JP2021132824A - 透析装置、透析患者の心拍出量の測定方法、算出装置及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】透析患者や医療従事者の負担を軽減しながら、透析患者の心拍出量を取得する。【解決手段】透析装置は、ダイアライザにより除去される単位時間当たりの尿素の除去量（Ｒ）を取得する尿素除去量取得部と、心拍出量（ＣＯ）を算出する算出部と、を備える。算出部は、ＣＯ×Ｃ２＝Ｑ×Ｃ１＋（Ｑｆ×Ｃ２−Ｒ）の方程式を解くことで、心拍出量（ＣＯ）を算出する。Ｃ１は、透析患者のシャント血管が静脈と合流する点よりも上流の静脈を流れる血液中の尿素の濃度であり、Ｃ２は、透析患者の心臓から拍出される血液中の尿素の濃度であり、Ｑは、全身組織血液還流量であり、Ｑｆは、シャント血管血流量である。【選択図】図１

Description

本明細書に開示する技術は、透析患者の心拍出量を測定する技術に関する。

透析治療においては、透析患者の循環動態を把握する際に、心拍出量は重要な指標となる。一般的に、心拍出量の測定には熱希釈法や超音波希釈法が用いられる。熱希釈法では、カテーテルを心臓内まで挿入して、心臓内に温度既知（例えば、ゼロ度）のブドウ糖液を注入し、その結果生じる血液温度の変化を肺動脈内のサーミスタによって検出し、検出された温度変化を基に心拍出量を算出する（非特許文献１）。一方、超音波希釈法では、透析中に、ダイアライザの下流の血液回路である静脈側血液回路の末端であって、静脈穿刺針の直上流から所定量の生理食塩水を血液中に急速に注入し、その後、心臓を経てダイアライザの上流の血液回路である動脈側血液回路に流入した血液において、急速注入された生理食塩水による血液の希釈度を超音波法により測定し、これにより心拍出量を算出する（非特許文献２）。

Ganz W, et al: A new technique for measurement of cardiac output by thermodilution in man. Am J Cardiol 27:392-396, 1971. Nikolai M, et al: Cardiac Output and Central Blood Volume During Hemodialysis: Methodology. Advances in Renal Replacement Therapy 6: 225-232, 1999.

上述したように、心拍出量を測定する際には、一般的に熱希釈法又は超音波希釈法が用いられる。しかしながら、熱希釈法では、心臓内にカテーテルを挿入する必要があり、日常的に用いることはできない。一方、超音波希釈法については、測定する医療従事者の手間が大きいため、頻回に施行することができない。

本明細書は、透析患者や医療従事者の負担を軽減しながら、透析患者の心拍出量を取得する技術を開示する。

本明細書に開示する透析装置は、透析中の任意の時点においてダイアライザにより除去される単位時間あたりの尿素量（Ｒ）と、シャント血管が静脈と合流する点よりも上流の静脈を流れる血液の流量Ｑと、シャント血管が静脈と合流する点よりも上流の静脈を流れる血液中の尿素濃度Ｃ１と、シャント血管血流量Ｑｆと、心臓から拍出される血液中の尿素濃度（Ｃ２）の関係を示す式であるＣＯ×Ｃ２＝Ｑ×Ｃ１＋（Ｑｆ×Ｃ２−Ｒ）の方程式を解くことで、心拍出量（ＣＯ）を算出する。

上記の方程式を解いて心拍出量（ＣＯ）を算出するにあたって、本発明者らは、シャント血管が静脈と合流する点よりも上流の静脈を流れる血液の流量Ｑと、シャント血管が静脈と合流する点よりも上流の静脈を流れる血液中の尿素濃度（Ｃ１）と、シャント血管血流量（Ｑｆ）を取得しなくても、心拍出量（ＣＯ）を算出できる方法を見い出した。例えば、単位時間あたりにダイアライザにより除去される尿素量（Ｒ）と、心臓から拍出される血液中の尿素濃度（Ｃ２）は、容易に取得できるが、シャント血管が静脈と合流する点よりも上流の静脈を流れる血液の流量Ｑと、シャント血管が静脈と合流する点よりも上流の静脈を流れる血液中の尿素濃度（Ｃ１）とシャント血管血流量（Ｑｆ）は取得し難いためである。本発明者らが見い出した方法では、単位時間あたりにダイアライザにより除去される尿素量（Ｒ）と、心臓から拍出される血液中の尿素濃度（Ｃ２）とを取得した後、ダイアライザを流通する血液の流量を低下させることにより、単位時間あたりにダイアライザにより除去される尿素量を変化させる。そして、ダイアライザを流通する血液の流量を低下させた時点から所定の時間が経過した後に、単位時間あたりにダイアライザにより除去される尿素量（Ｒａ）と、心臓から拍出される血液中の尿素濃度（Ｃ２ａ）とを取得する。

そのうえで、まず、上記のＣＯ×Ｃ２＝Ｑ×Ｃ１＋（Ｑｆ×Ｃ２−Ｒ）を第１の方程式とする一方、ダイアライザを流通する血液の流量を低下させることにより、ダイアライザにより除去される単位時間あたりの尿素量を変化させた後における以下の方程式を第２方程式とする。第２方程式は、ダイアライザを流通する血液の流量を低下させたときの、単位時間あたりにダイアライザにより除去される尿素量（Ｒａ）と、シャント血管が静脈と合流する点よりも上流の静脈を流れる血液の流量Ｑと、シャント血管が静脈と合流する点よりも上流の静脈を流れる血液中の尿素濃度Ｃ１と、シャント血管血流量（Ｑｆ）と、心臓から拍出される血液中の尿素濃度Ｃ２ａの関係を示す式である。すなわち、第２方程式はＣＯ×Ｃ２ａ＝Ｑ×Ｃ１＋（Ｑｆ×Ｃ２−Ｒａ）である。そして、第１の方程式と第２の方程式を連立させ、シャント血管が静脈と合流する点よりも上流の静脈を流れる血液の流量Ｑと、シャント血管が静脈と合流する点よりも上流の静脈を流れる血液中の尿素濃度Ｃ１と、シャント血管血流量Ｑｆを消去することにより、心拍出量ＣＯを算出することができる。

