JP2015150366A - 人工透析システム、血流監視装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】血管同士を部分的に接合させて接合部を形成する場合における人工透析時の血流の再循環を監視するための新たな技術を提案すること。
【解決手段】第１の血管である静脈Ａ１と第２の血管である動脈Ｖ２とを接合した接合部ＳＨが形成されている。静脈Ａ１の接合部ＳＨより血流下流側に、正常時の血流方向に沿って、血液を外部へ導出するための導出部である穿刺針１８および透析された血液を導入するための導入部である穿刺針１６とが設置される。また、穿刺針１８と穿刺針１６との間の静脈Ａ１に向けて超音波を送受する超音波プローブ３２が設置される。そして、超音波プローブ３２による受信信号に基づいて、静脈Ａ１の穿刺針１８の穿刺位置と穿刺針１６の穿刺位置との間における血流状態を監視する。
【選択図】図２

Description

本発明は、人工透析システム等に関する。

人工透析（血液透析）において十分な血液量を確保するため、動脈と静脈をつなぎ合わせてシャントと呼ばれる部位を構成することが知られている。シャントには、動脈と静脈を人工血管等のチューブを用いて体外でつなぎ合わせる「外シャント」と、体内でつなぎ合わせる「内シャント」が知られているが、内シャントが用いられるのが通例である。また、内シャントには、動脈と静脈を部分的に直接吻合（接合）させて接合部を形成するシャントや、人工血管を介して動脈と静脈を接続するシャントなどが知られている。

内シャントの問題の１つとして「再循環」が知られている。人工透析時には、血管に設けた導出部から血液を取り出し（脱血）、透析器（ダイアライザー）を通じて透析された血液を血管に設けた導入部から戻す（返血する）血液回路が形成される。このとき、透析後の血液が導入部から導出部へ流動して再び脱血されるのが「再循環」である。再循環が起こった場合、いかに透析装置が円滑に動作していようとも、透析治療の効果が極端に低減したり、効果が得られない場合がある。

そこで、シャント部における血流速度を判定し、再循環の発生を監視する技術として、特許文献１の技術が知られている。

特表２００２−５２５１７５号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、人工血管を介して動脈と静脈を接続するシャントにおいて、人工血管を流れる血流速度を判定することで再循環の発生を監視する技術である。動脈と静脈を部分的に直接吻合（接合）させて接合部を内シャント（接合部）を形成する場合には、人工血管が存在しないため、特許文献１の技術を適用することができない。

そこで、本発明は、血管同士を部分的に接合させて接合部を形成する場合における人工透析時の血流の再循環を監視するための新たな技術を提案することを目的として考案されたものである。

以上の課題を解決するための第１の発明は、血管に設けられる当該血管から血液を外部へ導出するための導出部から導出された血液を透析する透析器と、前記導出部から前記透析器を通って、前記血管に設けられる前記血管に血液を導入するための導入部へと血液を流動させる血液ポンプと、前記血管の前記導出部と前記導入部との間に対して超音波を送受する超音波送受信部と、前記超音波送受信部による受信信号に基づいて、前記血管の前記導出部と前記導入部との間における血流状態を監視する監視部と、を備えた人工透析システムである。

また、別の形態として、血液を外部へ導出するための導出部および外部から血液を導入するための導入部が血管に設けられ、当該導出された血液を透析する人工透析において、前記血管の前記導出部と前記導入部との間に対して超音波を送受するように配置される超音波送受信部と、前記超音波送受信部による受信信号に基づいて、前記血管の前記導出部と前記導入部との間における血流状態を監視する監視部と、を備えた血流監視装置を構成することとしてもよい。

また、別の形態として、血液を外部へ導出するための導出部および外部から血液を導入するための導入部が血管に設けられ、当該導出された血液を透析する人工透析において、前記血管の前記導出部と前記導入部との間に対して超音波を送受するように配置される超音波送受信部を備えた血流監視装置の制御方法であって、前記超音波送受信部による受信信号に基づいて、前記血管の前記導出部と前記導入部との間における血流状態を監視すること、を含む制御方法を構成することとしてもよい。

