JP6195825B2 - ポンプ装置により輸送される液体中のガスを測定するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、ポンプ装置により輸送される液体中のガスを測定するための方法及び装置に関する。

医療用液体を輸送、計量及び投与する場合、輸送される液体中のガス含有量を検出することが重要である。特に、腹膜透析、血液透析、血液ろ過及び関連方法の分野において、液体の正確な投与量を確保するためには、輸送される液体中における空気の体積含有率を測定することは不可避である。透析分野において使用される透析液は例えば多数の物質により構成されるが、それらの物質の型や量は各々の患者用に適切に調整された処方の要請に適合させたものでなければならない。透析装置の基本的な役割は、正確な所定の投与速度における輸送と共に、計量目的で輸送される量の定量的な検出である。

正確な投与を行うために、特許ＥＰ０９４１４０４Ｂ２において提供されるのは、液体、特に例えば血液や透析液等の医療用液体の輸送、計量及び投与のためのポンプ装置である。特にポンプのポンプチャンバ圧及び１回ストローク量が作動パラメータとして測定されるピストンダイヤフラムポンプが提供されている。これら２つのパラメータは間接的に測定することが可能である。この目的において、特にポンプチャンバ圧に対応するピストンダイヤフラムポンプの駆動圧を測定することが可能であり、また１回ストローク量を測定する経路又はポンプの機械的輸送手段の変位を検出することが可能である。

特許出願ＤＥ１９９１９５７２Ａ１によれば、例えば上述のポンプを通じて輸送される、例えば血液や透析液等の液体中のガス含有量を計測するための方法及び装置が既に知られている。本文献においては、ガス含有量を測定するために特別に備えられた測定手段は完全に省略可能であり、例えば透析に使用される輸送、計量及び投与装置を直接利用可能であることが既に提供されている。従って、特許出願ＤＥ１９９１９５７２Ａ１によれば、対応するガスが含まれる液体はポンプによって輸送されると共に、体積及び圧力変化を生じる。体積及び圧力変化を示すポンプの作動パラメータが検出され、ポンプの作動パラメータからガス含有量が測定される。

特許出願ＤＥ１９９１９５７２Ａ１によれば、液体／ガス混合物の圧力変化が得られるのは、好ましくは混合物が所定の圧力値にまで圧縮又は減圧される、すなわち所定の過圧又は負圧になる場合である。第１のステップにおいて混合物の開始圧が検出され、第２のステップにおいてポンプチャンバの流入口及び流出口を閉じることにより密封された体積量が生じ、第３のステップにおいて密封された体積量は開始圧とは異なる終了圧となる。

このようにして密封された混合物量の終了圧及び体積変化が検出される。ガス含有量測定の原則はボイルの法則であり、これによればガスがより小さい体積にまで圧縮される場合に一定温度下でガス圧が増加する。このとき、液体は実質的には圧縮することはできないため、圧縮に伴う液体／ガス混合物の体積変化は含有されるガスの圧縮に基づくはずである。

しかしながら、上述の原則を適用可能とするためにはポンプ装置全体の装置圧縮率を考慮しなければならない。なぜなら、さもなくば、対応する圧力レベルに近づくにつれて対応する装置パラメータから逆算されるガス含有量が不正確になり得るためである。例えば液圧作動式ピストンダイヤフラムポンプを使用した場合、装置圧縮率はエアクッション、すなわち液圧装置中及び液圧ホース内の空気のバネ特性により生じる。

本発明の目的は、輸送される液体中の空気含有量の正確な定量を行うために、ポンプ装置全体の装置圧縮率をも正確に考慮に入れることにより、ポンプ装置により輸送される液体中のガスを測定するための一般的方法又は対応する装置の性能を向上させることである。

本発明においては、この目的は請求項１の特徴を組み合わせた一般的方法により解決される。ガス及び液体の混合物が、ポンプにより輸送されると共に体積及び圧力変化を受ける液体中のガスを測定する一般的方法において、体積及び圧力変化を示すポンプの作動パラメータが検出され、ポンプの作動パラメータから装置圧縮率を考慮してガス含有量が決定される。このとき、本発明に係るガスで満たされたポンプ装置の装置圧縮率は、以下のステップ：
−圧力センサにより開始圧を調節するステップと、
−ポンプ位置及び圧力センサの値を記録するステップと、
−第２圧力レベルに近づくステップと、
−第２圧力レベルにおけるポンプ位置及び圧力センサの値を記録するステップと、
−両者の値に基づいてばね定数を測定し、このように測定されたばね定数を装置圧縮率とみなすステップとにより測定される。

