JP5878487B2 - 第1流体流と第2流体流の差異を測定するセンサを備えたカセット - Google Patents
第1流体流と第2流体流の差異を測定するセンサを備えたカセット Download PDFInfo
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Description
カセットが血液と透析液の両方を輸送する流体系を備えることもあり得るが、この場合にセンサは、血液輸送流体系または透析液輸送流体系の一部をなすことができる。とりうる一実施形態においては、単一センサにおいて、血液がその第1流路を流れ、透析液がその第2流路を流れるように構成されうる。別のとりうる実施形態においては、複数のセンサが設けられ、2つの流路が血液輸送流体系に存在し、2つの流路が透析液輸送流体系に存在するように構成されうる。
ここで第1流路および第2流路は、第1流路における第1流体流が、第2流路における第2流体流と逆方向に流れるか、もしくは、第1流体流および第2流体流が同じ方向に流れるように構成することができる。
本発明に係る実施形態の一例においては、前記少なくとも3つの部材は、略直方体の形状を呈している。また本発明に係る実施形態の一例においては、前記少なくとも3つの部材は、その他の適当な形状を備えることもできる。
本発明に係る実施形態の一例においては、前記少なくとも1つのポンプは、血液ポンプ、透析液ポンプ、および限外濾過ポンプのいずれかである。
本発明に係る実施形態の一例においては、前記少なくとも3つの部材は、略直方体の形状を呈している。また本発明に係る実施形態の一例においては、前記少なくとも3つの部材は、その他の適当な形状を備えることもできる。
透析装置は、カセット10の収容が可能な収容手段を備えている。カセット10は、本例の実施形態によれば、カセット10を透析装置に挿入して、所望の位置に配置することを可能にする2つのセンタリングユニット107を備えている。センタリングユニット107は、例えば、透析装置から突き出たピンを受けるガイド孔とすることができる。本発明によれば、透析装置にカセット10を挿入するために他の手段を使用することもでき、センタリングユニット107に限定されるわけではない。
さらに患者の血液から水を除去するため、半透膜の透析液側と血液側との圧力差により、半透膜を介して血液から流体を濾過して透析液に送り込むことができる。患者の血液から濾過されて透析側に送り込まれる単位時間あたりの流体量は、限外濾過量として知られており、各個別の事例毎に、担当する医師によって指示される。
透析フィルタ11における流体輸送により、透析液フィルタ11から流出する透析液流106は、透析フィルタ11に流入する透析液流105より多くなる。2つの透析液流105、106間の差異は患者の血液から生じるものであり、当該差異は限外濾過量に等しくなる。
例えば、透析液ポンプ104を蠕動式ローラポンプとすることにより、透析液が透析装置の上流における圧閉(オクルージョン)によってポンプ輸送される場合、限外濾過ポンプ108により透析液フィルタ11の半透膜を介して透析フィルタ11から追加的に除去される液体は、血液に由来するものに違いなく、したがって限外濾過液に相当する。この場合、限外濾過は連続して行なうことができる。
また例えば、透析液ポンプ104を遠心力ポンプとすることにより、透析液が透析装置の上流における圧閉によってポンプ輸送されない場合、限外濾過ポンプ108のポンプ輸送中に透析液流体回路を圧閉する手段を、透析フィルタ11の上流に追加的に設けることを要する(例えば、図1の(b)には示されていない圧搾弁)。この場合、限外濾過ポンプ108により透析液フィルタ11の半透膜を介して透析フィルタ11から追加的に除去される液体は、血液に由来するものに違いなく、したがって限外濾過液に相当する。この場合、限外濾過は周期的に行なうことができる。よって透析ポンプ104と限外濾過ポンプ108は交互に動作する。
