JP7387441B2 - ポンプシステム、透析装置、及びポンプシステムの作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、透析装置における透析液の体積流量、好ましくは連続体積流量を設定するためのポンプシステム、このようなポンプシステムを有する透析装置、好ましくは腹膜透析装置、及び透析液の搬送方法に関する。

先行技術からは、様々な透析方法が知られている。自動腹膜透析中には、腹膜透析装置が、腹腔への新鮮な透析液の導入と、腹腔からの消費済み透析液の排出とを制御する。

透析液の流れを生じさせるには、重量測定装置、すなわち重力によって流れを引き起こす装置を使用することも、ポンプを使用して透析液を搬送する装置を使用することもできる。

この状況では、高い頻度でピストンポンプが使用される。図１から分かるように、既知のポンプシステムは、円筒空間内に配置されたピストン８を含み、このピストン８は、モータ式ピニオン７によって駆動されるピストンロッドに接続される。ピニオン７は、ピストンロッドのギアラック部分と協働することにより、図１によるピニオンの回転方向に依存してピストンロッドを左右に、すなわち吸い込み領域又は搬送方向に動かす。

ピストン８は、ピストンのピストンロッドから離れた側における円筒空間の作動空間を満たす破線で示す作動流体と、これに隣接するライン部分と、最終的には片側を膜によって閉じられたチャンバ４とに接触する。

膜９は、使い捨て物品として設計されたカセット３の軟質フィルム又は膜に接触する。この点、膜９は、例えばシリコーンで形成することができる。膜９、及びこれに伴う軟質フィルムは、チャンバ４内に過圧が付与されることによってカセットのポンプチャンバ３内に押し込まれる。一方で、これとは逆にピストン８が左側に動くことによってチャンバ４に真空が付与された場合、膜９はチャンバ４内に引き込まれる。軟質フィルムは、軟質フィルムと膜との間の真空に起因してこの動きに追従し、これによってポンプチャンバ３の体積が増加するようになる。

ピストンの動きは、位置エンコーダを通じて記録することができる。これにより、どれほどの油圧流体がチャンバ４内に押し込まれたか、またどれほどの油圧流体がチャンバ４から除去されたかを判断することができる。この油圧システムには、油圧システム内の圧力を測定する圧力センサ５がさらに設けられる。これらの圧力センサのデータは位置エンコーダ６のデータと比較することができ、これによって油圧システムの気密性をチェックすることができるので、圧力センサ５は、一方では油圧システムの機能チェックを可能にする。

また、圧力センサは、カセットのポンプチャンバ３内の圧力を特定することもできる。油圧ポンプが動かない場合には、チャンバ４とポンプチャンバ３との間に圧力平衡が認められる。この場合、油圧流体の圧力はポンプチャンバ３内の圧力に一致する。

腹膜透析装置のポンプは、患者の腹部内に透析液を流入させる上で２５ｍｌ～３５００ｍｌの体積を搬送する。設計理由により、２５ｍｌの最低流入量で２．５ｍｌの過充填をもたらし得る最大１０％の許容誤差を予想する必要がある。これ以外にも、ポンプのパフォーマンスドライバ（ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｄｒｉｖｅｒｓ）の欠陥によって、異なる処方にもかかわらずチャンバ全体が投与され、すなわち最大可能ピストン経路が走破されることによって最大可能量が投与されてしまうこともある。比較的少ない流入量が処方されていた場合には、これによって患者の相当な過充填が引き起こされる恐れがある。この結果、機能的安全性の対策では補いきれない危険性が患者に及んでしまう恐れがある。

従って、本発明の基本目的は、最初に述べた（ｉｎｉｔｉａｌｌｙ ｎａｍｅｄ）種類のポンプシステムを、患者の過充填の可能性を既知のシステムに対して低下させるように発展させることである。

この目的は、請求項１の特徴を有するポンプシステムによって達成される。

従って、このポンプシステムは、ピストンポンプのピストンストローク当たりの搬送量を低減できる設定手段を有し、この設定手段は、ピストンストロークを短縮させる位置可変式機械的ピストンストップ、及び／又は作動流体の量を低減する手段、及び／又は搬送手段と協働する、搬送すべき透析液を含む搬送チャンバの体積を低減する手段を含む。