ここで、尿素濃度Ｃ２ａを定義する。ダイアライザから静脈側血液回路を通ってシャント血管に流出する血液と、ダイアライザを流通せずにシャント血管を静脈穿刺針の穿刺位置まで流通して来た血液は、静脈穿刺針の穿刺位置で混合し、次いで心臓の上流の静脈に流入する。今、ダイアライザを流通する血液の流量を低下させると、ダイアライザにより除去される単位時間あたりの尿素量は低下するが、これに伴って、心臓の上流の静脈に流入する血液中の尿素濃度は、ダイアライザを流通する血液の流量を低下させる前よりも高くなる。この尿素濃度が上昇した血液は、心臓、動脈、シャント血管と流通して、再び静脈穿刺針の穿刺位置に到達し、ここでこの血液とダイアライザから静脈側血液回路を通して流出して来た血液との２度目の混合が生じる。そして、この２度目に混合した血液は再び心臓の上流の静脈に流れ込み、全身組織を還流してきた血流と混合する。尿素濃度Ｃ２ａとは、ダイアライザを流通する血液の流量を低下させた後に、ダイアライザから静脈側血液回路を通ってシャント血管に流出した血液と、ダイアライザを流通せずにシャント血管を流通して静脈穿刺針の穿刺位置に到達した血液とが、静脈穿刺針の穿刺位置で一度だけ混合し、その後、心臓の上流の静脈に流れ込み、全身組織を還流してきた血流とさらに混合して、心臓から拍出された血液中の尿素濃度である。

また、本明細書は、透析患者の心拍出量を測定する方法を開示する。測定方法は、ダイアライザに第１の流量で透析液を供給している第１の状態のときにダイアライザに流入する血液中の尿素の濃度である第２濃度を取得する第２濃度取得工程と、ダイアライザに第１の流量とは異なる第２の流量で透析液を供給している第２の状態のときにダイアライザに流入する血液中の尿素濃度である第３濃度を取得する第３濃度取得工程と、第１の状態のときにダイアライザにより除去される単位時間当たりの尿素の第１除去量を取得する第１尿素除去量取得工程と、第２の状態のときにダイアライザにより除去される単位時間当たりの尿素の第２除去量を取得する第２尿素除去量取得工程と、第２濃度と第３濃度と第１除去量と第２除去量とに基づいて、透析患者の心拍出量を算出する算出工程と、を備える。

また、明細書は、透析患者の心拍出量を算出する算出装置を開示する。算出装置は、ダイアライザに第１の流量で透析液を供給している第１の状態のときにダイアライザに流入する血液中の尿素の濃度である第２濃度を取得する第２濃度取得部と、ダイアライザに第１の流量とは異なる第２の流量で透析液を供給している第２の状態のときにダイアライザに流入する血液中の尿素濃度である第３濃度を取得する第３濃度取得部と、第１の状態のときにダイアライザにより除去される単位時間当たりの尿素の第１除去量を取得する第１尿素除去量取得部と、第２の状態のときにダイアライザにより除去される単位時間当たりの尿素の第２除去量を取得する第２尿素除去量取得部と、第２濃度と第３濃度と第１除去量と第２除去量とに基づいて、透析患者の心拍出量を算出する算出部と、を備える。

また、本明細書は、透析患者の心拍出量を算出するためのコンピュータプログラムを開示する。コンピュータプログラムは、コンピュータを、ダイアライザに第１の流量で透析液を供給している第１の状態のときにダイアライザに流入する血液中の尿素の濃度である第２濃度を取得する第２濃度取得部と、ダイアライザに第１の流量とは異なる第２の流量で透析液を供給している第２の状態のときにダイアライザに流入する血液中の尿素濃度である第３濃度を取得する第３濃度取得部と、第１の状態のときにダイアライザにより除去される単位時間当たりの尿素の第１除去量を取得する第１尿素除去量取得部と、第２の状態のときにダイアライザにより除去される単位時間当たりの尿素の第２除去量を取得する第２尿素除去量取得部と、第２濃度と第３濃度と第１除去量と第２除去量とに基づいて、透析患者の心拍出量を算出する算出部として機能させる。

本明細書に開示する心拍出量の測定法においては、尿素は赤血球膜を通過しうるので血液全体に分布し、その測定値は正確であり、さらに測定に要する費用は安価であるので、尿素を指標物質とすることができる。

実施例に係る透析装置の構成と透析患者の体内の血流との関係を示す模式図。 実施例に係る透析装置の演算装置の構成を示すブロック図。 血液が静脈側血液回路から心臓を経て動脈側血液回路に到達するまでの血液の循環時間に関する実験の結果を示す図。 本実施例に係る透析装置を用いて取得した心拍出量と、従来の方法を用いて取得した心拍出量との相関関係を示す図。 透析患者の心拍出量を測定する処理の一例を示すフローチャート。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。

本明細書が開示する透析装置の一態様では、第１濃度Ｃ１と、第２濃度Ｃ２と、第３濃度Ｃ２ａと、心拍出量ＣＯと、シャント血管が静脈と合流する点よりも上流の静脈を流れる血液の流量Ｑと、シャント血管血流量Ｑｆとを用いて表される２つの方程式を利用する。第１濃度Ｃ１は、透析中の任意の時点において、シャント血管が静脈と合流する点よりも上流の静脈を流れる血液中の尿素濃度である。第１濃度Ｃ１は、シャント血管が静脈と合流する点よりも上流の静脈を流れる血液の流量Ｑとともに測定し難い。一方、シャント血管血流量にも個人差が大きく、測定し難い。第２濃度Ｃ２は、心臓から拍出される血液中の尿素の濃度であって、かつダイアライザに流入する血液中の尿素濃度でもある。第３濃度Ｃ２ａは、第２濃度を取得すると同時に、あるいは第２濃度を取得した後に、ダイアライザを流通する血液の流量を低下させ、その後、所定の時間が経過した後に取得されるダイアライザに流入する血液中の尿素濃度である。ここで、透析中の任意の時点における心拍出量（ＣＯ）と、同時点においてダイアライザにより除去される単位時間あたりの尿素の除去量（Ｒ）と、第１濃度Ｃ１と、第２濃度Ｃ２と、シャント血管が静脈と合流する点よりも上流の静脈を流れる血液の流量Ｑと、シャント血管血流量Ｑｆとの関係を示す式であるＣＯ×Ｃ２＝Ｑ×Ｃ１＋（Ｑｆ×Ｃ２−Ｒ）を第１方程式とする。ダイアライザの血液の流通量を低下させてから所定の時間が経過した後における、心拍出量ＣＯと、同時点において、単位時間にダイアライザにより除去される尿素の量（Ｒａ）と、第１濃度Ｃ１と、第３濃度Ｃ２ａと、シャント血管が静脈と合流する点よりも上流の静脈を流れる血液の流量Ｑと、シャント血管血流量Ｑｆとの関係を示す式であるＣＯ×Ｃ２ａ＝Ｑ×Ｃ１＋（Ｑｆ×Ｃ２−Ｒａ）を第２方程式とする。そして、本明細書が開示する透析装置の一態様では、第１方程式と第２方程式を連立させて解くことにより、心拍出量ＣＯを算出してもよい。