この実施形態の例は、図1に示す実施形態の例と同様に構成することができるが、入口102の血液が、ここではセンサ101の第1流路1011を通って流れるという違いがある。血液は、そこから透析フィルタの下方の血液入口を介して送り込まれ、フィルタを通り、フィルタの上方の血液出口からセンサの第2流路1012に通される。原理上は、両方の実施形態を単一のカセット10に組み込むことも可能であり、この場合カセット10は2つのセンサ101を備えることになる。
電圧は、適合する電圧計測ユニット(例えば電極群)を用いてセンサ101で捕捉される。このような電圧計測ユニットの使用は周知であるため、詳細な説明は行わない。例えば、電極群の使用を開示する特許文献2を参照されたい。本発明によれば、任意の適合する公知の電圧計測ユニットを用いることができる。
本発明によれば、用いられる電圧計測ユニットは4つの電圧計測ユニットに限定されるものではなく、様々な構成を採りうる。本例の実施形態においては、電極群が電圧計測ユニットとして用いられる。
測定電圧を透析装置に伝送または送信するため、センサ101は少なくとも1つの送信ユニットを備えている。本例の実施形態においては、この送信ユニットは接点である。さらに、本例の実施形態においては、接点の形態をなす4つの送信ユニット1013が用いられる。
本発明によれば、用いられる送信ユニット1013の数は4つに限定されるものではなく、様々な構成を採りうる。本例の実施形態においては、送信ユニット1013の数は、電圧計測ユニットの数に対応する。したがって電圧計測ユニットとして用いられる各電極は、1つの送信ユニットすなわち1つの接点1013に割り当てられる。接点1013は、4つの電極の接点である。
本例の実施形態においては、接点1013は、センサ101の一方の側においてセンサ101から導出されて、透析装置に導電接続される。これらの接点1013によって、センサ101は、測定または捕捉された電圧値を透析装置に送信し、透析装置は接点1013からの電圧値を読み取ることが可能になる。
この電子回路は、センサ101の電圧計測ユニットからの電圧値を処理し、例えば無線により、あるいは受信器のコイルの負荷変調を通じて、非接触で透析機または透析装置に送信される信号を生成するように構成することができる。
本例の実施形態によれば、流路1011および1012は、直方体として例示されている。しかしながら本発明は、直方体流路に限定して適用されるものではなく、例えば円筒形のように他の流路がとりうる形状にも適用できることに留意すべきである。2つの流路1011、1012は、同様または同一の形態(形状、サイズ、寸法)を有するものとされる。
センサ101内の計測セル21は、血流または透析液流105、106の方向に対して、または流路1011、1012に対して垂直に向けられた磁界内に送り込まれると、流体内で正電荷キャリアと負電荷キャリアの電荷分離が生じることになる。この場合の駆動力はローレンツ力である。
血流または透析液流105、106、もしくは流路1011、1012に対する磁界の垂直配向は、図2において矢印20により明らかにされている。血流および透析液流105、106の平衡をとるため、発生する電荷によって流路1011、1012に生じる電圧が測定される。
U=BvD (1)
ここで、Uは電圧であり、Bは磁界強度であり、vは流速であり、Dは流路1011、1012の内径である。
2つの電圧間の差異の計算結果がゼロでない値になると、2つの流路1011、1012における体積流量は等しくないと断言できる。これは透析装置において通常起こる事態である。流路1011からの血流または透析液流105は、計測セル21を通過した後、血流または透析液流106として流路1012の入口に直接還流することはなく、まずフィルタ11に向かい、そこで行なわれる限外濾過の結果として、流体流に変化が生じるからである。透析システムの分野では、流路1011、1012の電圧差から導き出される流量は、限外濾過量とされる。
U1−U2=v1−v2 (2)
ここで、v1−v2は、2つの流路1011、1012間における流量差であり、本実施形態によれば、この流量差は限外濾過量と同じである。
