JPH0351053A - 人工透析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、ダイアライザの透析液回路側に差圧形流量計
を設けて透析液の等流量制御を行う構成からなる人工透
析装置に関する。

〈従来の技術〉 この種の従来の技術としては、例えば、第３図の人工透
析装置の概要ブロック構成図に示すような人工透析装置
が公知であった（例えば特開昭６３−９９８７０号公報
参照）。

第３図において、１は患者、２はチューブ状の膜２ａで
内室２ｂ、外室２Ｃに仕切られ夫々に血液と透析液が反
対方向に流されるダイアライザ、３ａは患者１とダイア
ライザ２の血液側の入口２ｂｌとの間の血液回路、３ｂ
はダイアライザ２の血液側の出１コ２ｂ、と患者１との
間の血液回路、Ｐｏは血液回路３ａに設けられて血液を
送るポンプ、４ａはダイアライザ２の透析液側の入口２
ｃ、に接続された入口側の透析液回路、４ｂはダイアラ
イザ２の透析液側出口２ｃ２に接続された出口側の透析
液回路、４Ｃはダイアライザ２の透析液側出口２Ｃ２に
接続された透析液バイパス回路、Ｐｌは入口側の透析液
回路４ａに定流量の透析液を送液する第１のポンプ、Ｐ
２は出口側の透析液回路４ｂに設けられた第２のボン１
、Ｐ３は透析液バイパス回路４Ｃに設けられた第３のポ
ンプ、５は圧力測定部である。この圧力測定部５は、入
口側の透析液回路４ａに設けられたオリフィス６ａの上
流側圧Ｍ、及び下流側圧Ｍ２の圧力が加えられると共に
、出口側の透析液回路４ｂに設けられたオリフィス６ｂ
の上流側圧Ｍ３及び下流側圧Ｍ４の圧力が加えられ、Ｍ
、とＭ２との差がとられて入口側の透析液回路４ａの流
量が求められ、ＭコとＭ４との差がとられて出口側の透
析液回路４ｂの流量が求められる差圧形流量計が構成さ
れることとなり、このＭ、とＭ２との差及びＭ３とＭ４
との差は、例えば夫々の系列に設けられた開平演算器（
以下ｒＳＱＲＪという）　５ａ、　５ｂで開平演算され
て後にＰＩＤコントローラ（以下ｒＰＩＤＣ」という）
　５ｃに導かれる。尚、Ｃｖは出口側の透析液回路４ｂ
に設けられたチエツク・バルブ、ｖｌは入口側の透析液
回路４ａに設けられ常時開いているバルブ、■２は入口
側の透析液回路４ａと出口側の透析液回路４ｂとを接続
する回路上に設けられ常時閉じているバルブである。

このような構成においては、ダイアライザ２の透析液側
の出口２ｃ２から供給透析液に血液から除水された水が
加わった量の排液が、透析液回路４ｂ並びに透析液バイ
パス回路４Ｃを通ってドレインされる。この時透析液回
路４ｂを流れる排液流量は、Ｍ３とＭ４の差圧から求め
られる。第２のポンプＰ２が透析液回路４ａ、　４ｂに
流れる流量が一致するように、例えば破線で示されるよ
うにＰＩＤＣ５Ｃにより制御される時に、透析液バイパ
ス回路４Ｃを流れる排液量が血液から除水された水の量
に対応することとなるから、これを第３のポンプＰ３の
回転数から求めることができる。言替えれば、所望の限
外濾過量を得るには、透析液回路４ａ、　４ｂの流量を
一致させつつ、透析液バイパス回路４Ｃを流れる流量が
所望の限外濾過量となるように第３のポンプＰ３を制御
すればよい。

〈発明が解決しようとする問題点〉 この様な従来の技術にあっては以下のような問題点があ
った。

■：第２のポンプＰ２を用いて透析液回路４ａ、　４ｂ
に流れる流量を一致するように制御するためには、Ｍ、
とＭ２の差圧及びＭ、とＭ４の差圧を開平演算してその
時の流量を求めるために高精度のＳＱＲを必要とする。

