JP5235688B2 - 電気蠕動ホースポンプを操作する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホースライン内で流体を運ぶための電気蠕動ホースポンプ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｅｒｉｓｔａｌｔｉｃ ｈｏｓｅ ｐｕｍｐ）を操作する方法および装置（ｄｅｖｉｃｅ）に関する。本発明はまた、体外血液処理機器の電気蠕動ホースポンプを操作する方法、ならびに蠕動ホースポンプを操作する装置を備える体外血液処理機器にも関する。

体外血液処理、例えば血液透析の場合、処理されるべき血液は、半透膜によって血液チャンバと透析液チャンバに分離されたダイアライザの血液チャンバを経由して体外血液回路を流れるが、透析液系の場合、透析液は透析液チャンバを経由して流れる。体外血液回路は、血液チャンバに至る動脈ホースラインと、血液チャンバから離れていく静脈ホースラインとを有する。知られている血液透析機器は、体外血液回路における血液の十分な流れを確保にするために、通常はダイアライザの血液チャンバの上流側に配置された血液ポンプを備える。

血液ポンプに対しては多大な技術的要求がある。したがって、ある種のポンプだけが検討されることになる。動脈および静脈のホースラインを経由して患者の血液を運ぶホースポンプが、実際に試用され、テストされている。

ホースポンプは、その動作モードに従って蠕動ポンプとも呼ばれる。ポンプの動作は、少なくとも１つの閉塞（ｏｃｃｌｕｓｉｏｎ）が、弾性ホースラインに沿って移動してポンピング空間（ｐｕｍｐｉｎｇ ｓｐａｃｅ）として働き、それによって密閉された流体を送出方向に移動させるということに基づいている。

ホースポンプの最も一般的な設計では、弾性ホースが移動する狭窄点で完全に閉塞されるように、調整が行われる。したがって、これらのポンプは、閉塞型ホースポンプ（ｏｃｃｌｕｓｉｖｅ ｈｏｓｅ ｐｕｍｐ）とも呼ばれる。ポンプホース内で血液を運ぶ移動する狭窄点または閉塞は、技術的な観点から様々な方法で生成されうる。

ローラポンプが知られており、ローラポンプには、カウンタベアリング（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｂｅａｒｉｎｇ）として湾曲したローラ通路を形成している固定子と、その中に回転可能に取り付けられかつローラが取り付けられている回転子との間にホースが挿入され、それにより、ローラはホース上を送出方向にロールオフする（ｒｏｌｌ ｏｆｆ）。ローラは、好ましくは回転子上にばね取り付けされており、それにより、ローラはホースに加圧力を及ぼす。フィンガポンプも知られており、狭窄点または閉塞は、ホースに沿って配置された一連の移動スタンプ（ｍｏｂｉｌｅ ｓｔａｍｐ）（フィンガ）によって生成される。

ローラポンプおよびフィンガポンプの様々な設計の概要が、Ｄｉａｌｙｓｅｔｅｃｈｎｉｋ、第４版、Ｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ ｆｕｒ ａｎｇｅｗａｎｄｔｅ Ｍｅｄｉｚｉｎｔｅｃｈｎｉｋ ｍ．ｂ．Ｈ．＆ Ｃｏ．ＫＧ、Ｆｒｉｅｎｄｒｉｃｈｓｄｏｒｆ、１９８８年に与えられている。

電気蠕動ホースポンプは、血液を運ぶためだけでなく他の流体を運ぶためにも、既知の血液処理機器に使用されている。そのようなホースポンプが医療技術機器、特に血液処理機器に使用される場合、ホースポンプの適切な動作に関する多大な要求がある。

ローラポンプの運転中、流れ抵抗が増大したときに、もはやホースラインの完全閉塞が生成されないという問題が生じる。それどころか、ローラは、ホースラインから浮き上がり始める。この場合、ローラポンプの適切な動作は、もはや確保されない。

米国特許第５，６２９，８７１号は、血液透析機器の個々のサブアセンブリの機能的能力を監視する方法および装置を記述している。サブアセンブリはホースポンプも含み、それによって、ポンプの電流または電圧が、ポンプの機能的性能を推測するために監視される。吐出量（ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｒａｔｅ）を判断するためにポンプ電流を使用することが、米国特許第４，７８１，５２５号から知られている。

ＷＯ９７／４５１５０号は、ポンプの吐出圧力（ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を判断する方法を記述しており、この方法では、ポンプ電流が判断される。吐出圧力とポンプ電流の間の線形関係からの逸脱が特定の状況下で起こりうるので、校正曲線の使用が提案されている。
（外国特許文献１） 米国特許第５，６２９．３７１号公報
（外国特許文献２） ＷＯ９７／４５１５０号公報

