JP6388166B2 - 治療器械を調節する装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、治療器械を調節し、特に、透析治療の際の限外濾過を調節する方法及び装置に関する。

透析は、急性又は慢性腎不全の患者の血液を浄化する方法である。この場合、体外血液循環を用いる方法、例えば血液透析、血液濾過又は血液透析濾過と、体外血液循環を必要としない腹膜透析とは基本的に区別される。

血液透析では、血液は、体外血液循環路又は回路内で半透膜によって透析液チャンバから分離された透析器の血液チャンバ中に通される。或る特定の濃度の血液電解質を含む透析液は、透析液チャンバを通って流れる。透析液中の血液電解質の物質濃度は、健常被検者の血液中の濃度に一致している。治療中、患者の血液及び透析液は、通常所定の流量で向流で半透膜の両側を通る。尿中に排出された物質は、半透膜を通って血液チャンバから透析液のためのチャンバ中に拡散することになり、それと同時に、血液及び透析液中に存在する電解質は、濃度の高いチャンバから濃度の低いチャンバ中に拡散することになる。血液側から透析液側までの圧力勾配が透析膜に対して生じた場合、水は、透析膜を通って患者の血液から透析液循環路に進んでいわゆる限外濾過物が生じる。この限外濾過プロセスにより、患者の血液からの所望の水の除去（除水）が行われる。

血液濾過では、透析液が患者の血液と反対側に位置した透析器（ダイアライザ）の半透膜を通過することがないようにした状態で膜間圧力を透析器内に加えることによって限外濾過物が患者の血液から取り出される。加うるに、滅菌且つ発熱物質なしの置換溶液を患者の血液に添加するのが良い。この置換溶液が透析器から見て上流側に添加されるか下流側に添加されるかに応じて、事前希釈又は事後希釈と呼ばれる。血液濾過の際の質量交換は、対流によって生じる。

置換液が透析治療中に同時に患者の血液に添加される場合は、血液透析と血液濾過の組み合わせである。血液透析濾過とも呼ばれるべきこの形式の治療は、以下の説明において血液透析、透析又は透析治療によっても扱われる。

透析治療においては、除液量を高い精度で測定して平衡化することが極めて重要である。と言うのは、除液量がほんの僅かに多すぎた場合であっても患者にとって重篤な結果が生じる場合があるからである。

これは、透析液チャンバ内への透析物又は透析液の流入量と透析液チャンバからの透析液の流出量が互いに別々に制御されると共にモニタされるということによって保証される。透析液チャンバに供給される体液の量とそれと同時に透析液チャンバから取り出される体液の量のバランスは、患者の血液から取り出される限外濾過物の量に関する尺度を生じさせる。

平衡化のための考えられる一手段は、透析液チャンバへの流入の状態で供給される体液の量が透析液チャンバからの流出の状態で取り出される体液の量に一致するという原理に基づく平衡化チャンバの使用である。

患者からの体液の追加の取り出しのため、送り出し装置、いわゆる限外濾過ポンプを備えた別の流路が平衡化チャンバと並列に配置される。取り出されるべき体液の量は、平衡化チャンバを越え、そして限外濾過ポンプを通って延びる並列流路によって測定され、かくして、かかる体液の量は、体液バランスの尺度となる。

平衡化又はバランスチャンバは、複雑な構造を有しており、製造公差について高い要求をもたらす。

変形例として、限外濾過は、透析液チャンバへの入口ライン内の流量及び透析液チャンバからの出口ライン内の流量を入口ライン及び出口ライン内に配置された別個独立に制御可能なポンプによって制御することによって制御されると共にモニタされても良い。この場合、平衡化は、入口ライン及び出口ライン内に配置されたそれぞれの流量センサ又は計器によって実施され、このことは、これらセンサ又は計器の較正を行うための出費及び複雑さが大きいことと関連している。

したがって、本発明の一目的は、上述の課題のうちの少なくとも１つを解決すると共に限外濾過を調節するための単純な装置及び対応の方法を利用できるようにすることにある。

この目的は、透析治療の際に限外濾過を調節する装置であって、透析治療では、限外濾過されるべき血液が体外血液循環路内で透析器の血液チャンバを通って流れ、透析器は、半透膜によって血液チャンバと透析液チャンバに分割され、透析液循環路内の透析液は、透析器の透析液チャンバを通って流れる形式の装置によって達成される。本発明の装置は、体外血液循環路内に血液の流れを生じさせる血液ポンプと、透析液循環路内に透析液の流れを生じさせる透析液ポンプと、透析液チャンバの流入部と流出部との間の透析液循環路内における体液バランスを限外濾過の尺度として設定する平衡化装置と、血液ポンプ及び／又は透析液ポンプを調節する調節ユニットとを有する。血液ポンプ及び／又は透析液ポンプは、透析器内に流入し又は透析器から流出する透析液の流量のそれ以上のアクティブな制御又は調節を行わないで、所定の限外濾過が達成されるように調節される。