このことはコストアップの原因ともなる。

■：　５ＱＲ５ａ、　５ｂとＰＩＤＣ５ｃをマイクロプ
ロセッサによるコントローラに置換えることも可能であ
るが、この場合にはＳＱＲの前に高精度のアナログ・デ
ィジタル変換器（以下ｒＡＤｃＪという）が必要となり
、且つ開平演算をソフトウェアで行う必要があるために
、設計や製作等を含めてコストアップを招くことともな
り適切とはいえない。

しかも、このような構成とした場合には、開平演算で有
効計数が半分になってしまう。

本発明はこの様な従来の技術の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、差圧流量計の信号のみでＳＱ
Ｒを使用することなく簡単に精度良く入ロＯＩ／出ロ側
の透析液回路に流れる流量が一致するように制御を行う
ことができる人工透析装置を提供することにある。

本発明の構成は、透析膜を隔てて血液と透析液とが流さ
れるダイアライザの透析液側の入口と出口に夫々接続さ
れた透析液回路、入口側の透析液回路に定流量の透析液
を送液する手段、前記入口側の透析液回路及び出口側の
透析液回路に夫々設けられた一対の流量検出手段、前記
出口側の透析液回路に設けられた流量調整手段を具備し
、前記入口側の透析液回路を流れる流量に前記出口側の
透析液回路を流れる流量が一致するように制御する人工
透析装置において、 前記一対の流量検出手段からの流量信号を入力して前記
入口側の透析液回路に流れる流量に対して前記出口側の
透析回路に流れる流量が一致するように前記出口側の透
析液回路に設けられた流量調整手段を制御するために演
算制御回路が設けられ、この演算制御回路は少なくとも
前記一対の流量検出手段からの流量信号が導かれるマル
チプレクサ、マルチプレクサからのアナログ信号をディ
ジタル化して出力するアナログ・ディジタル変換回路、
及び該アナログ・ディジタル変換回路の出力を入力して
演算処理してこの演算処理結果に基づく制御信号を出力
する演算部で構成されて成り、この演算制御回路により
、校正時において前記入口側の透析液回路及び前記出口
側の透析液回路を流れる前記透析液の流量を強制的に等
しく設定してその時の流量信号の値を元にコントロール
定数を計算し、校正終了後に行う治療時にこのコントロ
ール定数を用いて前記出口側の透析液回路に設けられた
流量Ｒ１１手段を制御して前記透析液を等流量制御する
ことを特徴とするものである。

く作用〉 前記の技術手段は次のように作用する。即ち、ＡＤＣと
して１２ビット長程度のものを用いることでＳＱＲを用
いることなく差圧信号のみで第２のポンプを制御して透
析液回路に流れる透析液流量を一致するようにできる。

〈実施例〉 以下図面に従い本発明の詳細な説明する。尚、以下の図
面において第３図と重複する部分は同一番号を付してそ
の説明は省略又は簡略化する。

第１図は本発明の具体的な人工透析装置の実施例を示す
ブロック構成図である。

第１図において、７は入口側の透析液回路４ａに設けら
れた差圧流量計（以下「入口側差圧流量計」という）で
ある、この入口側差圧流量計７の構成は、例えば、入口
側の透析液回路４ａに設けられたオリフィス６ａの上流
側圧Ｍ１及び下流側圧Ｍ２の圧力を圧力センサ７ａ、　
７ｂで検出してこの圧力センサの出力を流量演算回路７
Ｃにおいてその時の入１コ側透析液流量として流量信号
（以下「入口側透析液流量信号」という）を出力するよ
うになっている。又、８は出口側の透析液回路４ｂに設
けられた差圧流量計（以下「出「１側差圧流量計」とい
う）である、この出［１側差圧流量計８の構成は、例え
ば、入口側差圧流量計７の構成と同様に、出口側の透析
液回路４ｂに設けられたオリフィス６ｂの上流側圧Ｍコ
及び下流側圧Ｍ４の圧力を圧力センサ８ａ。

