JP4225196B2 - 簡便な制御手段を有する血液透析装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は血液処理装置に関し、特に血液透析の際に生じ易い過剰な除水や逆の除水不足を防止するように除水条件、除水速度をコントロールすることが可能な血液透析装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
腎機能が損なわれた患者の治療のため、従来から半透膜を介した透析・濾過によって血液を浄化する治療が行われてきた。この装置では、安全で効果的な血液浄化を行うため、患者の体内循環血液量を適正に維持することが重要である。急激あるいは過度の水分除去は患者の循環血液量を過剰に減少させ、それによって血圧低下、ショック等を引き起こす恐れがある。しかし、逆に水分除去が遅いと血液浄化に長時間を要し、十分な除水ができないと高血圧や心不全等を引き起こす恐れがある。そのため、患者の血液状態を監視しながら除水を行う血液透析装置が開発されている。例えば、特公平６−８３７２３号公報には、ヘマトクリットメーターによって体液状態を推定する推定器と、その推定器の出力によって血液ポンプや限外圧を制御する制御装置が記載されている。この装置では、計測した体液状態によってダイレクトに除水が制御されるために便利であるが、その反面、計測値によって除水が直接制御されるため、計測手段の結果が正確でなかった場合、あるいは異常をきたすと大きな問題になる。そのため、このようなフィードフォアード制御では、制御ラインとは別に独立したラインを設け、そのラインに安全機構を装着するのが一般的である。しかし、独立したラインや安全機構を設けると装置が複雑になり、操作が面倒である。また、装置がコストアップになってしまう。
【０００３】
そこで、特開平９−１４９９３５号に記載されたような簡易な装置も考案された。即ち、患者の血液状態を監視しながら、状態によっては警報を鳴らし、除水ポンプを停止するようにしたものである。しかし、この装置は透析開始前に測定した血液濃度と比較することによって、透析開始時の制御条件で除水制御が行われているかどうかを認識するだけであり、各患者に適応した除水を行うことはできず、また条件通りに除水が行われていない場合、従事者がその都度、除水量や補液量を調整しなくてはならない。そのため、安全ではあるが、面倒で人的負担が大きかった。さらに、上記装置は血液回路の静脈液側ラインに血液状態を測定する手段を設けているため、血液処理器（ダイアライザー）を通った後の血液状態が計測されることになり、患者のダイレクトな血液状態を反映しない恐れがある。
【０００４】
上記問題を解消した血液処理装置を提供するため、すなわち、各患者の血液状態を監視しながら、経時的に各患者に適応した血液処理が可能でありながら、使用する際に従事者の負担が少なく、かつ、血液処理装置をより簡易な構成とすることによって、使い易く、コストの安い装置を提供するために、本発明者は、血液パラメータを計測する血液計測手段と、血液処理を行う実働部と、所定の血液処理条件で血液処理を行うように実働部を制御する制御部とからなる血液透析装置において、前記血液計測手段から得られる患者の血液指標値に対して予め規定された血液指標領域を設定し、該血液指標領域における経時的な前記血液指標値の推移に対応して、制御部が実働部に血液処理条件の変更を指示することを特徴とする血液処理装置（特開平１１−２２１７５）を提案している。
【０００５】
さらに、本発明者は前記血液処理装置（特開平１１−２２１７５）を改善し、各患者の血液状態を監視しながら、経時的に各患者に適応した血液透析の条件設定、特に除水速度を容易に変更、設定できる血液処理装置（特開２００１−５４０）を提案している。前記血液処理装置（特開２００１−５４０）は、血液パラメータを計測する血液計測手段（Ａ）と、血液処理を行う実働部（Ｂ）と、所定の血液処理条件で血液処理を行うように実働部を制御する制御部（Ｃ）とを少なくとも有して構成される血液透析装置において、制御部（Ｃ）が患者のサンプリングから得られる血液指標値を血液計測手段（Ａ）から取り込み、予め設定された血液指標値範囲（以下、設定血液指標値範囲とも言う）内で推移するか否かを監視し、かつ該監視対象の血液指標値が前記設定範囲を逸脱した場合には予め設定された除水速度変化率で実働部（Ｂ）の除水速度を変更できる除水速度制御機能を有することを特徴とする血液透析装置である。