本発明の根底にある課題は、ホースポンプの適切な動作の信頼できる監視を可能にする、電気蠕動ホースポンプ、特に体外血液処理機器のホースポンプの誤動作を検出する方法および装置を提供することである。

この課題は、請求項１および９の特徴を用いて解決される。本発明の有利な発展形態が、従属請求項の要旨である。
請求項１に記載される発明のホースライン内で流体を運ぶための電気蠕動ホースポンプの誤動作を検出する方法は、前記ポンプによって消費された電力または前記電力と相関する物理量が前記ポンプの運転中に測定され、周期的に変化しない直流成分と周期的に変化しかつ前記直流成分に重畳された交流成分が、測定された前記物理量等から決定され、それによって、前記ホースポンプの運転中に、前記直流成分および前記交流成分に基づいて前記ホースポンプの変位体によるホースラインの閉塞に関する誤動作があると結論付けられることを特徴とする。
請求項２に記載される発明は、請求項１に記載される発明に加えて、前記ホースポンプの運転中に、予め設定された時間間隔での前記直流成分の時間的変化（ｄ／ｄｔ Ｉ_ＤＣ）と前記交流成分の時間的変化（ｄ／ｄｔ Ａ_ＡＣ）が互いに関係付けられ、それによって、前記ホースポンプの運転中に、予め設定された時間間隔での前記直流成分の時間的変化と前記交流成分の時間的変化との間の前記関係付けられた関係の時間的変化に基づいて前記ホースポンプの誤動作があると結論付けられることを特徴とする。
請求項３に記載される発明は、請求項２に記載される発明に加えて、前記交流成分の時間的変化（ｄ／ｄｔ Ａ_ＡＣ）と前記直流成分の時間的変化（ｄ／ｄｔ Ｉ_ＤＣ）の商（ｄＡ_ＡＣ／ｄＩ_ＤＣ）が、予め設定された時間間隔で算出され、予め設定された制限値と比較され、それによって、前記商が前記予め設定された制限値を下回った場合に、前記ホースポンプの閉塞が不十分であると結論付けられることを特徴とする。
請求項４に記載される発明は、前記交流成分（Ａ_ＡＣ）と前記直流成分（Ｉ_ＤＣ）の商（Ａ_ＡＣ／Ｉ_ＤＣ）が、予め設定された時間間隔で算出され、予め設定された制限値と比較され、それによって、前記商が前記予め設定された制限値を下回った場合に、前記ホースポンプの閉塞が不十分であると結論付けられることを特徴とする。
請求項５に記載される発明は、請求項１〜４の各発明に加えて、前記ホースポンプが、閉塞型ローラポンプであり、それによって、前記ホースラインが、ローラ通路をカウンタベアリングとして形成する固定子と、回転可能に取り付けられたローラが取り付けられている回転子との間に挿入されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
請求項６に記載される発明は、請求項１〜５の各発明に加えて、前記ホースポンプの下流側の圧力は、前記電力と相関する前記物理量から決定されることを特徴とする。
請求項７に記載される発明は、請求項１〜６の各発明に加えて、体外血液処理機器で前記電気蠕動ホースポンプの誤動作が検出されることを特徴とする。
請求項８に記載される発明は、請求項１〜７の各発明に加えて、前記蠕動ホースポンプが動脈ホースラインに配置され、前記動脈ホースラインは血液処理ユニットに至り、前記血液処理ユニットから静脈ホースラインが出発し、それによって、前記動脈および静脈のホースラインが、前記血液処理ユニットとともに体外血液回路を形成することを特徴とする。

