JP2020039767A - 脱血圧推定方法、実血流量推定方法および血液浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】脱血圧および実血流量を精度よく推定できる脱血圧推定方法、実血流量推定方法および血液浄化装置を提供する。【解決手段】ローラーポンプ１５を用いて人体との間で血液を循環させる循環回路１１において、循環回路１１におけるローラーポンプ１５の上流側圧力を推定する方法であって、ローラーポンプ１５の下流側圧力を測定し、測定されたローラーポンプ１５の下流側圧力と計算式に基づいてローラーポンプ１５の上流側圧力を推定することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、脱血圧推定方法、実血流量推定方法および血液浄化装置に関する。さらに詳しくは、透析を実施する透析装置や血液交換を実施する血液浄化装置等の血液浄化装置、脱血圧推定方法および実血流量推定方法に関する。

透析装置では、人体から血液を抜き出して透析器において血液を透析し、透析された血液を人体に戻す循環回路（以下透析回路という場合がある）を有している。この透析回路では、一般的に、チューブ（ポンプセグメント）をローラーで潰してしごくことによって血液を送液するしごき型の血流ポンプ（ローラーポンプ）が使用される。かかるローラーポンプを備えた透析回路では、ローラーポンプを作動させた際に透析回路を流れる実際の血流量（実血流量）は、ローラーの回転数やポンプセグメント部の特性（断面積や弾性特性など）により規定される。透析装置ではローラーの回転数に対して校正された設定流量を既定値として用いることによって実血流量を設定流量と一致させている。しかし、治療条件よっては透析回路内が大きく陰圧になるので、設定流量に対して実血流量が低下して、所定の透析効率が得られず、患者の体調や予後に悪影響を生じさせる。このため、所望の透析効率を得るため実血流量を精度よく検出することが必要である。

また、血流ポンプの上流側の血圧（脱血圧）は通常陰圧になるが、通常の治療状態下では、設定血流量に対して選択した穿刺針の脱血特性が低い場合や、穿刺ミスによる穿刺針の血管壁への接触、また、シャント（透析患者の血液を体外に取り出す血管）流量の低下などにより、脱血圧の陰圧値が過大となり、設定血流量に対して実血流量の低下をきたす。このようなトラブルが生じると、所定の透析効率が得られないばかりか、過大な脱血圧により血液成分への悪影響（溶血や凝血促進など）を及ぼす場合もある。したがって、患者への負担を軽減するためには、脱血圧を迅速にかつ精度良く把握することが望まれている。

先行文献１〜３には、ダイアライザ（透析器）と血液ポンプとの間の圧力波形（振幅）と、血液ポンプの送液量（設定流量）と、に基づいて脱血圧を算出する技術が開示されており、文献２には、算出した脱血圧から実血流量を算出する技術も開示されている。これらの先行文献１〜３の技術では、予め実験によって得られた近似式を利用して脱血圧を算出している。

特開２００５−３４８９５０号公報 特開２００６−３０４９１７号公報 特開２００７−９７８５２号公報

しかるに、ダイアライザ（透析器）と血液ポンプとの間の圧力波形（振幅）と血液ポンプの送液量（設定流量）との関係は、使用する回路構成やポンプセグメント部の特性やローラーポンプへのポンプセグメント部の装着状況によって変化する。すると、先行文献１〜３の技術のように、予め実験によって得られた近似式を利用して脱血圧を算出した場合、算出される脱血圧が実際の回路における脱血圧に対して誤差を生じる可能性が高い。すると、脱血圧を用いて推定される実血流量も、実際の実血流量から誤差を生じてしまう。

本発明は上記事情に鑑み、脱血圧および実血流量を精度よく推定できる脱血圧推定方法、実血流量推定方法および血液浄化装置を提供することを目的とする。

第１発明の脱血圧推定方法は、ローラーポンプを用いて人体との間で血液を循環させる循環回路において、該循環回路におけるローラーポンプの上流側圧力を推定する方法であって、ローラーポンプの下流側圧力を測定し、測定されたローラーポンプの下流側圧力と下記式１に基づいてローラーポンプの上流側圧力を推定することを特徴とする。

式１
ＰＲｅｍ＝（ＰＣＡｍｉｎ×（Ｃｉｎ+Ｃｏｕｔ）−ＰＣＡｍａｘ×Ｃｏｕｔ）／Ｃｉｎ

ＰＲｅｍ:ローラーポンプの上流側圧力（ｍｍＨ）
ＰＣＡ: ローラーポンプの下流側圧力（ｍｍＨｇ）
Ｃｉｎ:ポンプセグメント前キャパシタンス（ｍＬ／ｍｍＨｇ）
Ｃｏｕｔ:ポンプセグメント後キャパシタンス（ｍＬ／ｍｍＨｇ）

第１発明によれば、ローラーポンプの下流側圧力だけでなく、ローラーポンプセグメントのパラメータに基づいてローラーポンプの上流側圧力を推定するので、ローラーポンプの上流側圧力を精度よく求めることができる。