ここで、改良された段階において装置内で測定される装置圧縮率を使用して輸送される液体中の空気量を決定することが好ましく、このことは特許出願ＤＥ１９９１９５７２Ａ１によって既に知られている。この方法により液体に含まれ得る空気量を正確に測定する、すなわち先行技術におけるような閾値ではなく絶対値を測定することができるという効果が得られる。従って、輸送される液体を計量する場合には、空気量の絶対値を用いた補正が有効であり得る。

腹膜透析において本方法を使用すれば、透析に使用される透析バッグの液体の廃棄量が低減されるという顕著な効果を得ることが可能である。

本発明における極めて効果的な態様は独立請求項に続く従属請求項から得ることができる。

従って、ポンプとしてダイヤフラムポンプ、特にピストンダイヤフラムポンプを使用することができる。

このポンプにおいて、作動パラメータとしてポンプチャンバ圧及び１回ストローク量が測定されることが有効である。

本発明の効果的な態様において、ピストンダイヤフラムポンプのピストンは空気圧駆動式であり得る。

本発明の効果的な別の態様において、ピストンダイヤフラムポンプのピストンは液圧作動式であり得る。

液圧作動式を使用する場合、空気は液圧装置のポンプ動作及び漏出により作動液中に蓄積され得るため、装置全体の装置圧縮率は悪化する。従って装置圧縮率を低下させるため作動液は定期的に脱気される。効果的なことに、本発明において測定された装置圧縮率の結果により脱気操作の質が決定され得る。従って、脱気操作の強度及び時間共に最適化することができる。

本発明のさらなる態様において、作動液中のガスの制限値に到達する前に、ガスがピストンダイヤフラムポンプから脱気弁を通じて脱気され得る。

本発明の別の態様において、上述の方法を実行するための装置が開発され、この装置には、ポンプの作動パラメータを検出するための検出手段と、検出手段に接続された評価装置とが備えられている。この評価装置は、作動パラメータを評価し、その作動パラメータから液体中のガス含有量を決定する役割を有す。

前記装置において、ポンプがダイヤフラムポンプ、特にピストンダイヤフラムポンプを構成することが好ましい。

また、ポンプはピストン／シリンダ部、ダイヤフラムにより区画されたポンプチャンバ並びに、ピストン／シリンダ部及びポンプチャンバ間に接続された空気圧又は液圧回路を備える。

好ましくは、ポンプチャンバは、空気圧又は液圧回路と流体連通する第１チャンバと、混合物が輸送される第２チャンバとにダイヤフラムにより区画される。

また、装置は各々測定された混合物のガス含有量を加算し、真の液体輸送速度を決定するためにこのガス含有量を全輸送量で補正する補正装置を含む。このようにして、透析処置、例えば腹膜透析処置は特に効果的に改善され得る。

最後に本発明は、ポンプ装置により輸送される液体中のガスを測定する上述の方法を実行するための装置を含む透析装置、好ましくは腹膜透析装置を含む。

本発明の他の特徴、詳細及び効果は、図面に示された実施形態に基づいて詳細に説明されるであろう。

図１は、本発明に係る装置を示す模式図であり、本発明に係る方法が使用されている。

図１の模式図に示されるように、ポンプ装置はピストンダイヤフラムポンプ１０として設計され、ピストン／シリンダ部１２、ポンプチャンバ１４及び両者を接続する液圧回路１６を含む。

ここでは詳細に示していないが、ピストン／シリンダ部１２は、ピストン／シリンダ部１２のピストン１８に作用し、シリンダ２０内でピストン１８を動かすポンプ駆動により駆動される。シリンダ２０内でピストン１８が移動する距離は、図示していないが、ピストン／シリンダ部１２に備えられた変位センサにより検出され、計測される。

ピストン／シリンダ部１２の圧力側が直接に流体連通している液圧回路１６は、ピストン１８の調節動作をポンプチャンバ１４に伝える手段としての役割を有している。ポンプチャンバ１４に備えられた第１のマシン側チャンバ２２は、液圧回路１６と流体連通し、従って、ピストン／シリンダ部１２の圧力側と接続されている。第１のチャンバ２２を区画するダイヤフラム２４は、第１のチャンバ２２内の対応する液体体積の変化に伴って、凸状に外側へ弾性的に膨らむか又は凹状に第１のチャンバ２２の内側に向かって引き込まれる。