従って、ある実施形態における本発明の基本的発想は、ポンプのピストンの移動距離、従ってピストンストローク当たりの搬送量を機械的当接部（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｂｕｔｍｅｎｔ）によって制限することである。当接部は、チャンバの端部に、すなわちピストンが移動可能に受け取られる作動空間の排出側端部に位置することが好ましい。ピストンの移動経路の抑制は、少ない量も高精度で搬送できるという利点をもたらす。

この方策によってピストンストローク当たりの搬送可能な透析液の量を制限することにより、電力用電子機器の障害時にも患者の過充填が行われないようになる。

当接部は、異なる地点に位置することもでき、ピストンが再び完全な、すなわち最大移動経路を移動してピストンストローク当たりの最大搬送量を搬送できるように設定又は取り外しもできることが好ましい。

さらなる実施形態では、ピストンが動き出して膜を撓ませることによって透析液の搬送を引き起こす、作動流体の量を低減する手段によって設定手段を形成することができる。従って、この手段によって、例えば作動流体の一部が貯蔵容器内に導かれるという点で作動流体の量を低減することができる。再びさらに多くの作動流体が必要になった場合には、再びその量を適宜に増加させることもできる。

最大搬送量はポンプシステム内の作動流体の量又は体積によって決まるので、この量又は体積を適合させることによってピストンストローク当たりの搬送量を変更することができる。

一般に、この量又は体積の決定は、透析液の規定の流入量から導出することができる。従って、完全な治療のために作動流体の量を低減することにより、これに応じて低減された透析液の量のみがピストンストローク当たりに恒久的に搬送されるようにすることができ、或いは最後の１又は複数のポンプストロークにのみこの量を設定することができる。

この手順は、作動流体の量の変化に関してのみならず、設定手段のさらなる可能性についても想定される。

さらなる実施形態では、設定手段が、ポンプシステムの搬送手段と協働する、搬送すべき透析液を含む搬送チャンバの体積を低減する手段を形成する。搬送チャンバは、ポンプシステムの膜又は別の搬送部材が使い捨ての搬送チャンバを囲む膜と協働するように透析装置と協働する使い捨ての、すなわち使い捨て物品のコンポーネントであることが好ましい。従って、ポンプシステムの膜は、使い捨ての膜と協働する。

ポンプシステムの膜がピストンストロークによって撓んだ場合、対応する搬送チャンバの膜の動きが生じ、従って対応する透析液の搬送が行われる。

ポンプストロークの制限は、カセット、すなわち使い捨ての搬送チャンバの空間的制限が行われるという点でも可能である。この制限は、例えば高い搬送率が望ましい開始状態に関して、壁の厚みが大きな、又は異なる形で体積が減少したカセットが使用されるという点で達成される。

従って、カセット又は搬送チャンバの搬送量の低減によって最終的にピストンストロークの短縮を達成することもでき、これによっても同様に透析液の搬送精度を改善することができる。従って、必ずしもポンプシステムに機械的当接部を設ける必要はない。ピストンストロークの短縮は、ポンプシステムの膜が協働するチャンバの搬送量の低減によって実現することもできる。

ポンプシステムは、例えば油圧ピストンポンプ又は空気圧ピストンポンプなどのあらゆる所望のピストンポンプを有することができる。従って、作動流体は、液体又は気体とすることができる。

本発明のさらなる実施形態では、特定の時点以降の所望の総搬送量又は所望の搬送量、或いはピストンストローク当たりの所望の搬送量を入力できる入力手段が設けられ、入力手段に入力された値に依存して設定されるような設定手段が入力手段に接続される。

従って、例えばポンプシステムのユーザは、５ｌの透析液などの所望の搬送量を指定することができる。入力手段は、例えばタッチ画面又はキーボードなどによって形成することができる。また、ポンプシステムのユーザは、特定の時点以降に投与すべき所望の搬送量のみを入力することができる。例えば、投与すべき透析液の総量が５ｌである場合には、ユーザによって４ｌの投与が入力された後に、あと１ｌを投与することが必要になり得る。