（Ａ）は本実施形態の血液浄化装置１の概略構成図であり、（Ｂ）は分岐部１８を有する本実施形態の血液浄化装置１の透析部１０の概略構成図である。 （Ａ）はローラーポンプ１５の概略構造図であり、（Ｂ）はローラーポンプセグメントのパラメータの説明図である。 （Ａ）は本実施形態の脱血圧推定方法によって推定した脱血圧と脱血圧の実測値を比較したグラフの一例であり、（Ｂ）は脱血圧の実測値と血流比（実血流量/設定血流量）との関係を示したグラフの一例である。 実験に使用した回路の概略構成図である。 純水を使用した実験結果を示した図である。 牛血液を使用した実験結果を示した図である。 （Ａ）は流量測定部１２を有する本実施形態の血液浄化装置１の概略構成図であり、（Ｂ）は分岐部１８と流量測定部１２とを有する本実施形態の血液浄化装置１の透析部１０の概略構成図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本実施形態の血液浄化装置１は、血液を浄化するために使用される装置であって、ローラーポンプの上流側圧力（以下脱血圧という場合がある）や装置を流れる液体の実際の流量（以下、実血流量という場合がある）を精度よく推定できることに特徴を有している。

本実施形態の血液浄化装置１の用途はとくに限定されない。例えば、血液を透析する透析装置や、血漿交換を実施する血液浄化装置等として使用することが可能である。
以下では、代表として、本実施形態の血液浄化装置１を透析装置として使用する場合を説明する。

＜本実施形態の血液浄化装置１＞
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１（Ａ）に示すように、本実施形態の血液浄化装置１は、人体から血液を採取する採血部２と、採血部２が採取した血液を透析する透析部１０と、透析部１０が透析した血液を人体に返血する返血部３と、を備えている。

＜採血部２＞
図１（Ａ）に示すように、採血部２は、人の血管やシャントに穿刺する針部２ａと、この針部２ａが先端に設けられたチューブ２ｂと、を備えている。このチューブ２ｂの基端は、透析部１０のローラーポンプ１５の吸引側にチューブや配管等を介して連通されている。

＜透析部１０＞
図１（Ａ）に示すように、透析部１０は、ローラーポンプ１５と透析器２０とがチューブや配管等（以下単にチューブ等という場合がある）によって直列に接続された循環回路１１を備えている。具体的には、循環回路１１では、ローラーポンプ１５における吐出側と透析器２０の流入側とがチューブ等によって連通されている。言い換えれば、循環回路１１は、透析する血液が流れる上流側から下流側に向かって（図１（Ａ）では左側から右側に向かって）、ローラーポンプ１５、透析器２０、の順で並ぶように、ローラーポンプ１５と透析器２０とがチューブ等で連通されている。

＜ローラーポンプ１５＞
ローラーポンプ１５は一般的なローラーポンプであり、ローラーポンプセグメント１６ｓと、このローラーポンプセグメント１６ｓのチューブが巻き掛けられるローラー部１６と、このローラー部１６との間にチューブを挟むケーシング１７と、を有している(図２（Ａ）)。ローラー部１６には、一対のローラー１６ｒ，１６ｒが設けられている。この一対のローラー１６ｒ，１６ｒは、回転軸１６ａに対して互いに回転対称かつ等角度間隔（つまり１８０度離れた状態）となるように設けられている。したがって、ローラーポンプ１５を回転させると、回転軸１６ａ周りにローラー部１６が回転し、一対のローラー１６ｒ，１６ｒが順次チューブをつぶして扱くことができる。
なお、ローラーポンプセグメント１６ｓのチューブは循環回路１１における血液が流れる流路の一部を構成することになる。

＜透析器２０＞
透析器２０は、一般的な透析に使用されるものであり、透析膜によって分離された空間を有しており、一方の空間に血液を流し他方の空間に透析液を流せば血液を透析できるものである。透析器２０の構造はとくに限定されず、透析液を使用して血液を透析する機能を有するものであればどのような構造のものでも使用できる。例えば、中空な空間を有する本体部と、本体部の中空な空間内に配設された透析膜として機能する中空糸膜と、を有する透析器を使用することができる。

なお、本実施形態の血液浄化装置１を透析以外に使用する場合には、透析器２０に代えて適切な器具を使用すればよい。例えば、血漿交換を実施する血液浄化装置の場合であれば、透析器２０に代えて血漿分離器を使用すればよい。

＜圧力測定部１３＞
循環回路１１には、ローラーポンプ１５と透析器２０以外に、圧力測定部１３が設けられている。具体的には、ローラーポンプ１５と透析器２０とを繋ぐチューブ等には、チューブ等内の圧力を測定する圧力測定部１３の下流側圧力計１３ａが設けられている。下流側圧力計１３ａは、血液などに混在する気体を除去するエアトラップ機能を有するドリップチャンバを備えたものを採用している。
また、透析器２０よりも下流側にも、チューブ等内の圧力を測定する圧力測定部１３の返血側圧力計１３ｂが設けられている。返血側圧力計１３ｂは、血液などに混在する気体を除去するエアトラップ機能を有するドリップチャンバを備えたものを採用している。

なお、圧力測定部１３の下流側圧力計１３ａおよび返血側圧力計１３ｂの構成はとくに限定されず、上述したようなドリップチャンバを備えたものでなくてもよい。チューブ等内の圧力を測定することができる公知の圧力計を下流側圧力計１３ａおよび返血側圧力計１３ｂとして採用することができる。