この第１の発明等によれば、透析用の血液の導出部と導入部とが設けられ、この導出部と導入部との間の当該血管に対して超音波を照射する超音波送受信部の受信信号に基づいて、導出部と導入部との間における血流状態が監視される。よって、血管同士を部分的に接合させて接合部を形成した場合における人工透析時の血流の再循環を監視することができる。

また、第２の発明として、前記監視部が前記正常時の血流方向と逆方向の血流方向を検知した場合に所定の報知を行うこととしてもよい。

また、上述した血流監視装置において、前記血流状態が所定の条件を満たした場合に所定の報知を行う報知部を更に備えることとしてもよい。

また、上述した制御方法において、前記血流状態が所定の条件を満たした場合に所定の報知をすることを更に含むこととしてもよい。

また、第１又は第２の発明における血流状態の監視を、前記監視部が血流速度を計測して実現する第３の発明を構成することとしてもよい。

人工透析システムのシステム構成例を示す図。 本実施形態の原理を説明するための図。 データ処理の一例を説明するための図。 血流監視装置の機能構成例を示す図。 監視処理の流れを示すフローチャート。

以下、本発明を適用した実施形態の一例を説明するが、本発明を適用可能な実施形態が以下の実施形態に限定されるものではない。

図１は、本実施形態における人工透析システム１のシステム構成例を示す図である。人工透析システム１は、透析患者である被検者３から脱血するために血管に穿刺する導出部である穿刺針１８と、脱血された血液に血流を付与するための血液ポンプ１４と、透析器（ダイアライザー）１２と、透析された血液を返血するために血管に穿刺する導入部である穿刺針１６とによって構成される血液回路を備える。すなわち、穿刺針１８が導出部となって血液を被検者３から導出し、導出された血液を透析器１２が透析し、透析された血液を穿刺針１６が導入部となって被検者３に導入する血液回路が構成され、血液ポンプ１４によって血液が血液回路内を安定的に流れるように流動される。

透析器１２は、半透膜或いは中空糸膜等を有し、拡散または濾過の原理によって血液回路を流れる血液中の老廃物を、チューブ１３を通って循環される透析液に移行させて除去する装置である。

また、人工透析システム１は、人工透析の処理全体を司る透析制御装置２０を備えた本体装置１０と、測定結果や操作情報を画像表示するための手段及び操作入力のための手段を兼ねるタッチパネル４と、操作入力をするためのキーボード６とを備える。そして、本体装置１０は、本実施形態の特徴の１つである血流監視のための血流監視ユニット３０を備える。血流監視ユニット３０は、超音波プローブ３２による超音波の送受信を制御して、透析対象の血管の血流を監視する装置であり、各種のスイッチ等で構成された操作部２００と、液晶ディスプレイ等で構成された表示部３００と、スピーカー等で構成された音出力部４００とを備える。

本実施形態は、血流監視ユニット３０と、超音波送受信部である超音波プローブ３２と、穿刺針１６，１８の使用位置と、透析対象の血管構造とに特徴を有し、透析自体については公知技術を適用することができる。そのため、以下説明においては、この特徴点を中心に説明する。

本実施形態の原理を説明する。図２は、本実施形態の原理を説明するための図であり、透析対象部位周辺を模式的に示す図である。被検者３の透析対象の血管には、第１の血管である静脈Ａ１と、第２の血管である動脈Ｖ２とが吻合（接合）されて接合部ＳＨが形成された、いわゆる内シャントが形成されている。十分な透析を行うためには１分間に約１５０〜２００ｍｌの血液を血液回路に循環させる必要があるが、本来の静脈Ａ１にはそれだけの血流量がないため、接合部ＳＨを形成することで、動脈Ｖ２からの血流の一部を静脈Ａ１に流し、透析を行えるだけの血流を確保するようにしている。本実施形態では、透析対象部位を前腕とするため、静脈Ａ１を橈側皮静脈、動脈Ｖ２を橈骨動脈として接合部ＳＨを形成することができるが、静脈Ａ１を尺側皮静脈、動脈Ｖ２を尺骨動脈とすることもできる。勿論、前腕ではなく他の部位を透析対象部位としてもよい。

