JP4704642B2

JP4704642B2 - 透析機

Info

Publication number: JP4704642B2
Application number: JP2001513452A
Authority: JP
Inventors: ピラッゾリ、パオロ; ボセット、アントニオ; パオリニ、フランセスコ
Original assignee: ガンブロホスパル（シュバイツ）アクチエンゲゼルシャフト
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2020-07-28
Also published as: US7131956B1; EP1655043A3; DE60026530D1; CA2345994C; ATE319491T1; AU768361B2; ITTO990680A1; EP1655043A2; JP2003505209A; EP1117449A1; AU6175600A; DE60026530T2; WO2001008723A1; CA2345994A1; ES2260032T3; ITTO990680A0; IT1310659B1; EP1117449B1

Description

【０００１】
本発明は透析機およびそれを制御する方法に関する。
よく知られているように、血液は血漿と呼ばれる液体部分と、特に赤血球を含む血液自身の細胞で構成される細胞部分とで構成され、腎不全の場合、血液は透析機によって実施される透析治療によって除去しなければならない分子量が低い余剰物質（以降は溶質とも呼ぶ）も含む。
【０００２】
従来の透析機は、半透膜によって相互から分割された血液区画と透析区画とで構成されたフィルタを含み、使用時には、処理される血液および透析液がこれらの個々の区画を、通常は向流で通過する。
【０００３】
さらに理解するため、図１を参照する。これは、フィルタ１を血液区画３と透析区画４とに分割する膜２を装備したフィルタ１を備える透析機３５の一部を概略的に示す。動脈線５と静脈線６とが、それぞれ血液区画６の入口および出口に接続される。透析液入口線１０および透析液出口線１１とが、それぞれ透析液区画４の入口および出口に接続される。
【０００４】
透析治療の間、血液中に存在する望ましくない物質は、血液中に存在する液体のある割合部分が透析区画に向かって通過することにより、拡散または対流によって、血液区画３から膜２を通って透析区画４に移動する。したがって、透析手順の終了時に、患者の体重が減少している。
【０００５】
透析治療の効率を改善するため、限外濾過の技術も知られ、この技術では、対流による望ましくない物質の移送効果を向上させるべく、大量の血漿液を除去する。所望の最終的重量損失に対して過度に除去された血漿液の量が、血液がフィルタを通過する前（希釈前技術）またはフィルタの後（希釈後技術）に置換液として患者に注入する。
【０００６】
両方の技術とも、その利点および欠点を有する。特に、希釈後技術（以降はこれに言及するが、普遍性を失うものではない）が、フィルタを通して除去される流体が、希釈前技術より濃縮され、したがって同じ流れでは希釈効率が大きくなるので、透析の効率が改善されるという利点を提供するが、幾つかの重大な問題も提する。したがって、希釈後技術では、フィルタで、（フィルタの部分的閉塞を通して）流れと限外濾過との両方を妨げる血液濃度値に到達しやすく、「固化」の現象を生じる。その結果、希釈後技術では、希釈前技術に比較して抽出できる血漿液の量が制限される。
【０００７】