＜分岐部１８＞
循環回路１１には分岐部１８が設けられている。この分岐部１８は、その一端が採血部２から供給される血液をローラーポンプ１５に流すチューブ等（特許請求の範囲にいう血液流路に相当する）に連通された分岐流路１８ｃを備えている。この分岐流路１８ｃには、流動抵抗調整部１８ａと圧力計１８ｂとが設けられている。

＜流動抵抗調整部１８ａ＞
流動抵抗調整部１８ａは、分岐流路１８ｃを流れる液体の流動抵抗を変化させることができるものである。具体的には、流動抵抗調整部１８ａは、ローラーポンプ１５を作動させた際に、分岐流路１８ｃ内を液体が流れにくくしたり流れやすくしたりすることができる機能を有するものである。例えば、流動抵抗調整部１８ａによって分岐流路１８ｃ内を液体が流れにくくすると、透析作業において脱血不良が生じているような状態を生じさせることができる。流動抵抗調整部１８ａは上記機能を有するものであればよく、とくに限定されない。例えば、開度を調整できるバルブ等や分岐流路１８ｃを狭窄できる器具等を流動抵抗調整部１８ａとして採用することができる。

＜圧力計１８ｂ＞
圧力計１８ｂは、分岐流路１８ｃがチューブ等に接続されている部分と流動抵抗調整部１８ａとの間の圧力を測定するものである。具体的には、圧力計１８ｂは、分岐流路１８ｃにおいて分岐流路１８ｃがチューブ等に接続されている部分と流動抵抗調整部１８ａとの間に設けられている。つまり、圧力計１８ｂは、ローラーポンプ１５の上流側圧力を測定できる位置に設けられている。したがって、流動抵抗調整部１８ａによって分岐流路１８ｃ内を液体が流れにくくしたり流れやすくしたりしたときに、圧力計１８ｂによって分岐流路１８ｃの圧力の変動を測定できる。この圧力計１８ｂは、分岐流路１８ｃ内の圧力を測定できるものであればよく、公知の圧力計を採用することができる。上述した圧力測定部１３の下流側圧力計１３ａおよび返血側圧力計１３ｂに採用されているドリップチャンバを備えた圧力計を使用してもよい。

＜制御部１４＞
そして、透析部１０は、ローラーポンプ１５の作動を制御する制御部１４を備えている。この制御部１４は圧力測定部１３の各圧力計１３ａ，１３ｂと電気的に接続されており、圧力測定部１３の各圧力計１３ａ，１３ｂが測定した測定値に関する情報が制御部１４に送信されるようになっている。同様に、制御部１４には、分岐部１８の圧力計１８ｂが電気的に接続されており、圧力計１８ｂが測定した測定値に関する情報が制御部１４に送信されるようになっている。

なお、分岐部１８の流動抵抗調整部１８ａとして、外部からの信号によって開閉を調整できる器具（例えば電磁バルブ等）を採用した場合には、制御部１４によって流動抵抗調整部１８ａの作動（電磁バルブの場合にはバルブの開閉等）を制御できるようになっていることが望ましい。

しかも、制御部１４は、圧力測定部１３の各圧力計１３ａ，１３ｂや、分岐部１８の圧力計１８ｂが測定した測定値に関する情報に基づいて、ローラーポンプ１５の上流側圧力や循環回路１１の実血流量を推定できる機能を有している。この機能については後述する。

＜返血部３＞
図１（Ａ）に示すように、返血部３も、人の血管やシャントに穿刺する針部３ａと、この針部３ａが先端に設けられたチューブ３ｂと、を備えている。このチューブ３ｂの基端は、透析部１０の透析器２０の返血側にチューブや配管等を介して連通されている。

＜本実施形態の血液浄化装置１による透析作業＞
本実施形態の血液浄化装置１が上記のごとき構成であるので、以下のように透析作業が実施される。

まず、透析を受ける患者に本実施形態の血液浄化装置１を措置する前に、透析部１０の循環回路１１のプライミングが実施される。例えば、分岐部１８の分岐流路１８ｃの他端を、洗浄液や透析液を供給する装置や器具（バッグ等）に接続し、分岐部１８の流動抵抗調整部１８ａを操作して分岐流路１８ｃ内を液体が流れることができる状態にする。一方、循環回路１１の透析器２０の下流側のチューブ等の端部（返血部３のチューブ３ｂが接続される端部）を開放する（図１（Ｂ）参照）。その状態で洗浄液や透析液を分岐流路１８ｃの他端から供給しながらローラーポンプ１５を作動すれば、循環回路１１のチューブ等の内部や透析器２０の内部に洗浄液や透析液を流すことができる。したがって、循環回路１１内において血液が流れる部分を洗浄でき、循環回路１１内において血液が流れる部分を洗浄液や透析液によって満たすことができる。

プライミングが終了すると、ローラーポンプ１５の作動を停止し、分岐部１８の流動抵抗調整部１８ａによって分岐流路１８ｃ内を液体が流れることができない状態にする（分岐流路１８ｃを閉塞する）。そして、循環回路１１のチューブ等に、採血部２のチューブ２ｂおよび返血部３のチューブ３ｂを接続し、採血部２の針部２ａおよび返血部３の針部３ａを患者の血管やシャントに穿刺すれば透析の準備が完了する（図１（Ａ）参照）。