請求項９に記載される発明のホースライン内で流体を運ぶための電気蠕動ホースポンプの誤動作を検出する装置は、前記ポンプの運転中に前記ポンプによって消費される電力または前記電力と相関する物理量を測定するための手段（１６、２０）を備え、測定された前記物理量から、周期的に変化しない直流成分および周期的に変化する交流成分を決定するための手段（１６、２０）と、前記ホースポンプの運転中に、前記直流成分および前記交流成分に基づいて前記ホースポンプの誤動作があると結論付けられるように設計された、前記ホースポンプの変位体によるホースラインの閉塞に関する誤動作を判断するための手段（１６、２０）とを備えることを特徴とする。
請求項１０に記載される発明は、請求項９に記載される発明に加えて、前記ホースポンプの誤動作を確認するための前記手段（１６、２０）は、前記ホースポンプの運転中の予め設定された時間間隔での前記直流成分の時間的変化（ｄ／ｄｔ Ｉ_ＤＣ）と前記交流成分の時間的変化（ｄ／ｄｔ Ａ_ＡＣ）が互いに関係付けられ、それによって、前記ホースポンプの運転中に、予め設定された時間間隔での前記直流成分の時間的変化と前記交流成分の時間的変化との間の前記関係付けられた関係の時間的変化に基づいて前記ホースポンプの誤動作があると結論付けられるように設計されることを特徴とする。
請求項１１に記載される発明は、請求項１０に記載される発明に加えて、前記ホースポンプの誤動作を確認するための前記手段（１６、２０）は、前記交流成分の時間的変化（ｄ／ｄｔ Ａ_ＡＣ）および前記直流成分の時間的変化（ｄ／ｄｔ Ｉ_ＤＣ）の商（ｄＡ_ＡＣ／ｄＩ_ＤＣ）が、前記ホースポンプの運転中に予め設定された時間間隔で算出され、予め設定された制限値と比較され、それによって、前記商が前記予め設定された制限値を下回った場合に、前記ホースポンプの閉塞が不十分であると結論付けられるように設計されることを特徴とする。
請求項１２に記載される発明は、請求項９に記載される発明に加えて、前記ホースポンプの誤動作を確認するための前記手段（１６、２０）は、前記交流成分（Ａ_ＡＣ）と前記直流成分（Ｉ_ＤＣ）の商（Ａ_ＡＣ／Ｉ_ＤＣ）が、前記ホースポンプの運転中に予め設定された時間間隔で算出され、予め設定された制限値と比較され、それによって、前記商が前記予め設定された制限値を下回った場合に、前記ホースポンプの閉塞が不十分であると結論付けられるように設計されことを特徴とする。
請求項１３に記載される発明は、請求項９〜１２に記載の各発明に加えて、前記ホースポンプが、閉塞型ローラポンプ（６）であり、それによって、前記ホースラインが、カウンタベアリングとしてローラ通路を形成する固定子と、回転可能に取り付けられたローラが取り付けられている回転子との間に配置されることを特徴とする。
請求項１４に記載される発明は、請求項９〜１３に記載の各発明に加えて、前記装置は、前記ホースポンプにおける下流側の圧力を決定するための手段（１３）を備え、前記手段（１３）が、前記ホースポンプの下流側の前記圧力は、前記電力と相関する前記物理量から決定されように設計されることを特徴とする。
請求項１５に記載される発明は、電気蠕動ホースポンプ（６）の誤動作を検出するための請求項９〜１４に記載の各発明の装置を備える血液処理機器であることを特徴とする。
請求項１６に記載される発明は、請求項１５に記載された発明に加えて、前記血液処理機器が血液処理ユニット（１）を備え、動脈ホースライン（５）が前記血液処理ユニット（１）に至り、前記血液処理ユニット（１）から静脈ホースライン（７）が出発し、それによって、前記電気蠕動ホースポンプ（６）が、前記動脈ホースライン（５）に配置されることを特徴とする。

本発明の根底にあるのは、電気ポンプの消費電力が、電気蠕動ポンプの変位体、例えばローラポンプのローラによるホースラインの完全閉塞または部分閉塞とともに変化すると分かっていることである。本発明は、ポンプによって消費された電力または電力と相関する物理量、例えばポンプによって消費された電流を判断すること、ならびに測定された物理量から周期的に変化しない直流成分（ｄｉｒｅｃｔ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）と周期的に変化しかつ直流成分に重畳された交流成分（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）とを測定することに基づいている。ホースポンプの適切な動作を監視するために、消費電力の交流成分が消費電力の直流成分に対してどのように増減したのかを明らかにするように、血液処理中に監視が行われる。次いで、特に直流成分の特徴的な時間的変化があるときや交流成分の時間的変化があるときに、直流成分および交流成分に基づいてホースポンプの誤動作があると結論付けられる。

好ましい一実施形態では、予め設定された時間間隔での直流成分の時間的変化と交流成分の時間的変化が互いに関連付けられ、それによって、ホースポンプの誤動作が、ホースポンプの運転中の予め設定された時間間隔における直流成分の時間的変化と交流成分の時間的変化との間の確認された関係の時間的変化に基づいて、消費電力が結論付けられることによって評価される。