第３濃度Ｃａ２の取得については、例えば、第２濃度を取得すると同時に、あるいは第２濃度を取得した後に、ダイアライザを流通する血液の流量を低下させ、その後、所定の時間が経過した後に、ダイアライザの上流の動脈側血液回路の採血ポートから、第３濃度Ｃ２ａを取得するための採血を行ってもよい。

その際の所定の時間とは、例えば、ダイアライザを流通する血液の流量を低下させたために、尿素濃度が上昇したシャント血管を流通する血流の先端が、心臓の上流の静脈に到達し、さらに心臓に流入し、心臓を通過して動脈に流出し、動脈から分枝するシャント血管に流出し、そしてシャント血管と動脈側血液回路との接続部である動脈穿刺針の位置に達し、さらに動脈側血液回路上の採血ポートに到達する時点よりも後の時点であって、且つ当該血液（心臓を通過した後、シャント血管に流出した血液）の動脈側血液回路に流出しなかった部分がシャント血管と動脈側血液回路との接続部である動脈穿刺針の穿刺位置を通過して、シャント血管と静脈側血液回路との接続部である静脈穿刺針の穿刺位置に達し（血液が動脈穿刺針の位置から静脈穿刺針の位置まで流通するのに要する時間は１秒程度の短時間である）、ここで、ダイアライザから静脈側血液回路を通してシャント血管に流出して来た血液とさらに混合し、心臓の上流の静脈に流出し、心臓、動脈、シャント血管と流通して、再び動脈側血液回路に流出し、ついに採血ポートに達した時点よりも前の時点である。すなわち、所定の時間とは、約２０秒ないし３５秒である。

第２濃度を取得すると同時に、あるいは取得した後に、ダイアライザを流通する血液の流量を低下させ、その後、所定の時間が経過した後に第３濃度Ｃ２ａを取得するためには、例えば、ダイアライザの上流の動脈側血液回路の採血ポートから採血をすればよいが、この時、ダイアライザを流通する血液の流量を大きく低下させたままで動脈側血液回路の採血ポートから血液を採取すると、採取された血液は１〜２分も前にシャント血管を流通していた血液であることになる。すなわち、ダイアライザを流通する血液の流量を大きく低下させたままでは、シャント血管と動脈側血液回路との接続部である動脈穿刺針の穿刺位置から動脈側血液回路上の採血ポートまで血液が流通するのに１〜２分もかかる。そこで、本発明では、動脈側血液回路上の採血ポートから採血する前に、ダイアライザを流通する血液の流量を元のレベル（例えば、２００ｍｌ/分）にまで増やし、その後、所定時間（例えば、５ないし１０秒）が経過してから、動脈側血液回路の採血ポートから第３濃度Ｃ２ａを取得するための採血を行ってもよい。

また、ダイアライザの上流の動脈側血液回路の採血ポートから採血する前に、ダイアライザを流通する血液の流量を元のレベルにまで増やし、その後、所定時間（例えば、５ないし１０秒）が経過してから、動脈側血液回路の採血ポートから第３濃度Ｃ２ａを取得するための採血を行おうとすると、ダイアライザを流通する血液の流量を元のレベルにまで増やした後では、採血可能な時間は５秒ほどの極めて短い時間となる。これに対し、ダイアライザを流通する血液の流量を元のレベルにまで増やし、所定時間（例えば、１０秒）が経過してから、再び、ダイアライザを流通する血液の流量を大きく低下させると、採血可能な時間は延長し、採血操作が極めて楽になる。

第３濃度Ｃ２ａを取得するにあたって、ストップウォッチを見ながら、ダイアライザを流通する血液の流量を所定の時間だけ大きく低下させ、続いてこれを元のレベルに戻し、さらに所定の時間が経過したところで、ダイアライザを流通する血液の流量を所定の時間だけ、再び大きく低下させてもよい。また、透析装置は、タイマーを備えていてもよく、予めタイマーで設定したタイミングに従い、ダイアライザを流通する血液の流量を上記のように自動的に変更してもよい。これにより、医療従事者の負担の作業負担を軽減することができる。

心拍出量を測定するためのダイアライザによる尿素除去量の変更は急速に行うことが好ましい。ダイアライザによる尿素除去量を変更する方法には、ダイアライザを流通する透析液の流量を変更あるいは停止する方法と、ダイアライザを流通する血液の流量を変更する方法がある。しかし、ダイアライザを流通する透析液の流れを停止しても、血液がダイアライザを通過するのにおおよそ４０秒を要し、さらに静脈側血液回路を通過するのにおおよそ１０秒、合計５０秒を要するので、シャント血管の静脈穿刺針の穿刺部からシャント血管を経て心臓よりも上流の静脈に流入する血液中の尿素濃度の変化は緩徐となる。これに対し、ダイアライザを流通する血液の流量を変更すれば、シャント血管の静脈穿刺針の穿刺部でシャント血管に流れ出る、ダイアライザを通過した血液の流量は瞬間的に減少するので、シャント血管の静脈穿刺針の穿刺部からシャント血管を経て心臓よりも上流の静脈に流出する血液中の尿素濃度は一瞬にして変化する。したがって、本明細書では、ダイアライザによる尿素除去量の変更は、ダイアライザを流通する血液の流量を急速に変更することにより実施してもよい。