上記の血液透析装置は血液透析処理中の各時点において、確実に血液指標値を管理することができたが、各時点において目標とする血液指標値の領域をそれぞれ設定する必要があるため、面倒であった。また、設定する血液指標値は範囲として指定されるため、設定範囲内に血液指標値が存在している限り、（設定範囲ギリギリの箇所にあっても）血液透析装置の制御機構が作動しない。そのため、実際に計測された血液指標値が目標に対して微妙にズレている場合に、制御が遅れてしまう懸念があった。
【０００６】
【発明の開示】
本発明の目的は、血液透析中における血液量を適性に推移できるよう透析条件、例えば除水速度を制御する制御手段を設けた血液透析装置の提供である。また、その制御手段において、その機構がシンプルで且つ操作が容易であるが、その一方で、迅速に且つ精細に制御できるように、制御特性を改善した血液透析装置を提供することにある。
本発明は、血液量（ＢＶ値）または血液変化量を指標値（以下、血液指標値ともいう）として透析条件を制御して血液透析処理を行う血液透析装置であって、目標とすべき前記血液指標値の経時的進路を目標制御線として設定し、該経時的進路における各計測時点（制御時点）における血液指標値を計測し、かつ、該計測した血液指標値と該計測時点（制御時点）の次の計測時点（制御時点）における目標とする血液指標値を利用して次の計測時点（制御時点）の目標血液指標値に到達するように透析条件を算出して、該透析条件によって血液透析処理を行うことを特徴とする血液透析装置（以下、第１の血液透析装置とも言う）を提供することにより、前記目的を達成することができた。
さらに本発明者らは前記第1の血液透析装置のように前記目標制御線に基づいて透析中の血液量を制御しながら除水する血液透析装置においては、図３に示すように除水速度の変更に対して血液量の変化が遅れて現れること、また、このような除水速度の変更に対し、血液量の変化が遅れて現れる現象を無視して前記フィードフォワード制御を実施した場合には、前記フィードフォワード制御は、制御実測値として計測時点（制御時点）における血液指標値を採用する手法であるため、現在の制御値で本来達成される血液指標値より異なる血液指標値に基づいて次の目標の血液指標値に到達することになる結果、必要な制御値、例えば除水速度を算出するために必要な制御量に対して変化が多く算出され、制御が安定しないという問題が生じることを見出した。本発明者はこの制御遅れの問題に対して、前記フィードフォワード制御において、制御周期毎に前記制御遅れを考慮することで前記制御遅れによって生じる問題を解決することができた。
【０００７】
すなわち、本発明者らは、次の目標の血液指標値（血液変化量）に到達するために必要な透析条件の予測、例えば除水速度の予測を制御遅れの時間が経過した時点で血液指標値に基づいて算出することにより、前記フィードフォワード制御を改良することができた。
この改良された血液透析装置は前記血液指標値を指標値として透析条件を制御して血液透析処理を行う血液透析装置であって、目標とすべき前記血液指標値の経時的進路を目標制御線として設定し、該経時的進路における各計測時点（制御時点）の制御遅れ時点で血液指標値を計測し、かつ、該計測した血液指標値と前記制御遅れ時点の次の計測時点（制御時点）における目標とする血液指標値を利用して次の計測時点（制御時点）の目標血液指標値に到達するように透析条件を算出して、該透析条件によって血液透析処理を行うという制御（フィードフォワード制御）が可能であることを特徴とする血液透析装置（以下第２の血液透析装置とも言う）である。
さらに本発明者は前記血液指標値を指標値として透析条件を制御して血液透析処理を行う血液透析装置であって、目標とすべき前記血液指標値の経時的進路を目標制御線として設定し、該目標制御線の隣接した２つの計測時点（制御時点）の各血液指標値と、前記両計測時点（制御時点）間で実施された除水速度と、透析開始時の血液量、および前記両計測時点（制御時点）の次の計測時点（制御時点）における前記目標制御線によって決定される目標血液指標値を利用して血液指標値が次の計測時点（制御時点）の目標値になるように透析条件を算出し該透析条件によって血液透析処理を行うという制御（フィードフォワード制御）が可能であることを特徴とする血液透析装置（以下第３の血液透析装置とも言う）を提供することにより、前記本発明の目的を達成することができた。
【０００８】