本発明は、特に、交流成分の時間的変化と直流成分の時間的変化の商が、蠕動ポンプの変位体がホースラインを完全または部分的にのみ閉塞しているかどうかを示す特性量であると分かっていることに基づいている。商は、好ましくは血液処理中に監視され、それによって、商が特定の制限値を下回った場合に、完全閉塞がもはや存在しないと結論付けることができる。制限値のレベルに応じて、閉塞度を明らかにすることができ、それを下回った場合に、ポンプの誤動作が推定される。有利には、いくつかの制限値を定義することもでき、これらの制限値は、閉塞の消失の開始を示したり、あるいは閉塞が既に少なくとも部分的に除去されているときだけ機能不良があるという結論付けることを可能にしたりする。

他の好ましい実施形態では、予め設定された時間間隔における交流成分および直流成分の時間的変化の測定、すなわち曲線の関数または勾配の導出はされないが、代わりに、交流成分（Ａ_ＡＣ）と直流成分（Ｉ_ＤＣ）の商（Ａ_ＡＣ／Ｉ_ＤＣ）が、ホースポンプの運転中に予め設定された時間間隔で算出され、予め設定された制限値と比較され、それによって、その商が予め設定された制限値を下回った場合に、ホースポンプの閉塞が不十分であると結論付けられる。しかし、直流成分と交流成分の商が決定されてもよく、それによって、その商が予め設定された制限値を上回った場合に、ホースポンプの閉塞が不十分であると結論付けられることもできる。しかし、他の条件が、閉塞の開始時だけ、計算された量の特性変化につながる限り、その条件を評価のために使用することもできる。

ポンプの消費電力と相関する測定された物理量の交流成分は、ポンプの設計に依存する。交流成分の周波数は、特にローラポンプのローラの数に依存する。回転子の周波数は既知であるので、交流成分は容易に判断されうる。例えばフーリエ解析を含む既知の数学的手順が、これに適している。

本発明による装置は、消費電力の直流成分および交流成分あるいは消費電力と相関する測定された物理量を判断するための手段と、ホースポンプの誤動作を確認するための手段とを備える。本発明による装置は、別個のサブアセンブリを形成することができ、あるいは知られている血液処理機器の構成部分とすることもできる。

体外血液処理機器、例えば血液透析機器における本発明による方法の使用および本発明による装置の使用は、体外血液回路内に配置された血液ポンプの適切な動作を監視するために特に有利であることが分かっている。しかし、医療技術機器や一般的な機械構造における他のすべてのホースポンプの動作もまた、本発明による方法および本発明による装置を用いて監視されうる。

本発明の実施形態例について、図面を参照することによりさらに詳細に説明する。図１は、血液処理機器のホースポンプを操作する本発明による装置を備える、本発明による体外血液処理機器を示す図である。図２は、人工透析処理中の血液ポンプの消費電力の直流成分および交流成分を処理期間の関数として示す図である。図３は、閉塞消失の開始時には完全に閉塞されているホースライン、および不完全に閉塞されてホースラインの、ローラポンプの運転中の動的圧力特性を示す図である。

体外血液処理機器、特に血液透析機器は、半透膜２によって血液チャンバ３と透析液チャンバ４に分離されているダイアライザ１を備える。血液ポンプ６が組み込まれている動脈血ライン５は、患者から血液チャンバ３の入口に至り、静脈血ライン７は、血液チャンバの出口から点滴チャンバ８を経由して患者に至る。電磁作動遮断弁１２は、静脈ホースライン７の点滴チャンバ８の下流側に配置される。

新鮮な透析液が、透析液源９内に準備される。透析液源９からは、透析液供給ライン１３がダイアライザ１の透析液チャンバ４の入口に至り、透析液排出ライン１４は、透析液チャンバの出口からドレイン２９に至る。透析液ポンプ１５は、透析液排出ライン１４に組み込まれている。

血液ポンプ６は、電動蠕動ホースポンプ、特にローラポンプであり、それによって、動脈血ライン５および静脈血ライン７は、ローラポンプ６に挿入されているフレキシブルホースラインである。静脈遮断弁１２は、電磁的に作動可能なホースクリップである。

透析機器は、制御ユニット１６を備え、制御ユニット１６は、制御ライン１６、１７を介して血液ポンプ６および透析液ポンプ１５に接続されている。制御ユニット１６は、血液ポンプ６および透析液ポンプ１２を操作するための特定の電圧または特定の電流を利用できるようにし、それにより、血液は、血液ライン５、７内を予め設定された血液流量Ｑ_ｂで流れ、透析液は、透析液ライン１３、１４内を予め設定された透析液流量Ｑ_ｄで流れる。さらに、制御ユニット１６は、制御ライン１９を介して静脈遮断弁１２を作動させる。