加うるに、本発明の目的は、透析治療の際に限外濾過を調節するための請求項１に記載の装置並びに請求項１１に記載の方法によって達成される。有利な実施形態は、従属形式の請求項に記載されている。

透析液ポンプは、有利には、透析液チャンバへの入口ライン内に配置される。このように、透析液ポンプは、透析液調製（作製）部側の近くに配置されるのが良い。

本発明者が認識したところによれば、この構成では、透析液チャンバから見て下流側における透析液の流量のアクティブな制御又は調節は不要である。これは、構造的複雑さの減少と関連している。

限外濾過、特に限外濾過率又は限外濾過量の調節は、この場合、もっぱら血液ポンプ及び透析液ポンプの制御及び／又は調節によって達成されるのが良い。

加うるに、有利には、血液ポンプは、血液チャンバへの入口ライン内で血液循環路内に配置される。このように、血液ポンプにより供給される圧力は、透析液チャンバと比較して、血液チャンバ内の過剰な圧力に寄与する。

限外濾過は、血液ポンプによって及ぼされる圧力について所定の値を設定することができるよう調節されるのが良く、調節ユニットは、透析液ポンプを測定された限外濾過率の関数として調節することによって、例えば、透析液循環路内の透析液チャンバへの入口ライン内の圧力又は容積流量をそれに応じて調節することによって限外濾過を調節する。

変形例として、限外濾過の調節は又、透析液ポンプの透析液流量又は送り出し圧力について所定の値を設定できるよう行われても良く、調節ユニットは、体外血液循環路内の血液チャンバへの入口ライン内の圧力又は容積流量をそれに応じて調節するという点で測定された限外濾過率の関数として血液ポンプを調節することによって限外濾過を調節する。

しかしながら、限外濾過の任意他の調節も又、透析器に関する圧力条件を血液循環路内の血液ポンプにより且つ透析液循環路内の透析液ポンプを介して制御すると共に／或いは調節することができ、その結果、所望の限外濾過が達成されるようにする限り、可能である。

本装置の別の実施形態では、平衡化装置は、透析液チャンバへの入口流中の流量と透析液チャンバからの出口流中の流量の流量差を測定する流量差測定ユニットと、入口流又は出口流から、入口流又は出口流から別の流路中への透析器の枝路までの枝路と、測定された流量差が所定の条件を満たすよう制御可能である流入路、流出路及び／又は追加の流路内の流量を調整する装置とを有する。この別の実施形態では、平衡化装置は、追加の流路内の流量を体液バランスの尺度として決定するユニットを更に有する。

透析液チャンバへの流入部又は流出部内の流量は、例えば流入部又は流出部内に配置された透析液ポンプの助けにより調整されるのが良い。追加の流路内の流量は、この流路内に配置されたポンプにより調整されるのが良い。

限外濾過を調節するための装置を備えた透析器械のブロック図である。 限外濾過を調節するための別の装置を備えた別の透析器械のブロック図である。 透析器械の等価回路線図のブロック図である。 透析器械のための単純化された電気回路線図のブロック図である。

図１は、本発明の教示による限外濾過を調節する装置を備えた透析器械１を概略的に示している。処置されるべき血液は、アクセス１１４を介して患者から取り出され（脱血され）、次に体外血液循環路又は回路１１２内の血液ポンプ１１５によって透析器１１３内の血液チャンバを通り、そしてアクセス１１４を通って患者に送り返される（返血される）。アクセス１１４は、血液を脱血したり返血したりするのに適した患者の血管に血液循環路１１２を連結している。アクセス１１４は、血液を脱血したり返血したりするための別々の入口及び出口を有しても良く（「複針」法）又は入口及び出口が単一要素として具体化されても良い（「単針」法）。

透析器１１３内に設けられている半透膜１１１が透析液チャンバ１０８を血液チャンバ１１０から分離している。血液チャンバ１１０から透析液チャンバ１０８中への体液交換及び質量交換は、半透膜１１１を介して行われる。透析液は、透析液チャンバ１０８から見て上流側の入口ライン１０６内に設けられた透析液ポンプ１０７によって透析液循環路１０９内の濾過器１１３の透析液チャンバ１０８を通って運ばれる。変形例として、透析液ポンプは、透析液チャンバから見て下流側で出口ライン１０５内に配置されていても良い。透析液チャンバに供給されて透析器から流出する透析液を平衡化する（透析液のバランスを取る）ための平衡化装置１０４が透析液源１０３からの供給を受ける透析液循環回路１０９内に配置されている。これを行うため、透析液チャンバへの流入部内の流量及び透析液チャンバからの流出部内の流量を別々に検出することができ又は流量差を体液バランスの尺度として決定することができる。体液バランスは、透析器内の半透膜を通って取り出される限外濾過量に対応している。透析器から流出するいわゆる使用済み透析液は、通常、透析液ドレン１０２内で破棄される。変形例として、使用済み透析液の再生を行うことができる。

