2015/022537中阐述。

血液透析通常涉及两个彼此相邻以逆流布置运行的液体通道网络。这种液体路径的布置在称为透析器的设备中提供。血液通过一组小管，而透析液体通过另一组小管。透析液体的pH和渗透势被调整成使得在血液中形成的废物化合物通过半透膜从血液扩散到透析液体中，半透膜将液体通道网络的血液和透析液体侧分开。因此，废物化合物的移动是通过扩散，透析液体沿透析膜纵向移动。

血液透析提供了一种通过扩散从血液中逐渐去除分子量为50至60000道尔顿的废物的方法，使患者的疲劳最小化。然而，也有一些与血液透析相关联的缺点。

血液透析的一个缺点是，溶解在血液中的中分子量分子(mMW)(例如β-2微球蛋白)通常在1000至15000道尔顿之间，其难以使用血液透析从血液中完全去除。将血液中这些物质的水平降低到可接受的水平可能需要很长时间，这可能对患者不方便。血液透析的另一个缺点是，分子可能会附着在半透膜上，随着时间的推移，导致在膜上堆积形成薄层。这对透析器和整个透析系统的操作是有害的。

从血液中去除废物分子的另一种方法是使用一种对流操作形式，如血液透析滤过。

典型地，血液透析滤过涉及通过使用大的静水压势迫使无菌透析液体穿过半透膜进入血液或通过直接将其添加到血液中而向血液中施用无菌透析液体；然后将无菌透析液体连同溶解的废物拉回到半透膜上，以便随后处理。这种类型的血液治疗不受扩散的限制，因为无菌透析液体可以直接与血液混合，并通过称为“溶质拖动”的过程返回透析液体。因此，废物化合物的移动是通过对流进行的，透析液体横向移动通过透析膜。

一种已知的直接向血液中添加透析液体的血液透析过滤方法是通过以恒定流速向透析器的血液侧注入无菌溶液来控制的。然而，增加患者监测可能是必要的，这种类型的治疗可能并不适合所有患者。

在申请人的先前申请WO2015/022537和WO2018/142153中也阐述了血液透析滤过的实例，其内容通过引用并入本文。

已知的方法可能不允许对输液进行太多控制或调整。已知的方法可能需要额外的血液透析滤过的透析液体制备步骤、额外的血液透析滤过的透析液体过滤和灭菌步骤，以及额外的一个或多个泵，以独立于血液泵移动透析液体。

因此，需要改进上述方法和设备。

发明内容

根据本发明的第一个方面，提供了一种泵和阀装置，包括：透析器，所述透析器具有半透膜；入口泵组件，所述入口泵组件可操作以在具有透析液体输送冲程的入口泵循环中将第一体积的透析液体从透析液体源输送到所述透析器；出口泵组件，所述出口泵组件可操作以从所述透析器移除第二体积的透析液体，并在具有透析液体移除冲程的出口泵循环中将所述第二体积的透析液体输送离开所述透析器；控制系统，所述控制系统可操作以在所述入口泵循环中操作所述入口泵组件，并且所述控制系统可操作以在所述出口泵循环中操作所述出口泵组件，其中所述控制系统还可操作以操作所述入口泵组件，以使所述第一体积的透析液体在所述入口泵组件和所述透析器之间穿梭一次或多次，以便搅动所述透析器的所述半透膜的表面，或者所述控制系统还可操作以操作所述出口泵组件，使所述第二体积的透析液在所述出口泵组件和所述透析器之间穿梭一次或多次，以便搅动所述透析器的所述半透膜的表面。

所述控制系统还可进一步操作，以同步所述入口泵组件和所述出口泵组件，以便通过所述透析器使所述第一体积的透析液体在所述入口泵组件和所述出口泵组件之间穿梭一次或多次。因此，所述透析器内的跨膜压力不受影响，并且可以在所述透析器的所述半透膜的表面的整个长度上实现更大的流速。

所述控制系统可操作成当操作所述入口泵组件以穿梭或操作所述出口泵组件以穿梭时，保持所述入口泵组件或所述出口泵组件中的另一个不活动。因此，所述透析器内的跨膜压力受到影响，并实现HDF效应。

所述控制系统可操作成使所述入口泵组件和所述出口泵组件延迟地同步，以便使所述第一体积的透析液通过所述透析器在所述入口泵组件和所述出口泵组件之间穿梭一次或多次。延迟的时长可以由所述控制系统设置。

所述控制系统可操作成使所述入口泵组件和出口泵组件同步，以便使所述第一体积的透析液体在所述入口泵组件和所述透析器之间穿梭一次或多次，并且同时使所述第二体积的透析液体在所述出口泵组件和所述透析器之间穿梭一次或多次。

所述入口泵组件和所述出口泵组件都可操作以将第一体积的透析液体从透析液体源输送到所述透析器，并从所述透析器中移除第二体积的透析液体。这允许泵组件的角色互换。

所述控制系统可操作成在给定次数的入口泵循环之后使负责将所述第一体积的透析液体输送到所述透析器的所述泵组件和负责从所述透析器中移除所述第二体积的透析液体的所述泵组件交替。

所述入口泵组件和所述出口泵组件中的每一个可部分地由柔性膜限定，所述柔性膜可在所述入口泵组件和所述出口泵组件中的每一个的打开位置和关闭位置之间独立操作。

所述入口泵组件可包括第一泵、第一透析器入口阀以及第一透析器出口阀，所述第一泵可操作以将一定体积的透析液体从透析液体源输送到所述透析器，所述第一透析器入口阀布置在所述第一泵和所述透析器中的入口之间，所述第一透析器出口阀布置在所述透析器的出口和所述第一泵之间，其中所述泵和阀中的每一个是独立操作的。