透析の準備が完了すると、治療条件に従って設定流量を設定してローラーポンプ１５を作動させる。すると、患者から採血された血液が循環回路１１内を流れ、透析器２０によって透析された血液が患者に返血されるので、本実施形態の血液浄化装置１によって透析を実施することができる。

なお、本実施形態の血液浄化装置１は、採血部２と返血部３は必ずしも備えていなくてもよい。つまり、本実施形態の血液浄化装置１は透析部１０だけを有していてもよい。この場合には、使用する際に採血部２と返血部３を別途準備して、透析作業を行う際に採血部２と返血部３を透析部１０に接続すればよい。

また、分岐流路１８ｃは循環回路１１のチューブ等に対して着脱可能としてもよい。この場合、透析作業時には分岐流路１８ｃを外しておくことができるので、分岐流路１８ｃが透析作業の邪魔になることを防止できる。分岐流路１８ｃを循環回路１１のチューブ等に対して着脱可能とする方法はとくに限定されず、公知の方法を採用することができる。

＜脱血圧推定＞
透析を実施している間に、採血部２の針部２ａの位置がずれ穿刺針の先端が血管壁に接触した場合、ローラーポンプ１５の上流側圧力（脱血圧）が低下する場合がある。また、穿刺針の誤った選択やシャント流量が低下をきたした場合にも脱血圧が好ましい脱血圧からズレてしまう場合がある。すると、患者の負担が大きくなったり、ローラーポンプ１５が送液する実血流量が設定流量よりも低下してしまったりする可能性が有る。

本実施形態の血液浄化装置１では、透析部１０の制御部１４がローラーポンプ１５の上流側圧力（脱血圧）を推定する機能を有しているので、透析作業中において脱血圧の状態を把握できる。すると、脱血圧が発生した原因を迅速に把握でき、脱血圧が異常な状態を解消できるという利点が得られる。
以下、本実施形態の血液浄化装置１において脱血圧を推定する方法を説明する。

本実施形態の血液浄化装置１は、下記式１に基づいて、透析部１０の制御部１４が脱血圧を推定する。

（式１）
ＰＲｅｍ＝（ＰＣＡｍｉｎ×（Ｃｉｎ+Ｃｏｕｔ）−ＰＣＡｍａｘ×Ｃｏｕｔ）／Ｃｉｎ

ＰＲｅｍ:ローラーポンプの上流側圧力（ｍｍＨ）
ＰＣＡ: ローラーポンプの下流側圧力（ｍｍＨｇ）
Ｃｉｎ:ポンプセグメント前キャパシタンス（ｍＬ／ｍｍＨｇ）
Ｃｏｕｔ:ポンプセグメント後キャパシタンス（ｍＬ／ｍｍＨｇ）
なお、式１において、ＰＣＡｍｉｎはＰＣＡの最小値であり、ＰＣＡｍａｘはＰＣＡの最大値である。

この下記式１は、以下のようにローラーポンプセグメントのパラメータを設定することによって導き出すことができる。

まず、ポンプセグメント前キャパシタンスＣｉｎおよびポンプセグメント後キャパシタンスＣｏｕｔを以下のように定義する。

ローラーポンプ１５では、ローラーポンプ１５のローラー部１６のローラー１６ｒがチューブを扱く場合、ローラー１６ｒとチューブとの関係は以下のように表現できる。まず、ローラー１６ｒがチューブを押しつぶす位置Ｏｓとする（図２（Ｂ）（ａ）参照）。この位置Ｏｓは、ローラー１６ｒによってチューブの上流側と下流側との間で液体が流れることができない状態（閉塞状態）となる位置である。ローラー１６が回転すると、一方のローラー１６ｒが位置Ｏｓに到達し、位置Ｏｓの位置でチューブが閉塞状態となる。ローラー１６がさらに回転すると、一方のローラー１６ｒは閉塞状態を維持したままチューブを扱き位置Ｏｅまで移動する（図２（Ｂ）（ｂ））。位置Ｏｅは、ローラー１６ｒによる閉塞状態が解除される直前の位置である。さらにローラー１６が回転すると、一方のローラー１６ｒはチューブから離間するように移動し一方のローラー１６ｒによる閉塞状態が解除される。一方のローラー１６ｒによる閉塞状態が解除されるとほぼ同時に、他方のローラー１６ｒが位置Ｏｓに到達し、位置Ｏｓでチューブを閉塞する（図２（Ｂ）（ｃ））。上記動作が繰り返されることによってローラーポンプ１５は連続して送液を行うことができる。

ポンプセグメント前キャパシタンスＣｉｎおよびポンプセグメント後キャパシタンスＣｏｕｔは、上述した位置Ｏｓと位置Ｏｅを基準として定義される。つまり、位置Ｏｓと位置Ｏｅとの間の部分における圧力当たりの容量をポンプセグメント前キャパシタンスＣｉｎと定義する。また、位置Ｏｅよりも下流側であってポンプセグメント終端ｅまでの間の部分における圧力当たりの容量をポンプセグメント後キャパシタンスＣｏｕｔと定義する。