制御ユニット１６は別として、血液処理機器は、計算および分析ユニット２０を備え、計算および分析ユニット２０は、データライン２１を介して制御ユニット１６と通信する。計算および分析ユニット２０は、別のデータライン２２を介して警報ユニット２３に接続されており、警報ユニット２３は、光学警報および／または音響警報を発する。

静脈血ライン７内の圧力を測定するために、点滴チャンバ８に静脈圧センサ２４が配置され、静脈圧センサ２４は、データライン１１を介して計算および分析ユニット２０に接続される。

透析機器はまた、他の構成要素、例えば平衡装置および限外濾過装置も備えることができるが、これらの装置は、より明瞭にするために示されていない。

血液ポンプ６を操作する本発明による装置は、この実施形態例に体外血液処理機器の構成部分として記載されており、それによって、血液ポンプの適切な動作の監視が可能となる。しかし、原理的には、他の関連ポンプ、例えば代替ポンプの適切な動作も監視されうる。

電気蠕動ホースポンプを操作する装置は、体外血液処理機器に関連するものとしてこの実施形態例に記載されているが、ホースポンプを操作する装置は、ホースポンプの適切な動作を監視するためにすべての医療技術機器に使用されうる独立したサブアセンブリを形成することもできる。

血液ポンプ６を操作する装置の動作モードについて、以下に詳細に説明する。

血液ポンプ６は、ローラポンプである。ローラポンプは一般に知られているので、詳細な説明は必要ない。図３ａ〜３ｃは、ローラ２５のうちの１つだけが示されている、ローラポンプの動作モードの概略図である。ローラ２５は、示されていない回転子に回転可能に取り付けられている。この実施例では動脈血ライン５であるホースラインは、ローラ２５と固定子２７の間に位置し、ローラ通路２８をカウンタベアリングとして形成する。

図３ａ〜３ｃは、ほんの概略図を示す。ローラポンプの場合、ローラ通路は、ローラが取り付けられている回転子の周囲に円弧状に延びる。ローラ２５は、回転子にばね取り付けの態様でローラ通路２８に対してプレテンションされ、それにより、ローラは、ホースラインから浮き上がる（図では下方に移動。）ことができる。

図３ａは、ローラ２５がホースラインを完全に閉塞した場合を示し、図３ｂは、ローラがホースラインから浮き上がり始めている場合を示し、図３ｃは、ホースラインがもはやローラによって完全には閉塞されておらず、それにより、血液ポンプがもはや正しく動作していない場合を示す。

血液ポンプの動作の監視は、ポンプによって消費された電力の評価に基づいている。消費電力は、血液ポンプ６の直流モータに存在する電圧とモータに流れ込む電流の積から計算することができる。しかし、消費電力は、電力と相関する量を判断すれば十分でもある。電圧は一定と見なされうるので、モータの電流だけを測定すれば十分である。血液ポンプは、原理上、交流モータで操作されうることが指摘されるべきである。

ダイアライザ内の流れ抵抗は、体外血液処理（凝固）中に上昇することがある。これにより、血液ポンプ６の下流側とダイアライザ１の上流側の動脈血ライン５内の圧力が上昇することになるが、これを静脈圧センサ２４で測定することはできない。血液ポンプ６の消費電力は、動脈圧の上昇とともに増大する。

消費電力の分析結果は、ポンプによって消費された電力またはその電力と相関する物理量が、周期的に変化しない直流成分と周期的に変化する交流成分の両方を有することを示す。

図２は、血液ポンプの消費電力を、直流成分（ＤＣ）および交流成分（ＡＣ）に関する時間の関数として示す。

交流消費電力の大きさは、血液ポンプが完全に閉塞した場合、直流消費電力の大きさに比例する。適切なスケーリングにより、この場合曲線を一致させることができる。しかし、血液ポンプのローラが血液ホース部分から立ち上がり、その結果、ポンプの吐出量が減少した場合、その一致は消失する。これは、血液代替物を用いた体外人工透析の間、図２にグラフで示される。この処理の間、血液代替物は、過度の限外濾過によりダイアライザを凝固させる程度に濃縮され、それにより、上昇した動的圧力のせいで抵抗力がポンプのローラの復元力を上回り、閉塞が消失し始めるまで、ダイアライザ内の流れ抵抗は継続的に増大した。ポンプローラのストロークの減少により、モータの消費電力の変調幅は縮小するが、平均消費電力は、ホース部分内の高い流れ抵抗のせいで増大する。

