JP6930347B2 - 血液回路及び該血液回路を備える体外循環装置 - Google Patents
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Description
体外循環装置においては、患者からの脱血不良や血栓による血液回路の閉塞等を検知するために、血液回路を流れる血液の流量をモニタする必要がある。そこで、血液の流量をモニタするために超音波センサが用いられている(特許文献1及び2参照)。
第1実施形態の血液透析装置100Aの全体構成について、図1〜図3を参照しながら説明する。図1は、本発明の第1実施形態における血液透析装置100Aの概略構成を示す図であり、図2は、血液透析装置100Aを示すブロック図、及び血液回路における超音波流量計の取り付け部分の説明図であり、図3Aは、血液回路の動脈側ラインの具体的構成を示す図であり、図3Bは、図3Aにおけるポンプセグメント部の拡大図を示す。
血液ポンプ111aは、ポンプセグメント部1110をローラーでしごくことにより、内部の血液やプライミング液等の液体を送出するチューブポンプにより構成される。
第1の動脈側ライン1111は、一端側に動脈側接続部111cが配置され、他端側は、ポンプセグメント部1110と接続される。動脈側接続部111cには、患者の血管に穿刺される針が接続される。また、第1の動脈側ライン1111には、気泡を検知するための動脈側気泡検知器111bが配置される。
第2の動脈側ライン1112は、一端側がポンプセグメント部1110と接続され、他端側が後述する血液浄化器120の血液導入口122aに接続される。
ドリップチャンバ112aは、静脈側ライン112に混入した気泡や凝固した血液等を除去するため、一定量の血液を貯留する。
静脈側気泡検知器112bは、ドリップチャンバ112aよりも下流側に配置され、チューブ内の気泡の有無を検出する。
静脈側クランプ112cは、静脈側気泡検知器112bよりも下流側に配置される。静脈側クランプ112cは、静脈側気泡検知器112bによる気泡の検出結果に応じて制御され、静脈側ライン112の流路を開閉する。
静脈側接続部112dは、静脈側ラインの他端側に配置される。静脈側接続部112dには、患者の血管に穿刺される針が接続される。
接続部材115は、図2に示すように、一端側に配置されポンプセグメント部1110を接続可能な大径部115Lと、他端側に配置され動脈側ライン111を接続可能な小径部115Sと、を有する。
本実施形態では、ポンプセグメント部1110と第1の動脈側ライン1111とを接続する接続部材115を第1の接続部材1151とし、ポンプセグメント部1110と第2の動脈側ライン1112とを接続する接続部材115を第2の接続部材1152とする。
また、第1の接続部材1151及び第2の接続部材1152のいずれか一方には、流量の測定用に用いられる測定用接続部材115Mが用いられ、この測定用接続部材115Mには、後述する超音波流量計140Aが備える送受波器141A、141Bが取り付けられる。本実施形態では、第2の接続部材1152として測定用接続部材115Mを用いている。
径一定部115Cの径は、動脈側ライン111を構成するチューブの径よりも大きく、また、ポンプセグメント部1110の径以下の大きさに設定される。これにより、測定用接続部材115Mにおける液体(血液)の流れを滑らかにすることができる。本実施形態では、後述する送受波器141A、141B間の超音波の伝搬距離を長くするために、径一定部115Cの径(内径)は、ポンプセグメント部1110の所定の径(内径)と略同じであるものとした。
これにより、除水/逆ろ過ポンプP1を停止させた状態では、血液浄化器120に導入される透析液の流量と血液浄化器120から導出される透析液(排液)の量とを同量にできる。
一対の送受波器141A及び141Bは、図2に示すように、測定用接続部材115Mを流れる液体の流れ方向について所定の距離をおいて配置され、送受波面1413が測定用接続部材115Mに接触するように斜めに対向して取り付けられる。また、一対の送受波器141A及び141Bは、液体(血液)の流れ方向に対して斜めに超音波信号を送受する。
圧電素子1411の両面には、それぞれ不図示の電極が取り付けられており、入力された電気信号を機械的振動に変換し、また、伝達された機械的振動を電気信号に変換して出力することができる。圧電素子1411は、硬質ポリ塩化ビニルや変性ポリフェニレンエーテル、ポリカーボネイト、アクリル等の樹脂により形成される圧電素子カバー1412の内部に埋め込まれて配置される。圧電素子の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛等の圧電セラミックス、酸化亜鉛等の圧電薄膜、フッ化ビニリデン等の圧電高分子膜等が適用可能である。本実施形態では、圧電素子の材料として、チタン酸ジルコン酸鉛を用い、電極として銀と白金を用いた。
受信部1422は、送受信切替部1423を介して送受波器10A又は10Bの圧電素子1411に接続され超音波信号を受信し、受信した超音波信号を増幅する。
送受信切替部1423は、送受波器141A及び141Bの一方を送信部1421に、他方を受信部1422に切り替える。これにより、送受信切替部1423は、送受波器141Aから超音波信号を送信して送受波器141Bで受信する時の伝搬時間と、送受波器141Bから超音波信号を送信して送受波器141Aで受信する時の伝搬時間とを測定可能としている。
流量算出部1424は、送受波器141A及び141B間の超音波信号の伝搬時間に基づいて、血液回路110を流れる液体の流量を算出する。流量の算出方法については、後に詳述する。