所述出口泵组件可包括第二泵、第二透析器出口阀以及第二透析器入口阀，所述第二泵可操作以从所述透析器中移除一定体积的透析液体并将所述透析液体输送至排放管，所述第二透析器出口阀布置在所述透析器的出口和所述第二泵之间，所述第二透析器入口阀布置在所述第二泵和所述透析器中的入口之间，其中所述泵和阀中的每一个是独立操作的。

所述泵和阀装置还可以包括布置在所述透析液体源和所述第一泵之间的第一透析液体源阀。

所述泵和阀装置还可包括布置在所述透析液体源和所述第二泵之间的第二透析液体源阀。

所述泵和阀装置还可以包括布置在所述第一泵和所述排放管之间的第一排放阀。

所述泵和阀装置还可以包括布置在所述第二泵和所述排放管之间的第二排放阀。

根据本发明的第二方面，提供了一种包括根据本发明第一方面的泵和阀装置的透析系统。

根据本发明的第三方面，提供了一种清洗透析器的半透膜的方法，所述方法包括以下步骤：提供泵和阀装置，所述泵和阀装置包括具有半透膜的透析器、入口泵组件、出口泵组件、血液回路和控制系统；提供血液模拟液体的源并将所述血液模拟液体供应到所述血液回路；在入口泵组件循环中操作所述入口泵组件，以将第一体积的清洁液体从清洁液体源输送到所述透析器，每个入口泵组件循环包括清洁液体输送冲程；在出口泵组件循环中操作所述出口泵组件，以从所述透析器移除第二体积的清洁液体，并将所述第二体积的清洁液体从所述透析器12抽出，每个出口泵组件循环包括清洁液体移除冲程；以及在以下步骤中任选一者：在穿梭循环中操作所述入口泵组件，以在所述清洁液体输送冲程之前使所述第一体积的清洁液体在所述入口泵组件和所述透析器12之间穿梭一次或多次，或者在穿梭循环中操作所述出口泵组件，以在所述清洁液体移除冲程之前使所述第二体积的清洁液体在所述出口泵组件和所述透析器12之间穿梭一次或多次。

任何液体都可以用作清洁液体。例如，在一些实施例中，水可以用作清洁液体。在其他实施例中，清洁液体可包括溶液，例如透析液溶液，或含有洗涤剂的溶液。

任何液体都可以用作血液模拟液体。例如，血液模拟液体可以是水。或者，血液模拟液体是一种设计为以类似于血液的方式工作的液体，以使装置能够被测试。血浆可用作模拟液体。血液模拟液体可包括标记物，例如染料或标记分子，其可使用适当的传感器感测。

所述方法可包括以下进一步步骤：在穿梭循环中操作所述出口泵组件，以使所述第二体积的清洁液体在所述清洁液体移除冲程之前在所述输出泵组件和所述透析器之间穿梭一次或多次。

所述方法可包括以下进一步步骤：使所述入口泵组件和所述出口泵组件的操作同步，以便在所述清洁液体输送冲程之前使所述第一体积的清洁液体通过所述透析器在所述入口泵组件与所述出口泵组件之间穿梭一次或多次。

所述方法可包括以下进一步步骤：当操作所述入口泵组件以穿梭或操作所述出口泵组件以穿梭时，保持所述入口泵组件或所述出口泵组件中的另一个不活动。

所述方法可包括以下进一步步骤：使所述入口泵组件和所述出口泵组件的操作延迟地同步，以便在所述清洁液体输送冲程之前使所述第一体积的清洁液体通过透析器12在所述入口泵组件和所述出口泵组件之间穿梭一次或多次。

所述方法可包括使所述入口泵组件和所述出口泵组件的操作同步，以便使所述第一体积的清洁液体在所述入口泵组件与所述透析器之间穿梭一次或多次，同时使所述第二体积的清洁液体在所述出口泵组件与所述透析器之间穿梭一次或多次。

所述入口泵组件和所述出口泵组件都可操作以将第一体积的清洁液体从清洁液体源输送到透析器，并从所述透析器移除第二体积的清洁液体，并将所述清洁液体输送到排放管。

所述方法可包括以下进一步步骤：在给定循环次数之后，使负责将所述第一体积的清洁液体输送到所述透析器的泵和负责从所述透析器移除所述第二体积的清洁液体的泵交替。

给定循环次数可以在5到30之间。给定循环次数可以是20。

附图说明

现在将参考附图，仅通过非限制性示例描述本发明的实施例，其中：

图1示出了具有一次性筒的透析系统的示意图，该一次性筒包括由泵和阀限定的液体路径；

图2示出了图1的筒的详细示意图；

图3示出了泵和阀装置的示意图；

图4示出了由一次性筒限定其类型的泵的示意性横截面；和

图5至图10示出了根据不同泵循环流入和流出透析器的理想示意图。

具体实施方式

以下详细描述和附图提供了如何实现本发明的示例，并且不应被视为限制性示例，而是说明了如何使用本文公开的对流操作设备的各种特征。根据附图阅读以下描述，其他可选的变化将是显而易见的。

参考图1和图2，示出了一个透析系统，通常称为10。透析器12通过血管接入装置(为了清楚起见未示出)连接到患者的动脉线14接收血液，该血管接入装置例如是通常用于从患者抽取血液的空心针。血液通过蠕动泵16从患者泵送到透析器。血液以已知方式通过透析器，并通过静脉线18返回患者。透析器12包括相对端封闭的圆柱形管。在透析管内提供半透膜(未示出)，并将患者血液与透析液体分离。本文中使用的术语“透析液体”不要求使用设计为临床耐受性的溶液，然而，设计为在临床耐受性范围内的溶液可能是有利的。膜基本上在圆筒的相对端之间延伸。透析液体溶液以已知方式从患者血液中去除杂质。