図１の透析機３５は希釈後技術を使用し、したがって静脈線６と、注入ポンプ１４が設置されて送出ＩＲが液体の注入量を決定する注入線１３とに接続された加算ノード１２を含む。完璧にするため、図１は、動脈線５に配置され、その送出量Ｑbが透析治療にかけられる血液の量を決定する血液ポンプ１５、動脈線５に沿って配置され、出力部で血液濃度信号Ｃ_Eを生成する血液濃度センサ１６、透析液入口線１０に配置され、流量Ｑdiを供給する入口透析ポンプ１７、透析液出口線１１に配置され、流量Ｑdoを供給する出口透析ポンプ１８、透析液出口線１１に接続された枝線１１ａに配置され、流量ＵＦＲを供給する限外濾過ポンプ１９、およびそれぞれ静脈線５、動脈線６、透析液入口線１０および透析液出口線１１に配置されて、それぞれ圧力Ｐbi、Ｐbo、Ｐdi、Ｐdoを供給する４つの圧力センサ２０〜２３も示す。
【０００８】
図示されていない方法で、ポンプ１５、１７、１８および１９それぞれを監視し、必要に応じて制御する流量計を、動脈線５、透析液入口線１０、透析液出口線１１、および枝線１１ａにそれぞれ設けることができる。
【０００９】
知られている方法で、オペレータは血流Ｑbを設定し、またオペレータが必要な重量損失ＷＬＲおよび自己輸血量ＩＲを設定し、透析機３５がＷＬＲとＩＲの合計として限外濾過ＵＦＲを決定する。あるいは、オペレータが限外濾過ＵＦＲおよび必要な重量損失ＷＬＲを設定することができ、機械が自己輸血ＩＲを決定する。さらに、透析機は透析液出口流Ｑdoを制御して、透析液入口流Ｑdiと等しい量に維持し、流れの均衡を維持する。
【００１０】
上記の代替方法として、限外濾過ポンプ１９がなく、透析液出口線１１上のポンプ１８を制御して、入口透析ポンプ１７の流量Ｑdiと限外濾過ＵＦＲとの合計と等しい流量になるようにしてもよい。最後に、例えば圧力差に基づいて限外濾過を制御する他の解決法が存在するが、説明の簡潔のためにここでは記載しない。
【００１１】
制御ユニット３０は、透析機３５の動作を制御するため、血液濃度Ｃ_E、圧力信号Ｐbi、Ｐdo、Ｐdi、Ｐdoなど、存在する様々なセンサが生成する信号、さらに血流量Ｑb、透析液入口量Ｑdiおよび透析液出口Ｑdoおよび限外濾過ＵＦＲなどの設定量を監視する信号を受診する。
【００１２】
フィルタの状態を監視し、流れおよび限外濾過の制約に関する上記の問題を回避するための重要なパラメータは、膜内外値、つまりフィルタの２つの側（血液側と透析液側）間の圧力差（即ち膜間圧力差）である。特に、フィルタの圧力低下の静的および動的成分とは、限外濾過（時間当たりの限外濾過量または限外濾過率ＵＦＲとして測定）が、血液濃度を上昇させることにより、図２の右向き矢印が示すように、フィルタ１の縦方向の寸法全体に沿って圧力の全般的増加を生成し、ＴＭＰiによって示されてＰbi−Ｐdoと等しい（血流に対する）入口膜内外値（即ち入口膜間圧力差）と、ＴＭＰoによって示されてＰｂo−Ｐdiと等しい出口膜内外値（即ち出口膜間圧力差）との両方を増加させることとなる。
【００１３】
対流を増加させることによって透析の効率を上昇させるため、膜内外曲線を左側にシフトさせるよう、透過性Ｋufが高いことを特徴とするフィルタを使用すると有利であることが判明している。これに対して、低い限外濾過の状態で透過性が高いと、逆流現象（「逆濾過」）が生じ、これは血液の汚染および患者の過感作という問題を引き起こすことがあるので、回避しなければならない。
【００１４】
したがって、フィルタ１の膜内外値を監視して、この膜内外値を許容限度内に維持するよう、血流Ｑbおよび限外濾過ＵＦＲを調整することが、既に提案されている。
【００１５】
このような解決法では、システムの幾つかの危険な側面を指摘し、除去することが可能になるが、それでも透析の安全な状態および効率化を常に保証するには不十分である。