穿刺針１６，１８は、第１の血管である静脈Ａ１の接合部ＳＨより下流側に穿刺される。また、導入部である穿刺針１６が、導出部である穿刺針１８よりも下流側に穿刺される。図２において、静脈Ａ１内の矢印の向きが正常な血流方向である。正常に透析が行われている場合には、穿刺針１８の穿刺位置と穿刺針１６の穿刺位置間の静脈Ａ１内の血流は、穿刺針１８の穿刺位置から穿刺針１６の穿刺位置に向かって流れる方向である（以下この方向を「正方向」といい、逆向きを「逆方向」という）。しかし、穿刺針１６から返血されることから、必ず、逆方向の血流成分が存在し得る。この逆方向の血流量が、正方向の血流量よりも多くなると、透析された血液が再び穿刺針１８から脱血される逆流、すなわち再循環が起こることになる。

そこで、本実施形態では、穿刺針１８の穿刺位置と、穿刺針１６の穿刺位置間の静脈Ａ１内の血流速度を超音波で継続的に計測することで、血流状態を監視する。具体的には、穿刺針１８の穿刺位置と穿刺針１６の穿刺位置間の静脈Ａ１に向けて超音波を照射可能な皮膚面上に超音波プローブ３２を取り付ける。超音波プローブ３２は平板状の探触子で構成され、貼付やテープ等によって固定される。平板上の小型プローブであるため、穿刺針１８の穿刺位置と穿刺針１６の穿刺位置間の狭い範囲に取り付けることができる。また、超音波により血流速度を測定するため、非侵襲な計測を実現する。超音波プローブ３２によって静脈Ａ１に向けて照射された超音波の反射波は、同じく超音波プローブ３２によって受信される。この受信信号に基づいて静脈Ａ１内の血流速度を計測する。

超音波を利用した血流速度の計測方法は、適宜公知の技術を適用することができる。例えば、ドップラー法を用いる場合には、次の（１）式に基づいて血流速度を算出することができる。
ｕ＝（ｃ×Δｆ）／（２×ｆ_ｃ×ｃｏｓθ） …（１）
ここで、ｕは血流速度、ｃは音速、Δｆはドップラー偏移周波数、ｆ_ｃは超音波周波数、θは超音波入射角度である。

音速は固定値であり、超音波周波数および超音波入射角度は、超音波プローブ３２の設置位置や送受信する超音波の周波数、送受信ビーム角度等によって決まる既知の値である。よって、ドップラー偏移周波数が求まれば血流速度を得ることができる。ドップラー偏移周波数は、例えば、図３に示すデータ処理によって求めることができる。すなわち、超音波反射波の受信信号を直交検波した後、血管が存在する信号範囲の成分を積分する。その後、クラッタ信号除去のためのＨＰＦ（ハイパスフィルター：通常Wall Motion Filterと呼ばれる）を経てＦＦＴ演算を施すことで、ドップラー偏移周波数を得ることができる。ドップラー偏移周波数は、血流が送信超音波に対して向かっている方向に流れている場合は超音波周波数ｆ_ｃよりも高い周波数となり、反対に離れていく方向に流れている場合は超音波周波数ｆ_ｃよりも低い周波数となる。

血流速度が算出されたならば、その血流速度が所定の異常状態条件や所定の注意喚起条件を満たすか否かを判定して血流状態を判断する。異常状態条件には、例えば、血流が逆方向に流れていること（すなわち再循環が発生していること）を含めることができる。注意喚起条件には、例えば、正方向の血流速度が徐々に遅くなり逆方向への血流が生じる予兆があることを含めることができる。異常状態条件や注意喚起条件を満たした場合には、その旨の報知を行う。報知としては、表示部３００に所定の報知メッセージを表示させたり、音出力部４００から所定の報知音を出力させたり、血液回路の血流速度を低減させるための指示信号の本体装置１０への出力等が考えられる。