透析器具有用于接收清洁透析液体溶液的透析液体溶液入口20和用于从透析器12中移除用过的透析液体的透析液体溶液出口22。透析器还具有用于从蠕动泵16接收未经处理的血液的血液入口24和用于将处理过的血液返回给患者的血液出口26。在使用中，透析器12典型地以基本竖直的取向设置，患者的血液从血液入口24纵向流过透析器12中到达血液出口26。透析液体溶液入口20和透析液体溶液出口22配置为基本上垂直于血液入口24和血液出口26定向，并且配置为提供逆流。透析液体溶液以通常在500ml/min至800ml/min范围内的液体流速循环通过血液透析机约4小时。

透析系统限定了包括筒30的液体回路，如现在将描述的。筒30是所述血液透析机中的可消耗部件。

筒30由丙烯酸塑料如SG-10形成，并具有机器侧和患者侧。筒30限定泵室，该泵室由各自的隔膜封闭，隔膜由例如不含DEHP的PVC形成，以限定相应的泵。在该实施例中，每个隔膜是施加到筒30的机器侧的单个公共材料片的一部分。各个隔膜可通过施加在其上的气压进行操作。

在筒30中形成一系列的流动路径，用于输送由水、碳酸氢盐溶液和酸溶液组成的透析液体溶液。碳酸氢盐可以从液体地连接到筒30的碳酸氢盐源46提供，酸可以从液体地连接到筒体30的酸源提供。流动路径位于筒30的机器侧的材料片和封闭筒30的患者侧的另一相同材料片之间。

在使用中，施加到每个泵室的柔性隔膜上的压力变化由常规阀控制。压力源根据需要向每个泵室的隔膜的一侧施加正压或负压，以在由多个阀限定的回路中通过筒30中的液体路径泵送液体。

筒30的阀是由筒30中的相应开口限定并由相应柔性隔膜关闭的隔膜阀。通过向隔膜施加负压以打开阀并向隔膜施加正压以关闭阀，每个阀都是可操作的。每个阀的隔膜都是施加到筒30的机器侧的单个公共材料片的一部分。阀根据流量控制策略打开和关闭，这将变得明显。

筒30的机器侧紧靠泵驱动器(未示出)，该泵驱动器包括具有多个凹陷表面的压板，每个凹陷表面在几何形状和体积上基本上对应于限定在筒30中的泵室。每个凹陷表面具有液体端口，该液体端口可通过阀与正液体源(通常为压力)和负液体源连接。

筒式液体泵和相应的压板室如图4所示。正和负液体压力源200分别包括压力泵和真空泵。当操作阀以允许液体通过通道214从正液体压力源流入凹陷表面时，柔性膜或隔膜202移动到相应的泵室194中，并且其中的任何液体，即透析液体溶液，通过一系列流动路径210、212从该泵室排出。通过流动路径210、212的流动方向由阀(未示出)确定。柔性膜或隔膜202的位置用虚线192表示。当操作阀以允许液体从凹陷表面流到负液体压力源时，柔性膜或隔膜202移动离开泵室194并进入相应的凹陷表面198，以允许液体通过一系列流动路径210、212被吸入泵室。该柔性膜或隔膜202的位置由虚线196所示。泵室和压板的表面为每个隔膜202提供了一个正止挡，以防止其过度拉伸。正止挡确保精确控制吸入泵室和泵出泵室的液体体积。

筒30具有两个主要功能：透析液体溶液的制备和流量平衡。如图1和图2所示，通过图中的线A-A示意性地将筒分成两部分，每个功能由筒的单独部分执行。透析液体的制备功能由筒的一部分(通常称为34)执行，流量平衡功能由筒的另一部分(通常称为36)执行。筒30制备精确混合的均质透析液体溶液，并确保供应到透析器12的清洁透析液体的流量与从透析器12中抽取的废透析液体的体积相匹配(在临床容许范围内)。

筒30具有如下所述的多个与筒30之间的连接。在筒30的机器侧中限定的第一入口38(此后称为水入口)从净化水供应31(例如反渗透水供应)接收净化水。

在筒30的边缘中限定的第一出口42(此后称为水出口)将净化水引导至第一透析液体溶液组分，在图1和图2所示的实施例中，第一透析液体组分是碳酸氢盐源46中的碳酸氢盐。

第二入口50(此后称为碳酸氢盐入口)从碳酸氢盐源46接收与碳酸氢盐混合的净化水，该第二入口50在筒30的与水出口42相同的边缘中限定。

第三入口82(此后称为酸入口)在筒30的与水出口42和碳酸氢盐入口50相对的边缘限定，接收来自酸源80的第二透析液体溶液组分，在图1和图2所示的实施例中，该第二透析液体溶液组分是酸。

第二出口104(此后称为清洁透析液体溶液出口)在筒的与水出口42和碳酸氢盐入口50相同的边缘中限定。清洁透析液体出口104将清洁透析液体溶液引导至透析器12。

第四入口106(此后称为废透析液体溶液入口)在筒30的与水出口42、碳酸氢盐入口50和清洁透析液体出口104相同的边缘中限定。废透析液体溶液入口106接收来自透析器12的废透析液体溶液。

第三出口122(此后称为排放口)在筒的与酸入口82相同的边缘中限定。排放口122将废透析流体溶液引导出筒30。

设备的操作

图3示出了本发明的泵和阀装置201的示意图。在这种情况下，泵和阀装置201由隔膜泵筒(或部分筒)与具有压板的真空泵阵列的组合提供。隔膜泵筒在布局上类似于上述流量平衡泵布置。

隔膜泵筒包括第一和第二透析液体源阀205、206，第一和第二泵207、216，第一和第二泵室208、218，第一和第二透析器入口阀209、217，第一和第二透析器出口阀213、215和第一和第二排放阀211、219。