図３ａ〜３ｃは、交流消費電力の振幅は閉塞（Ｏｋｋｌｕｓｉｏｎ）の消失とともに減少するが、直流消費電力は閉塞の消失とともに増大することを示す。

本発明による血液処理機器は、以下の通り動作する。

人工透析の準備をするために、制御ユニット１６は、ダイアライザを通る流れ抵抗が無視できるほど小さい値に血液流量Ｑ_ｂを設定する。すると、ダイアライザ１の上流側の動脈血ライン５内の圧力は、静脈圧センサ２４が測定する圧力に対応する。ここで、ポンプ６の電流が測定される。測定されたポンプ電流Ｉ_ｐ１は、圧力Ｐ_ｖｅｎに対応する。
Ｉ（ｐ＝Ｐ_ｖｅｎ（Ｑ_ｂ≒０））＝Ｉ_ｐ１ （式１）

次いで、制御ユニット１６は、静脈遮断弁１２、ならびに透析液供給ライン１３および透析液排出ライン１４の他の弁（明瞭にするために示されていない）とを閉め、それにより、血液ポンプ６はこのとき、復元力を発生させる位置にあるローラの圧力に逆らって作用する。実際に使用されるローラポンプの場合、この圧力は、技術的にかつ標準に従って約１．６〜１．８バールである。したがって、血液ポンプの消費電流は、１．６〜１．８バールの圧力に対応する。
Ｉ（ｐ＝Ｐ_Ｏｋｋ）＝Ｉ_ｐ２ （式２）

この圧力は、消費電力とダイアライザの上流側の圧力ｐ（Ｉ）との間の線形関係に従って、消費電流Ｉから判断されうる。

式３で得られた大きさは、計算および分析ユニット２０が利用可能である。静脈圧Ｐ_ｖｅｎは静脈圧センサ２４で測定され、血液ポンプ６は最低吐出量で動作し、それによって、電流Ｉ_ｐ１は、制御ユニット１６によって測定されるかまたは事前設定される。動脈血ライン６内の圧力Ｐ_ｏｋｋは、ポンプのタイプに依存するものであり、１．６〜１．８バールの値に想定される。

血液処理の間、動脈血ライン５内の動脈圧は、計算および分析ユニット２０によって式３に従って連続的に計算される。

血液処理の間、さらに、計算および分析ユニット２０は、消費電力または消費電力と相関する物理量、特にポンプ電流から直流成分（直流消費電力）および交流成分（交流消費電力）を連続的に測定する。回転子周波数とローラ数の積から得られる周波数は、交流成分の基準を形成する。血液ポンプがホースラインを完全に閉塞している限り、交流消費電力の振幅Ａ_ＡＣの時間的変化と直流消費電力Ｉ_ＤＣの時間的変化との商は一定である。すなわち、振幅変調Ａ_ＡＣの勾配と平均直流消費電流Ｉ_ＤＣの勾配は、互いに線形関係で推移する。

Ｔがローラ数に対して標準化された血液ポンプの周期で、φが位相位置の標準化、すなわち積分間隔に使用される変調Ａ_ＡＣと三角関数ｓｉｎ（ｘ）の間の位相シフトであるとすると、下記式が成立する。

式４で得られた比がもはや一定ではなく、ゼロに向い始めた場合、血液ポンプの閉塞は減少し、すなわち、血液ポンプのローラがホース部分から立ち上がる。これは、特にその比が負の符号を前提としたときのケースである。

閉塞が完全になくなった場合、下記式が成立する。

処理の間、計算および分析ユニット２０は、式４に従って交流消費電力Ａ_ＡＣと直流消費電力Ｉ_ＤＣの時間的変化の商を連続的に計算する。計算および分析ユニット２０は、必要な演算処理を実行するための、特に微分を形成するためのマイクロプロセッサを備える。

計算および分析ユニット２０は、確認された商を予め設定された制限値と比較する。確認された商が、第１の予め設定された制限値よりも大きい、すなわち一定である場合（式４）、血液ポンプ６は、動脈血ライン５を完全に閉鎖していると推定される（図３ａ）。しかし、第１の制限値を下回った場合、計算および分析ユニット２０は第１の警報信号を生成し、それにより、警報ユニット２３は第１の光学警報および／または音響警報を発し、それが、血液ポンプのローラがホースラインから立ち上がり始めていることを示す（図３ｂ）。さらに、第１の制限値よりも小さい別の第２の制限値を下回った場合、計算および分析ユニットは、第２の警報信号を生成し、それにより、警報ユニットは第２の警報を発し、それが、血液ポンプがもはやホースラインを完全には閉塞していないことを示す（図３ｃ）。その場合、ダイアライザ１内の流れ抵抗の増大により、動脈血ライン５内の圧力が予め設定された制限値を上回っているためホースポンプの適切な動作はもはや存在しない。