ある実施形態では、ユーザがピストンストローク当たりの所望の搬送量を入力することもできる。

ポンプシステムは、入力データに依存してピストンストローク当たりの搬送量を決定し、設定手段を利用してこの量を設定する。例えば、最初の４つのリットルを比較的大きなピストンストローク当たりの搬送量で投与し、残りの１リットルをこの量と比べて小さなピストンストローク当たりの搬送量で投与することができる。この設定は、ポンプシステムによって行うことも、又は透析装置によって行うことも、或いは手動で行うこともできる。

一般に、ポンプシステムは、どのような搬送量をピストンストローク当たりに設定するかについて単独で決定できるように設計することもできる。例えば、ポンプシステムは、治療時間、投与すべき透析液の総量、又はさらに投与すべき透析液の量に依存してこの設定を行うことができる。この場合、ユーザが作動すべき上述した入力手段は使用せずに済ますことができる。

設定手段及びポンプシステムは、ピストンストローク当たりの搬送量が総搬送時間にわたって一定になるように構成することができる。投与すべき透析液の総搬送量が少ない場合には、ピストンストローク当たりの搬送手段をできるだけ少なく設定することが賢明である。

設定手段及びポンプ手段は、ピストンストローク当たりの搬送量が可変であって、特に搬送手順の開始時よりも搬送手順の終了に向けて少なくなるように構成されることが好ましい。従って、透析液の投与開始時には比較的多くの搬送量を投与することによって時間を節約し、患者に搬送する必要がある残りの量が比較的少ない時には、投与手順の終了に向けてピストンストローク当たりの搬送量を低減し、又はこの量を少なく設定することによって、搬送精度を高めて患者の過充填を避けるという上述した利点をもたらすことができる。

さらに、作動流体の量を低減できるように設定手段を構成し、作動流体の量を、開始状態から開始して、患者圧力及び／又は作動流体の圧力に対する膜張力の影響が開始状態よりも小さくなるように低減することもできる。膜張力が低ければ低いほど、測定される作動流体の圧力に対する膜の影響も小さくなる。ポンプシステムを通じた搬送が行われない平衡状態では、測定される作動流体の圧力が搬送チャンバ内の圧力に対応することによって、患者圧力、すなわち患者に投与される透析液の圧力に関する結論を引き出すことができる。

従って、作動流体の量又は体積の設定を使用して、例えば膜の挙動をピストンポンプの作動領域から当接領域内にシフトさせることができる。これにより、患者圧力の検出に良い影響を与え、膜張力に起因する歪曲を除去することができる。

ポンプシステムのポンプは、膜によって囲まれたチャンバとホースを介して連通するピストン空間を有することが好ましい。さらに、膜は、使い捨てとして設計されたカセット又はその搬送チャンバに作用し、これによって患者に搬送量が導かれることが好ましい。

ポンプシステムは、連続する又は大部分が連続する透析液の流れを達成するために、交互に作動する２つのピストンポンプを有することが好ましい。

なお、複数形でない用語は、たとえ要素のうちの１つが可能な実施形態を表す場合であっても、必ずしも正確に１つの要素を意味するものではなく、複数の要素を示すこともできる。複数形の使用は、対象要素が単数形で存在することも含み、逆に単数形は複数の対象要素も含む。

さらに、本発明は、透析装置、具体的には腹膜透析装置であって、請求項１から８の１項に記載のポンプシステムを有する透析装置にも関する。

さらに、本発明は、搬送手段、具体的には膜に力を及ぼす作動流体と協働するピストンを有するピストンポンプによって透析液を搬送する方法であって、ピストンポンプの搬送精度を高めるためにピストンストローク当たりの搬送量が低減され、ピストンストロークが短縮されるようにピストン当接部が変化し、及び／又は作動流体の量が低減され、及び／又は搬送手段と協働する、透析液を含む搬送チャンバの体積が低減される、方法にも関する。