各工程とは、血液回路110や血液浄化器120を洗浄し清浄化する準備工程であるプライミング工程、穿刺後に患者の血液を血液回路110に充填させて体外循環させる脱血工程、脱血工程に続いて行われ血液を透析して浄化する透析工程、血液回路110内の血液を患者の体内に戻す返血工程等である。
測定用チューブ110s内に液体が満たされた状態で、実流量がゼロ、即ち流速Vがゼロの場合、TABとTBAとは等しく、
TAB=TBA=L/C ・・・(a)
となる。
TAB=L/(C+Vcosθ) ・・・(b)
となり、
TBA=L/(C−Vcosθ) ・・・(c)
となる。これら(b)及び(c)式の関係からそれぞれの伝搬時間TAB、TBAの逆数の差を取ると、
1/TAB−1/TBA=(2Vcosθ)/L ・・・(d)
となる。(d)式から流速Vを求めると、
V=L/(2cosθ)×(1/TAB−1/TBA) ・・・(e)
となる。(e)式によれば、超音波の伝搬時間を測定することにより、流速Vが算出できる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態では、ポンプセグメント部、血液ポンプ、測定用接続部材及び超音波流量計の構成が異なる点以外は、第1実施形態の構成と同様であるので、同様の符号を付して説明を省略する。また、本実施形態では、2種類の径の異なるポンプセグメント部を接続可能な接続部材及び測定用接続部材について説明する。
第1大径部115L1は、第1の径R1を有するポンプセグメント部1110Lと接続可能であり、第2大径部115L2は、第2の径R2を有するポンプセグメント部(図示せず)と接続可能である。
装着部143は、本実施形態においては、血液ポンプ111a’の上流側近傍に、固定して配置される(図4参照)。
例えば、各実施形態では、一対の超音波送受波器が対向して配置される例を示したが、これに限らない。1つの送受波器のみを配置してもよいし、2つの送受波器を同じ側に配置し、反射した超音波を送受する構成としてもよい。
110 血液回路
111 動脈側ライン
1110、1110L ポンプセグメント部
1111 第1の動脈側ライン
1112 第2の動脈側ライン
111a 血液ポンプ
112 静脈側ライン
113 薬剤ライン
114 排液ライン
115 接続部材
115L 大径部
115S 小径部
115M、115M’ 測定用接続部材
115C 径一定部
1151 第1の接続部材
1152 第2の接続部材
116 押さえ部材
120 血液浄化器
130 透析液回路
P1 除水/逆ろ過ポンプ
L1 バイパスライン
140A、140B 超音波流量計
141A、141B 送受波器
1413 送受波面
142 流量測定部
143 装着部
1431A、1431B センサ平面部
150 制御装置
151 ポンプ動作部
152 クランプ動作部
Claims (8)
- 血液を浄化する血液浄化器と、チューブをしごくことにより該チューブ内の液体を流動させるチューブポンプからなる血液ポンプと、超音波を送受波する送受波器を有し、血液の流量を測定する超音波流量計と、を備える体外循環装置に用いられ、前記血液浄化器と接続され、血液を循環させるための血液回路であって、
前記血液ポンプが配置され、所定の径を有するチューブで構成されるポンプセグメント部と、
前記所定の径よりも小さい径を有するチューブで構成される動脈側ラインと、
一端側に前記ポンプセグメント部を接続可能な大径部が配置され、他端側に前記動脈側ラインを接続可能な小径部が配置された接続部材と、を備え、
前記動脈側ラインは、
一端側が患者の動脈に接続され、他端側が第1の前記接続部材により前記ポンプセグメント部の一端側に接続される第1の動脈側ラインと、
一端側が第2の前記接続部材により前記ポンプセグメント部の他端側に接続され、他端側が前記血液浄化器に接続される第2の動脈側ラインと、を含み、
前記第1の前記接続部材及び前記第2の前記接続部材のいずれか一方は、前記大径部と前記小径部との間に配置され、径が一定で液体の流れ方向について所定の長さを有し前記動脈側ラインが有する径よりも大きく、且つ、前記所定の径以下の大きさの径を有する径一定部を備える測定用接続部材であり、該径一定部に、前記送受波器が取り付けられる血液回路。 - 前記径一定部の径は、前記ポンプセグメント部の前記所定の径と略同じである請求項1に記載の血液回路。
- 前記測定用接続部材の前記大径部は、一端側に配置され第1の径を有する前記ポンプセグメント部を接続可能な第1大径部と、該第1大径部と前記径一定部との間に配置され前記第1の径よりも小さい第2の径を有する前記ポンプセグメント部を接続可能な第2大径部と、を備える請求項1又は2に記載の血液回路。
- 前記径一定部の径は、前記第2の径と略同じである請求項3に記載の血液回路。
- 血液を浄化する血液浄化器と、
チューブをしごくことにより該チューブ内の液体を流動させるチューブポンプからなる血液ポンプと、
超音波を送受波する送受波器を有し、血液の流量を測定する超音波流量計と、
請求項1〜4のいずれかに記載の血液回路と、
を備える体外循環装置。 - 前記超音波流量計は、
前記径一定部を挟持可能に、対向して配置される一対のセンサ平面部を有する装着部を更に備え、
一対の前記送受波器は、一対の前記センサ平面部に配置される請求項5に記載の体外循環装置。 - 前記ポンプセグメント部の前記一端側に配置され、前記血液ポンプから前記ポンプセグメント部が外れないように前記ポンプセグメント部を押さえる押さえ部材を更に備え、
前記第1の前記接続部材が前記測定用接続部材であり、
前記装着部は、前記押さえ部材の近傍に固定して配置される請求項6に記載の体外循環装置。 - 前記一対の前記送受波器は、前記径一定部における液体の流れ方向に所定の距離をおいて配置されて、液体の流れ方向に対して斜めに超音波信号を送受する請求項7に記載の体外循環装置。
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