前記第３の血液透析装置の制御（フィードフォワード制御）は、下式（ａ）を利用して行うことができる。
ＢＶ_０｛−（％ΔＢＶ_ｎ−１′−％ΔＢＶ_ｎ′）＋（％ΔＢＶ_ｎ′−％ΔＢＶ_ｎ＋１）｝＋ＵＦＲ_ｎ×Ｔ＝ＵＦＲ_ｎ＋１×Ｔ………………………………（ａ）
（ＢＶ_０は透析開始時の血液量、％△ＢＶ_ｎ′は選択された任意の計測ポイントｎにおける血液変化量の割合、％△ＢＶ_ｎ―１′は選択された計測ポイントｎのひとつ前の計測ポイントｎ−１における血液変化量の割合、％△ＢＶ_ｎ＋１はフィードフォワード制御をかけるべき次の計測ポイントｎ＋１における設定された血液変化量の割合、Ｔは計測時間、ＵＦＲ_ｎは選択された計測ポイントｎにおける除水速度、ＵＦＲ_ｎ＋１は選択された計測ポイントｎから次の計測ポイントｎ＋１の目標血液指標値に到達するため実働部に対し制御をかける際に設定される除水速度をそれぞれ意味する）
【０００９】
前式（ａ）は以下のようにして導かれる。
各計測時点（制御時点）を第１、２・・・・・・・ｎ−１、ｎ、ｎ＋１とした場合、以下に示すような関係式が成立する。
第１の計測時点（制御時点）と第２の計測時点（制御時点）
ＢＶ_０〔（１００％−％ΔＢＶ１）−（１００％−％ΔＢＶ２）〕／Ｔ＝ＰＲＲ１−ＵＦＲ１…（１）
ＢＶ_０（−％ΔＢＶ_１′＋％ΔＢＶ_２′）／Ｔ＝ＰＲＲ_１−ＵＦＲ_１……（２）
ＢＶ_０（−％ΔＢＶ_２′＋％ΔＢＶ_３）／Ｔ＝ＰＲＲ_２−ＵＦＲ_２………（３）
ここで、ＢＶ_０は透析開始時の初期血液量であるＢＶ値、％ΔＢＶ_１′および％ΔＢＶ_２′は第１または第２計測時点（制御時点）での血液変化量の割合、Ｔは透析経過時間を表す。また、％ΔＢＶ_３は目標制御線によって決定される血液変化量の割合である。
【００１０】
同様な関係は、以下の関係式に示すように、任意の（ｎ−１）と（ｎ）の各計測時点（制御時点）においても成立する。
ＢＶ_０（−％ΔＢＶ_ｎ−１′＋％ΔＢＶ_ｎ′）／Ｔ＝ＰＲＲ_ｎ−１−ＵＦＲ_ｎ−１…（４）
ＢＶ_０（−％ΔＢＶ_ｎ′＋％ΔＢＶ_ｎ＋１）／Ｔ＝ＰＲＲ_ｎ−ＵＦＲ_ｎ…………（５）
前記（２）式から（３）式を引くと、以下に示す（６）式が得られる。
ＢＶ_０｛（％ΔＢＶ_１′−％ΔＢＶ_２′）−（％ΔＢＶ_２′−％ΔＢＶ_３）｝／Ｔ＝ＰＲＲ_１−ＰＲＲ_２＋ＵＦＲ_２−ＵＦＲ_１……………………………………（６）
ここでＰＲＲ_１とＰＲＲ_２との間に差が無かった仮定すると、即ち各計測時点（制御時点）における患者のＰＲＲに実質的な変化が生じない程度に、計測時点（制御時点）間の間隔を短くとった場合には、右辺の第１項および第２項は消去される。そして、下式（７）が成立する。
ＢＶ_０｛−（％ΔＢＶ_１′−％ΔＢＶ_２′）＋（％ΔＢＶ_２′−％ΔＢＶ_３）｝／Ｔ＋ＵＦＲ_１＝ＵＦＲ_２……（７）
前式（７）で、％ΔＢＶ_３が次の計測時点（制御時点）での目標値であり、制御によって、血液指標値をそれに近づけたい値である。ＵＦＲ_２は次の計測時点（制御時点）の血液指標値を上記目標値に近づけるために、設定すべき除水速度である。また、ＢＶ_０は透析開始時のＢＶ値（初期血液量）、％ΔＢＶ_１′および％ΔＢＶ_２′は第１または第２計測時点（制御時点）での血液変化量の割合、Ｔは透析経過時間を表す。
前記ＢＶ_０、％ΔＢＶ_１′、％ΔＢＶ_２′およびＴは既知の値であり、ＵＦＲ_１も第１から第２計測時点（制御時点）までの除水速度として既知である。そうすると、目標となる％ΔＢＶ_３を指定すれば、（７）式によって透析条件である除水速度は算出できる。ＢＶ目標値は目標制御線によって、計測時点（制御時点）によって決められる。逆に、その除水速度で血液透析処理を行うと、次の計測時点（制御時点）におけるＢＶ値を目標とする値、即ち目標制御線に近づけることができるのである。
【００１１】
上式を任意の計測時点（制御時点）ｎとｎ−１について記載すると、以下のような（８）式で表わされ、上述のように、２つの計測時点（制御時点）における血液変化量、２つの計測時点（制御時点）の間における除水速度、透析時間Ｔの計測値、および前記血液指標値の目標制御線に基づいて決定される前記両計測時点（制御時点）の次の計測時点（制御時点）の設定された血液変化量に基づいて、次の時点で血液指標値を目標に近づけるために設定すべき除水速度が定まる。
ＢＶ_０｛−（％ΔＢＶ_ｎ−１′−％ΔＢＶ_ｎ′）＋（％ΔＢＶ_ｎ′−％ΔＢＶ_ｎ＋１）｝＋ＵＦＲ_ｎ×Ｔ＝ＵＦＲ_ｎ＋１×Ｔ……………（８）