特定の時点以降の所望の総搬送量又は所望の搬送量、或いはピストンストローク当たりの所望の搬送量が入力手段に入力され、入力手段に入力された１又は複数の値に依存して搬送量の低減が行われることが好ましい。上述したように、このような入力手段を使用せずに済まし、どの時点以降にどれだけの量をピストンストローク当たりに設定するかをポンプシステム又は透析装置自体が決定することもできる。

ピストンストローク当たりの搬送量は、総搬送時間にわたって一定に保つことも、又は変化させることもでき、ピストンストローク当たりの搬送量は、搬送手順の開始時よりも搬送手順の終了に向けて少なくして、その後の比較的少ない残りの搬送量の搬送精度をできるだけ高めることが好ましい。

図面に示す実施形態を参照しながら、本発明のさらなる詳細及び利点についてさらに詳細に説明する。

ポンプシステムの概略図である。 作動流体の圧力進行を示す図である。 腹膜透析装置のポンプシステムのさらなるブロック図である。

図１に、先行技術から公知の、ただし本発明の一部として使用することもできる、すなわち本発明にも従うポンプシステムを示す。従って、図１に関する上記の記述を参照する。

好ましくはベース、すなわち内部でピストンが移動するチャンバ端部の領域における図示していない機械的ピストン当接部によって、ピストンストローク当たりの搬送量の低減を行うことができる。別の可能性は、ピストンと膜の間に広がってピストンの動きを膜に伝える油圧流体又は別の作動流体の量の低減である。体積を変化させるために、油圧回路などにおいて作動媒体が受け取られ、又は油圧回路などから作動媒体が除去されるようにする、貯蔵容器及び弁を設けることができる。現在、これらのコンポーネントは、作動流体の脱ガスに、従ってピストンの最大最良の移動経路を達成するために使用されている。

一般に、本発明は、ピストンストローク当たりに搬送される量の低減を行うことに限定されるものではなく、むしろ望ましい場合にはこの量を再び自然に増加させることもできる。

設定の別のさらなる可能性は、ポンプシステムの膜と協働する、透析液を含むカセットなどの体積の低減を含む。

図２に、ピストンの経路を通じた作動流体の油圧を示す。

斜線領域は、立ち上がり、すなわちピストン速度の上昇と、立ち下がり、すなわちピストン速度の低下とを示す。これらのＵで示す領域では、斜線領域が２つのポンプの作動の重複領域を表すように両ポンプが交互に作動する。

Ａは、ピストンが往復運動可能に収容されたチャンバの開始を示し、Ｅは、このチャンバの終端を示す。Ｆは、搬送に関連する可変的に設定可能なチャンバ領域を表す。Ｈは、油圧媒体が変位する領域を示す。

Ｐは、使い捨て搬送チャンバの膜に作用するポンププレート、すなわち膜などを表す。

本発明によれば、正確に１つのポンプを使用することができる。しかしながら、本発明は、２つのポンプ又は２つよりも多くのポンプが存在する例も対象とする。

図３に、先行技術から公知の腹膜透析装置又はシステムを示す。

図３から分かるように、通常は、ピストン位置を特定できるようにそれぞれが位置エンコーダを有する２つの膜ポンプ（ポンプ１、ポンプ２）が使用される。これらの膜ポンプは、ポンプチャンバ１００に作用することにより、対応して存在する透析物バッグ内から患者の腹腔内に透析物を注入し、又は患者の腹腔から消費済みの透析物を排出する。膜ポンプの断続的な作動にもかかわらず一定の透析物体積流量を達成するために、油圧ライン内の油圧Ｐ_Hydを測定する。膜ポンプが空気圧で駆動される場合には、ライン内の対応する空気圧を測定する。圧力モニタリングを確実にするために、圧力センサによって測定される圧力Ｐ_Hydを何らかの影響因子によって補償する。この点、一方では、この影響因子が、それぞれの膜圧Ｐ_Membrane、すなわち膜の撓み及び固有の張力に起因して、測定された油圧Ｐ_Hydに応答して発生する逆圧である。この撓みが増加すると、膜張力が不相応に高まり、構成によって誘起される速度応答を伴う。この逆圧は、典型的には位置エンコーダを通じて測定される油圧ポンプの位置に依存する。このシステム内の、すなわちポンプ及び使い捨てとして構成されたポンプチャンバ内の流れ抵抗によって生じる逆圧がさらなる補正因子としてさらに考慮される。この考慮すべき逆圧は、システム内の速度に依存する。最後に、患者の位置によって生じる静水圧Ｐ_Statを考慮する必要がある。