透析器１１３内の半透膜１１１に関する圧力条件は、透析液チャンバ１０８と比較して過剰な圧力が血液チャンバ１１０内で生じるよう血液ポンプ１１５の制御及び透析液ポンプ１０７の制御によって影響を受ける。したがって、体液は、半透膜を通って血液チャンバ１１０から透析液チャンバ１０８内に運ばれる。

血液ポンプは、例えば一実施形態では、蠕動ポンプとして、動作パラメータとして或る特定のポンプ回転速度又は或る特定の血液流量を達成するよう制御可能であるのが良い。変形例として、血液ポンプは、例えばインペラポンプとしてポンプを制御する動作パラメータとして或る特定の送り出し圧力を達成するよう制御可能であっても良い。

同様に、或る特定の送り出し量又はポンプ回転速度を達成するため、透析液ポンプは、蠕動ポンプ、ダイヤフラムポンプ、ピストンポンプ等として設計されても良く又は或る特定の送り出し圧力を発生させるために例えばインペラポンプとして設計されても良い。

測定ラインを経て平衡化装置１０４に連結された制御・調節ユニット１０１が制御ライン１３を経て血液ポンプ１１５に連結されると共に制御ライン１４を経て透析液ポンプ１０７に連結されている。血液処置中、限外濾過の現時点における測定パラメータ、例えば、限外濾過量又は限外濾過率が定期的か連続的かのいずれかで平衡化装置から制御・調節ユニット１０１に送られる。制御・調節ユニット１０１は、現時点における測定パラメータを用いて血液ポンプ１１５及び透析液ポンプ１０７のための制御信号を導き出す。透析液ポンプ１０７及び血液ポンプ１１５は、達成されるべき限外濾過、例えば、治療中全体にわたって達成されるべき或る特定の限外濾過率又は或る特定の限外濾過量に関して制御される。

調節は、血液ポンプ１１５を一定の回転速度で又は一定の送り出し圧力で作動させると共に透析液ポンプ１０７を平衡化装置１０４により送られた限外濾過値が操作変数として役立つように制御するよう実施されるのが良い。例えば、このようにして送られた限外濾過率の値が対応の理想値を上回っている場合、透析液ポンプ１０７を加速させるべきであるが、限外濾過率がその理想値を下回っている場合、透析液ポンプ１０７を絞る。

別の一制御方式は、透析液ポンプ１０７を一定の回転速度で又は一定の送り出し圧力で作動させると共に血液ポンプ１１５を制御して平衡化装置１０４によって送られた限外濾過値を調節するようにすることであっても良い。例えば、このようにして送られた限外濾過率の値が対応の理想値を上回っている場合、血液ポンプ１１５を絞るべきであるが、限外濾過率がその理想値を下回っている場合、血液ポンプ１１５を加速させる。

これら制御方式の組み合わせが、例えば、内部制御ループ内において、最初に、血液ポンプ１１５を一定のレベルで作動させ、そして透析液ポンプ１０７を制御することによって可能である。透析液ポンプについて限界値に達したときだけ血液ポンプ１１５をそれに応じて制御する。

別の組み合わせでは、透析液ポンプを内部制御ループの形式で一定率で作動させ、そして血液ポンプ１１５を制御する。血液ポンプ１１５の作動パラメータについて限界値に達したときに透析液ポンプも又制御する。

限外濾過の調節は、限外濾過率について或る特定の値を規定することによって達成されるのが良い。変形例として、或る特定の限外濾過プロフィールは、血液処置中に取り出されるべき限外濾過量について規定されても良い。

限外濾過率の規定値は、限外濾過率について一定の値又は連続して変化する値であっても良い。

変形例として、正の限外濾過率を備えた間隔が負の限外濾過率を備えた間隔と交互に位置するプロフィールを限外濾過率又は限外濾過量について規定しても良い。堆積物を透析器半透膜から放出し又は透析器半透膜上における物質の堆積を減少させ又は阻止するいわゆるプッシュ‐プルモードをこのようにして達成することができる。このようにして、透析器半透膜の透過性が向上すると共に中ぐらいのサイズの分子についての対応の清浄化性能（除去）が向上する。本発明の構成は、なんら追加の機器出費なしで、例えば、振動圧力パルスを生じさせるための追加のポンプなしで、これを達成する。

限外濾過の調節は、この場合、限外濾過率について上述した制御方式と同様な方法によって達成でき、その結果、限外濾過率の理想値との平衡化ではなく、限外濾過プロフィールとの対応の比較が行われるようになる。

図２は、限外濾過を調節するための別の装置を備えた別の透析器械を概略的に示している。図２に示された透析器械は、本質的には、図１の限外濾過装置の設計に対応している。その説明をここで繰り返す代わりに、対応の要素の説明について参照されたい。限外濾過装置の説明は、本質的には、以下に詳細に説明する平衡化装置１０４の設計に関して異なっている。