前式（８）において、ＢＶ_０は透析開始時の血液量、％△ＢＶ_ｎ′は選択された任意の計測ポイントｎにおける血液変化量の割合、％△ＢＶ_ｎ―１′は選択された任意の計測ポイントの前の計測ポイントにおける血液変化量の割合、％△ＢＶ_ｎ＋１はフィードフォワード制御をかけるべき計測ポイント（次の計測ポイント）における設定された血液変化量の割合、Ｔは計測時間、ＵＦＲ_ｎは選択された計測ポイントにおける除水速度、ＵＦＲ_ｎ＋１は選択されたｎ計測ポイントから次の計測ポイントにおいて、目標となる血液指標値に到達するため、実働部に対し制御をかける際に設定される除水速度をそれぞれ意味する。但し、前記（７）式および（８）式が成立するためには、これらの式を導出するために仮定した「各計測時点（制御時点）におけるＰＲＲに差が無い」という条件が前提であり、その条件を満たすためには、ＰＲＲに差が無い程度に各計測時点（制御時点）の間隔（ΔＴ）を短くすることが重要となる。さらに、この制御方法では、透析開始時ＢＶ_０の誤差、制御遅れ、その他の要因によって、制御に誤差が生じる可能性があるが、実際の制御においては、各時点（計測時点）毎に除水速度を設定しなおすことで、制御を確実なものとしている。例えば図２のグラフに示すように、各計測時点（制御時点）の間隔を短くして、その都度、除水速度を設定すれば生じる誤差は実質的に問題にならない。
【００１２】
前記第２の血液透析装置の制御において前記の遅れ制御を考慮した場合には、目標とすべき前記血液指標値の経時的進路を目標制御線として設定し、計測時点（制御時点）における血液指標値、該計測時点（制御時点）に隣接した１つ前の計測時点（制御時点）の遅れ制御時点における血液指標値、計測時点（制御時点）と該計測時点（制御時点）に隣接した１つ前の計測時点（制御時点）間で実施された除水速度、透析開始時の血液量、および前記両計測時点（制御時点）の次の計測時点（制御時点）における前記目標制御線によって決定される目標血液指標値を利用して血液指標値が次の計測時点（制御時点）の目標値になるように透析条件を算出して、該透析条件によって血液透析処理を行うという制御も可能である。なお、以下、前記のような目標制御線を利用して、各計測時点の血液指標値、該各計測時点の次の目標とする血液指標値、あるいはさらに計測した透析条件をパラメータとして行う制御をフィードフォワード制御ともいう。
【００１３】
また、本発明者らは、前記目標制御線が急激に変化する時点、たとえば図１に示す目標制御線Ａにしたがって血液量を減少させる透析操作を行う透析操作前半と血液量を実質的に一定に保持する透析操作を行う透析操作後半の境界前後の時点で前記制御遅れが大きく生じること、およびこの制御遅れが大きく生じることに伴う前記のような問題を下記のような手段を採用することにより解決することことができることを見出した。すなわち、前記問題を解決するための手段としては、たとえば前半制御と後半制御の境界直前の予め設定した制御周期の複数の回数分における次の目標とする血液指標値を、該制御周期毎に後半の目標設定線の状態（本図のものは水平状態）に近づけるように事前に変更する手段があげられる。具体的には図４に示すように前記の各計測時点（制御時点）において目標値をそれぞれ１周期分ほど水平移動させることによって、前半部と後半部との急激な変化を緩和する例が挙げられる。なお、前記予め設定した制御周期の回数分の数は本発明の目的を達成し得る範囲内で任意に採用することができる。
また、前記制御遅れの問題は、例えば透析の前半部分と後半部分の境界前後における目標制御線の急激な変化を少なくする制御線の変更、すなわち目標制御線の傾きを緩和する制御線の変更を行い、該変更した目標制御線に従って制御を行うことによっても解決することができた。具体的には図５に示すように、透析の前半部分と後半部分の境界前後における制御周期の複数の回数分における次の目標点をより後半部分にシフトさせることにより行う例が挙げられる。
【００１４】
以下、本発明の血液透析装置における、血液指標値として利用する血液量または血液変化量の事例と算出方法および初期血液量について説明する。
１．利用可能な血液量（Ｂｌｏｏｄ Ｖｏｌｕｍｅ、ＢＶ）および血液変化量
（１）ＢＶ値
本発明において利用できる血液量は患者に循環する血液量を示すものであれば、特に限定されるものでなく、例えばヘマトクリット値（略して、Ｈｔともいう）が挙げられる。
（２）ΔＢＶ値