８ｂで検出して流量演算回路８Ｃからその時の出口側透
析液流量として流量信号（以下「出口側透析液流量信号
」という）を出力するようになっている。

９は演算制御回路である。この演算制御回路９は、入口
側透析液流量信号と出口側透析液流量信号とを入力して
、入口側の透析液回路４ａに対して出口側の透析回路４
ｂに流れる流量が一致するように第２のポンプ（例えば
ギヤポンプ）Ｐ２を制御するなめに設けられたものであ
る。その構成は、例えば具体的には、入口側透析液流量
信号と出口側透析液流量信号とが導かれるマルチプレク
サ（以下ｒＭＵＸＪという）　９ａと、ＭＵＸｅａから
のアナログ信号をディジタル化して出力する１２ビット
長程度のＡ　Ｄ　Ｃ９ｂと、このディジタル化された信
号を入力！／Ｆ（インターフェイス）９ｃ１から入力し
てＣＰＵ９ｃ２．ＲＯＭ９ｃ３．ＲＡＭ９ｃ４で演算処
理して出力Ｉ　／　Ｆ　９ｃ５から演算結果に基づく制
御信号をディジタル出力する演算部９ｃと、演算部９Ｃ
からのディジタル出力をアナログ変換して出力する１２
ビット長程度のＤ　Ａ　Ｃ９ｄとからなる。尚、ここで
、演算制御回路９は、その操作指示（例えば校正時又は
治療時の指示に基づいて透析液回路の切替を行う）に基
づいて例えばオン／オフの動作信号をバルブＶ、〜Ｖコ
に出力してやるような制御をできるように構成されるも
のとする。１０はＤ　Ａ　Ｃ９ｄでアナログ化された制
御信号で第２のポンプＰ２を駆動するポンプドライバで
ある。尚、ｖコは第３図のチエツク・バルブＣｖに代っ
て出口側の透析液回路４ｂに設けられた常時開いている
バルブである（勿論第３図のようにチエツク・バルブで
もよい）。

この時の透析液（供給液）は、第１のポンプＰ１により
入口側の透析液回路４ａに定流量の透析液が送液・供給
される０校正時はバルブＶ、、Ｖ。

を閉じてバルブｖ２を開けた状態として第１のポンプＰ
１から供給される一定量の透析液を入口側差圧流量計７
→バルブｖ２→第２のポンプＰ２→出口側差圧流量計８
と流し、この時における演算制御回路９の制御特性を校
正する。その上で治療時にバルブｖ２が閉じられバルブ
Ｖ、、Ｖ、が開けられ、、前記校正結果に基づいて入口
側差圧流量計７と出口側差圧流量計８から一定量の流量
信号が得られるように第２のポンプＰ２が制御される。

このことをもうすこし詳しく説明する。

■：始めに校正を行う、まずバルブＶ、、Ｖ３を閉、バ
ルブＶ２を開とし、この時の入口側差圧流量計７からの
入口側透析液流量信号の値をＰｄ＋ＣＡ　Ｌ、出口側差
圧流量計８からの出口側透析液流量信号の値をＰｄ２Ｃ
ＡＬとする。演算制御回路９において、コントロール定
数Ｋｃを、Ｋｃ＝Ｐａｚｃ＊ｔ／Ｐａ＋ｃＡｔ　　　−
（Ｄから計算する。以後このコントロール定数Ｋｃを用
いて制御を行う、ここで、この校正時の一定流量をＱＣ
ＡＬとすると、入口側差圧流量計７と出口側差圧流量計
８に流れる流量は共にＱＣＡＬであるから、 Ｑｃａｔ＝α１　・　（Ｐａ＋。。、　）　Ｉ／２＝α
２　・　（Ｐｄ２　ＣＡ　Ｌ　）　１１２−（２）が成
立している。但し、α１及びα２は流量係数と呼ばれる
比例定数である。この時の、α１とα２の比は、 α１／α２ ＝　（Ｐａ２ＣＡ　Ｌ／Ｐａ　ｔ　ＣＡ　ｔ　）　””
−（３）となる、故に、コントロール定数Ｋｃとの関係
は、（１）、（３）式から、 α１　／α２ ＝　（Ｐｄｚｃａ　　ｔ／Ｐａｔ　ＣＡ　　Ｌ）”＝（
Ｋｃ）Ｍ２　　　　　　　　　　　　　　　・・・（４
）となる。