平衡化装置１０４は、流量測定セル２０５，２０６を有し、流量測定セル２０５，２０６は、透析液循環回路１０９内において、流量測定セル２０５が透析液チャンバ１０８から見て上流側に位置し、流量測定セル２０６が透析液チャンバ１０８から見て下流側に位置するよう流量差センサ２０１に接続されている。

限外濾過ポンプ２１１が流路２１２内に位置し、この流路２１２は、流量測定セル２０６と並列であり、流体運搬量は、限外濾過ポンプ２１１によって制御される。

流量差センサ２０１は、各流量測定セル２０５，２０６に関する別個の測定値から成る１対の測定値を決定し、これら測定値は、それぞれの流量測定セルを通る体液の流速を指示している。１対の測定値は、好ましくは、毎秒１回又は２回求められ、そして測定ライン２０２，２０３により制御・調節ユニット１０１に送られる。制御・調節ユニット１０１は、容積流量対を各測定値対に割り当て、その結果、容積流量上への測定値のマッピングを用いることができ、この画像は、先に実施された較正に基づいている。変形例として、質量流量上へのマッピングも又行われる。制御・調節ユニット１０１は、このようにして求められた容積流量対からポンプ２１１のための制御信号を導き出し、例えば、流量差センサの両方の流量測定セル２０５，２０６を通る容積流量が同一であるようポンプ２１１を作動させる。例えば、制御・調節ユニット１０１は、容積流量対の２つの容積流量から差信号を生じさせ、そして差信号のプラス又はマイナスの符号に応じて適当な仕方で限外濾過ポンプ２１１の流量を増大させ又はこれを減少させることによって限外濾過ポンプ２１１の流量を調節し、その結果、差信号が無視できるようになる。流量測定セル２０５を通る流量が流量測定セル２０６を通る流量よりも少ない場合、これにより、流量測定セル２０６の測定値と流量測定セル２０５の測定値の差について正の値が生じる。すると、制御・調節ユニット１０１は、限外濾過ポンプ２１１を通る流量を増大させ、流量測定セル２０６を通る流量を減少させるよう限外濾過ポンプ２１１のための制御信号を変更することができ、他方、透析器からの流出部内の流量は不変のままであり、ついには、同じ流量が流量測定セル２０５を通る流量として定められるようになる。すると、限外濾過ポンプ２１１を通る流量は、透析液チャンバから出る透析液流量と透析液チャンバに流入する透析液流量の流量差を指示する。この場合、限外濾過ポンプ２１１を通る流量は、透析器１１３内の限外濾過物の取出し量の尺度である。

一実施形態では、流量は、限外濾過ポンプ２１１を通る所定の値に設定され、血液ポンプ１１５及び透析液ポンプ１０７は、上述したように制御され、その結果、流量差センサ２０１で測定された流量差は、所定の条件を満たし、例えば無視できるようになる条件を満たすようになる。

この場合、限外濾過ポンプ２１１を通る流量は、透析器１１３への流入路と透析器１１３からの流出路との体液バランスの尺度、即ち、透析器１１３内の限外濾過物の取出し量についての尺度である。

平衡化ユニット１０４は、全体として、受動型コンポーネントのように働き、透析器１１３内に流入する透析液と透析器から流出する透析液の体液バランスのアクティブな制御又は調節を生じさせるわけではない。

差信号の消失は、或る特定の時点における差流量又は差流量の積分の消失に関連している場合がある。

別の実施形態では、容積流量又は質量流量への測定値対の割り当ては、両方のチャネルを通る同じ容積流量での測定値相互の差が既知である場合、省かれても良い。この場合、制御・調節ユニット１０１は、２つの測定値の差を求め、この差が同一の容積流量であらかじめ知られている差に一致するようになるまで適当な仕方でこの差を増減することによって限外濾過ポンプ２１１の流量を変更する。

流量差センサ２０１は、有利には、流体を向流状態で流す通す２つの流量測定セル２０５，２０６が好ましくは長方形の断面を有し、且つ磁界に対して直角に配置された磁気誘導原理に従って機能するのが良い。磁界は、電流差センサ２０１の制御により調整され、かかる磁界は、均質の磁界が両方の流量測定セル２０５，２０６を通って生じるようなものである。これは、例えば、流量測定セル２０５，２０６のチャネルが磁界内で互いに隣接して配置されることによって達成される。各チャネル内において、電極が磁界と対向して且つ直角をなし、しかもそれぞれのチャネル内の流れの方向とは逆に且つ直角をなした状態で、磁界に沿って延びる内側チャネル壁に取り付けられている。体液がチャネルを通って流れる場合、体液中に存在するイオンの電荷分離が磁界によって引き起こされ、その結果、電圧が電極に印加された状態で生じるようになる。この電圧は、流速に比例すると共に磁界の強さで決まる。両方の流量測定セル２０５，２０６内の磁界が同一である場合、相対流量差信号に関する磁界強さ依存性は、有利には、２つのチャネルから差信号を形成する際になくなる。

換言すると、差信号がなくなることは、流量測定セル２０５，２０６内の磁界の絶対サイズとは無関係に流量測定セル２０５を通る流量及び流量測定セル２０６を通る流量が同じサイズのものであることを意味している。