また、前記血液量の変化量を意味し、前記血液量の単位時間当たりの変化量であり、下式に基づいてＨｔから算出される。
ΔＢＶ［ＢＶ変化量］＝（透析開始時のＨｔ／計測時のＨｔ）−１
（３）％ΔＢＶ
血液変化量の割合であり、下式で表される。
％ΔＢＶ＝ΔＢＶ（測定時のΔＢＶ値）／ＢＶ_０（透析開始時のＢＶ値）×１００
（４）ＢＶ％
測定時のＢＶ値を透析開始時のＢＶ値であるＢＶ_０（初期血液量ともいう）で除し百分率で表わしたものであり、下式で表される。
ＢＶ％＝測定時のＢＶ値／透析開始時のＢＶ値であるＢＶ_０（初期血液量）×１００
【００１５】
２．その他のパラメータの定義と算出式
（１）ＰＲＲの定義
ＰＲＲはＰｌａｓｍａ Ｒｅｆｉｌｌｉｎｇ Ｒａｔｅの略称で、血漿が体内から血管に再補充される速度と定義され、各時点における患者の除水能を示すものである。
（２）ＰＲＲの算出式
ＰＲＲは下式によって算出されるものである。
ＰＲＲ_ｎ−ＵＦＲ_ｎ＝ΔＢＶ_ｎ′／Ｔ_ｎ
［ＰＲＲ_ｎは選択された任意の計測ポイントｎでのＰｌａｓｍａ Ｒｅｆｉｌｌｉｎｇ Ｒａｔｅ、ＵＦＲ_ｎは選択された任意の計測ポイントｎでの除水速度、△ＢＶｎ′は選択された任意の計測ポイントｎにおける血液変化量、Ｔ_ｎは選択された任意の計測ポイントｎまでの経過時間をそれぞれ意味する。］
【００１６】
本発明の血液透析装置の制御パラメータである前記透析開始時の血液量（初期血液量）ＢＶ_０は、体内循環量と体外循環量の和であり、例えば以下の（１）あるいは（２）算出方法により求めることができる。
（１）算出方法１
初期血液量（ＢＶ_０）の第１の算出法を図６に基づいて説明する。
透析開始時は、血液量が不安定であるので除水は行わず、体外循環のみ行い、血液量が安定するまで、体外循環を続けると、細胞内の膨圧が十分高く水分が細胞から溢れ、細胞間質へまで溜まっている場合、増加した体外循環血液量（体外スペース）に相当する体液（図６に示す細胞からの流入量）が細胞から血管へ移動すると考えられる。したがって、その時の増加した体外循環血液量（体外スペース）と％ΔＢＶから、下式に基づいて、各患者の初期血液量（ＢＶ_０）を求めることが可能となる。
初期血液量（ＢＶ_０）＝増加した体外循環血液量（体外スペース）／％ΔＢＶ
（２）算出方法２
初期血液量（ＢＶ_０）の第１の算出法を図７に基づいて説明する。
血液指標値に基づいて透析条件を制御する血液透析装置を使用して、図７に示すように透析開始時に体外循環のみ行い、ＢＶ値が安定するまで前記体外循環を続け、ＢＶ値が安定したら、除水を伴う透析を開始し、該透析開始と同時に、一定時間△Ｔ（ＰＲＲが変化しない時間内）、一定除水速度（除水速度Ａ）で除水を行い、そのＢＶ値の変化量である△ＢＶ_１を算出し、次に、前記一定時間△Ｔと同じ時間だけ、異なる除水速度（除水速度Ｂ）で除水を行い、そのＢＶ値の変化量である△ＢＶ_２を算出し、前記△ＢＶ_１と前記△ＢＶ_２および除水速度Ａと除水速度Ｂを利用して算出することができる。
【００１７】
前記方法による各患者の初期血液量（ＢＶ_０）の算出は、具体的には、下式に基づいて算出することができる。
ＢＶ_０＝（除水速度Ａ一除水速度Ｂ）／（−△ＢＶ_１％＋△ＢＶ_２％）×△Ｔ
前式は以下のようにして算出することができる。
△ＢＶ／△Ｔ＝ＰＲＲ−ＵＦＲ
−△ＢＶ_１／△Ｔ＋△ＢＶ_２／△Ｔ＝除水速度Ａ−除水速度Ｂ
ΔＢＶ_１＝ＢＶ_０〔（１００％−％△ＢＶ_１）−（１００％−％△ＢＶ_１′）〕
△ＢＶ_２＝ＢＶ_０ ×％△ＢＶ_２
ＢＶ_０／△Ｔ（−％△ＢＶ_１＋％△ＢＶ_２）＝除水速度Ａ−除水速度Ｂ
ＢＶ_０／△Ｔ＝（除水速度Ａ−除水速度Ｂ）／（−％△ＢＶ_１＋％△ＢＶ_２）
前記のようにして、初期血液量であるＢＶ_０値が求められると、この各患者に固有の血液量であるＢＶ_０値と医師等によってあらかじめ設定された標準血液量（ＢＶｓｔ）から下記（ｃ）式に基づいて目標ＢＶ％を自動算出し、該目標ＢＶ％を本発明の血液透析装置の制御目的値として制御することが好ましい。なお、標準血液量（ＢＶｓｔ）とは、健常者が維持している範囲の血液量であり、この範囲の血液量に近づけるように、本発明の血液透析装置を制御することが好ましい。
目標ＢＶ％＝標準血液量（ＢＶｓｔ）／初期血液量（ＢＶｏ）×１００
・・・・・（ｃ）
なお、前記標準血液量（ＢＶｓｔ）とは、人体の血液量に影響を与える要因、例えば患者の年齢、性別、身長等を考慮して、その患者が健常者であるならば有するであろう血液量（ＢＶｓｔ）をあらかじめ医師等が決定した値である。