代替実施形態では、商を制限値と比較することなく、予め設定された時間間隔における消費電力の直流成分と交流成分の時間的変化、すなわち量の増大（勾配）の測定値を以下の方法で論理的に関連付けるための準備をする。

消費電力の直流成分と交流成分の両方が増大した場合、動脈圧が上昇しているという結論が引き出される。消費電力の直流成分だけが増大したが、消費電力の交流成分が静止したままである場合、血液ポンプの閉塞が減少し始めているという結論が引き出される。消費電力の交流成分が、消費電力の直流成分の増大とともに減少し始めた場合、血液ポンプのローラがホースラインから浮き上がっているという結論が引き出される。ポンプローラが浮き上がった後、消費電力の直流成分と交流成分の両方が静止したままである場合、計算および分析ユニット２０は、血液ポンプ６がもはや吐出していないことを確認する。

原理的には、２つの評価手順を互いに関連付けることも可能であり、それによって、予め設定された制限値を上回るかまたは下回っているという事実、および消費電力の交流成分と直流成分の論理ＡＮＤ結合の両方が考慮される。

単に直流成分と交流成分の商を監視することも可能である。図２から分かるように、この商は、ポンプが非閉塞態様で動作している間、ある範囲で一定のままである。しかし、後の時間での曲線形状の逸脱は商の変化（減少）につながり、これは、機能不良として検出される。

本発明は、ホースポンプの適切な動作の信頼できる監視を可能にする、電気蠕動ホースポンプ、特に体外血液処理機器のホースポンプを操作する方法および装置であり、医療技術装置、特に体外血液処理装置に利用可能なものである。

血液処理機器のホースポンプを操作する本発明による装置を備える、本発明による体外血液処理機器を示す図である。 人工透析処理中の血液ポンプの消費電力の直流成分および交流成分を処理期間の関数として示す図である。 閉塞消失の開始時には完全に閉塞されているホースライン、および不完全に閉塞されてホースラインの、ローラポンプの運転中の動的圧力特性を示す図である。

符号の説明

１ ダイアライザ、血液処理ユニット
２ 半透膜
３ 血液チャンバ
４ 透析液チャンバ
５ 動脈血ライン
６ 血液ポンプ、ローラポンプ
７ 静脈血ライン
８ 点滴チャンバ
９ ドレイン
１２ 電磁作動遮断弁、静脈遮断弁
１３ 透析液供給ライン
１４ 透析液排出ライン
１５ 透析液ポンプ
１６ 制御ユニット
１７ 制御ライン
１９ 制御ライン

Claims (16)