次に、血流監視に関する装置構成を説明する。図４は、人工透析システム１のうちの、血流監視に係る機能構成例を示すブロック図である。血流監視ユニット３０は、監視装置処理部１００と、操作部２００と、表示部３００と、音出力部４００と、記憶部５００とを備え、超音波プローブ３２を含めることで血流監視装置４０を構成する。血流監視ユニット３０は、一種のコンピューター装置である。

監視装置処理部１００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のマイクロプロセッサーや、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＩＣ（Integrated Circuit）メモリーなどの電子部品によって実現される。そして、監視装置処理部１００は、各機能部との間でデータの入出力制御を行い、所定のプログラムやデータ、操作部２００からの操作入力信号、超音波プローブ３２からの信号等に基づいて各種の演算処理を実行して透析対象の血管の血流状態を監視する。

監視装置処理部１００は、超音波測定制御部１１０と、監視部１２０とを有する。
超音波測定制御部１１０は超音波測定を統合的に制御する。具体的には、超音波プローブ３２による超音波の送信ビームおよび受信ビームを制御する機能や、超音波プローブ３２から入力される信号を増幅して超音波反射波信号のデータを生成する機能等を有する。

監視部１２０は、血流速度計測部１２２と、報知制御部１２４とを有し、監視プログラム５１０に従って、透析対象の血管の血流状態を監視する監視処理を実行する。血流速度計測部１２２は、超音波反射波の受信信号に基づいて、透析対象の血管を流れる血流速度を計測する。例えば超音波ドップラー法を用いた上述の（１）式に基づき、血流速度を算出することができる。計測された血流速度は計測時刻と対応付けて計測データ５２０として記憶部５００に蓄積記憶される。また、監視部１２０は、計測された血流速度が異常状態条件や注意喚起条件を満たすかを判定することで血流状態を監視する。異常状態条件又は注意喚起条件を満たす場合には、報知制御部１２４がその旨を報知する制御を行う。

記憶部５００は、ＩＣメモリーやハードディスクなどの記憶媒体により実現され、各種プログラムや、監視装置処理部１００の演算過程のデータなどの各種データを記憶する。具体的には、記憶部５００は、監視プログラム５１０と、計測データ５２０とを記憶する。

次に、血流監視装置４０の動作について説明する。図５は、本実施形態における血流監視装置４０における監視処理の流れを示すフローチャートである。なお、監視処理の実行に先立って、図２に示すような所定の取り付け位置に、穿刺針１６，１８および超音波プローブ３２が取り付けられ、人工透析が開始されている。
監視処理において、血流監視装置４０の監視装置処理部１００は、先ず、超音波プローブ３２を制御して超音波測定を開始し（ステップＳ２）、超音波反射波の受信信号に基づいて透析対象の血管の血流速度の測定を開始する（ステップＳ４）。そして、監視処理を終了するまで、ステップＳ６〜Ｓ１４を繰り返し実行することで、透析対象の血管の血流状態を監視する。

血流状態の監視の１つとして、血流速度が異常状態条件を満たすか否かを監視する（ステップＳ６）。異常状態条件は、例えば、血流速度が逆方向の血流を示すこと、すなわち再循環が発生していると判定できることを含む。異常状態条件を満たすと判定された場合には（ステップＳ６：ＹＥＳ）、再循環が発生している旨の報知を行い（ステップＳ８）、透析異常が生じていることを知らせる。

また、血流状態の監視の１つとして、血流速度が注意喚起条件を満たすか否かを監視する（ステップＳ１０）。注意喚起条件は、例えば、再循環が発生する予兆があることを含む。例えば、計測データ５２０に基づき、過去所定時間（例えば３分間）分の血流速度が継続して所定の閾値以下であり、且つ、低減傾向にある場合に、再循環の発生予兆ありと判定することができる。注意喚起条件を満たすと判定された場合には（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、近い将来再循環が発生する可能性がある旨の報知を行う（ステップＳ１２）。