本例の実施形態においては、電圧計測ユニット31、32は電極である。この場合、各流路1011、1012は、流路1011、1012の対向する側面のそれぞれに電極31、32を備えている。本例の実施形態によれば、電極31、32は磁界の配向20に対して平行に配置されている。
2つの電圧間の差異の計算が、当業者には周知の方法で、例えばアナログ減算回路によって、あるいは当該目的のために設けられた計算装置における測定値のデジタル化および後続の数学的演算によって行われる。これらは、透析機または透析装置の制御装置の一部をなすことができる。
本例の実施形態においては、流路41、42のそれぞれは電圧計測ユニット411、421を備えている。また電圧計測ユニット411、421は電極であり、対向する流路41、42の外壁に配置されている。これらの外壁は、磁界の配向20に対して平行に配置されたものである。各電極411、421は、対応する流路41、42の電圧値を直接供給する。
両方の流路41、42の電圧を測定するための電極の形態をなす共通電圧計測ユニット43が、電極411、421間において、電極411、421と同じ高さで隔壁40に配置されている。図3に示した実施形態の例とそれぞれ同様に、各流路41、42の電圧値を求めるために、電極411、421、43によって測定された流路41、42の電圧値に基づいて、さらなる計算が必要になる。
図3を参照して説明したように、当業者はこのような計算(例えば、振幅または平均電圧を用いるもの)に精通しているため、ここでは詳述しないことにする。本発明においては、現状に適した一般に使用されている計算方法を選択して用いることができる。
本例の実施形態においては、共通の中央電極の電位に基づいて、信号が対称に加えられる。このために必要とされるのは、当業者には周知の追加電子評価ユニットだけである。
本例の実施形態においては、計測セル21は、対称性を有する部材51、52、53から製造することが望ましい。本例においては、部材51、52、53は、同じ射出成形金型または単一金型から製造される。3つの部材51、52、53は、同様の形状および寸法を有している。部材51、52、53の形状は略直方体であり、反対側となる側面にそれぞれ流溝50を備えている。
本例の実施形態においては、3つの部材51、52、53は、流溝50が設けられた側面を次々と上に積み重ねて接合される。部材51、52、53のそれぞれは、接合される側面の一方に突起56を備え、接合されるもう一方の側面に突起56を収容する凹部57を備えている。部材51、52、53を次々と上に積み重ねると、対応する突起56と凹部57が嵌合し、締結装置として機能する。
本例の実施形態においては、突起56と凹部57は、一例としてほぼ直方体の形状を呈している。本発明は、突起56と凹部57の形状を直方体形状に限定するものではなく、突起56と凹部57として適当な他の形状をとりうることに留意すべきである。また本発明によれば、他の適当な締結装置を用いることもできる。
図5の(b)は、部材51、52、53から組み立てられ、上下に並んで平行に延びる同一構成の2つの流路54_1、54_2を備える完成体構造を示している。
本例の実施形態においては、部材62、63における溝60が形成された片側面は、部材61、62の溝60が形成されていない片側面に組み合わせられる。このとき、溝60が上下に並んで平行に延びるように、同一構成の部材61、62、63が確実に組み合わせられる必要がある。
図6の(b)には、部材61、62、63の組立てによって生じる流路64_1および64_2が明瞭に示されている。本例の利点は、流路54_1、52_2の上方部分と流路54_1、52_2の下方部分のように慎重に位置合わせをする必要がないため、部材61、62、63の100%正確な位置決めが求められず、わずかなずれが許容されうるという点にある。
図5に示す実施形態の例と同様に、突起66と凹部67は、一例としてほぼ直方体の形状を呈している。本発明は、突起66と凹部67の形状を直方体形状に限定するものではなく、突起66と凹部67として適当な他の形状をとりうることに留意すべきである。また本発明によれば、他の適当な締結装置を用いることもできる。