またポンプチャンバ１４に備えられた第２のチャンバ２６の役割は、輸送される医療用液体、すなわち例えば透析液３６用の実際の体積可変ポンプチャンバである。第２のチャンバ２６は対応する締め付け手段により第１のチャンバ２２上に設置可能なヘッドピースとして形成される。使い捨てのチャンバ２６が有する弾性壁、特にダイヤフラム（ここには図示していないが）によって、チャンバ２６は第１のチャンバ２２のダイヤフラム２４上に設置され、その結果２つのダイヤフラムは、一方がもう一方の上に直接配置されることになる。使い捨て品として形成された第２のチャンバ２６上において、閉止弁２８がチャンバに接続された吐出配管に備えられている。これによって透析液３６はまず第２のチャンバ２６に吸引された後、閉止弁２８を対応して切り替えることにより加圧された別の図示していない吐出配管を通じて排出され得る。

第２のチャンバ２６の体積変化は液体輸送のために必要であり、ピストン／シリンダ部１２を対応して作動させることにより達成される。ピストン１８を作動させることにより液圧回路１６の作動液が第１のチャンバ２２に圧入され、又は第１のチャンバ２２から吸出される。結果としてダイヤフラム２４が作動し、この動きが第２のチャンバ２６に伝達され、その体積が変化する。図示したピストンダイヤフラムポンプ１０の有利な効果は、対応する液体が量に関して極めて正確に輸送され得ること、及び輸送された全量が極めて正確に計量され得ることである。

しかしながら、このようなピストンダイヤフラムポンプでは、液圧装置のポンプ動作及び漏出により液圧回路１６の作動液中に空気が蓄積され得る。図において液圧回路内の対応するエアクッションが参照番号３４で示されている。一方、空気は透析液中にも蓄積され、それは図において概略的に３２で示されている。２つのエアクッション３４及び透析液中に蓄積された空気３２により装置圧縮率が得られる。液圧ホースもまた装置圧縮率にさらに寄与している。

溶液３６の圧縮率は、最終分析において溶液３６中のガス含有量を測定するために計測されるため、従って全体として装置圧縮率及び溶液中の空気３２により構成される。

ポンプ内のガス含有量を検出するため、特許出願ＤＥ１９９１９５７２Ａ１において既に記載されているように、計測段階はポンプ作動中の各々のストロークに連係している。大気圧下において透析液はまず例えば透析液バッグから第２のチャンバ２６へ吸引され、この中には空気量が含まれている。装置の第１条件において開始圧が測定され、例えば透析液バッグの液体柱により示される。その結果、閉止弁２８を閉じることにより第２のチャンバ２６内に封じ込められた液体量が生じる。閉止弁２８を閉じた状態でピストン／シリンダ部１２を作動させ、第２のチャンバ２６内に密封された液体量を終了圧で加圧する。このステップは約０．５秒を要する。圧力増加により、第２のチャンバ２６内に密封された液体はガス含有量に応じて開始体積から終了体積へと圧縮される。この圧縮状態において、終了圧に対応する圧力がまた液圧回路内で圧力センサ３０により検出される。同様に圧縮中に生じるピストン１８の変位がこの図には示されていない変位センサにより検出される。検出されたピストン領域から圧縮により生じた個々の体積変化を決定することができる。測定時にはダイヤフラムは弛緩状態であることが好ましいため、透析液圧を測定することによりダイヤフラム２４の緊張を無視することができる。

上記ステップにより得られた値に基づき、図示していない中央制御装置により透析液中に存在するガス量、すなわち大気圧における実際のガス量が計算される。

この目的のために中央制御装置はボイルの法則を使用し、等温変化、すなわち温度変化を無視した場合においてはボイルの法則は次式で表される：
ｐ×Ｖ ＝ 一定
従って、各々の開始圧及び終了圧から大気圧における実際のガス量が計算され得る。より詳細については特許出願ＤＥ１９９１９５７２Ａ１の記載を参照されたい。

ガス量の定量計算に関しては上記導入した装置圧縮率を考慮に入れなければならない。本発明において透析液の性質と装置の性質を区別する方法を初めて提供する。装置圧縮率を検出するために、以下の連続ステップが、改良された段階にあるガスで満たされたポンプ装置において実行される：
−圧力センサにより開始圧を調節するステップと、
−ポンプ位置及び圧力センサの値を記録するステップと、
−第２圧力レベルに近づくステップと、
−第２圧力レベルにおけるポンプ位置及び圧力センサの値を記録するステップと、
−両者の値に基づいてばね定数を測定し、このように測定されたばね定数を装置圧縮率とみなすステップである。

上述のごとく、個々のポンプストローク量はその空気含有量において評価されなければならない。このことは空気検出をし、すなわち透析液３６のガス量を検出し、その結果溶液圧縮率を与える上記方法により達成される。ここで、この溶液圧縮率は算出された装置圧縮率の値により補正することが可能であり、その結果空気検出評価の質が向上する。