真空泵阵列和压板包括压板，压板具有圆形凹陷图案，圆形凹陷图案的位置和尺寸对应于泵筒上的阀和泵。在图中，其标号比隔膜泵特征高100。

每个凹陷在其底部具有与相关真空泵液体连通的孔。当真空泵位于压板背面时，以虚线表示的每个真空泵的标号比相应的相关压板特征高100。

所有的真空泵都连接到控制系统450。控制系统450是微处理器，其将真空泵405-419操作成使得可以实现如下所述的对流操作或血液透析。连接到泵的连接可以是有线或无线的。无线连接选项包括IR、蓝牙或WIFI等。

透析液体通过将酸和碳酸氢盐化合物与由已灭菌的反渗透机提供的设定体积的水混合而在筒上的其他地方产生。这形成了图3中示意性示出的透析液体源203，该透析液体源由泵和阀装置201使用。图3中还示意性地示出了排放管221。透析液体源203和排放管221均可液体地连接到第一泵室208和第二泵室218。

所有阀和泵都可以独立操作。在一个实施例中，所有泵207、216和所有阀205、206、211、209、213、215、217、219通过施加在柔性膜上的气压独立操作。

通过选择性地操作真空泵，控制系统控制阀的开启和关闭，以及第一和第二泵的驱动。微处理器控制系统可编程成操作各种不同配置的阀。根据控制系统450的编程，控制系统450将与每个阀或操作阀的装置进行通信，使得可以根据用户、熟练操作员或程序指令输入到控制系统450中的编程来独立地打开和关闭每个阀。

所述装置可在两种不同模式下使用：血液透析(HD)模式和血液透析滤过(HDF)模式，如下所述。

血液透析(HD)模式

装置201的血液透析(HD)模式泵送循环从关闭第一和第二透析器入口阀209、217以及第一和第二透析器出口阀213、215开始。打开第一透析液体源阀205和第二排放阀219，关闭第二源阀206和第一排放阀211。然后操作第一泵207，将透析液体从透析液体源203吸入第一泵207的第一泵室208，并且操作第二泵216以将第二泵226的第二泵室218内的透析液体排入排放管221。

因此，当第一泵室208的膜被透析机中的真空装置(未示出)从泵室中抽出时，透析液体源203中的透析液体被产生的负压吸入第一泵室208。当第二泵216中的膜被迫进入第二泵室218时，第二泵室218内的透析液体受到正压力，从而驱动透析液体通过打开的第二排放阀219排出以被丢弃。

因此，在透析器泵循环开始之前，第一泵室208充满新鲜透析液体，并且第二泵室218排空废透析液体。

在泵循环的第一步中，打开第一透析器入口阀209和第二透析器出口阀215，关闭第一透析液体源阀205和第二排放阀219。然后驱动第一泵207将透析液体从第一泵室208内排出至透析器12(图3中未显示)，并且同时驱动第二泵216将废透析液体从透析器12中抽出至第二泵室218。在该步骤中，第一泵室208中的透析液体被施加正压力，因为膜被压入第一泵室208，从而迫使透析液体通过透析回路进入透析器。在透析器12中，透析液体以逆流方式流入患者血液，废物通过扩散穿过透析器膜扩散进入透析液体。透析液体通过透析器12进入第二泵室218的运动由第二泵室内的膜产生的负压辅助，该膜由控制系统450操作透析机上的真空装置从而收缩。

因此，在步骤1中，第一泵室208在透析液体输送冲程中将新鲜透析液体输送至透析器12，并且同时，第二泵室218在透析液体移除冲程中将废透析液体从透析器12中抽出。

因此，第一泵207、第一透析器入口阀209和第一源阀205包括入口泵组件，入口泵组件配置为在具有透析液体输送冲程的入口泵循环中将第一体积的透析液体从透析液体源203输送至透析器，并且第二泵216、第二透析器出口阀215和第二排放阀219包括出口泵组件，出口泵组件配置为从透析器中除去第二体积的透析液体，并在具有透析液体移除冲程的出口泵循环中将透析液体从透析器中排出。

在泵循环的步骤2中，关闭第一透析器入口阀209和第二透析器出口阀215，打开第二排放阀219，并且第二泵216启动，以将废透析液体从第二泵室218排入排放管221。

步骤1和步骤2重复20次。

因此，在完成步骤2后，泵室208、218都是空的。

然后，第一和第二泵207、216的作用可以颠倒。为了进行泵交换，第一泵207的内容物被排出至排放管221(步骤3)，然后关闭第二排放阀219，并且打开第二源阀206，以允许第二泵216将透析液体从透析液体源203吸入第二泵室218。

在步骤5中，第二泵室218现在充满，打开第二透析器入口阀217和第一透析器出口阀213，关闭第二透析液体源阀206。第二泵216被驱动以将第二泵室218中的透析液体排入透析器12，而且第一泵207被驱动以从透析器12中抽出透析液体进入第一泵室208。这允许进行步骤1和步骤2中执行的相同操作，但泵207、216的角色互换。因此，两个泵室208、218的体积之间的任何微小差异均被抵消。

相应地，第二泵216、第二透析器入口阀217和第二透析液体源阀206包括入口泵组件，入口阀组件配置为在具有透析液体输送冲程的入口泵循环中，将第一体积的透析液体从透析液体源203输送到透析器，并且第一泵207、第一透析器出口阀213和第一排放阀211包括出口泵组件，出口泵组件配置为从透析器中移除第二体积的透析液体，并在具有透析液体移除冲程的出口泵循环中将透析液体从透析机中输送出去。