正の限外濾過率を備えた間隔と負の限外濾過率を備えた間隔が交互に位置するよう限外濾過率又は限外濾過量についてプロフィールがあらかじめ定められている実施形態では、所定の条件は、有利には、限外濾過率の積分及び／又は差信号の積分が無視できるようになった場合に満たされる。

限外濾過ポンプ２１１は、好ましくは、容積形ポンプ、より好ましくはダイヤフラムポンプ、ホースローラポンプ（horse roller pump ）、ピストンポンプ若しくは歯車ポンプ又は体液の送り出し量を決定することができる任意他のポンプから成る群から選択される。例えば、ホースローラポンプで送り出される量は、公知の方法を用いたホースローラポンプのポンプホース容積及びロータの回転角度に基づいて良好な精度で決定できる。体液の送り出し量を決定する対応の方法は、容積形ポンプの群から他のポンプについて先行技術において知られている。

この場合、測定されるべき流体の量は、限外濾過物の量に一致することが有利である。この量は、典型的には、透析治療１回当たり又は１日当たり３〜５リットルであり、流量センサを通って流れる透析液の量は、典型的にはその６０〜２４０リットルに上る。したがって、本発明の教示に一致して、流量差に関する測定装置又は測定方法を利用することは有利に可能であり、かかる測定方法は、流出中の透析液の量及び流入中の透析液の量を検出し、次にその差を求めるに過ぎない測定方法よりも著しく低い公差を備えなければならない。

図３は、透析液ポンプ１０７、血液ポンプ１１５及び透析器１１３を備えた図１に示されている透析器械についての等価線図を示しており、透析液循環路、血液循環路及び透析器内の流れ抵抗は、電気回路図の抵抗として示されている。具体的に説明すると、動脈針抵抗３１３、動脈ライン抵抗３１２、静脈針抵抗３１４、静脈ライン抵抗３１１が体外血液循環路内に示されており、透析器１１３内ではこれは、動脈フィルタ長手方向抵抗３０９及び静脈フィルタ長手方向抵抗３１０を示している。透析液循環路内の流れ抵抗は、透析器の入力端部側流れ抵抗３０７、透析器の出力端部側流れ抵抗３０６、透析液循環路の透析液入口側の流れ抵抗３０４、透析液循環路の透析液出力側の流れ抵抗３０３によってモデル化される。透析器内の半透膜は、膜間抵抗３０８によってモデル化される。

表１は、透析液循環路内の抵抗、体外血液循環路内の抵抗及び膜間抵抗の量定を行うために以下に与えられる導関数のための導関数で用いられる個々の抵抗の名称、これらの参照符号及び公式の記号を示している。

図４は、図３に示された電気等価回路図の単純化された等価回路図である。図４に示されている単純化等価回路図では、体外血液循環回路内の動脈針抵抗（記号：Ｒ_aN）、体外血液循環回路内の動脈ライン抵抗（記号：Ｒ_aL）及び動脈フィルタ長手方向抵抗（記号：Ｒ_aF）を組み合わせると、次のように全動脈抵抗４０１（記号：Ｒ_a）が得られる。
Ｒ_a = Ｒ_aN + Ｒ_aL + Ｒ_aF (式 1)

同様に、体外血液循環路内の静脈針抵抗（記号：Ｒ_vN）、体外血液循環回路内の静脈ライン抵抗（記号：Ｒ_vL）及び静脈フィルタ長手方向抵抗（記号：Ｒ_vF）を組み合わせると、次のように全静脈抵抗４０２（記号：Ｒ_v）が得られる。
Ｒ_v = Ｒ_vN + Ｒ_vL + Ｒ_vF (式 2)

透析器循環回路内の抵抗の対応の組み合わせにより、次の結果が生じる。透析液循環路内の入力端部上の流れ抵抗３０４（記号：Ｒ_Din）及び入力端部上の透析器の流れ抵抗３０７（記号：Ｒ_DFin）を組み合わせると、次のように入力抵抗４０５（記号：Ｒ_in）が得られる。
Ｒ_in = Ｒ_Din + Ｒ_DFin (式 3)

透析液循環路の出力端部のところの流れ抵抗３０３（記号：Ｒ_Dout）及び出力端部のところの透析器の流れ抵抗３０６（記号：Ｒ_DFout）を組み合わせると、次のように出力抵抗４０４（記号：Ｒ_out）が得られる。
Ｒ_out = Ｒ_Dout + Ｒ_DFout (式 4)