【００１８】
以下、本発明の血液透析装置の制御に当たって採用する制御線について説明する。
（１）目標制御線
図１および２に基づいて説明する。
図１では透析前半においては斜め線Ａとして示され、また、透析後半においては水平線Ｄとして示される。この図１の目標制御線Ａにしたがって、透析操作前半においては血液量を生体に無理なく減少させる透析操作、たとえば除水を行い、透析操作後半においては、目標制御線Ｄに従って各患者に適した血液量を維持できる、即ち実質的に血液量が一定に保持できるように透析操作、たとえば除水が実施される。また、図２には斜め線Ａとして示される。図１および２の縦軸は血液指標値、例えば図２においては％ΔＢＶ値であって、横軸は透析開始からの経過時間を示す。したがって、この目標制御線は血液指標値の経時的進路または経時的目標値の目安となるものであり、該目標制御線の設定は透析前に医師等によって設定される。
（２）予測制御線
図１および２に基づいて説明する。
計測時点（制御時点）のＢＶ、ΔＢＶあるいは％ΔＢＶ等の計測値に基づく血液指標値と次の計測時点（制御時点）における前記目標制御線Ａにより示される目標血液指標値とから次の計測時点（制御時点）における目標血液指標値に到達するための透析条件（例えば、除水速度）を算出し、この算出した透析条件（例えば除水速度）によって、次の計測時点（制御時点）に到達するための血液透析処理を行う。その結果、目標制御線Ａから外れてしまいがちな実測値線Ｂは、計測時点（制御時点）の度に新たに設定された透析条件によって修正を受け、前記目標制御線Ａに沿って推移する予測制御線Ｃになる。
（３）逸脱制御線
図１の目標制御線Ａの下方に右下がりの斜め線として示されるのが、逸脱制御線Ｅとして機能するための警報線である。本発明の血液透析装置の制御により透析操作を実施した場合において、フィードフォワード制御が作用するが、血液指標値が前記逸脱制御線Ｅを超えるような場合には、通常の制御方法とは異なる非常時制御を採用するのが好ましい。例えば図１のグラフに示されるように、実測値の推移を示す実測値線Ｂが警報線Ｅの下方に逸脱した場合、フィードフォワードによる制御が行われる前に、除水ポンプ等の除水手段の停止、或いは必要であれば、補液ポンプによる患者への補液が優先的に行われる。このように、本実施態様の血液透析装置は、血液指標値を目標に近づける機能だけでなく、血液指標値が危険な領域に逸脱した場合に、非常時制御を優先的に作動させることによって、患者の安全性も確保することができる。また、設定された除水速度は図１のグラフ中の下半分に示されている。
【００１９】
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の透析操作の制御態様を図１に基づいて説明する。図１の下半分に設定された除水速度が示されている。
１．透析前半
（１）透析スタート時
透析スタート時は、ＢＶ値が不安定であるので、透析開始時は除水を行わずに（除水速度ａ＝０）、体外循環だけを行い、ＢＶ値が安定する時間間隔が経過するまで待つ。
（２）測定開始時
ＢＶ値が安定した後、血液透析装置をリセットし、除水を開始する。除水開始直後（１回目の制御周期）の時、前回の制御周期が存在せず、除水速度の予測は不能であるため制御は実施しないで除水を開始する。前記除水は透析前体重値から患者固有のＢＶ_０値を求め、この患者固有のＢＶ_０値（初期血液量）に基づき、次の制御ポイントの目標制御線に乗るように算出された除水速度（ｂ）で血液透析が実施される。その後、フィードフォワード制御を開始し、除水速度（ｃ〜ｅ）で除水を行った。
上述のようにして決定された除水速度が予め規定された最大除水速度を上回った場合には、最大除水速度にて血液透析が実施される。例えば図１に示す除水速度ａ〜ｉの内、除水速度ｄおよびｈは最大除水速度線を超えているので（図における除水速度の黒塗部分）、該除水速度としては最大除水速度を採用する。なお、このように、除水速度が最大除水速度線を超えた場合、該除水速度としては、最大除水速度を採用するのが最も好ましいが、最大除水速度以下の除水速度であってもよい。また、除水速度ｆの透析時における血液指標値の実測値が警報線より低くなったので、除水速度ｆ＝０とする（すなわち、除水を行わない）。
前記除水の停止の結果、血液指標値が制御線以上となった時点で除水の再スタートを行う。再スタート時の制御の初期除水速度は、前記の除水速度（ｂ）におけると同様な方法で除水速度を決定し除水を行う。透析前半で予定していた除水量を除水した時点で、透析後半の除水制御に移行する。