【００１６】
特に、膜内外圧の値は制御可能な量（血流および限外濾過）と間接的にしか関連していないので、膜内外圧に基づいてこれらの量を調整することは、即座にできず、連続的な調節を必要とする。さらに、膜内外値を監視しても、固化現象に関するタイムリーで明白な情報は提供されない。
【００１７】
本発明の目的は、上述した問題を解決する制御方法を提供することである。
本発明によると、
−半透膜によって分割された第１および第２区画を有するフィルタと、
−液体成分、膜によって保持された細胞成分および膜を通過する溶質を含む液体用の第１区画に接続された第１回路と、
−透析液用の第２区画に接続された第２回路と、
−フィルタの上流の入口流で、第１回路で濾過される液体を循環させる手段と、
−膜を通して液体成分および溶質の制御された流れをもたらす手段とを備える透析機の制御を提供する方法であって、
・濾過される液体をフィルタの第１区画内で循環させるステップと、
・膜を通して液体成分と溶質との制御された流れをもたらすステップと、
・それぞれ、膜を通る液体成分の制御された流れと、第１区画の入口における液体成分の流れとに相関がある第１および第２パラメータ（ＵＦＲ、Ｑ_P）の値を決定するステップと、
・第１および第２パラメータ（ＵＦＲ、Ｑ_P）の値の関数として濾過係数（ＦＦ）を計算するステップと、
・濾過係数（ＦＦ）が許容限界値との所定の関係を有するかチェックするステップと、
・検証の結果を示す信号を生成するステップとを含む方法が提供される。
【００１８】
本発明によると、液体成分、細胞成分および溶質を備えた、濾過される液体を処理するために、
−半透膜によって分割された第１および第２区画を有するフィルタと、
−第１区画の入口に接続された液体入口線および第１区画の出口に接続された液体出口線を備えた、濾過液用の第１回路と、
−第２区画の入口に接続された透析液入口線および第２区画の出口に接続された透析液出口線を備えた、透析液用の第２回路と、
−第１区画を通して濾過液を循環させるために、第１回路に接続された第１ポンプ輸送手段と、
−第２区画内で透析液を循環させ、膜を通して液体成分および溶質の一部を流すために、第２回路に接続された第２ポンプ輸送手段と、
−膜を通る液体成分の制御された流れと相関がある第１パラメータの値と、フィルタの入口における液体成分の流れと相関がある第２パラメータの値とを検出する手段と、
−第１および第２パラメータの値の関数として濾過係数ＦＦを計算する第１手段と、
−濾過係数（ＦＦ）を許容限界値と比較する第１比較手段と、
−比較の結果を指示する信号（Ａ）を生成する信号生成手段とを備える透析機が、さらに提供される。
【００１９】
本発明をさらによく理解するため、純粋に非制限的例として、次に添付図面を参照しながら本発明の第１の実施形態について説明する。
【００２０】
本発明は、出願人の実施した研究によると危険状態が発生するか発生しないかは、制御下の個々のパラメータの絶対値に依存するのではなく、限外濾過によって除去される液体の量とフィルタ入口における血漿の流れとの関係に依存する。
【００２１】
したがって、血漿流が血流Ｑbおよび血液の初期濃度に依存するので、本発明の１つの実施形態によると、取得されるデータは、血流Ｑb、限外濾過ＵＦＲ、および血液濃度であり、以下で規定する濾過係数ＦＦは、これらの量に基づいて決定される。
【００２２】
ＦＦ＝ＵＦＲ／Ｑｐ＝ＵＦＲ／［Ｑｂ（１−Ｈｃｔ）］
ここで、Ｑｐは血漿流、Ｈｃｔはヘマトクリット値、つまり動脈血液中の赤血球濃度であり、その後に濾過係数ＦＦが許容範囲内にあるか検証され、範囲外の場合は警告信号が生成され、システムを危険でない動作点まで復帰させるよう、入力量、好ましくは限外濾過量が変更される。