図４に示されている抵抗の名称、これらの参照符号及びこの導関数で用いられている記号が以下の表２にまとめて示されている。

血液ポンプ及び透析液ポンプを電流源又は電圧源としてモデル化することができ、この場合、適当なモデル化は、ポンプの設計によって影響を受ける。かくして、容積形ポンプを例えばダイヤフラムポンプ、ホースローラポンプ、ピストンポンプ又は歯車ポンプを透析液ポンプとして用いる場合、電流源としての透析液ポンプのモデル化が可能である。この状況は、血液ポンプが容積形ポンプ、例えばホースローラポンプとして具体化されている場合にも同様である。定圧ポンプ、例えばインペラポンプが好ましくは電流源としてモデル化される。血液ポンプ又は透析液ポンプが対応の内部抵抗を持つ非理想電圧源又は電流源としてモデル化される場合、それぞれの内部抵抗は、透析液循環回路及び／又は体外血液循環回路内の抵抗に追加されなければならない。かくして、例えば、透析液ポンプを例えば非理想電圧源としてモデル化する際、透析液ポンプの流れ抵抗は、入力抵抗４０５に含まれなければならない。この状況は、体外血液循環回路について同様である。当業者であれば、これについて必要な対応の検討事項を知っている。当業者は又、非理想電圧源がモデル化される等価回路図を非理想電流源を備えた対応の等価回路図にどのように変換するかを知っているであろう。

体外血液循環回路及び透析液循環回路内の抵抗の量定並びに関与するポンプの内部抵抗の量定及び所望の限外濾過率を達成するために関与するポンプの制御において以下の検討事項が役に立つ場合がある。

対応の電流Ｉ_UFが等価電気回路図内において限外濾過率について仮定される場合、透析液ポンプが電圧Ｕ_Dの電圧源を備えた状態でモデル化されると共に血液ポンプが電圧Ｕ_Bの電圧源を備えた状態でモデル化されるときに電圧源としてのポンプのモデル化の場合、限外濾過率について以下の公式を与えることができる。

透析液ポンプが電流Ｉ_Dの電流源を備えた状態でモデル化されると共に血液ポンプが電流Ｉ_Bの電流源を備えた状態でモデル化されるときに電流源としてのポンプのモデル化の場合、限外濾過率について以下の公式が与えられる。

以下の検討事項は、出力抵抗４０４（記号：Ｒ_out）の量定について役立つ。或る特定の限外濾過率を達成するのに必要な出力抵抗４０４（記号：Ｒ_out）についての方程式６の変形により、以下の方程式が得られる。

方程式７は、膜間抵抗Ｒ_TMが高すぎる場合、これが透析液循環回路内の出力抵抗Ｒ_outの量定に対して望ましくない影響を及ぼすことを示している。したがって、膜間抵抗Ｒ_TMは、できるだけ小さく、例えば、高い比スループット係数を備えたフィルタ（「ハイカットオフフィルタ（high cutoff filter）」）又は十分に広い有効フィルタ面積を備えたフィルタと同じほど小さく選択されるべきである。この場合に考慮に入れるべき一要因は、膜間抵抗Ｒ_TM―静脈フィルタ長手方向抵抗Ｒ_vFと同様―は、体外血液処置中に増大することになるということである。体外血液循環回路内における静脈フィルタ長手方向抵抗Ｒ_vFの増大は、代表的には、血液処置中におけるヘマトクリットの増大、いわゆる血液濃縮並びに体外血液循環路内のあり得る絞りの発生に基づいている。膜間抵抗Ｒ_TMの増大は、透析器半透膜上の堆積物に起因して血液処置中に生じる場合が多い。血液処置中にしばしば起こるこれら作用効果は、体外血液循環路内及び透析器循環路内の抵抗の量定の際に考慮に入れられるべきである。

以下の数値による実施例は、関与する流量の考えられる量定の開始点を与えることができ、即ち、最小値Ｉ_Bmin＝６０ｍＬ／ｍｉｎ及び最大値Ｉ_Bmax＝３００ｍＬ／ｍｉｎが血液流量Ｉ_Bについて仮定され、最大値Ｉ_UFmax＝Ｉ_B／１０、即ち、約２０ｍＬ／ｍｉｎ及び最小値Ｉ_UFmin＝０ｍＬ／ｍｉｎが限外濾過率Ｉ_UFについて仮定され、最小値Ｉ_Dmin＝Ｉ_B／３及び最大値Ｉ_Dmax＝２００ｍＬ／ｍｉｎが透析液流量Ｉ_Dについて仮定される。

血液流量Ｉ_Bは、血液ポンプ１１５を通る流量として血液ポンプによって設定され、他方、透析液流量Ｉ_Dは、透析液ポンプ１０７を通る流量に対応し、限外濾過率Ｉ_UFは、膜間抵抗３０８を通る流量に対応する。

一般に、以下の方程式が透析液流量Ｉ_Dについて当てはまる。

基本的には、血液流量Ｉ_Bが所与の場合、最大限外濾過率は、透析液流量Ｉ_Dが最小であるときに達成されることが分かる。

方程式８の変形後、以下の方程式が得られる。

Ｉ_B＝５０ｍＬ／ｍｉｎが最小血液流量について別の数値として用いられると共にＩ_UF＝５ｍＬ／ｍｉｎが限外濾過率についての別の数値として用いられる場合、これにより抵抗Ｒ_V、Ｒ_out及びＲ_TMの相互の比を１つの方程式で示す以下の方程式が得られる。