本明細書に開示の技術では、ダイアライザによる尿素除去量の変更は、ダイアライザを流通する血液の流量を急速に変更することにより実施してもよい。例えば、ダイアライザを流通する血液の流量を停止すると、ダイアライザ内で血液が凝固する虞がある。このため、ダイアライザによる尿素除去量を変更するために、ダイアライザにおける血液の流通を停止せず、ダイアライザを流通する血液の流量を大きく低下させた方がよい。

以下、本実施例に係る透析装置１０について説明する。透析装置１０は、透析中に取得可能な各種の測定値を用いて、透析患者の心拍出量を算出することができる。図１及び図２に示すように、透析装置１０は、ダイアライザ１２と、動脈側血液回路１４ａと、静脈側血液回路１４ｂと、血液ポンプ１６と、透析液回路１９と、採血ポート２０と、演算装置３０と、入力部４０を備えている。

ダイアライザ１２は、尿素、クレアチニン、尿酸等の尿毒症物質を除去する。動脈側血液回路１４ａは、透析患者の血液をシャント血管１３からダイアライザ１２に送る回路であり、ダイアライザ１２と接続する側とは反対側に接続されている動脈穿刺針１８ａでシャント血管１３を穿刺することにより、シャント血管１３に連結されている。一方、静脈側血液回路１４ｂは、透析患者の血液をダイアライザ１２からシャント血管１３に戻す回路であり、ダイアライザ１２と接続する側とは反対側に接続されている静脈穿刺針１８ｂでシャント血管１３を穿刺することにより、シャント血管１３に連結されている。血液ポンプ１６は、動脈側血液回路１４ａ上に配置されており、ダイアライザ１２へ流入する血液流量ＱＢを調整する。透析液回路１９は、ダイアライザ１２に透析液を供給すると共に、ダイアライザ１２から尿素を含む透析液を回収する回路である。透析液回路１９は、図示しない制御機構を備えており、制御機構により透析液流量が調整される。採血ポート２０は、動脈側血液回路１４ａの血液ポンプ１６より上流側に配置されている。動脈側血液回路１４ａ内の血液は、採血ポート２０から採取することができる。

演算装置３０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータによって構成することができる。コンピュータがプログラムを実行することで、演算装置３０は、図２に示す算出部３４として機能する。算出部３４の処理については、後で詳述する。また、演算装置３０は、測定値記憶部３２を備えている。測定値記憶部３２は、入力部４０を介して入力された各種の測定値が記憶される。

ここで、図１を参照して、透析装置１０を用いてどのように透析患者の心拍出量を算出するのかについて説明する。あらゆる患者において、循環動態を把握するにあたっては、心拍出量は重要な指標である。透析治療においても、透析治療中の透析患者の循環状態を把握するために心拍出量は重要な指標である。腎臓が正常で、透析を受けていない患者では、心拍出量は、全身組織血液還流量に等しい。しかし、透析患者ではシャント血管１３が存在するため、心拍出量と全身組織血液還流量とは異なる。透析を受けている患者では全身組織血液還流量とシャント血管血流量の和が心拍出量に相当する。すなわち、図１に示すように、透析患者の場合、全身組織血液還流量Ｑとシャント血管血流量Ｑｆとの合計が心拍出量ＣＯとなる。このため、以下の数１で表す式が成立する。

シャント血管１３が静脈と合流する点Ａより上流を流れる血液中の尿素濃度をＣ１（以下、単に「第１濃度Ｃ１」ともいう）とし、心臓５０の下流を流れる血液中の尿素濃度をＣ２（以下、単に「第２濃度Ｃ２」ともいう）とし、ダイアライザ１２の尿素クラランスをＫとする。ダイアライザ１２に流入する血液中の尿素濃度は、心臓５０の下流の動脈を流れる血液中の尿素濃度Ｃ２と一致するので、ダイアライザ１２から単位時間当たりに除去される尿素量Ｒ（以下、尿素除去量Ｒともいう）は、以下の数２で表す式を用いて算出できる。

また、心臓５０を中心としたmass-balance modelでは、単位時間あたりに心臓５０より下流であってシャント血管１３が動脈から分岐する点Ｂよりも上流の動脈を流れる血液中の尿素量（ＣＯ×Ｃ２）は、心臓５０より上流である点Ａよりさらに上流の静脈を単位時間あたりに流れる血液中の尿素量（Ｑ×Ｃ１）に、動脈からシャント血管１３に流入する血流が運ぶ尿素量（Ｑｆ×Ｃ２）からダイアライザ１２により単位時間あたりに除去される尿素量（Ｒ）を差し引いたものを加えたものと等しい。この関係は、以下の数３で表す式で示される。

上記の数２及び数３で表す式からは、以下の数４で表す式が導かれる。

理論的には、シャント血管１３が静脈と合流する点Ａより上流を流れる血液の尿素濃度（第１濃度）Ｃ１と、心臓５０より上流である点Ａよりさらに上流の静脈を単位時間あたりに流れる血液の流量Ｑと、シャント血管血流量Ｑｆと、心臓５０の下流の動脈を流れる血液中の尿素濃度（第２濃度）Ｃ２と、ダイアライザ１２の尿素クリアランスＫを取得すれば、上記の数４で表す式により、心拍出量ＣＯを算出することができる。しかし、実際には、心臓５０の下流を流れる血液中の尿素濃度（第２濃度）Ｃ２と、ダイアライザ１２の尿素クリアランスＫは容易に取得できるが、シャント血管１３が静脈と合流する点Ａより上流を流れる血液中の尿素濃度（第１濃度）Ｃ１も、シャント血管１３が静脈と合流する点Ａより上流を流れる血液の流量Ｑも、シャント血管血流量Ｑｆも容易に測定することができない。

そこで、本発明者らは、心臓５０から拍出される血液中の尿素濃度（Ｃ２）と、単位時間あたりにダイアライザ１２より除去される尿素量（Ｋ×Ｃ２）とを取得した後、ダイアライザ１２を流通する血液の流量を低下させることにより（以下、このときの流量を流量ＱＢａとする）、単位時間あたりにダイアライザ１２により除去される尿素量を変化させ、それから所定時間（例えば、２０ないし３５秒）の後に、心臓５０から拍出される血液中の尿素濃度（以下、この濃度を第３濃度Ｃ２ａとする）と、単位時間あたりにダイアライザ１２により除去される尿素量（Ｋａ×Ｃ２ａ、Ｋａは、ダイアライザ１２を流通する血液の流量を低下させたときのダイアライザ１２の尿素クリアランス）を取得することにより、心拍出量を算出することに着目した。