【００２３】
この制御状態が、図１では、制御装置３０によって生成されて限外濾過ポンプ１９に作用する制御信号Ｓ、および表示装置および／または音響信号送信要素に供給される信号Ａで概略的に図示される。
【００２４】
フィルタ１の動作点を制御すると、それを最適化することもできる。特に濾過係数ＦＦの計算値と最大限界設定との偏差が増加した場合（例えば限外濾過量を事前に減少させた場合）は最適化することができ、特に限外濾過量を増加させることによって濾過の効率を上昇させるよう、操作状態を修正することができる。これによって、処理の過程でのヘマトクリット値の変化および変動に従って、処理中にフィルタの操作状態を動的に修正し、いかなる場合でも安全な状態を獲得して、効率を上げることが可能である。
【００２５】
血液濃度は、ヘマトクリット値Ｈctから直接測定するか、ヘモグロビンの測定を介して（この場合は、測定したヘモグロビン値Ｈgbをヘモグロビン細胞平均濃度（Ｈcmc）で割ってヘマトクリット値Ｈctを取得する）、または血液の粘度、導電性または密度の測定を介して、詳細な説明を省略するが既知の方法で間接的に測定することができる。
【００２６】
血液と透析液の入口側と出口側の４つの圧力も測定し、入口と出口の膜内外値、つまり平均値ＴＭＰave＝（ＴＭＰi−ＴＭＰo）／２も監視すると有利である。
【００２７】
以下で規定する膜の実際の透過性も計算することが好ましい。
Ｋuf＝ＵＦＲ／ＴＭＰave
いずれの場合も、入口および出口膜内外値またはその平均値および／または実際の透過性が許容できない値を呈した場合、警告が生成され、制御量を許容限度内に復帰させるよう限外濾過量が調節される。危険な状態では、概して透析機の停止状態が提供される。
【００２８】
次に、本発明の方法の一例を、流れ図を示す図３に関連して説明する。
透析治療の間、ブロック５０で制御装置３０が血流値Ｑb（オペレータが設定）および限外濾過値ＵＦＲ（上述したように、時間当たりの重量損失ＷＬＲ（重量損失率）と注入率ＩＲとの合計に等しく、その両方とも、概してオペレータが設定するか、あるいは限外濾過量ＵＦＲおよび重量損失率ＷＬＲは、オペレータが直接設定することができ、機械が注入率ＩＲを決定する）とを入力し、次にブロック５５で、センサ１６によって供給された濃度信号Ｃ_E（例えばヘモグロビン値Ｈgbを示す）に基づき、ヘマトクリット値Ｈctを決定する。
【００２９】
次にブロック６０で、制御装置３０が濾過係数ＦＦ＝ＵＦＲ／［Ｑb（１−Ｈct）］を計算し、ブロック６５で、これが上限ＦＦ_Mより低いかチェックする。例えば、最大値は５０％と等しくてもよく、これを超えると、フィルタに過度の血液濃度があることによる危険の徴候である。
【００３０】
濾過係数ＦＦが許容値でない（ブロック６５からＮＯの出力がある）場合、制御装置３０はブロック７０で警告信号Ａを生成し、濾過係数ＦＦを許容値に復帰させるよう、ブロック７５でポンプＵＦＲ１９を介して限外濾過量ＵＦＲを変更する。この目的にはＰＩＤタイプの制御システムを使用することが好ましく、そのパラメータは、詳細には説明しない既知の方法で校正ステップにおいて調節される。その結果、機械は、重量損失ＷＬＲを一定に維持するよう、ポンプ１４から供給される注入率ＩＲにこれに対応する変更も実施する。
【００３１】
制御装置３０はブロック５０、５５のＱb、ＵＦＲおよびＨctの取得に戻る。