又は

膜間抵抗Ｒ_TMと透析器循環路内の開始抵抗の或る特定の比で始まって、全静脈抵抗Ｒ_Vに対する透析器循環路内の出力抵抗Ｒ_outを量定するための以下の方程式が得られ、この場合、漸増する値が治療中全体にわたる増加の上述の作用効果を反映して膜間抵抗Ｒ_TMについて得られる。

この例示としての計算は、膜間抵抗Ｒ_TMが大きい場合、出力抵抗Ｒ_outが小さく選択されなければならないことを示している。上述したように、透析器循環回路及び体外血液循環回路内の流れ抵抗の設計に関し、膜間抵抗Ｒ_TMが高すぎることは、不利益である。例えば、膜間抵抗Ｒ_TMがその最大値として、透析液循環回路内の出力抵抗Ｒ_outの４倍であると仮定した場合、上記において与えられた数値の例により、Ｒ_outがＲ_Vよりも小さくなければならないという単純な要件が生じる。透析液循環回路内の出力抵抗Ｒ_out及び全静脈抵抗Ｒ_Vの設計に関し、全静脈抵抗Ｒ_Vを血液処置の開始時に仮定すれば十分である。と言うのは、方程式９は、全静脈抵抗が血液処置期間中に増大すると、まもなく満たされるからである。

透析液流量Ｉ_D、血液流量Ｉ_B及び限外濾過率Ｉ_UFについての例示としての値の以下の仕様に関し、治療の開始時において、出力抵抗Ｒ_outの値が全静脈抵抗Ｒ_Vに対応し、治療の開始時における膜間抵抗Ｒ_TMが出力抵抗Ｒ_outに対応しているものと仮定する。

血液流量Ｉ_B＝２００ｍＬ／ｍｉｎの場合、最大限外濾過率Ｉ_UF ＝２０ｍＬ／ｍｉｎが以下のように、方程式９に基づいて透析液流量で達成される。

最小限外濾過率Ｉ_UF＝０ｍＬが次のように透析液流量に対応している。

両方の値は、透析液流量Ｉ_D≦２００ｍＬ／ｍｉｎという許容範囲、受け入れることができる範囲又は好ましい範囲内に収まる。

以下の数値の実施例に関し、残りの血液処置中、膜間抵抗Ｒ_TMは、上述した作用効果の結果として、４倍の値まで上昇することが仮定される。最大限外濾過率Ｉ_UF＝２０ｍＬ／ｍｉｎを達成するため、次式、即ち、

への透析液流量の絞りが必要な場合がある。

最小限外濾過率Ｉ_UF＝０ｍＬ／ｍｉｎの場合、次式、即ち、

に従う透析液流量は、依然として、上述したのと同一に確立されなければならない。

上述の作用効果に起因して、全静脈抵抗Ｒ_Vが血液処置中に２倍になったと仮定した場合、これにより、２０ｍＬ／ｍｉｎという最大限外濾過率を達成するためには、次式、即ち、

という所要の透析液流量が生じる。

最小限外濾過率Ｉ_UF＝０ｍＬの場合、その結果は、次式、即ち、

という透析液流量が得られる。

この場合、０〜２０ｍＬ／ｍｉｎの範囲全体にわたって限外濾過率を調節することができるようにするためには、許容可能であり、受け入れることができ又は好ましいと見なされる透析液流量の範囲を拡張し、或いは、血液流量Ｉ_Bを減少させる可能性がある。かくして、例えば、最大許容透析液流量Ｉ_D＝２００ｍＬ／ｍｉｎでは、血液流量Ｉ_B＝１７０ｍＬ／ｍｉｎで最大限外濾過率Ｉ_UF＝２０ｍＬ／ｍｉｎが達成され、最小限外濾過率Ｉ_UF＝０ｍＬ／ｍｉｎが血液流量Ｉ_B＝１００ｍＬ／ｍｉｎで達成される。

以下の例示としての計算は、膜間抵抗Ｒ_TMを低く保つことがどのように有利であるかを示しているはずである。例えば、透析器及び透析液循環路の寸法決めにより、膜間抵抗Ｒ_TMが最大で透析液循環回路内の出力抵抗Ｒ_outに一致していることが確かめられた場合、及び透析液循環回路内の出力抵抗Ｒ_outがＲ_out＝３／２Ｒ_Vと全静脈抵抗の比の状態にあるように透析液循環回路及び体外血液循環回路が設計されている場合、２０ｍＬ／ｍｉｎという最大限外濾過率が血液流量Ｉ_B＝２００ｍＬ／ｍｉｎ及び次式、即ち、

という透析液流量で得られ、０ｍＬ／ｍｉｎという最小限外濾過率が同一の血液流量Ｉ_B及び次式、即ち、

という透析液流量で得られる。

かくして、０ｍＬ／ｍｉｎから２０ｍＬ／ｍｉｎまでの限外濾過率Ｉ_UFの範囲を透析液流量Ｉ_Dの僅かな変化で制御することができる。

Claims (9)