1. ホースライン内における流体を運ぶための電気蠕動ホースポンプの誤動作を検出する方法であって、前記ポンプの運転中に、前記ポンプによる消費電力または該電力と相関する物理量が測定され、周期的に変化しない直流成分と周期的に変化しかつ前記直流成分に重畳された交流成分とが前記測定量で決定され、その決定量による前記直流成分および前記交流成分に基づいて前記ホースポンプの変位体によるホースラインの閉塞に関する誤動作があるとホースポンプの誤動作を判断するための手段によって結論付けられることを特徴とする電気蠕動ホースポンプの誤動作を検出する方法。
2. 前記ホースポンプの運転中に、予め設定された時間間隔での前記直流成分の時間的変化（ｄ／ｄｔ Ｉ_ＤＣ）と前記交流成分の時間的変化（ｄ／ｄｔ Ａ_ＡＣ）が互いに関係付けられ、前記直流成分の時間的変化と前記交流成分の時間的変化との間の前記関係付けられた関係の時間的変化に基づいて前記ホースポンプの誤動作があるとホースポンプの誤動作を判断するための手段によって結論付けられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記交流成分の時間的変化（ｄ／ｄｔ Ａ_ＡＣ）と前記直流成分の時間的変化（ｄ／ｄｔ Ｉ_ＤＣ）の商（ｄＡ_ＡＣ／ｄＩ_ＤＣ）とが予め設定された時間間隔で算出され、予め設定された制限値と比較され、前記商が前記予め設定された制限値を下回った場合に、前記ホースポンプの閉塞が不十分であるとホースポンプの誤動作を判断するための手段によって結論付けられることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記交流成分（Ａ_ＡＣ）と前記直流成分（Ｉ_ＤＣ）の商（Ａ_ＡＣ／Ｉ_ＤＣ）が、予め設定された時間間隔で算出され、予め設定された制限値と比較され、前記商が前記予め設定された制限値を下回った場合に、前記ホースポンプの閉塞が不十分であるとホースポンプの誤動作を判断するための手段によって結論付けられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記ホースポンプが閉塞型ローラポンプであり、前記ホースラインが、カウンタ−ベアリングでローラ通路を形成する固定子と回転可能に取り付けられたローラが取り付けられている回転子との間に挿入されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記ホースポンプにおける下流側の圧力は、前記電力と相関する物理量から決定されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 体外血液処理機器の電気蠕動ホースポンプの誤動作を検出するものであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記蠕動ホースポンプは、動脈ホースラインに配置され、前記動脈ホースラインが血液処理ユニットに至り、前記血液処理ユニットから静脈ホースラインが出発し、それによって、前記動脈および静脈のホースラインが、前記血液処理ユニットとともに体外血液回路を形成していることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の電気蠕動ホースポンプの誤動作を検出する方法。
9. ホースライン内における流体を運ぶための電気蠕動ホースポンプの誤動作を検出する装置であって、
   前記ポンプの運転中に前記ポンプによって消費される電力または前記電力と相関する物理量を測定するための手段（１６、２０）を備え、
   前記測定量から、周期的に変化しない直流成分および周期的に変化する交流成分を測定するための手段（１６、２０）と、
   前記ホースポンプの運転中に、前記直流成分および前記交流成分に基づいて前記ホースポンプの変位体によるホースラインの閉塞に関する誤動作があると結論付けられるように設計された、前記ホースポンプの誤動作を判断するための手段（１６、２０）と
   を備えることを特徴とする装置。
10. 前記ホースポンプの誤動作を確認するための前記手段（１６、２０）は、前記ホースポンプの運転中に、予め設定された時間間隔での前記直流成分の時間的変化（ｄ／ｄｔ Ｉ_ＤＣ）と前記交流成分の時間的変化（ｄ／ｄｔ Ａ_ＡＣ）が互いに関係付けられ、前記直流成分の時間的変化と前記交流成分の時間的変化との間の前記関係付けられた関係の時間的変化に基づいて前記ホースポンプの誤動作があると結論付けられるように設計されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記ホースポンプの誤動作を確認するための前記手段（１６、２０）は、前記交流成分の時間的変化（ｄ／ｄｔ Ａ_ＡＣ）および前記直流成分の時間的変化（ｄ／ｄｔ Ｉ_ＤＣ）の商（ｄＡ_ＡＣ／ｄＩ_ＤＣ）が、前記ホースポンプの運転中に予め設定された時間間隔で算出され、予め設定された制限値と比較され、前記商が前記予め設定された制限値を下回った場合に、前記ホースポンプの閉塞が不十分であると結論付けられるように設計されることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記ホースポンプの誤動作を確認するための前記手段（１６、２０）は、前記交流成分（Ａ_ＡＣ）と前記直流成分（Ｉ_ＤＣ）の商（Ａ_ＡＣ／Ｉ_ＤＣ）が、前記ホースポンプの運転中に予め設定された時間間隔で算出され、予め設定された制限値と比較され、前記商が前記予め設定された制限値を下回った場合に、前記ホースポンプの閉塞が不十分であると結論付けられるように設計されことを特徴とする請求項９に記載の装置。
13. 前記ホースポンプが閉塞型ローラポンプ（６）であり、前記ホースラインが、カウンタベアリングでローラ通路を形成する固定子と回転可能に取り付けられたローラが取り付けられている回転子との間に配置されることを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 前記装置が、前記ホースポンプにおける下流側の圧力を決定するための手段（１３）を備え、前記手段（１３）は前記圧力が前記電力と相関する物理量から決定されように設計されることを特徴とする請求項９から１３に記載の装置。
15. 電気蠕動ホースポンプ（６）を具備する血液処理装置において、該電気蠕動ホースポンプ（６）を運転するための請求項９から１４のいずれか１項に記載の電気蠕動ホースポンプの誤動作を検出する装置を備えることを特徴とする血液処理機器。
16. 前記血液処理機器が血液処理ユニット（１）を備え、動脈ホースライン（５）が前記血液処理ユニット（１）に至り、前記血液処理ユニット（１）から静脈ホースライン（７）が出発し、それによって、前記電気蠕動ホースポンプ（６）が、前記動脈ホースライン（５）に配置されることを特徴とする請求項１５に記載の血液処理機器。

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