また、位置Ｏｓよりも下流側であってポンプセグメント終端ｅまでの間の部分のチューブ内の容積をポンプセグメント容量ＶＲと定義する。

すると、ポンプセグメント容量ＶＲとローラーポンプの下流側圧力の最小値ＰＣＡｍｉｎは以下の式２、３で表すことができる。

（式２）
ＶＲ＝ＰＲｅｍ×Ｃｉｎ+ＰＣＡｍａｘ×Ｃｏｕｔ

（式３）
ＰＣＡｍｉｎ＝ＶＲ／Ｃ＝（ＰＲｅｍ×Ｃｉｎ+ＰＣＡｍａｘ×Ｃｏｕｔ）／（Ｃｉｎ+Ｃｏｕｔ）

そして、式３を変形すれば、式１が得られる。

式１のポンプセグメント前キャパシタンスＣｉｎおよびポンプセグメント後キャパシタンスＣｏｕｔは、ローラーポンプの上流側圧力ＰＲｅｍを変動させながら、ローラーポンプの上流側圧力ＰＲｅｍとローラーポンプの下流側圧力ＰＣＡを測定すれば得ることができる。つまり、予備測定として、ローラーポンプを一定の設定流量とした状態で作動させながら、測定されたローラーポンプの上流側圧力ＰＲｅｍを変動させる。そして、ローラーポンプの上流側圧力ＰＲｅｍに対して得られるローラーポンプの下流側圧力ＰＣＡを用いて重回帰分析を実施すれば、式１のパラメータであるポンプセグメント前キャパシタンスＣｉｎおよびポンプセグメント後キャパシタンスＣｏｕｔを得ることができる。

予備測定で得られたポンプセグメント前キャパシタンスＣｉｎおよびポンプセグメント後キャパシタンスＣｏｕｔを用いれば、ローラーポンプの下流側圧力ＰＣＡを測定するだけで、ローラーポンプの上流側圧力ＰＲｅｍ（脱血圧）を推定することができる。つまり、透析作業を実施している間も、脱血圧を推定することができる。なお、図３（Ａ）に上記方法で推定した脱血圧と実測された脱血圧を比較した図を示すが、両者は非常に良い相関を示している。

また、上述した分岐部１８を有する循環回路１１であれば、プライミング作業を実施する際に上述した予備測定を実施することができる。つまり、分岐部１８の流動抵抗調整部１８ａを調整すればローラーポンプの上流側圧力ＰＲｅｍを変動させることができる。すると、プライミング作業を実施している期間に、下流側圧力計１３ａによってローラーポンプの下流側圧力ＰＣＡを測定し、圧力計１８ｂによってローラーポンプの上流側圧力ＰＲｅｍを測定しておけば、透析する循環回路１１におけるポンプセグメント前キャパシタンスＣｉｎおよびポンプセグメント後キャパシタンスＣｏｕｔを得ることができる。すると、実際に透析を実施する循環回路１１のポンプセグメント前キャパシタンスＣｉｎおよびポンプセグメント後キャパシタンスＣｏｕｔが得られるので、ローラーポンプの上流側圧力ＰＲｅｍ、つまり、脱血圧の推定精度を高くすることができる。しかも、プライミング作業を実施している期間に予備測定を実施できるので、予備測定を実施することによる作業時間の長期化も防止できる。

＜実血流量推定方法＞
上述した方法によってローラーポンプの上流側圧力ＰＲｅｍ（脱血圧）が把握できれば、血流比によって実血流量を推定することができる。

プライミング作業を実施する際に循環回路１１がローラーポンプ１５の下流側に透析器２０を有し、かつ、脱血圧に過度な陰圧（例えば、-１００ｍｍＨｇ未満）が生じていない場合には、実血流量として設定血流量を代用することにより、透析器２０の流動抵抗値を推定することができる。

圧力測定部１３の下流側圧力計１３ａが測定する圧力（ローラーポンプの下流側圧力ＰＣＡ）と返血側圧力計１３ｂが測定する圧力との差圧を求める。そして、この差圧と設定血流量の比、言い換えれば、差圧と実血流量の比（差圧／実血流量）を算出すれば、透析器２０の流動抵抗値を得ることができる。また、プライミングに使用する洗浄液や透析液の粘性度は既知であることから、液体の粘性度の影響を取り除いた透析器固有の流動抵抗値を求めることができる。

上記のように流動抵抗値が得られれば、圧力計１８ｂによって測定されるローラーポンプ１５の上流側圧力ＰＲｅｍ（脱血圧）と、流動抵抗値と差圧から推定された実血流量とローラーポンプ１５の設定流量との比（血流比）に基づいて、脱血圧と血流比の関係式を算出する。すると、透析作業を実施している間も、脱血圧に基づいて実血流量を推定することができる（図３（Ｂ）参照）。とくに、プライミング作業を実施する際に上述の関係式を得るため、血液回路構成やローラーポンプセグメントの特性、ローラーポンプセグメントの装着状況の影響を受けることなく、透析を実施する循環回路１１における実血流量の推定精度を高くすることができる。

＜流量測定部１２＞
上述した本実施形態の血液浄化装置１では、循環回路１１内の流体の流量を測定する装置を設けていない。しかし、本実施形態の血液浄化装置１に、流量測定部１２を設けてもよい。具体的には、ローラーポンプ１５と透析器２０とを繋ぐチューブ等にチューブ等内を流れる血液などの液体の流量を測定する流量測定部１２の下流側流量計１２ａを設け、透析器２０よりも下流側にチューブ等内を流れる血液などの液体の流量を測定する流量測定部１２の返血側流量計１２ｂを設けてもよい（図７参照）。この場合、圧力などから推定される流体の流量をチェックすることができるので、脱血圧や実血流量を検証することができる。