濾過係数ＦＦの値が許容可能である（ブロック６６からＹＥＳの出力がある）場合、制御装置３０は、（本明細書では示さない方法で）濾過係数を段階的に増加させて、安全状態での効率を上昇させることができるかチェックし、次にブロック８０で、血液側および透析液側の入口および出口圧Ｐbi、Ｐbo、Ｐdi、ｐdoの値を取得する。通常、これらの値は、図１に示すように透析機に設けた４つのセンサ２０〜２３によって、直接供給される。
【００３２】
次にブロック８５で、制御装置３０は上述したように入口ＴＭＰi、出口ＴＭＰo、および平均ＴＭＰaveの膜内外値を計算し、少なくとも入口の膜内外値ＴＭＰiが上限ＴＭＰ_Mより小さく、出口の膜内外値ＴＭＰoが下限ＴＭＰmより大きいか、ブロック９０でチェックする。例えば、下限ＴＭＰmは２０ｍｍＨｇと等しくてよく、逆流（「逆濾過」）の危険を示し、上限ＴＭＰ_Mは３００から５００ｍｍＨｇと等しくてよく、ガス抜きおよびフィルタ故障の危険があり、透析機の操作に問題があることを示す。
【００３３】
入口膜内外値ＴＭＰiまたは出口膜内外値ＴＭＰoが指示された状態を満足しない、つまりブロック９０からの出力がＮＯの場合、ブロック７０、７５に関して上述したように、警告が生成されて限外濾過値が変更され、これに対して出力膜内外値ＴＭＰoが許容可能な場合は、制御装置３０が上述した方法で膜の実際の透過性Ｋufをブロック９５で計算する。
【００３４】
最後に、膜の実際の透過性Ｋufが最小値Ｋuf,mおよび最大値Ｋuf,_Mによって規定された許容範囲に入るか、ブロック１００でチェックする。例えば、許容性の閾値Ｋuf,mはそれぞれ５および１００（ｍｌ／分）ｍｍＨｇと等しくてよく、膜に問題があることを示す（例えば膜の破損または膜の閉塞）。マイナスの場合は、警告が再び生成され、限外濾過が変更される（ブロック７０、７５）が、プラスの場合（ブロック１００からの出力がＹＥＳ）、制御装置は濾過係数の制御に必要なステップを繰り返し、ブロック５０に戻る。
【００３５】
本発明の利点は、以上の説明から明瞭である。特に、注目すべきは、本発明により、フィルタの縦方向の固化に関連する危険な状態をタイムリーに指示することができ、したがって予防的ステップをとれることである。さらに、本発明はフィルタの動作状態と直接相関がある量の監視に基づいているので、これは必要な変化の範囲を即剤に供給するか、いかなる場合も、濾過効率を改善して危険な状態を回避するために、これらの変更の決定を大幅に単純化することができる。さらに、本発明は、透析治療を制御するために既に設けてある装置によって制御装置３０を実現することができ、使用する量は既に入手可能であるか、測定または設定された量から数学的方法で容易に取得することができるので、透析機の修正を必要としない。
【００３６】
最後に、本明細書で説明し、図示した方法および透析機は、添付の請求の範囲で規定された本発明の保護的範囲から逸脱することなく、修正および変更できることが明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】知られている透析機の単純化した等価図を示す。
【図２】図１のフィルタ上の圧力変動を示す。
【図３】本発明の１つの実施形態に関連する流れ図を示す。

Claims

血液を処理する透析機（３５）であって、
半透膜（２）によって分割された第１および第２区画（３、４）を有するフィルタ（１）と、
第１区画（３）の入口に接続された血液入口線（５）および第１区画（３）の出口に接続された血液出口線（６）を備えた、血液用の第１回路（５、６）と、
第２区画（４）の入口に接続された透析液入口線（１０）および第２区画（４）の出口に接続された透析液出口線（１１）を備えた、透析液用の第２回路（１０、１１）と、
第１区画（３）を通して血液を循環させるために第１回路（５、６）に接続された第１ポンプ輸送手段（１５）と、