例示された流路54_2は、電圧計測ユニットとして2つの電極55を備えている。ここで、左側に配置された電極55は、負電荷キャリアの電圧を測定するように構成されており、右側に配置された電極55は、正電荷キャリアの電圧を測定するように構成されている。先に説明したように、正電荷キャリアと負電荷キャリアの電荷分離は、計測セル21またはセンサ101において流路54_2に対して垂直な磁界の作用によって生じる。
理解を容易にするために、図7には、本例の実施形態にとって不可欠な透析装置7の部品、ユニットや構成要素が示されている。もちろん当該透析装置7は、通常備えられる、その意図する目的にしたがって機能できるようにするための他の部品、ユニットや構成要素を有しうる。理解を容易にするために、これらの部品、ユニットや構成要素は、図7には示していない。
図1に示した実施形態の例について説明したように、カセット10には、患者からの血流または透析液流105と、患者への血流または透析液流106の平衡をとるためのセンサ101が含まれている。本例の実施形態においては、2つの流体流105、106は、センサ101における各流路1011、1012において、互いに平行かつ逆方向に流れる(流体流105、106は、同じ方向に流れるようにしてもよい。)
本例の実施形態に係る透析装置7は、電圧計測ユニットによって測定された電圧値を用いて、各流路1011、1012の対応する電圧値を求める。各流路1011、1012ごとに複数の電圧計測ユニットによって複数の電圧値が測定された場合、例えば、平均演算を用いうる。複数の測定電圧値から一般的な代表電圧値を求めるためのこのような演算は、当業者には周知であるため、ここでは当該演算についてこれ以上詳述しないことにする。
制御・調整ユニット72は、現在の電圧間の差異を受信し、当該差異の評価後、当該差異が医師によって指示された限外濾過量に一致しないと判断した場合には、例えば、血液ポンプと透析液ポンプの少なくとも一方を適切に調整することによって、流量を制御または調整することができる。制御・調整ユニット72は、血液ポンプと透析液ポンプの少なくとも一方を適切に調整することによって、血流または透析液流105、106の少なくとも一方の制御または調整を実施し、当該制御または調整後に現在の限外濾過量または流路1011、1012の電圧間の差異が、指示された限外濾過量または流路1011、1012の電圧間の差異に一致するようにする。
したがって例えば、センサの流路や、2つの流路を備えた構造を形成するための部材に形成された流体が通る溝は、様々な形状とすることができる。また流路に関する代表電圧値を求めるために、流路に関して測定された様々な電圧または電圧値を用いて様々な計算方法を採用することができる。
Claims (21)
- 透析システムにおいて使用される第1流体流および第2流体流を流すためのカセットであって、
当該カセットは、前記第1流体流と前記第2流体流の差異を求めるための装置としてセンサを備えており、
前記センサは、前記第1流体流を流すための第1流路と、前記第2流体流を流すための第2流路とを備えており、
前記第1流路および前記第2流路は、同一の形状および寸法を有する少なくとも3つの部材から形成されており、
前記少なくとも3つの部材の各々には、互いに逆を向く2つの面の少なくとも一方に流溝が形成されており、
前記少なくとも3つの部材が前記流溝が形成されている側に積み重ねられることにより、または並べられることにより組み立てられて、前記第1流路が当該少なくとも3つの部材のうち第1部材と第2部材の間に形成され、前記第2流路が当該少なくとも3つの部材のうち当該第2部材と第3部材の間に形成され、
前記第1流路および前記第2流路は、同一の形状を有するとともに、互いに平行に延び、上下方向または横方向に並んで配置されている、カセット。 - 前記第1流路および前記第2流路は、互いに平行に延びるように配置されており、
前記センサは、前記第1流体流と前記第2流体流の差異を求めるために、前記第1流路および前記第2流路を磁界に曝すように構成されており、