従って、透析液に含まれ得る空気量は量に関して正確に測定することができる。本発明においては定量的な絶対値が測定され、閾値はない。従って、透析液を計量する場合には、空気量の絶対値について補正を行うことが効果的である。これにより透析液バッグの液体の廃棄量が低減される。

また、装置圧縮率の経時変化についても測定することができる。液圧回路１６を使用する場合、例えば液圧装置のポンプ動作及び漏出により蓄積される液圧装置の空気量の変化を測定することができる。液圧装置において特定の空気量が蓄積される場合、この図には詳細に示されていない液圧回路の脱気弁を通じて脱気することが効果的である。このとき、脱気操作の強度及び時間については装置圧縮率を測定することにより調節することができる。

従って、装置圧縮率を用いた補正により、より高精度な計量が本明細書に記載された方法及び対応する装置を使用して初めて達成される。また、ポンプ設備や液圧回路の性質が技術的に補填されるため、これらポンプ設備や液圧回路に対する要請が軽減され得る。

また、脱気の質及び脱気の必要性が体系的に検出評価され得るため、結果として装置の準備時間を短縮することが可能である。最後に、液圧装置の漏出は一連の処理ステップの間に周期的に検出される。カセットの洗浄操作の質についてもまた改良された段階において判定可能であるため、さらに透析液廃棄量の最適化をもたらすことができる。

Claims (7)

1. シリンダ内をピストンが移動するピストン／シリンダ部と、ダイヤフラムによって第１チャンバと第２チャンバとに仕切られたポンプチャンバと、作動液が充填されていて、前記ピストン／シリンダ部と前記第１チャンバとを接続する液圧回路と、を備えた液圧作動式のポンプを含む装置によって、透析液中のガス含有量を測定する方法であって、
   開始圧を調節し、前記ピストンの第１位置と、当該第１位置での第１液圧値と、を記録する作動ステップと、
   前記ポンプを作動させて終了圧に調整し、前記ピストンの第２位置と、当該第２位置での第２液圧値と、を記録する作動ステップと、
   前記第１及び第２の位置と、第１及び第２の液圧値とに基づいて、前記液圧回路の圧縮率を測定し、当該圧縮率を装置圧縮率とみなす作動ステップと、
   を含む工程により、
   前記装置が、
   透析装置の作動開始時に、前記液圧回路に蓄積される空気に起因した装置圧縮率を決定し、
   前記透析装置の作動時の作動圧と、前記ピストンのストローク量と、前記装置圧縮率とから、前記ポンプによって吐出される透析液中のガス含有量を決定する、方法。
2. 前記作動液の空気の含有量が測定される、請求項１に記載の方法。
3. 前記作動液の空気の含有量が制限値に到達する前に、前記空気が前記液圧回路から脱気される、請求項２に記載の方法。
4. 透析装置であって、
   シリンダ内をピストンが移動するピストン／シリンダ部と、ダイヤフラムによって第１チャンバと第２チャンバとに仕切られたポンプチャンバと、作動液が充填されていて、前記ピストン／シリンダ部と前記第１チャンバとを接続する液圧回路と、を備えた液圧作動式のポンプと、
   前記ポンプの作動液圧を検出する圧力センサと、
   前記ピストンの変位を検出する変位センサと、
   前記ポンプを制御するとともに、前記液圧回路に蓄積される空気に起因した装置圧縮率を決定する制御装置と、
   前記ポンプによって吐出される透析液中のガス含有量を計測する評価装置と、
   を備え、
   前記制御装置が、
   開始圧を調節し、前記変位センサで検出される前記ピストンの第１位置と、前記圧力センサで検出される当該第１位置での第１液圧値と、を記録するステップと、
   前記ポンプを作動させて終了圧に調整し、前記変位センサで検出される前記ピストンの第２位置と、前記圧力センサで検出される当該第２位置での第２液圧値と、を記録するステップと、
   前記第１及び第２の位置と、第１及び第２の液圧値とに基づいて、前記液圧回路の圧縮率を測定し、当該圧縮率を装置圧縮率とみなすステップと、
   を実行し、
   前記評価装置が、前記透析装置の作動時の作動圧と、前記ピストンのストローク量と、前記装置圧縮率とから、前記ポンプによって吐出される透析液中のガス含有量を決定する透析装置。
5. 前記ポンプによって吐出される透析液のガス含有量を加算して当該ガス含有量を透析液の全輸送量で補正する補正装置が備えられている、請求項４に記載の透析装置。
6. 前記透析装置が腹膜透析装置である、請求項４に記載の透析装置。
7. 透析液のガス含有量が前記ピストンのストローク毎に測定される、請求項４に記載の透析装置。

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