なお、流量測定部１２を設ける場合、下流側流量計１２ａと返血側流量計１２ｂのいずれか一方だけを設けてもよい。一方の流量計だけを設ければ、下流側流量計１２ａと返血側流量計１２ｂの両方を設ける場合に比べて、装置の構成を簡素化できるという利点が得られる。

また、流量測定部１２の下流側流量計１２ａおよび返血側流量計１２ｂの構成はとくに限定されない。チューブ等内の液体の流量を測定することができる公知の流量計を下流側流量計１２ａおよび返血側流量計１２ｂとして採用することができる。とくに、下流側流量計１２ａおよび返血側流量計１２ｂはチューブ等内の液体と非接触で流量を測定できるものが望ましい。

なお、流量測定部１２を設けた場合、ローラーポンプの上流側圧力ＰＲｅｍ（脱血圧）が把握できれば、以下の方法でも血流比によって実血流量を推定することができる。

上述した予備測定の際に、流量測定部１２の下流側流量計１２ａによってローラーポンプの下流側の流量も測定する。すると、圧力計１８ｂによって測定されるローラーポンプ１５の上流側圧力ＰＲｅｍ（脱血圧）と、下流側流量計１２ａの測定する流量（実血流量測定値）とローラーポンプ１５の設定流量との比（血流比）に基づいて、両者の関係式を算出することができる。すると、透析作業を実施している間も、脱血圧に基づいて実血流量を推定することができる（図３（Ｂ）参照）。

とくに、プライミング作業を実施する際に上述した予備測定を実施する場合であれば、実際に透析を実施する循環回路１１における脱血圧と血流比との関係式が得られる。すると、透析を実施する循環回路１１における実血流量の推定精度を高くすることができる。

＜流量補正＞
プライミング作業を実施する際に循環回路１１がローラーポンプ１５の下流側に透析器２０を有している場合であれば、透析器２０の流動抵抗値を推定することができる。かかる透析器２０の流動抵抗値が推定できれば実血流量を推定できる。すると、透析器２０の流動抵抗値から推定される実血流量と、上述した脱血圧に基づいて推定される実血流量とを比較して、実血流量の検証ができるので好ましい。

透析器２０の流動抵抗値は、プライミング作業において、流量測定部１２の下流側流量計１２ａによって実血流量を測定する。一方、圧力測定部１３の下流側圧力計１３ａが測定する圧力（ローラーポンプの下流側圧力ＰＣＡ）と返血側圧力計１３ｂが測定する圧力との差圧を求める。そして、両者の比（差圧／実血流量）を算出すれば、透析器２０の流動抵抗値を得ることができる。したがって、透析作業中における上記差圧が得られれば、流動抵抗値と差圧とを用いて実血流量を推定することができる。なお、流動抵抗値の算出および実血流量の算出に使用する差圧は、測定される圧力が最大値になるときの値を使用することが望ましい。

＜粘度補正＞
また、予備測定は、実際の血液ではなくプライミングに使用する液体等（以下予備測定液という）によって実施するが、通常、予備測定液と血液とは粘度が相違する。粘度が相違すると、予備測定液で得られたポンプセグメント前キャパシタンスＣｉｎやポンプセグメント後キャパシタンスＣｏｕｔの値を使用した場合に、式１によって推定されるローラーポンプ１５の上流側圧力（脱血圧）と実際の脱血圧との差が大きくなる可能性がある。すると、脱血圧から推定される実血流量の値も誤差が大きくなる可能性がある。

そこで、制御部１４に、予備測定で得られたポンプセグメント前キャパシタンスＣｉｎやポンプセグメント後キャパシタンスＣｏｕｔの値を、予備測定液と血液との粘度の差に応じて補正する機能を設けておくことが望ましい。例えば、設定流量や脱血圧を同じ条件として、予備測定液と血液の両方について予備試験を行っておく。そして、この予備試験の結果に基づいて、脱血圧や実血流量を補正する補正式を設けておく。すると、予備測定液で得られたポンプセグメント前キャパシタンスＣｉｎやポンプセグメント後キャパシタンスＣｏｕｔの値を補正式によって補正できるので、透析作業中における脱血圧の推定精度の低下を防止できる。また、透析作業中に得られる脱血圧から推定される実血流量の推定精度の低下を防止できる。

＜劣化補正＞
なお、透析を続けていると、ローラー１６ｒによって扱かれるチューブは摩耗やチューブの温度上昇等により劣化して、その弾性特性等が変化してしまう。弾性特性等が変化すると、ポンプセグメント前キャパシタンスＣｉｎやポンプセグメント後キャパシタンスＣｏｕｔの値が変化するので、予備測定で得られたポンプセグメント前キャパシタンスＣｉｎやポンプセグメント後キャパシタンスＣｏｕｔの値を使用して得られた脱血圧や実血流量の算定値は、実際の脱血圧や実血流量から差異を生じる可能性がある。

チューブが劣化してその弾性特性等が変化した場合に、その変化は圧力測定部１３の下流側圧力計１３ａが測定するローラーポンプ１５の下流側圧力の変動に現れる。例えば、チューブが硬化した場合には、ローラーポンプ１５のローラー部１６によってチューブが扱かれた際のチューブの変形が小さくなる。つまり、透析作業を開始した初期に比べて、チューブが硬化した場合には、劣化したローラーポンプ１５の下流側圧力の最大値と最小値の差（下流側圧力変動幅）が小さくなる。