1. 透析治療の際に限外濾過を制御し又は調節する装置（１，２）であって、
   前記透析治療では、限外濾過されるべき血液が体外血液循環路（１１２）内で透析器（１１３）の血液チャンバ（１１０）を通って流れ、前記透析器は、半透膜（１１１）によって前記血液チャンバ（１１０）と透析液チャンバ（１０８）に分割され、透析液循環路（１０９）内の透析液は、前記透析器（１１３）の前記透析液チャンバ（１０８）を通って流れ、前記装置（１，２）は、
   前記体外血液循環路（１１２）内に血液の流れを生じさせる血液ポンプ（１１５）と、
   前記透析液循環路（１０９）内に透析液の流れを生じさせる透析液ポンプ（１０７）と、
   前記透析液チャンバ（１０８）の流入部（１０６）と流出部（１０５）との間の前記透析液循環路内における体液バランスを前記限外濾過の尺度として設定する平衡化装置（１０４）と、
   前記血液ポンプ（１１５）及び／又は前記透析液ポンプ（１０７）を調節し、前記透析器（１１３）内に流入し又は前記透析器（１１３）から流出する前記透析液の流量のそれ以上のアクティブな制御又は調節を行わないで、所定の限外濾過が達成されるようにする調節ユニット（１０１）と、有し、
   前記透析液ポンプ（１０７）は、前記透析液チャンバ（１１３）への入口ライン内に配置され、前記透析液チャンバ（１１３）から見て下流側では前記透析液の流量のそれ以上のアクティブな制御又は調節が行われることはない、装置（１，２）。
2. 透析治療の際に限外濾過を制御し又は調節する装置（１，２）であって、
   前記透析治療では、限外濾過されるべき血液が体外血液循環路（１１２）内で透析器（１１３）の血液チャンバ（１１０）を通って流れ、前記透析器は、半透膜（１１１）によって前記血液チャンバ（１１０）と透析液チャンバ（１０８）に分割され、透析液循環路（１０９）内の透析液は、前記透析器（１１３）の前記透析液チャンバ（１０８）を通って流れ、前記装置（１，２）は、
   前記体外血液循環路（１１２）内に血液の流れを生じさせる血液ポンプ（１１５）と、
   前記透析液循環路（１０９）内に透析液の流れを生じさせる透析液ポンプ（１０７）と、
   前記透析液チャンバ（１０８）の流入部（１０６）と流出部（１０５）との間の前記透析液循環路内における体液バランスを前記限外濾過の尺度として設定する平衡化装置（１０４）と、
   前記血液ポンプ（１１５）及び／又は前記透析液ポンプ（１０７）を調節し、前記透析器（１１３）内に流入し又は前記透析器（１１３）から流出する前記透析液の流量のそれ以上のアクティブな制御又は調節を行わないで、所定の限外濾過が達成されるようにする調節ユニット（１０１）とを有し、
   前記平衡化装置は、前記透析液チャンバ（１０８）への流入部と前記透析液チャンバからの流出部との流量差を測定する流量差測定ユニット（１０４）と、前記流入部又は前記流出部から、前記流入部又は前記流出部から別の流路（２１２）中への前記透析液の枝分かれ箇所までの枝路と、前記流入部、前記流出部及び／又は追加の前記流路（２１２）内の流量を調整する装置（２１１）とを有し、該装置は、前記測定された流量差が所定の条件を満たすよう制御可能であり、前記平衡化装置は、前記追加の流路内の前記流量を前記体液バランスの尺度として決定する装置（２１１）を有する、装置（１，２）。
3. 前記調節ユニット（１０１）は、治療中、限外濾過率及び／又は取り出されるべき限外濾過ボリュームをあらかじめ選択するようになっている、請求項１又は２記載の装置（１，２）。
4. 前記血液ポンプは、前記血液チャンバへの入口ライン内に配置されている、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の装置（１，２）。
5. 前記血液の流量について所定の値を設定することができ、前記調節ユニットは、前記透析液の流量を調節するようになっている、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の装置（１，２）。
6. 前記透析液の流量について所定の値を設定することができ、前記調節ユニットは、前記血液の流量を調節するようになっている、請求項１〜５のうちいずれか一に記載の装置（１，２）。
7. 正の限外濾過率を有する間隔が負の限外濾過率を有する間隔と交互に位置するよう前記限外濾過率に関するプロフィールを調節ユニット（１０１）によってあらかじめ選択することができる、請求項１〜６のうちいずれか一に記載の装置（１，２）。
8. 前記流量差に関する前記所定の条件は、所定の積分間隔にわたる前記流量差の積分に基づいている、請求項２記載の装置（２）。
9. 前記血液循環路、前記血液循環路の一部、前記透析液循環路又は前記透析液循環路の一部は、使い捨て物品として設計されている、請求項１〜８のうちいずれか一に記載の装置（２）。

Images