前記磁界は、前記第1流路および前記第2流路に対して略直交する向きに配向されている、請求項1に記載のカセット。 - 前記磁界により、前記第1流路の前記第1流体流および前記第2流路の前記第2流体流において正電荷キャリアと負電荷キャリアの分離が起こり、
前記センサは、前記第1流体流において起こる前記正電荷キャリアと負電荷キャリアの分離、および前記第1流路内の前記第1流体流の流れにより生ずる第1電圧を測定するとともに、前記第2流体流において起こる前記正電荷キャリアと負電荷キャリアの分離、および前記第2流路内の前記第2流体流の流れにより生ずる第2電圧を測定するように構成されており、
前記第1電圧および前記第2電圧は、前記第1流体流と前記第2流体流の差異を求めるために用いられる、請求項2に記載のカセット。 - 前記センサは、透析治療用装置に少なくとも1つの信号を送信するように構成されており、当該信号は、測定された前記第1電圧および前記第2電圧、または当該測定された前記第1電圧および前記第2電圧より取得された値を含んでいる、請求項3に記載のカセット。
- 前記第1流路のための少なくとも1つの電圧計測ユニットが前記第1流路に配置されるとともに、前記第1電圧を測定するように構成されており、
前記第2流路のための少なくとも1つの電圧計測ユニットが前記第2流路に配置されるとともに、前記第2電圧を測定するように構成されている、請求項3または4に記載のカセット。 - 前記少なくとも3つの部材は締結装置を有しており、当該締結装置により当該少なくとも3つの部材は嵌合される、請求項1から5のいずれか一項に記載のカセット。
- 前記第1流路は、前記第1流体流の流れの結果として前記第1流体流に起こる前記分離により生ずる電圧を測定するように構成された追加の電圧計測ユニットを備え、
前記第1流路のための少なくとも1つの電圧計測ユニットは、前記第1流路において前記追加の電圧計測ユニットが配置された側面と対向する側面に配置されるとともに、前記磁界は、これらの側面と平行な向きに配向されており、
前記第2流路は、前記第2流体流の流れの結果として前記第2流体流に起こる前記分離により生ずる電圧を測定するように構成された追加の電圧計測ユニットを備え、
前記第2流路のための少なくとも1つの電圧計測ユニットは、前記第2流路において前記追加の電圧計測ユニットが配置された側面と対向する側面に配置されるとともに、前記磁界は、これらの側面と平行な向きに配向されている、請求項5に記載のカセット。 - 前記少なくとも3つの部材は締結装置を有しており、当該締結装置により当該少なくとも3つの部材は嵌合される、請求項7に記載のカセット。
- 請求項1から8のいずれか一項に記載のカセットを備えている、透析治療用装置。
- 第1電圧と第2電圧の間の差異を含む信号を捕捉するように構成されており、
前記第1電圧は第1流体流に対応し、前記第2電圧は第2流体流に対応しており、
前記カセットにおける前記センサの前記第1電圧および前記第2電圧が測定される、請求項9に記載の透析治療用装置。 - 前記信号を用いて少なくとも1つのポンプの送出量を制御するように構成された制御ユニットを備えており、
前記少なくとも1つのポンプは、血液ポンプ、透析液ポンプ、および限外濾過ポンプのいずれかである、請求項10に記載の透析治療用装置。 - 同一形状および寸法を有する少なくとも3つの部材を備える構造であって、
前記少なくとも3つの部材の各々には、互いに逆を向く2つの面の少なくとも一方に流溝が形成されており、
前記少なくとも3つの部材が前記流溝が形成されている側に積み重ねられることにより、または並べられることにより組み立てられて、第1流路が当該少なくとも3つの部材のうち第1部材と第2部材の間に形成され、第2流路が当該少なくとも3つの部材のうち当該第2部材と第3部材の間に形成され、
前記第1流路および前記第2流路は、同一の形状を有するとともに、互いに平行に延び、上下方向または横方向に並んで配置されており、
透析システムにおいて使用される第1流体流と第2流体流の差異を求めるための装置としてのセンサが設けられており、