ところで、静脈穿刺針１８ｂを通って静脈側血液回路１４ｂからシャント血管１３に流出した血液は、動脈からシャント血管１３に流出してシャント血管１３を流通していた血液（図１の点Ｂ、点Ｃ、点Ｄの順でシャント血管１３内を流通する血液）と、静脈穿刺針１８ｂの穿刺位置Ｄで混合する。心拍出量を測定するために、ダイアライザ１２を流通する血液の流量を流量ＱＢａに低下させると、流量をＱＢａに低下させる前より混合血の尿素濃度は上昇する。そして、尿素濃度が上昇した混合血液の先端は、点Ａに向かってシャント血管１３を流通して行き、点Ａで心臓５０の上流の静脈に流入し、全身組織を還流してきた血液とさらに混合する。この混合血液の尿素濃度が第３濃度Ｃ２ａである。尿素濃度が第３濃度Ｃ２ａである混合血液の先端は、続いて心臓５０を通り、点Ｂでシャント血管１３に流出し、ダイアライザ１２を流通する血液の流量を流量ＱＢａに低下させてから約１５秒後に、再び、静脈穿刺針１８ｂの穿刺位置Ｄに戻って来る。

すなわち、ダイアライザ１２を流通する血液の流量をＱＢａに低下させた時点から、その約１５秒後までの間は、シャント血管１３を流通して静脈穿刺針１８ｂの穿刺位置Ｄに到達する血液中の尿素濃度はＣ２であり、その後は、シャント血管１３を流通して静脈穿刺針１８ｂの穿刺位置Ｄに到達する血液中の尿素濃度はＣ２ａとなる。ところで、動脈穿刺針１８ａの穿刺位置Ｃと静脈穿刺針１８ｂの穿刺位置Ｄとの距離は２ｃｍ程と極めて短く、したがって、血液が動脈穿刺針１８ａの穿刺位置Ｃに到達するのに要する時間も、静脈穿刺針１８ｂの穿刺位置Ｄに到達するのに要する時間も実質的に等しいと考えてよい。一方、動脈穿刺針１８ａの穿刺位置Ｃから動脈側血液回路１４ａの採血ポート２０に到達するのにはおおよそ５秒を要する。したがって、動脈側血液回路１４ａの採血ポート２０から第３濃度Ｃ２ａの血液を取得するための採血を行うタイミングは、ダイアライザ１２を流通する血液の流量をＱＢａに低下させてから、約２０秒（１５秒＋５秒）以上が経過した時点であることになる。

シャント血管１３を流通して静脈穿刺針１８ｂの穿刺位置Ｄに到達する血液中の尿素濃度が第２濃度Ｃ２から第３濃度Ｃ２ａに変わるのは、ダイアライザ１２を流通する血液の流量をＱＢａに低下させた時点から１５秒後である。尿素濃度が第３濃度Ｃ２ａになった血液は、点Ａで心臓５０の上流の静脈に流入し、全身組織を還流してきた血液と混合し、続いて心臓５０を通り、点Ｂでシャント血管１３に流出し、静脈穿刺針１８ｂの穿刺位置Ｄに戻って来て、ここでダイアライザ１２から静脈側血液回路１４ｂを流通して来た血液とさらに混合して、尿素濃度はさらに上昇し、さらにその約１５秒後、すなわちダイアライザ１２を流通する血液の流量をＱＢａに低下させた時点からなら約３０秒後に、静脈の点Ａ、続いて心臓５０を通り、点Ｂでシャント血管１３に流出し、再び動脈穿刺針１８ａの穿刺位置Ｃに戻って来る。そして、この血液が動脈側血液回路１４ａの採血ポート２０に到達するのにはおおよそ５秒を要するので、動脈側血液回路１４ａの採血ポート２０から第３濃度Ｃ２ａを取得するための採血を行うタイミングは、ダイアライザ１２を流通する血液の流量をＱＢａに低下させてから、約３５秒（３０秒＋５秒）よりも早い時点であることになる。すなわち、採血のタイミングを基準にすると、ダイアライザ１２を流通する血液の流量をＱＢａに低下させてから約２０秒後ないし約３５秒後の約１５秒間については、心臓５０を中心としたmass-balanceは、以下の数５で表す式で示される。

ここで、上記の数４で表す式ＣＯ×Ｃ２＝Ｑ×Ｃ１＋（Ｑｆ×Ｃ２−Ｋ×Ｃ２）を第１の方程式とし、一方、上記の数５で表す式ＣＯ×Ｃ２ａ＝Ｑ×Ｃ１＋（Ｑｆ×Ｃ２−Ｋａ×Ｃ２ａ）を第２の方程式とする。そして、第１の方程式と第２の方程式を連立させて解くことにより、心拍出量（ＣＯ）を算出する数６で表す式を導く。

ダイアライザ１２の尿素クリアランスＫは、ダイアライザ１２を流通する血液流量ＱＢ、ダイアライザ１２を流通する透析液流量ＱＤ、ダイアライザ１２の尿素に関する総括移動物質−面積係数ＫｏＡから、数７に示す、既知の式を用いて算出する。