【００２０】
２．透析後半
残り除水量が目標除水時間で終了するように、除水速度を計算して、該除水速度で除水を行う。この除水速度で除水を行った結果、血液指標値が前記警報値より下になった場合には除水を停止する。例えば除水速度ｊで除水を行ったところ、血液指標値、例えば血液変化量が前記警報値より下になった。そこで、次の制御時における除水は停止し、その除水速度ｋを０とした。また、前記除水の停止の結果、実際の血液変化量△ＢＶ値が前記警報値以上に回復したので、その時点の制御時の残り除水量が目標除水時間で終了するように除水速度を計算し（決定除水量）、該決定除水速度ｌで除水を行う。該決定除水速度ｌで除水を行ったところ、再び実際の△ＢＶ値が前記警報値より低下した。そこで、次の制御時における除水は停止し、その除水速度ｍを０とした。
さらに、前記除水の停止の結果、実際の△ＢＶ値が制御線以上に回復したので、その時点の制御時の残り除水量が目標除水時間で終了するように除水速度を計算し（決定除水量）、該決定除水速度ｎで除水を行う。ただし、前記決定除水速度の除水速度ｎは、最大除水速度を超えているので、実際の除水速度としては、最大除水速度を採用した。目標除水時間が完了しても目標除水量が達成されなかったので、最後に最大除水速度で目標除水量まで除水を
行い透析を完了した。なお、図１の透析操作は前半部分の制御をフィードフォワード制御によって行っているが、本発明の血液透析装置は透析操作の全制御期間をフィードフォワード制御によって行っても良い。
【００２１】
産業上の利用可能性
本願発明により、以下のような優れた効果を奏する血液透析装置を得ることができる。
（１）制御機構がシンプルであり、誤操作や暴走の危険性が少ない。
（２）複雑な設定や余計な操作が不要なため、施術者が操作し易く、楽である。
（３）制御が迅速に、しかも精細に行われるため、血液透析中において、血液量を適性に推移させることができる。
（４）制御遅れを考慮した制御を行うことにより、透析条件の制御をよりいっそう正確に行うことができる。
【００２２】
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の血液透析装置の予測制御線に基づく透析条件（除水速度）の実施態様を説明した図であり、第２図は本発明の血液透析装置による除水操作の前半における、目標制御線Ａ、実測値線Ｂおよび予測制御線Ｃの関係を示した図であり、第３図は本発明の血液透析装置において、除水速度の変化に対し、血液量の変化が遅れて現れること（制御遅れ）を説明した図であり、第４図は本発明の血液透析装置の制御における前半制御部分と後半制御部分の境界直前で大きく生じる制御遅れの問題を解決するために、前半制御と後半制御の境界直前の予め設定した制御周期の複数の回数分における計測時点（制御時点）の次の目標とする血液指標値を、該制御周期毎に後半の目標設定線の状態に近づけるように事前に変更して制御を行うことを説明した図であり、第５図は前記前半制御部分と後半制御部分の境界直前で大きく生じる制御遅れの問題を解決するために、透析の前半部分と後半部分の境界前後における制御周期の複数の回数分におけ制御を透析の前半部分と後半部分の境界前後における目標制御線の変化が小さくなるような制御線の変更を行い、該変更された制御線に従って制御を行うことを説明した図である。第６図および第７図は、前記初期血液量の算出方法を説明した図である。
また、前記各図において、Ａは目標制御線、Ｂは実測値線、Ｃは予測制御線、Ｄは目標制御線、Ｅは警報線、Ｆは緊急補液線、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ、ｏ、およびｐは除水速度、％ΔＢＶは各計測（制御）ポイントにおける測定された血液変化量の割合、ΔＴは計測周期（制御周期）をそれぞれ表す。

Claims (10)

1. 血液量（BV値）または血液変化量を指標値（以下、血液指標値ともいう）として血液透析条件を制御して血液透析処理を行う血液透析装置であって、前記制御が、前記血液指標値で構成され、かつ継時的に右下がりに斜線状の継時的進路である目標制御線を利用して除水速度をフィードフォワード制御するものであることを特徴とする血液透析装置。