第２区画（１０、１１）内で透析液を循環させて半透膜（２）を通る限外濾過流を生じるために第２回路（１０、１１）に接続された第２ポンプ輸送手段（１７、１８、１９）と、
半透膜（２）を通る限外濾過量（ＵＦＲ）と第１ポンプ輸送手段（１５）によって循環される血液の流量（Ｑｂ）とを検出する検出手段（５０）と、
血液の細胞成分の濃度（Ｈｃｔ）を測定する手段（１６、５５）と、
濾過係数（ＦＦ）を計算する第１計算手段（６０）と、
濾過係数（ＦＦ）を許容値と比較する第１比較手段（６５）と、
比較の結果を示す信号（Ａ）を発生する信号発生手段（７０）と、
第１および第２ポンプ輸送手段（１５、１７、１８、１９）の一方を制御し、濾過係数が許容値にない場合に、第１区画（３）へ入る血液流と半透膜（２）を通る限外濾過流との一方を変更する第１制御手段（７５）とを備え、
前記第１計算手段（６０）が
ＦＦ＝ＵＦＲ／［Ｑｂ（１−Ｈｃｔ）］
の式に従って濾過係数（ＦＦ）を計算するようになっている透析機。
それぞれ第１、第２、第３および第４圧力値（Ｐｂｉ、Ｐｂｏ、Ｐｄｉ、Ｐｄｏ）を検出するために、それぞれ血液入口線（５）上、血液出口線（６）上、透析液入口線（１０）上および透析液出口線（１１）上に配置された第１、第２、第３および第４圧力センサ（２０から２３）と、
第１圧力値と第４圧力値との差として入口膜間圧力差（ＴＭＰｉ）、第２圧力値と第３圧力値との差として出口膜間圧力差（ＴＭＰｏ）を計算する第２計算手段（９０）と、
入口および出口膜間圧力差を個々の閾値と比較する第２比較手段（９０）と、
第１および第２ポンプ輸送手段（１５、１７、１８、１９）を制御し、入口および出口膜間圧力差が許容値でない場合は、第１区画（３）へ入る血液流と半透膜を通る限外濾過流との一方を変更する第２制御手段（７５）とを備えることを特徴とする、請求項１に記載の透析機。
それぞれ第１、第２、第３および第４圧力値（Ｐｂｉ、Ｐｂｏ、Ｐｄｉ、Ｐｄｏ）を検出するために、それぞれ血液入口線（５）上、血液出口線（６）上、透析液入口線（１０）上および透析液出口線（１１）上に配置された第１、第２、第３および第４圧力センサ（２０から２３）と、
第１圧力値と第４圧力値との差として入口膜間圧力差（ＴＭＰｉ）、第２圧力値と第３圧力値との差として出口膜間圧力差（ＴＭＰｏ）を計算する第３計算手段（８５）と、
入口膜間圧力差（ＴＭＰｉ）と出口膜間圧力差（ＴＭＰｏ）との間の平均値を計算する第４計算手段（８５）と、
限外濾過量の値と前記平均値との比率として実際の透過性値（Ｋｕｆ）を計算する第５計算手段（９５）と、
入口膜間圧力差（ＴＭＰｉ）および出口膜間圧力差（ＴＭＰｏ）をそれぞれの閾値と比較する第３比較手段（１００）と、
第１および第２ポンプ輸送手段（１５、１７、１８、１９）の一方を制御し、入口膜間圧力差（ＴＭＰｉ）および出口膜間圧力差（ＴＭＰ）がそれぞれの許容値でない場合は、第１区画（３）へ入る血液流と半透膜（２）を通る限外濾過流との一方を変更する第３制御手段（７５）とを備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の透析機。
第１ポンプ輸送手段が血液入口線（５）に設置された第１ポンプ（１５）を備え、第２ポンプ輸送手段が、透析液入口線（１０）に設置された第２ポンプ（１６）、透析液出口線（１１）に設置された第３ポンプ（１８）および透析液出口線（１１）の枝線（１１ａ）に設置された第４ポンプ（１９）を備え、第１制御手段（７５）が第４ポンプ（１９）を制御することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の透析機。