在步骤6中，关闭第一透析器出口阀213和第二透析器入口阀217，打开第一排放阀211和第二透析液体源阀206，操作第一泵207以将透析液体从第一泵室208排出到排放管221，同时第二泵216将透析液体从透析液体源203吸入第二泵室218。

步骤5至步骤6重复20次。

下表1总结了血液透析(HD)操作模式的泵循环。

表1-带泵交换的HD泵循环

血液透析(HD)操作模式的泵循环在泵室208、218尺寸为22ml并以0.2Hz的频率运行时，通过透析器的流速为500ml/min。在此速度下没有停留时间，即占空比为100％。

对于需要低流速的泵循环，泵送连续动作中可能会出现多次暂停。这是因为在低流速下，第一和第二泵室208、218的加注和排空时间保持不变，而占空比减小。因此，当没有净流量进出透析器12的透析液体侧，并且第一泵207和第二泵216有效暂停时，有一段时间可利用。

例如，如果透析液体流速降低至10％(5ml/min)，则第一泵207和第二泵216有效暂停90％的时间。

在任何时候，透析器12的血液侧的血液都会继续流过透析器12。

因此，泵207、216的占空比减小，以通过透析器实现更低的透析液体流速。

参考图5和图6，示出了根据不同泵送方式进出透析器的两个理想示意图。

图5示出了正常流量泵送状态500，流向透析器12的流量显示在正y轴502上，来自透析器12流量显示在负y轴504上，时间显示在x轴506上。虚线510表示第一泵207的流量。虚线520表示第二泵216的流量。

如前表1所述，对于正常血液透析治疗，泵循环是同步的，使得当第一泵207将透析液体泵入透析器12时，第二泵216从透析器12中抽出透析液体(步骤1)。这由两个方形表示，分别表示流向透析器12的流量为530和来自透析器12中的流量为540。然后，当第一泵207从透析液体源203中抽出透析液体，第二泵216将透析液体排出到排放管221(步骤2)时，没有流入和流出透析器12的流体，通常标识为550的扁平形式。此泵循环560重复六次。

图6示出了低流速的泵送状态600。始终使用类似的附图标记，前缀用“6”而不是“5”，以表明这些附图标记与低流量泵送状态600有关，而不是与正常流量泵送状态500有关。

在与正常流量泵送状态500相同的时间段内，低流量泵送状态600只有一个泵循环660。在单次泵循环660之前，有一段时间没有流量流入和流出透析器12，由第一泵207流量和第二泵216流量的线610、620的伸长扁平段670表示。因此，与正常流量泵送状态500的100％占空比相比，低流量泵送状态600的占空比为16.6％。

HD穿梭

在本发明的泵循环中，增加了额外的穿梭泵步骤。透析液体的运动被称为相对于透析器12的半透膜的纵向运动。

因此，新的步骤1a和1b在透析器流动步骤(步骤1)之前生效。最重要的是，当第一泵207和第二泵216暂停时，这些穿梭泵步骤会定时发生。

新的步骤1a和1b称为穿梭步骤。这些增加了透析液体沿透析器12的半透膜的流量。

无论使用哪个泵207、216将透析液体排出到透析器12，都可以进行穿梭步骤。因此，为了简单起见，表2没有显示泵循环从第二泵216到第一泵207的穿梭步骤，也没有显示泵交换步骤。

表2-HD泵循环穿梭

新的步骤1a和1b可以执行一次或多次。例如，对于上述10％的占空比，90％的时间可用于穿梭(即步骤2a，然后是步骤2b)。

因为步骤1a和1b使第一泵207和第二泵216的操作同步，透析器12的跨膜压力没有变化。沿着透析器膜的流量有很大的变化，其作用是搅动和清洗透析器膜的表面。

图7示出了图6中低流量的泵送状态，然而还添加了5个穿梭步骤。整个过程中使用了类似的附图标记，前缀用“7”而不是“6”，以表明这些附图标记与带有HD穿梭700的低流量泵送状态有关，而不是与低流量泵送状态600有关。

在正常流量泵送状态500和低流量泵送状态600的同一时间段内，带有HD穿梭的低流量泵循环700只有一个泵循环760。在单次泵循环760之前有一段穿梭时间，通常标示为770。

具体而言，第一泵207将透析液体排出到透析器12，虚线710表示第一泵208的流量返回正y轴702值。同时，第二泵216从透析器12中抽取透析液体，点线720表示第二泵216的流量返回负y轴704值(步骤1a)。

随后，第一泵207从透析器12中抽取透析液体，虚线710表示第一泵307的流量返回负y轴704值。与此同时，第二泵216将透析液体排出到透析器12，点线720表示第二泵216的流量返回正y轴702值(步骤1b)。

此双泵穿梭连续动作780总共重复五次。在双泵穿梭连续动作780中，透析液体没有进入或离开透析系统，透析液体正在搅动透析器12的半透膜的表面。

血液透析滤过(HDF)

相同的泵和阀装置201可用于实现血液透析过滤(HDF)。在HDF中，透析液体被迫从透析液体侧穿过透析器12的半透膜到达血液侧，反之亦然，以便通过对流提供额外的间隙。

HDF单泵穿梭

与上述血液透析模式相反，穿梭步骤可能不会与相互直接同步的泵运动一起进行。相反，当没有泵被驱动时，一些泵的运动在暂停或停留时间之间分开进行。透析液体的运动被称为相对于透析器的半透膜12的横向运动。

表3-HDF泵循环穿梭

新的步骤1a和1b可以执行一次或多次。

相应地，对于步骤1a和1b，第一泵207、第一透析器入口阀209和第一源阀205包括入口泵组件，入口泵组件配置为在具有透析液体输送冲程的入口泵循环中，将第一体积的透析液体从透析液体源203输送到透析器12，并且相同的泵和阀还包括入口泵组件，入口泵组件配置为使透析液体在入口泵组件和透析器12之间穿梭一次或多次，以搅动透析器12中的半透膜的表面。即允许通过第一透析器入口阀209进行反向流动。或者，第一透析器出口阀213可用于允许从透析器12到入口泵组件的穿梭流动。