また、上記の数７で表す式のＱＢをＱＢａに置き換えると、血流量がＱＢａのときのダイアライザ１２の尿素クリアランスＫａが算出される。

ダイアライザ１２を流通する血液の流量を低下させた後において、第３濃度Ｃ２ａを取得するための採血を行うのは、以下で説明する時点Ｔ１より後、かつ、時点Ｔ２より前の時点に、時間ｔ３を加えた時点である。時点Ｔ１とは、ダイアライザ１２を流通する血液の流量をＱＢａに低下させた時点で、静脈穿刺針１８ｂを通して静脈側血液回路１４ｂからシャント血管１３に流出していた血液が、点Ａを経て、心臓５０を通り、点Ｂでシャント血管１３に流出し、ダイアライザ１２を流通する血液の流量をＱＢａに低下させてから、静脈穿刺針１８ｂの穿刺位置Ｄに戻って来るまでの時間が経過した時点であり、ダイアライザ１２を流通する血液の流量をＱＢａに低下させてから約１５秒が経過した時点である。一方、時点Ｔ２とは、当該血液（ダイアライザ１２を流通する血液の流量を流量ＱＢａに低下させ、点Ａ、心臓５０、点Ｂ、点Ｃを通過して再びダイアライザ１２を通過した血液）が、その後、さらに点Ａを経て、心臓５０を通り、点Ｂでシャント血管１３に流出し、動脈穿刺針１８ａの穿刺位置Ｃに戻って来るまでの時間が経過した時点であり、時点Ｔ１からさらに約１５秒後、すなわちダイアライザ１２を流通する血液の流量をＱＢａに低下させてからなら約３０秒後の時点である。なお、動脈穿刺針１８ａの穿刺位置Ｃから静脈穿刺針１８ｂの穿刺位置Ｄまで、シャント血管１３を血液が流通するのに要する時間は１秒前後なので、血液が動脈穿刺針１８ａの穿刺位置Ｃに到達するのに要する時間も、静脈穿刺針１８ｂの穿刺位置Ｄに到達するのに要する時間も実質的に等しいと考えてよい。一方、時間ｔ３は、動脈穿刺針１８ａの穿刺位置Ｃから動脈側血液回路１４ａを通って、血液が採血ポート２０に到達するのに要する時間であり、ダイアライザ１２を流通する血液の流量を２００ｍｌ／分（通常の透析処置時にダイアライザ１２を流通する血液の流量）に設定したときには約５秒である。この採血のための至適時点は以下の実験の結果に基づいて決定した。

ダイアライザ１２を流通する血流量を２００ｍl/分に設定したうえで、静脈側血液回路１４ｂの末端である静脈穿刺針１８ｂ（図１の点Ｄの位置）の直上流から、５０ｍｌの生理的食塩水を５秒で急速に注入し、動脈側血液回路１４ａ上の動脈穿刺針１８ａ付近に設置した超音波法による血液希釈度連続モニター装置を使用して、血液の希釈度をモニターした。換言すると、採血ポート２０の位置に到達した生理的食塩の量を連続的にモニターした。それによると、図３に示すように、注入された生理的食塩水は波状に広がった状態で、注入１５秒後に動脈側血液回路１４ａ上の動脈穿刺針１８ａ付近に到達した。

この実験の結果から、尿素濃度上昇血液が、静脈穿刺針１８ｂの穿刺位置（図１の点Ｄの位置）からシャント血管１３と動脈側血液回路１４ａとの接続部である動脈穿刺針１８ａの穿刺位置（図１の点Ｃ）まで流通するのに要する時間は、ダイアライザ１２を流通する血液の流量を低下させてから、約１５秒後であることがわかった。一方、血液が、動脈穿刺針１８ａの穿刺位置Ｃから採血ポート２０の位置に到達するのに要する時間は約５秒である。したがって、採血ポート２０からの採血は、ダイアライザ１２を流通する血液の流量を低下させてから約１５秒後に血液が動脈穿刺針１８ａの穿刺位置（点Ｃの位置）を通過してから、動脈側血液回路１４ａ上の採血ポート２０に到達するのに要する時間（約５秒）を加えた時間（おおよそ２０秒）が経過した時点（上記の時点Ｔ１＋時間ｔ３）よりも後でなければならないことがわかった。

同様に、シャント血管１３と動脈側血液回路１４ａとの接続部である動脈穿刺針１８ａの位置（図１の点Ｃ）に到達した血液が、シャント血管１３と静脈側血液回路１４ｂとの接続部である静脈穿刺針１８ｂの穿刺位置（図１の点Ｄ）を通過して、再びシャント血管１３と静脈とが合流する点Ａ（図１参照）に到達し、さらに心臓５０から動脈に拍出され、動脈から点Ｂ（図１参照）において分枝するシャント血管１３を流通し、そして再びシャント血管１３と動脈側血液回路１４ａとの接続部である動脈穿刺針１８ａの穿刺位置（図１の点Ｃ）に達するのにも同じ時間（約１５秒）を要することになる。したがって、ダイアライザ１２を流通する血液の流量を低下させてから、血液がシャント血管１３、点Ａ、心臓５０、点Ｂ、シャント血管１３からなる循環ループの２度目の循環を終えるまでの時間は、約３０秒ということになる。そこで、採血ポート２０からの採血は、この約３０秒に、血液が動脈穿刺針１８ａの穿刺位置（点Ｃの位置）から動脈側血液回路１４ａ上の採血ポート２０に到達するのに要する時間（約５秒）を加えた時間（おおよそ３５秒）が経過した時点（上記の時点Ｔ２＋時間ｔ３）よりも前でなければならないことになる。

以上から、第３濃度Ｃ２ａを取得するための採血を行うのは、ダイアライザ１２を流通する血液の流量を低下させてから約１５秒（時点Ｔ１）より後、かつ、ダイアライザ１２を流通する血液の流量を低下させてから約３０秒（時点Ｔ２）より前の時点に、時間ｔ３（約５秒）を加えた時点である、ダイアライザ１２を流通する血液の流量を低下させてから約２０秒〜３５秒の間であることがわかった。

図４は、本実施例の透析装置１０を用いて取得した心拍出量ＣＯと、従来の方法（具体的には、超音波希釈法）を用いて取得した心拍出量との相関関係を示している。また、透析装置１０ではダイアライザ１２を流通する血液の流量は１０ｍl/分に低下させた。図４に示すように、本実施例の透析装置１０を用いて取得した心拍出量ＣＯと、従来の方法を用いて取得した心拍出量との間には、高い相関関係が認められた。