Claims (14)

1. 透析装置において透析液の体積流量を発生させるためのポンプシステムであって、搬送手段である膜に力を及ぼす作動流体と協働するピストンを有している少なくとも１つのピストンポンプを備えたポンプシステムにおいて、
   該ピストンポンプのピストンストローク当たりの搬送量を低減できる設定手段が設けられ、該設定手段は、前記ピストンストロークを短縮させる位置可変式機械的ピストンストップ、及び／又は前記作動流体の量を低減する手段、及び／又は前記搬送手段と協働する、搬送すべき前記透析液を含む搬送チャンバの体積を低減する手段を備え、
   さらに、ピストンストローク当りの所望搬送量を決定するように構成された計算手段を備え、
   前記設定手段が、前記計算手段によって決定された前記値に従って該設定手段がピストンストローク当りの搬送量を設定できるように、前記計算手段に連結され、
   前記計算手段が、特定の時点からの残存所望搬送量を計算するように構成されている、
   ことを特徴とするポンプシステム。
2. 前記作動流体は液体又は気体である、
   請求項１に記載のポンプシステム。
3. 前記設定手段は、前記ピストンストローク当たりの搬送量が総搬送時間にわたって一定であるように構成される、
   請求項１または２に記載のポンプシステム。
4. 前記設定手段は、前記ピストンストローク当たりの搬送量が搬送時間にわたって可変である、
   請求項１または２に記載のポンプシステム。
5. 前記設定手段は、前記ピストンストローク当たりの搬送量が、搬送手順の開始時よりも搬送手順の終了に向けて少なくなるように構成されている、
   請求項４に記載のポンプシステム。
6. 前記設定手段は、前記作動流体の量を低減できるように構成され、前記作動流体の量は、開始状態から開始して、患者圧力及び／又は前記作動流体の圧力に対する膜張力の影響が前記開始状態よりも小さくなるように低減される、
   請求項１ないし５のいずれか１項に記載のポンプシステム。
7. 前記ポンプは、前記膜によって囲まれたチャンバとホースを介して連通するピストン空間を有する、
   請求項１ないし６のいずれか１項に記載のポンプシステム。
8. 前記ポンプシステムは、オフセットされた作動サイクルを有する２つのピストンポンプを有する、
   請求項１ないし７のいずれか１項に記載のポンプシステム。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載のポンプシステムを有することを特徴とする透析装置。
10. 腹膜透析装置である、請求項９に記載の透析装置。
11. 膜に力を及ぼす作動流体と協働するピストンを有し入力されたピストンストローク当りの所望搬送量に基づいて作動するピストンポンプによって透析液を搬送する方法であって、
    前記ピストンポンプの搬送精度を高めるためにピストンストローク当たりの搬送量が低減され、
    前記ピストンストロークが短縮されるようにピストン当接部が変化し、及び／又は、
    前記作動流体の量が低減され、及び／又は、
    前記ピストンポンプと協働し搬送すべき前記透析液を含む搬送チャンバの体積が低減される、
    ことを特徴とする方法。
12. 特定の時点以降の所望の総搬送量又は所望の搬送量、或いはピストンストローク当たりの所望の搬送量を入力手段が受け、又は計算手段によって決定され、前記入力手段に入力された又は前記計算手段によって決定された値に依存して前記搬送量の低減が設定される、
    請求項１１に記載の方法。
13. 前記ピストンストローク当たりの搬送量は、総搬送時間にわたって一定に保たれ、又は搬送時間にわたって変化する、
    請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 前記ピストンストローク当たりの搬送量は、搬送手順の開始時よりも搬送手順の終了に向けて少なくなる、
    請求項１３に記載の方法。

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