因为步骤1a和1b分开了第一泵207和第二泵216的操作，根据流入和流出，透析器中的跨膜压力发生变化。这提供并增强了HDF效果，并通常搅拌和擦洗透析器的半透膜。

表3中未显示，但同样可能，HDF穿梭也可以使用第二泵216实现。也就是说，第二泵216、第二透析器入口阀217和第二源阀206包括入口泵组件，入口泵组件配置为在具有透析液体输送冲程的入口泵循环中将第一体积的透析液体从透析液体源203输送到透析器，并且相同的泵和阀还包括入口泵组件，入口泵组件配置为使透析液体在入口泵组件与透析器之间一次或多次穿梭，从而搅动透析器的半透膜表面。即允许通过第二透析器入口阀219的反向流动。或者，第二透析器出口阀215可用于允许从透析器12到入口泵组件的穿梭流动。

可以理解，由于流量平衡不受影响，因此在穿梭步骤中不必同时使用第一泵207和第二泵216。

图8示出了图6中低流量的泵循环，然而还增加了5个穿梭步骤。整个过程中使用了类似的附图标记，前缀用“8”而不是“6”，以表明这些附图标记与带有HDF穿梭的低流量泵循环800有关，而不是与低流量泵循环600有关。

在正常流量泵循环500和低流量泵循环600的同一时间段内，带有HDF穿梭的低流量泵循环800只有一个泵循环860。单次泵循环860之前有一段HDF穿梭时间，通常标示为870。

具体而言，第一泵207将透析液体排出到透析器12，虚线810表示第一泵208的流量返回正y轴702值。同时，对于第一次重复，只有第二泵216从透析器12中抽取透析液体，点线720表示第二泵216的流量返回负y轴704值。

从那时起，每次第一泵207将透析液体排出到透析器12，第二泵216不活动，点线720表示第二泵226流量返回零y轴704值(步骤1a)。

随后，第一泵207从透析器12中提取透析液体，虚线710表示第一泵307的流量返回负y轴704值。同时，第二泵216保持不活动(步骤1b)。

此单泵穿梭连续动作880总共重复四次。在该单泵穿梭连续动作880中，透析液体通过透析器12的半透膜进入和离开透析系统，并搅动透析器12的半透膜的表面。

正如入口泵组件可以配置为使透析液体在入口泵组件和透析器之间穿梭一次或多次，出口泵组件也可以。

对于第一泵207，可以反转流过第一透析器出口阀213的流量，以将透析液体返回透析器12，或者也可以使用第一透析器入口阀209。

对于第二泵216，可以反转流过第二透析器出口阀215的流量，以将透析液体返回透析器12，或者也可以使用第二透析器入口阀217。

当使用出口泵组件输送透析液体时，透析液体是部分废透析液体。

分阶段穿梭

图9示出了图6中低流量的泵循环，然而还增加了5个穿梭步骤。整个过程中都使用了类似的附图标记，前缀用“9”而不是“6”，以表明这些附图标记与带有分阶段穿梭的低流量泵循环900有关，而不是低流量泵循环600。

在与正常流量泵循环500、低流量泵循环600相同的时间段内，带有分阶段穿梭的低流量泵循环900只有一个泵循环960。在单个泵循环960之前，会有一段时间发生分阶段穿梭，通常标示为970。

具体来说，第一泵207向透析器12排出透析液体，虚线910表示第一泵207的流量返回正y轴902值。同时，对于第一次重复，只有第二泵216从透析器12中提取透析液体，点线920表示第二泵216的流量返回负y轴904值。

随后，第一泵207从透析器12中抽取透析液体，虚线910表示第一泵307的流量返回负y轴904值。同时，对于第一次重复，只有第二泵216将透析液体排出到透析器12，点线920表示第二泵216的流量返回正y轴902值。然而，第二泵216在第一泵207完成从透析器12提取透析液体之前，终止将透析液体排入透析器12中，由表示第一泵207流量的虚线910的垂直部分与表示第二泵216流量的点线上920之间的间隙所示。当废物化合物通过对流从透析器膜的患者侧拖至透析器膜的透析液体侧时，该延迟或间隙限定了穿过透析器薄膜的横向流入时间990。这是因为在第一泵207继续从透析器12中抽取透析液体的同时，第二泵开始从透析机12中抽出透析液体。

随后是一段纵向流量992的时间，其中第一泵207和第二泵216是同相的，因此作用方式类似于图7所示的双泵穿梭连续动作780。

然而，由于第二泵216在第一泵207开始从透析器12抽取透析液体之前将透析液体排到透析器12中，因此定义了另一个间隙，这一次是指当透析液体从透析器膜的透析液体侧强制返回透析器膜的患者侧时，横穿透析器膜的横向流出时间994。

因此，在横向流入时间990和横向流出时间994期间，第一泵207和第二泵216异相，并引起HDF效应，同时引起跨膜压力的相关变化。

相反，在剩余的低流量分阶段穿梭连续动作980(定义为两个独立的纵向流量992)中，第一泵207和第二泵216是同相的，因此只有沿透析器膜的纵向流动。

在该分阶段穿梭连续动作980期间，透析液体通过透析器12的半透膜进入和离开透析系统(横向流)，以及搅动透析器12中半透膜的表面(纵向流)，实现了一种综合效应。

通过改变横向流入时间990和横向流出时间994的大小，相对于每个分阶段穿梭连续动作980中的两个纵向流动时间992，纵向流动与横向流动的比率是可变的。控制系统450可配置为设置此比率。