次に、図５を参照して、透析患者の心拍出量を測定する処理について説明する。図５に示すように、演算装置３０は、まずダイアライザ１２の尿素に関する総括移動物質−面積係数ＫｏＡを取得し（Ｓ１２）、ダイアライザ１２を流通する透析液流量ＱＤを取得する（Ｓ１４）。なお、ダイアライザ１２の尿素に関する総括移動物質−面積係数ＫｏＡはダイアライザ製造会社のカタログから取得可能である。演算装置３０は、入力部４０を介してダイアライザ１２の尿素に関する総括移動物質−面積係数ＫｏＡとダイアライザ１２を流通する透析液流量ＱＤを取得する。取得したダイアライザ１２の尿素に関する総括移動物質−面積係数ＫｏＡとダイアライザ１２を流通する透析液流量ＱＤは、測定値記憶部３２に記憶される。

さらに、演算装置３０は、心拍出量の測定を開始する時点においてダイアライザ１２を流通する血液の流量ＱＢを取得する（Ｓ１６）。また、ステップＳ１６においてダイアライザ１２を流通する血液の流量ＱＢを取得したときと同じ時点において心臓５０から拍出される血液中の尿素濃度である第２濃度Ｃ２を取得する（Ｓ１８）。ダイアライザ１２を流通する血液の流量ＱＢは、血液ポンプ１６の駆出速度として取得可能である。また、心臓５０の下流を流れる血液中の尿素濃度である第２濃度Ｃ２は、透析中に採血ポート２０から採取される血液の尿素濃度を測定することにより取得可能である。具体的には、測定者は、透析中に動脈側血液回路１４ａ上に設置された採血ポート２０から血液を採取し、採取した血液の尿素濃度を測定する。演算装置３０は、上記の方法で取得した血液の流量ＱＢと第２濃度Ｃ２を、入力部４０を介して取得する。取得した血液の流量ＱＢと第２濃度Ｃ２は、測定値記憶部３２に記憶される。

さらに、演算装置３０は、第２濃度Ｃ２を取得した後、ダイアライザ１２を流通する血液の流量を低下させたときのダイアライザ１２を流通する血液の流量ＱＢａを取得する（Ｓ２０）。例えば、測定者はダイアライザ１２を流通する血液の流量を１０ｍl/分に低下させる。そして、ダイアライザ１２を流通する血液の流量を低下させた時点から、シャント血管１３から心臓５０の上流に流入した、尿素濃度が上昇した血液と全身の血管を還流して心臓５０に戻ってきた血液が心臓５０で完全に混合するのに要する時間（例えば、２０ないし３５秒）が経過した時点に、心臓５０から動脈に拍出される血液中の尿素濃度である第３濃度Ｃ２ａを取得する（Ｓ２２）。具体的には、測定者は、所定時間の経過後に、透析中に動脈側血液回路１４ａ上に設置された採血ポート２０から血液を採取し、採取した血液の尿素濃度を測定する。演算装置３０は、低下させた血液の流量ＱＢａ（例えば、１０ｍl/分）と上記の方法で取得した第３濃度Ｃ２ａを、入力部４０を介して取得する。取得した血液の流量ＱＢａと第３濃度Ｃ２ａは、測定値記憶部３２に記憶される。

次いで、演算装置３０は、心拍出量ＣＯを算出する（Ｓ２４）。具体的には、算出部３４は、上記の数６で表す式を用いて、心拍出量ＣＯを算出する。詳細には、まず、算出部３４は、上記の数７で表す式を用いて、心拍出量の測定を開始する時点の尿素クリアランスＫと、ダイアライザ１２を流通する血液の流量を低下させたときの尿素クリアランスＫａを算出する。尿素クリアランスＫは、ステップＳ１２で取得したダイアライザ１２の尿素に関する総括移動物質−面積係数ＫｏＡと、ステップＳ１４で取得したダイアライザ１２を流通する透析液流量ＱＤと、ステップＳ１６で取得した心拍出量の測定を開始する時点のダイアライザ１２を流通する血液の流量ＱＢを、数７で表す式に代入することによって算出する。また、尿素クリアランスＫａは、ステップＳ１２で取得したダイアライザ１２の尿素に関する総括移動物質−面積係数ＫｏＡと、ステップＳ１４で取得したダイアライザ１２を流通する透析液流量ＱＤと、ステップ２２０で取得したダイアライザ１２を流通する血液の流量を低下させたときのダイアライザ１２を流通する血液の流量ＱＢを、数７で表す式に代入することによって算出する。そして、算出部３４は、算出された尿素クリアランスＫ及び尿素クリアランスＫａと、ステップＳ１８で取得された第２濃度Ｃ２と、ステップＳ２２で取得された第３濃度Ｃ２ａを、数６で表す式に代入して、心拍出量ＣＯを算出する。

本実施例では、透析の際に容易に取得可能な測定値のみを用いて、心拍出量ＣＯを算出できる。このため、心拍出量ＣＯを測定するために透析患者や医療従事者にかかる負担を軽減することができる。

上記の実施例では、ダイアライザ１２を流通する血液の流量を低下させた後に、採血ポート２０から血液を採取し、採取した血液中の尿素濃度である第３濃度Ｃ２ａを取得したが、このような構成に限定されない。例えば、ダイアライザ１２を流通する血液の流量を低下させて第３濃度Ｃ２ａを測定するための血液を採取した後に、ダイアライザ１２を流通する血液の流量を増加させて採血ポート２０から血液を採取し、採取した血液中の尿素濃度である第２濃度Ｃ２を取得してもよい。

実施例で説明した透析装置１０に関する留意点を述べる。実施例の測定値記憶部３２は、「第２濃度取得部」、「第３濃度取得部」、「第１尿素除去量取得部」、「第２尿素除去量取得部」、及び「クリアランス取得部」の一例である。

以上、本明細書に開示の技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：透析装置
１２：ダイアライザ
１３：シャント血管
１４ａ：動脈側血液回路
１４ｂ：静脈側血液回路
１６：血液ポンプ
１８ａ：動脈穿刺針
１８ｂ：静脈穿刺針
１９：透析液回路
２０：採血ポート
３０：演算装置
３２：測定値記憶部
３４：算出部
４０：入力部
５０：心臓
５２：毛細血管
Ａ：静脈とシャント血管の合流部
Ｂ：動脈からのシャント血管の分枝部
Ｃ：動脈穿刺針の穿刺位置
Ｄ：静脈穿刺針の穿刺位置
ＣＯ：心拍出量
Ｑ：全身組織血液還流量
Ｑｆ：シャント血管血流量