2. 前記除水操作の制御が、前記目標制御線の隣接した２つの計測時点（制御時点）の血液指標値、前記両計測時点（制御時点）間で実施された除水速度、透析開始時の血液量、前記両計測（制御）時点の次の計測時点（制御時点）における前記目標制御線によって決定される目標血液指標値とを利用して、前記目標制御線で決定される次の計測（制御）ポイントの目標血液値に到達するように除水速度をフィードフォワード制御するものであることを特徴とする請求項１記載の血液透析装置。
3. 前記除水操作の制御が、下式（ａ）を利用したフィードフォワード制御であることを特徴とする請求項２に記載の血液透析装置。
   ＢＶ₀｛−（％ΔＢＶ_n-1'−％ΔＢＶ_n'）＋（％ΔＢＶ_n'−％ΔＢＶ_n+1）｝＋ＵＦＲ_n×Ｔ＝ＵＦＲ_n+1×Ｔ・・（ａ）
   （前式において、ＢＶ₀は透析開始時の血液量、％△ＢＶ_n′は選択された任意の計測（制御）ポイントｎにおける血液変化量の割合、％△ＢＶ_n-1′は選択された計測（制御）ポイントｎのひとつ前の計測（制御）ポイントｎ−１における血液変化量の割合、％△ＢＶ_n+1は制御をかけるべき次の計測（制御）ポイントｎ＋１における設定された血液変化量の割合、Ｔは計測時間、ＵＦＲ_nは選択された計測（制御）ポイントｎにおける除水速度、ＵＦＲ_nは任意の計測（制御）ポイントｎでの除水速度、ＵＦＲ_n+1は選択された計測（制御）ポイントｎから次の計測（制御）ポイントｎ＋１の目標血液指標値に到達するため実働部に対し制御をかける際に目標制御線によって決定される除水速度をそれぞれ意味する。また、前記各計測（制御）ポイントの間隔は、各計測（制御）時点における血漿が体内から血管に再補充される速度であるＰＲＲに実質的な差が無い程度に短く設定されたものである）
4. 任意の計測（制御）ポイントｎでのＰＲＲｎが下式（ｂ）によって表わされるものであることを特徴とする請求項３に記載の血液透析装置。
   ＰＲＲ _n ＝ＵＦＲ _n ＋△ＢＶ _n ′／Ｔ _n ・・（ｂ）
   ［ＵＦＲ_nは任意の計測（制御）ポイントｎでの除水速度、△ＢＶｎ′は任意の計測（制御）ポイントｎでの血液変化量、Ｔ_nは任意の計測（制御）ポイントｎまでの経過時間をそれぞれ意味する。］
5. 前記除水操作の制御が、透析操作前半においては透析開始時に血液量値が安定するまで除水を実施せず、血液量値が安定した後に前記フィードフォワード制御によって除水速度を制御するものであることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の血液透析装置。
6. 前記除水操作の制御が、透析操作前半においては前記フィードフォワード制御によって除水速度を制御し、透析操作後半においては血液量が実質的に一定に保持されるように制御して行われるものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の血液透析装置。
7. 前記除水操作の制御が、前半制御と後半制御の境界直前の予め設定した制御周期の複数の回数分における計測（制御）ポイントの次の目標とする血液指標値を、該制御周期毎に後半の目標制御線の状態に近づけるように事前に変更して制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の血液透析装置。
8. 前記除水操作の制御が、透析の前半部分と後半部分の境界直前の複数の制御周期における制御を、前記目標制御線より変化が小さくなるような制御線の変更を行い、該変更された制御線に従って制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の血液透析装置。
9. 前記除水操作の制御が、あらかじめ一定値の最大除水速度を設定しておき、前記設定された除水速度が、前記最大除水速度を超えた場合には、該最大除水速度で除水を行うように制御するものであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の血液透析装置。
10. 前記除水操作の制御が、前記血液指標値の経時的変化を所定の範囲に制限するために逸脱制御線を設け、計測された血液指標値が逸脱制御線によって決定される血液指標値を超えた場合には、前記目標制御線による制御以外の制御が行われることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の血液透析装置。

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