そして、監視処理を終了しない場合には（ステップＳ１４：ＮＯ）、ステップＳ６に処理を移行して、監視処理を終了するまで（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、ステップＳ６〜Ｓ１４を繰り返す。

以上、本実施形態によれば、被検者３には、第１の血管である静脈Ａ１と、第２の血管である動脈Ｖ２とが部分的に接合した接合部ＳＨが形成されている。そして、静脈Ａ１の接合部ＳＨより血流下流側に、血液を外部へ導出するための導出部である穿刺針１８と、穿刺針１８の穿刺位置より更に下流側に、透析された血液を血管に導入するための導入部である穿刺針１６とが設けられて、人工透析が行われる。また、穿刺針１８の穿刺位置と、穿刺針１６の穿刺位置との間の静脈Ａ１に向けて超音波を送受信可能な皮膚面の所定位置に超音波プローブ３２が取り付けられる。この超音波プローブ３２による超音波反射波の受信信号に基づいて、穿刺針１８の穿刺位置と、穿刺針１６の穿刺位置との間の静脈Ａ１の血流状態が監視される。よって、血管同士を部分的に接合させて接合部を形成した場合における人工透析時の血流の再循環を監視することができる。

なお、本発明を適用可能な形態は上記実施形態に限るものではなく、適宜構成要素の追加・省略・変更を施すことができる。例えば、透析対象の部位は前腕に限られるものではない。また、血流速度をドップラー法以外の技術を用いて計測することとしてもよい。

３…被検者、Ａ１…静脈、Ｖ２…動脈、１…人工透析システム、３０…血流監視ユニット、３２…超音波プローブ、４０…血流監視装置、１００…監視装置処理部、１２０…監視部、１２２…血流速度計測部、１２４…報知制御部、５００…記憶部

Claims (7)

1. 血管に設けられる当該血管から血液を外部へ導出するための導出部から導出された血液を透析する透析器と、
   前記導出部から前記透析器を通って、前記血管に設けられる前記血管に血液を導入するための導入部へと血液を流動させる血液ポンプと、
   前記血管の前記導出部と前記導入部との間に対して超音波を送受する超音波送受信部と、
   前記超音波送受信部による受信信号に基づいて、前記血管の前記導出部と前記導入部との間における血流状態を監視する監視部と、
   を備えた人工透析システム。
2. 前記監視部は、正常時の血流方向と逆方向の血流方向を検知した場合に所定の報知を行う、
   請求項１に記載の人工透析システム。
3. 前記監視部は、血流速度を計測して前記血流状態を監視する、
   請求項１又は２に記載の人工透析システム。
4. 血液を外部へ導出するための導出部および外部から血液を導入するための導入部が血管に設けられ、当該導出された血液を透析する人工透析において、前記血管の前記導出部と前記導入部との間に対して超音波を送受するように配置される超音波送受信部と、
   前記超音波送受信部による受信信号に基づいて、前記血管の前記導出部と前記導入部との間における血流状態を監視する監視部と、
   を備えた血流監視装置。
5. 前記血流状態が所定の条件を満たした場合に所定の報知を行う報知部、
   を更に備えた請求項４に記載の血流監視装置。
6. 血液を外部へ導出するための導出部および外部から血液を導入するための導入部が血管に設けられ、当該導出された血液を透析する人工透析において、前記血管の前記導出部と前記導入部との間に対して超音波を送受するように配置される超音波送受信部を備えた血流監視装置の制御方法であって、
   前記超音波送受信部による受信信号に基づいて、前記血管の前記導出部と前記導入部との間における血流状態を監視すること、
   を含む制御方法。
7. 前記血流状態が所定の条件を満たした場合に所定の報知をすること、
   を更に含む請求項６に記載の制御方法。

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