Claims (8)

1. ダイアライザにより除去される単位時間当たりの尿素の除去量（Ｒ）を取得する尿素除去量取得部と、
   透析患者の心拍出量（ＣＯ）を算出する算出部と、を備え、
   前記算出部は、ＣＯ×Ｃ２＝Ｑ×Ｃ１＋（Ｑｆ×Ｃ２−Ｒ）の方程式を解くことで、前記心拍出量（ＣＯ）を算出し、
   Ｃ１は、透析患者のシャント血管が静脈と合流する点よりも上流の静脈を流れる血液中の尿素濃度であり、
   Ｃ２は、透析患者の心臓から拍出される血液中の尿素濃度であり、
   Ｑは、全身組織血液還流量であり、
   Ｑｆは、シャント血管血流量である、透析装置。
2. ダイアライザに第１の流量で透析液を供給している第１の状態のときに前記ダイアライザに流入する血液中の尿素濃度である第２濃度を取得する第２濃度取得部と、
   前記ダイアライザに前記第１の流量とは異なる第２の流量で透析液を供給している第２の状態のときに前記ダイアライザに流入する血液中の尿素濃度である第３濃度を取得する第３濃度取得部と、
   前記第１の状態のときに前記ダイアライザにより除去される単位時間当たりの尿素の第１除去量を取得する第１尿素除去量取得部と、
   前記第２の状態のときに前記ダイアライザにより除去される単位時間当たりの尿素の第２除去量を取得する第２尿素除去量取得部と、
   前記第２濃度と前記第３濃度と前記第１除去量と前記第２除去量とに基づいて、前記心拍出量を算出する算出部と、を備える、透析装置。
3. 前記ダイアライザの尿素クリアランスを取得するクリアランス取得部をさらに備えており、
   前記第１尿素除去量取得部は、前記第２濃度と前記第１の状態における前記尿素クリアランスとに基づいて、単位時間当たりの尿素の除去量を算出し、
   前記第２尿素除去量取得部は、前記第３濃度と前記第２の状態における前記尿素クリアランスとに基づいて、単位時間当たりの尿素の除去量を算出する、請求項２に記載の透析装置。
4. 前記ダイアライザの流入口に設けられる採血ポートをさらに備えており、
   前記第２濃度取得部は、前記第１の状態のときに前記採血ポートで採血される血液中の尿素濃度から前記第２濃度を取得し、
   前記第３濃度取得部は、前記第１の状態から前記第２の状態としてから所定時間経過後に前記採血ポートで採血される血液中の尿素濃度から前記第３濃度を取得する、請求項２又は３に記載の透析装置。
5. ダイアライザの流入口に設けられる採血ポートと、
   前記ダイアライザにより除去される単位時間当たりの尿素の除去量を取得する尿素除去量取得部と、
   透析患者の心拍出量を算出する算出部と、を備え、
   前記算出部は、
   前記ダイアライザに第１の流量で透析液を供給している第１の状態のときに前記採血ポートで採血される血液中の尿素の第２の濃度と、
   前記ダイアライザに前記第１の流量とは異なる第２の流量で透析液を供給している第２の状態のときに前記採血ポートで採血される血液中の尿素の第３の濃度と、
   前記尿素除去量取得部で取得される前記第１の状態のときの尿素の第１除去量及び前記第２の状態のときの尿素の第２除去量と、に基づいて、前記心拍出量を算出する、透析装置。
6. 透析患者の心拍出量を測定する方法であって、
   ダイアライザに第１の流量で透析液を供給している第１の状態のときに前記ダイアライザに流入する血液中の尿素濃度である第２濃度を取得する第２濃度取得工程と、
   前記ダイアライザに前記第１の流量とは異なる第２の流量で透析液を供給している第２の状態のときに前記ダイアライザに流入する血液中の尿素濃度である第３濃度を取得する第３濃度取得工程と、
   前記第１の状態のときに前記ダイアライザにより除去される単位時間当たりの尿素の第１除去量を取得する尿素除去量取得工程と、
   前記第２の状態のときに前記ダイアライザにより除去される単位時間当たりの尿素の第２除去量を取得する第２尿素除去量取得工程と、
   前記第２濃度と前記第３濃度と前記第１除去量と前記第２除去量とに基づいて、前記透析患者の心拍出量を算出する算出工程と、を備える、測定方法。
7. 透析患者の心拍出量を算出する算出装置であって、
   ダイアライザに第１の流量で透析液を供給している第１の状態のときに前記ダイアライザに流入する血液中の尿素濃度である第２濃度を取得する第２濃度取得部と、
   前記ダイアライザに前記第１の流量とは異なる第２の流量で透析液を供給している第２の状態のときに前記ダイアライザに流入する血液中の尿素濃度である第３濃度を取得する第３濃度取得部と、
   前記第１の状態のときに前記ダイアライザにより除去される単位時間当たりの尿素の第１除去量を取得する第１尿素除去量取得部と、
   前記第２の状態のときに前記ダイアライザにより除去される単位時間当たりの尿素の第２除去量を取得する第２尿素除去量取得部と、
   前記第２濃度と前記第３濃度と前記第１除去量と前記第２除去量とに基づいて、前記透析患者の心拍出量を算出する算出部と、を備える、算出装置。
8. 透析患者の心拍出量を算出するためのコンピュータプログラムであって、
   コンピュータを、
   ダイアライザに第１の流量で透析液を供給している第１の状態のときに前記ダイアライザに流入する血液中の尿素濃度である第２濃度を取得する第２濃度取得部と、
   前記ダイアライザに前記第１の流量とは異なる第２の流量で透析液を供給している第２の状態のときに前記ダイアライザに流入する血液中の尿素濃度である第３濃度を取得する第３濃度取得部と、
   前記第１の状態のときに前記ダイアライザにより除去される単位時間当たりの尿素の第１除去量を取得する第１尿素除去量取得部と、
   前記第２の状態のときに前記ダイアライザにより除去される単位時間当たりの尿素の第２除去量を取得する第２尿素除去量取得部と、
   前記第２濃度と前記第３濃度と前記第１除去量と前記第２除去量とに基づいて、前記透析患者の心拍出量を算出する算出部として機能させる、コンピュータプログラム。

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