HDF双泵穿梭

图10示出了图6中的低流量泵循环，然而还增加了5个穿梭步骤。整个过程中使用了类似的附图标记，前缀用“10”而不是“6”，以表明这些附图标记与带有HDF双泵穿梭的低流量泵循环1000有关，而不是低流量泵循环600。

在与正常流量泵循环500和低流量泵循环600相同的时间段内，带有HDF双泵穿梭的低流量泵循环1000只有一个泵循环1060。单个泵循环1060之前有一段时间，HDF双泵穿梭发生，通常标示为1070。

具体来说，第一泵207将透析液体排出到透析器12，虚线1010表示第一泵307的流量返回正y轴1002值。同时，对于第一次重复，只有第二泵216从透析器12中提取透析液体，点线1020表示第二水泵216的流量返回负y轴1004值。

从那时起，每当第一泵207将透析液体排出到透析器12时，第二泵216也将透析液体排入透析器12中(步骤1)。随后，第一泵207从透析器12中抽取透析液体，虚线1010表示第一泵307的流量返回负y轴1004值。同时，第二泵216从透析器12中抽出透析液体(步骤2)。

该双泵穿梭连续动作1080总共重复四次。在该双泵穿梭连续动作1080中，透析液体穿过透析器12的半透膜进入和离开透析系统，并搅动透析器12的半透膜的表面。

附图标号：

透析系统10

透析器12

动脉线14

蠕动泵16

静脉线18

透析液体溶液入口20

透析液体溶液出口22

血液入口24

血液出口26

筒30

净化水供应31

透析液体制备功能部分34

流量平衡功能部分36

进水口38

出水口42

碳酸氢盐源46

碳酸氢盐入口50

酸源80

进酸口82

清洁透析液体溶液出口104

废透析液体溶液入口106

排放口122

虚线192

泵室194

虚线196

凹陷表面198

正和负液体压力源200

泵和阀装置201

隔膜202

透析液体源203

第一透析液体源阀205

第二透析液体源阀206

第一泵207

第一泵室208

第一透析器入口泵209

流动路径210

第一排放阀211

流动路径212

第一透析器出口阀213

通道214

第二透析器出口阀215

第二泵216

第二透析器入口阀217

第二泵室218

第二排放阀219

排放管221

压板下压第一透析液体源阀305

压板下压第二透析液体源阀306

压板下压第一泵307

压板下压第一透析器入口阀309

压板下压第一排放阀311

压板下压第一出口阀313

压板下压第二透析器出口阀315

压板下压第二泵316

压板下压第二透析器入口阀317

压板下压第二排放阀319

真空泵第一透析液体源阀405

真空泵第二透析液体源阀406

真空泵第一泵407

真空泵第一透析器入口阀409

真空泵第一排放阀411

真空泵第一出口阀413

真空泵第二透析器出口阀415

真空泵第二泵416

真空泵第二透析器入口阀417

真空泵第二排放阀419

控制系统450

正常流量泵送状态500

正y轴502；602；702；802；902；1002

负y轴504；604；704；804；904；1004

x轴506；606；706；806；906；1006

虚线510；610；710；810；910；1010

点线520；620；720；820；920；1020

两个方形530，540；630,640；730,740；830,840；930,940；1030,1040

无流550；650；750；850；950；1010

泵循环560；660；760；860；960；1060

低流量泵送状态600

带有HD穿梭的低流量泵送状态700

带有HDF穿梭的低流量泵循环800

带有分阶段穿梭的低流量泵循环900

带有HDF双泵穿梭的低流量泵循环1000

细长扁平部分670

穿梭时间770；870；970；1070

双泵穿梭连续动作780

单泵穿梭连续动作880

分阶段穿梭连续动作980

横向流入时间990

纵向流时间992

横向流出时间994

双泵穿梭连续动作1080

Claims (20)

1.一种泵和阀装置201，包括：

透析器12，所述透析器12具有半透膜；

入口泵组件，所述入口泵组件可操作成在具有透析液体输送冲程的入口泵循环中将第一体积的透析液体从透析液体源输送到所述透析器12；

出口泵组件，所述出口泵组件可操作成从所述透析器12中移除第二体积的透析液体并在具有透析液体移除冲程的出口泵循环中将所述第二体积的透析液体输送离开所述透析器12；

控制系统450，所述控制系统450可操作成操作所述入口泵循环中的所述入口泵组件，并且所述控制系统450可操作成操作所述出口泵循环中的所述出口泵组件，其中对于每个入口泵循环存在对应的出口泵循环，其中所述控制系统还可操作成以下任一项：

或者操作所述入口泵组件以使所述第一体积的透析液体在所述入口泵组件和所述透析器12之间穿梭一次或多次，以便搅动所述透析器12的所述半透膜的表面，

或者操作所述出口泵组件以使所述第二体积的透析液体在所述出口泵组件和所述透析器12之间穿梭一次或多次，以便搅动所述透析器12的所述半透膜的表面。

2.根据权利要求1所述的泵和阀装置201，其中所述控制系统可操作成使所述入口泵组件和所述出口泵组件同步，以便使所述第一体积的透析液体通过所述透析器12在所述入口泵组件和所述出口泵组件之间穿梭一次或多次。

3.根据权利要求1所述的泵和阀装置201，其中所述控制系统还可操作成在操作所述入口泵组件以穿梭或操作所述出口泵组件以穿梭时保持所述入口阀组件或所述出口阀组件中的另一个不活动。

4.根据权利要求1所述的泵和阀装置201，其中所述控制系统可操作成使所述入口泵组件和所述出口泵组件延迟地同步，以便使所述第一体积的透析液体通过所述透析器12在所述入口泵组件和所述出口泵组件之间穿梭一次或多次。