そこで、下流側圧力変動幅が一定以上変化した場合に、下流側圧力変動幅の変化量に応じてポンプセグメント前キャパシタンスＣｉｎやポンプセグメント後キャパシタンスＣｏｕｔの値がどの程度変化するかについて予備実験を実施しておく。そして、この予備実験に基づいて、下流側圧力変動幅の変化量に応じてポンプセグメント前キャパシタンスＣｉｎやポンプセグメント後キャパシタンスＣｏｕｔの値を補正する補正式を設けておく。すると、圧力測定部１３の下流側圧力計１３ａが測定するローラーポンプ１５の下流側圧力の変動をモニタリングしておけば、ポンプセグメント前キャパシタンスＣｉｎやポンプセグメント後キャパシタンスＣｏｕｔの値を補正式によって補正できるので、透析作業中における脱血圧の推定精度の低下を防止できる。

同様に、下流側圧力変動幅が一定以上変化した場合に、下流側圧力変動幅の変化量に応じて脱血圧と血流比の関係がどのように変化するかについて予備実験を実施しておく。そして、この予備実験に基づいて、下流側圧力変動幅の変化量に応じて脱血圧から得られる実血流量の値を補正する補正式を設けておく。すると、圧力測定部１３の下流側圧力計１３ａが測定するローラーポンプ１５の下流側圧力の変動をモニタリングしておけば、脱血圧から得られる実血流量を補正式によって補正できるので、透析作業中における実血流量の推定精度の低下を防止できる。

＜本実施形態の血液浄化装置１の他の使用方法＞
本実施形態の血液浄化装置は、上述したような透析のように、人体から血液を採取して血液を浄化し人体に返血する場合でだけでなく、人体から既に採取または分離されている血液を浄化する装置として使用することも可能である。この場合、採血部は血液を吸引できるようになっていればよく、必ずしも針部を設けなくてもよい。同様に、返血部は血液を容器などに供給できるようになっていればよく、必ずしも針部を設けなくてもよい。

本発明の方法によって、脱血圧や実血流量を推定した場合の精度について確認した。

実験では、図４に示す回路を用いて行った。回路では、ローラーポンプ（日機装製：ＤＣＳ-７２）と透析器（ダイアライザ：旭化成メディカル製：ＡＰＳ-15ＳＡ）をチューブ（内径６．６ｍｍ）によって直列に配置した。チューブの両端には、透析穿刺針（メディキット株式会社製：ハッピーキャス：有効長 ３３ｍｍ、側孔あり、外径１６Ｇ/内径１８Ｇ）を設けた。また、チューブには、実血流量を測定する超音波流量計（トランソニック社製：型番 ＨＴ−３１０）と、ローラーポンプ上流側圧力および下流側圧力を測定する圧力計（ＡＤ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製: ＭＬＴ０３８０）を設けた。この回路について、透析穿刺針の先端を液体に浸漬した状態でローラーポンプを作動させて、実血流量およびローラーポンプ上流側圧力および下流側圧力を測定した。そして、測定結果に基づいて、本発明の脱血圧推定方法によって推定されるローラーポンプ上流側圧力（脱血圧）とこの脱血圧から推定される実血流量を推定し、この推定値を実際に測定される脱血圧および実血流量と比較した。

なお、実験では、純水（逆浸透水：３６．５度）と、牛血液（３６．５度）を使用した。牛血液は、血漿量の調整によって２０、３０、４０％の濃度になるように調整されたものを使用した。

＜予備測定＞
まず、各液体について、ポンプセグメント前キャパシタンスＣｉｎおよびポンプセグメント後キャパシタンスＣｏｕｔ、血流比とローラーポンプ上流側圧力との関係式、をそれぞれを求めた。
予備測定では、１００、２００、３００、４００ｍｌ/ｍｉｎの各設定流量でローラーポンプを作動させた状態で、ローラーポンプ上流側圧力を変動させて、ローラーポンプ上流側圧力および下流側圧力を測定した。そして、測定されたローラーポンプ上流側圧力および下流側圧力を用いて、ポンプセグメント前キャパシタンスＣｉｎおよびポンプセグメント後キャパシタンスＣｏｕｔを算出した。
また、超音波流量計によって測定される実血流量とローラーポンプの設定流量とから得られる血流比と、ローラーポンプ上流側圧力との関係式を求めた。

＜実験結果＞
図５（Ａ）および図６（Ａ）に示すように、予備測定で得られたポンプセグメント前キャパシタンスＣｉｎおよびポンプセグメント後キャパシタンスＣｏｕｔを使用して式１で脱血圧を推定したところ、純水、牛血液ともに、実測値（ローラーポンプ上流側圧力）と非常に良い相関がみられた。
また、図５（Ｂ）および図６（Ｂ）に示すように、得られた脱血圧と血流比を用いて実血流量を推定したところ、実測値と非常に良い相関がみられた。