前記第1流路は前記第1流体流を流すように構成されたものであり、前記第2流路は前記第2流体流を流すように構成されたものである、構造。 - 前記少なくとも3つの部材は締結装置を有しており、当該締結装置により当該少なくとも3つの部材は嵌合される、請求項12に記載の構造。
- 透析システムにおいて使用される第1流体流と第2流体流の差異を求めるためのセンサであって、
前記センサは、前記第1流体流を流すための第1流路と、前記第2流体流を流すための第2流路とを備えており、
前記第1流路および前記第2流路は、同一の形状および寸法を有する少なくとも3つの部材から形成されており、
前記少なくとも3つの部材の各々には、互いに逆を向く2つの面の少なくとも一方に流溝が形成されており、
前記少なくとも3つの部材が前記流溝が形成されている側に積み重ねられることにより、または並べられることにより組み立てられて、前記第1流路が当該少なくとも3つの部材のうち第1部材と第2部材の間に形成され、前記第2流路が当該少なくとも3つの部材のうち当該第2部材と第3部材の間に形成され、
前記第1流路および前記第2流路は、同一の形状を有するとともに、互いに平行に延び、上下方向または横方向に並んで配置されている、センサ。 - 前記第1流路および前記第2流路は、互いに平行に延びるように配置されており、
前記センサは、前記第1流体流と前記第2流体流の差異を求めるために、前記第1流路および前記第2流路を磁界に曝すように構成されており、
前記磁界は、前記第1流路および前記第2流路に対して略直交する向きに配向されている、請求項14に記載のセンサ。 - 前記磁界により、前記第1流路の前記第1流体流および前記第2流路の前記第2流体流において正電荷キャリアと負電荷キャリアの分離が起こり、
前記センサは、前記第1流体流において起こる前記正電荷キャリアと負電荷キャリアの分離、および前記第1流路内の前記第1流体流の流れにより生ずる第1電圧を測定するとともに、前記第2流体流において起こる前記正電荷キャリアと負電荷キャリアの分離、および前記第2流路内の前記第2流体流の流れにより生ずる第2電圧を測定するように構成されており、
前記第1電圧および前記第2電圧は、前記第1流体流と前記第2流体流の差異を求めるために用いられる、請求項15に記載のセンサ。 - 前記センサは、透析治療用装置に少なくとも1つの信号を送信するように構成されており、当該信号は、測定された前記第1電圧および前記第2電圧、または当該測定された前記第1電圧および前記第2電圧より取得された値を含んでいる、請求項16に記載のセンサ。
- 前記第1流路のための少なくとも1つの電圧計測ユニットが前記第1流路に配置されるとともに、前記第1電圧を測定するように構成されており、
前記第2流路のための少なくとも1つの電圧計測ユニットが前記第2流路に配置されるとともに、前記第2電圧を測定するように構成されている、請求項16または17に記載のセンサ。 - 前記少なくとも3つの部材は締結装置を有しており、当該締結装置により当該少なくとも3つの部材は嵌合される、請求項14から18のいずれか一項に記載のセンサ。
- 前記第1流路は、前記第1流体流の流れの結果として前記第1流体流に起こる前記分離により生ずる電圧を測定するように構成された追加の電圧計測ユニットを備え、
前記第1流路のための少なくとも1つの電圧計測ユニットは、前記第1流路において前記追加の電圧計測ユニットが配置された側面と対向する側面に配置されるとともに、前記磁界は、これらの側面と平行な向きに配向されており、
前記第2流路は、前記第2流体流の流れの結果として前記第2流体流に起こる前記分離により生ずる電圧を測定するように構成された追加の電圧計測ユニットを備え、
前記第2流路のための少なくとも1つの電圧計測ユニットは、前記第2流路において前記追加の電圧計測ユニットが配置された側面と対向する側面に配置されるとともに、前記磁界は、これらの側面と平行な向きに配向されている、請求項18に記載のセンサ。 - 前記少なくとも3つの部材は締結装置を有しており、当該締結装置により当該少なくとも3つの部材は嵌合される、請求項20に記載のセンサ。
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