5.根据权利要求4所述的泵和阀装置201，其中延迟的时长由所述控制系统450设置。

6.根据权利要求1所述的泵和阀装置201，其中，所述控制系统可操作成使所述入口泵组件和出口泵组件同步，以便使所述第一体积的透析液体在所述入口泵组件和所述透析器之间穿梭一次或多次，并且同时使所述第二体积的透析液体在所述出口泵组件和所述透析器之间穿梭一次或多次。

7.根据前述任一项权利要求所述的泵和阀装置201，其中所述入口泵组件和所述出口泵组件都可操作以将第一体积的透析液体从透析液体源输送到所述透析器12，并从所述透析器12中移除第二体积的透析液体。

8.根据权利要求7所述的泵和阀装置201，其中所述控制系统450可操作以在给定次数的入口泵循环之后使负责将所述第一体积的透析液体输送到所述透析器12的所述泵组件和负责从所述透析器12中移除所述第二体积的透析液体的所述泵组件交替。

9.根据前述任一项权利要求所述的泵和阀装置201，其中所述入口泵组件和所述出口泵组件中的每一个部分地由柔性膜202限定，所述柔性膜202可在所述入口泵组件和所述出口泵组件中的每一个的打开位置和关闭位置之间独立操作。

10.根据前述任一项权利要求所述的泵和阀装置201，其中所述入口泵组件包括第一泵207、第一透析器入口阀209以及第一透析器出口阀213，所述第一泵207可操作以将一定体积的透析液体从透析液体源203输送到所述透析器12，所述第一透析器入口阀209布置在所述第一泵207和所述透析器12中的透析液体入口20之间，所述第一透析器出口阀布置在所述透析器12的透析液体出口22和所述第一泵207之间，其中所述泵207、所述阀209和所述阀213中的每一个均是独立操作的。

11.根据前述任一项权利要求所述的泵和阀装置201，其中所述出口泵组件包括第二泵216、第二透析器出口阀215以及第二透析器入口阀217，所述第二泵216可操作以从所述透析器12中移除一定体积的透析液体并将所述透析液体输送至排放管221，所述第二透析器出口阀215布置在所述透析器12的透析液体出口22和所述第二泵216之间，所述第二透析器入口阀217布置在所述第二泵216和所述透析器12中的透析液体入口20之间，其中所述泵216、所述阀215和所述阀217中的每一个均是独立操作的。

12.根据权利要求10和11所述的泵和阀装置201，还包括布置在所述透析液体源203和所述第一泵207之间的第一透析液体源阀205，优选地还包括布置在所述透析液体源203和所述第二泵216之间的第二透析液体源阀206，优选地还包括布置在所述第一泵207和所述排放管221之间的第一排放阀211，优选地还包括布置在所述第二泵216和所述排放管221之间的第二排放阀219。

13.一种透析系统10，包括如权利要求1至12中任一项所述的泵和阀装置201。

14.一种清洁透析器的半透膜的方法，所述方法包括以下步骤：

提供泵和阀装置201，所述泵和阀装置201包括具有半透膜的透析器12、入口泵组件、出口泵组件、血液回路和控制系统450；

提供血液模拟液体的源并将所述血液模拟液体供应到所述血液回路；

在入口泵组件循环中操作所述入口泵组件，以将第一体积的清洁液体从清洁液体源输送到所述透析器12，每个入口泵组件循环包括清洁液体输送冲程；

在出口泵组件循环中操作所述出口泵组件，以从所述透析器12移除第二体积的清洁液体，并将所述第二体积的清洁液体从所述透析器12抽出，每个出口泵组件循环包括清洁液体移除冲程；以及在以下步骤中任选一者：

在穿梭循环中操作所述入口泵组件，以在所述清洁液体输送冲程之前使所述第一体积的清洁液体在所述入口泵组件和所述透析器12之间穿梭一次或多次，或者

在穿梭循环中操作所述出口泵组件，以在所述清洁液体移除冲程之前使所述第二体积的清洁液体在所述出口泵组件和所述透析器12之间穿梭一次或多次。

15.根据权利要求14所述的方法，进一步的步骤包括：使所述入口泵组件和所述出口泵组件的操作同步，以便在所述清洁液体输送冲程之前通过所述透析器12使所述第一体积的透析液体在所述入口泵组件与所述出口泵组件之间穿梭一次或多次。

16.根据权利要求14所述的方法，进一步的步骤包括：当操作所述入口泵组件以穿梭或操作所述出口泵组件以穿梭时，保持所述入口泵组件或所述出口泵组件中的另一个不活动。

17.根据权利要求14所述的方法，进一步的步骤包括：使所述入口泵组件和所述出口泵组件的操作延迟地同步，以便在所述清洁液体输送冲程之前使所述第一体积的清洁液体通过所述透析器12在所述入口泵组件与所述出口泵组件之间穿梭一次或多次。

18.根据权利要求14所述的方法，进一步的步骤包括：使所述入口泵组件和所述出口泵组件的操作同步，以便使所述第一体积的清洁液体在所述入口泵组件与所述透析器之间穿梭一次或多次，同时使所述第二体积的清洁液体在所述出口泵组件与所述透析器之间穿梭一次或多次。

19.根据权利要求14至18中任一项所述的方法，其中所述入口泵组件和所述出口泵组件都可操作以将第一体积的清洁液体从清洁液体源输送到透析器12，并从所述透析器12中移除第二体积的清洁液体，并将所述清洁液体输送到排放管221。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述方法还包括以下步骤：在给定循环次数之后，使负责将所述第一体积的清洁液体输送到所述透析器12的所述泵组件和负责从所述透析器12中移除所述第二体积的清洁液体的所述泵组件交替，优选地其中所述给定循环次数在5和30之间，还优选地，其中所述给定循环次数为20。

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