以上の結果より、本発明の脱血圧推定方法を用いれば、液体の種類に係らず、ローラーポンプ下流側圧力により脱血圧を高精度で推定できることが確認された。
また、本発明の脱血圧推定方法で推定された脱血圧の値を用いて本発明の実血流量推定方法によって実血流量を推定すれば、液体の種類に係らず、実血流量を高精度で推定できることが確認された。

本発明の脱血圧推定方法は、脱血圧および実血流量の推定精度を高めることができることを確認した。

１ 血液浄化装置
２ 採血部
３ 返血部
１０ 透析部
１１ 循環回路
１３ 圧力測定部
１４ 制御部
１５ ローラーポンプ
１８ 分岐部
１８ａ 流動抵抗調整部
１８ｂ 圧力計
２０ 透析器

Claims (10)

1. ローラーポンプを用いて人体との間で血液を循環させる循環回路において、該循環回路におけるローラーポンプの上流側圧力を推定する方法であって、
   ローラーポンプの下流側圧力を測定し、
   測定されたローラーポンプの下流側圧力と下記式１に基づいてローラーポンプの上流側圧力を推定する
   ことを特徴とする脱血圧推定方法。
   
   式１
   ＰＲｅｍ＝（ＰＣＡｍｉｎ×（Ｃｉｎ+Ｃｏｕｔ）−ＰＣＡｍａｘ×Ｃｏｕｔ）／Ｃｉｎ
   
   ＰＲｅｍ:ローラーポンプの上流側圧力（ｍｍＨ）
   ＰＣＡ: ローラーポンプの下流側圧力（ｍｍＨｇ）
   Ｃｉｎ:ポンプセグメント前キャパシタンス（ｍＬ／ｍｍＨｇ）
   Ｃｏｕｔ:ポンプセグメント後キャパシタンス（ｍＬ／ｍｍＨｇ）
   
2. 循環回路におけるローラーポンプの上流側圧力を変動させながらローラーポンプの上流側圧力およびローラーポンプの下流側圧力を測定する予備測定を行い、
   予備測定の結果に基づいて、ポンプセグメント前キャパシタンスＣｉｎおよびポンプセグメント後キャパシタンスＣｏｕｔを算出する
   ことを特徴とする請求項１記載の脱血圧推定方法。
3. 予備測定をプライミング作業において実施する
   ことを特徴とする請求項２記載の脱血圧推定方法。
4. ポンプセグメント前キャパシタンスＣｉｎおよびポンプセグメント後キャパシタンスＣｏｕｔを、予備測定を実施する液体と血液の粘度の差に基づいて補正する
   ことを特徴とする請求項２または３記載の脱血圧推定方法。
5. ポンプセグメント前キャパシタンスＣｉｎおよびポンプセグメント後キャパシタンスＣｏｕｔを、ローラーポンプの下流側圧力の波形パターンに基づいて補正する
   ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の脱血圧推定方法。
6. 請求項２〜４のいずれかに記載の予備測定において、
   ローラーポンプの下流側流量とローラーポンプの設定流量との比である血流比を算出し、
   算出された血流比と前記式１に基づいて得られるローラーポンプの上流側圧力とに基づいて実血流量を推定する実血流量推定式を算出し、
   実血流量推定式とローラーポンプの上流側圧力とに基づいて実血流量を推定する
   ことを特徴とする実血流量推定方法。
7. 循環回路がローラーポンプの下流側に透析器を有している場合において、透析器の上流側圧力と透析器の下流側圧力との差圧と透析器の流動抵抗値とに基づいてローラーポンプの下流側流量を推定する
   ことを特徴とする請求項６記載の実血流量推定方法。
8. 前記透析器の流動抵抗値を、実血流量として設定血流量を用いて算出する
   ことを特徴とする請求項７記載の実血流量推定方法。
9. 人体から血液を採血する採血部と、
   該採血部が採血した血液を透析器によって透析する透析部と、
   該透析部で透析された血液を人体に返血する返血部と、を備え、
   前記透析部は、
   前記透析器よりも上流側に設けられた血液を送液するローラーポンプと、
   前記ローラーポンプと前記透析器との間におけるローラーポンプの下流側圧力を測定する圧力計を有する圧力測定部と、
   該圧力測定部が測定した前記ローラーポンプの下流側圧力と下記式１に基づいて、前記ローラーポンプの上流側圧力を推定する機能を有する制御部と、を備えている
   ことを特徴とする血液浄化装置。
   
   式１
   ＰＲｅｍ＝（ＰＣＡｍｉｎ×（Ｃｉｎ+Ｃｏｕｔ）−ＰＣＡｍａｘ×Ｃｏｕｔ）／Ｃｉｎ
   
   ＰＲｅｍ:ローラーポンプの上流側圧力（ｍｍＨ）
   ＰＣＡ: ローラーポンプの下流側圧力（ｍｍＨｇ）
   Ｃｉｎ:ポンプセグメント前キャパシタンス（ｍＬ／ｍｍＨｇ）
   Ｃｏｕｔ:ポンプセグメント後キャパシタンス（ｍＬ／ｍｍＨｇ）
   
10. 前記ローラーポンプの上流側に位置する血液流路に接続された分岐流路を備えており、
    該分岐流路には、
    該分岐流路の流動抵抗を調整する流動抵抗調整部と、
    前記流動抵抗調整部と前記血液流路との間の圧力を測定する圧力計と、が設けられている
    ことを特徴とする請求項９記載の血液浄化装置。
    
    

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