■：この校正終了後に治療側に切替えて第２のポンプＰ
２を制御して等流量制御を行う、即ち、治療時は、バル
ブ■２を閏、バルブＶ　＋　、　Ｖ　、を開とし、コン
ｌ−ロール定数Ｋｃに基づいて第２のポンプＰ２により
等流量制御を始める。

入口側差圧流量計７からの入口側透析液流量信号の値を
Ｐｄ＋、出口側差圧流量計８からの出口側透析液流量信
号の値をＰｄ２とする。これ等の値を開平演算をせずに
直接用いて第２のポンプＰ２の自転数を、 Ｐｄ２＝ＫＣｘｐｄ　Ｉ　　　　　　　　　・・・（５
）となるように、演算制御回路９においてＰＩ演ユを施
す、この演算結果によりポンプドライバ１０を駆動して
第２のポンプＰ２を制御する。ところでこの治療時は供
給液がダイアライザ側に切替えられる為、ダイアライザ
２での入／出を零とするように第２のポンプＰ２の回転
数をコントロールする必要がある。即ち、入口側差圧流
量をＱｌ、出口側差圧流量をＱ２とすると、Ｑｌ”Ｑ２
となるように第２のポンプＰ２の回転数をコントロール
する必要がある。ここで、Ｑｌはα１　・（Ｐａ＋）ｖ
２．　Ｑ２　ハａ２・（Ｐ　ｄ　２　）　”テｈルノテ
、α１　・（ＰｃＬ、）Ｉ／２＝α２　・（Ｐ　ｄ　２
　）　””（６）とすればよいことが分る。この式から
、α１／αｇ　＝　（Ｐａａ　／Ｐｄ＋　）１／２　　
・・・（７）となる、一方、α１／α２は（４）式の関
係にあるから、 （Ｋｃ　）”＝　　（Ｐａ　２　　／　ｐａ　＋　　）
”　　　　・・１８）となるように第２のポンプＰ２を
制御すれば良いことが分る。

以上説明したように、本発明によれば、開平演算器を用
いて開平演算を行なわずに差圧信号のみで第２のポンプ
Ｐ２を制御することができるから、入口側と出口側の透
析液を等流量制御できる。

故に、例えば、破線で示すような透析液バイパス回路４
Ｃを設けた場合は、第２のポンプＰ２を制御し、入口側
と出口側を等流量にすることにより、透析液バイパス回
路４Ｃから流れ出る除水量は第３のポンプ（除水ポンプ
）Ｐ３の回転数から求められる。即ち、所望の限外濾過
量を得るには、第２のポンプＰ２を入力側と出口側が等
流量になるように制御しつつ、透析液バイパス回路４Ｃ
を流れる量が所望の限外濾過量になるよう第３のボンＩ
Ｐ３を制御する０次ぎに、第３のポンプＰコがある場合
の一例を示す、ＤＡＣ９ｄとポンプドライバ１０との間
に破線１１で示すようなデマルチプレクサとサンプルホ
ールドを設けて、第２のポンプＰ２を制御して入口側と
出口側の透析液を等流量制御しながら且つ演算制御回路
９から所定の除水流量を第３のポンプＰ３を制御して抜
取るような構成とできる。

尚、第１図においてＤ　Ａ　Ｃ９ｄ〜ポンプドライバ１
０（デマルチプレクサとサンプルホールドの回路１１が
ある場合を含む）までを、アナログのコントロール方式
からダイレクトディジタルコントロール方式に置換えた
構成、即ち、ポンプにＤＣモータを用い、演算制御回路
側から制御信号としてパルス幅変調信号をポンプドライ
バーに送るような構成としても実現できる。このように
しても上述した制御方法は変らない。

ところで、以上述べたような構成は、一般的に、透析液
流量が５００ｍ１’／ｍｉｎ近辺で大きく変えない場合
には特別に問題とはならないが（又この近辺で使用する
場合が一番多いが）、例えば、機器の適応範囲を広げて
、例えば、３００〜８００ｍＡＦ／ｍｉｎ位というよう
な範囲で定流量の設定を可能にした場合、差圧出力が８
００ｍ１／ｍｉｎの時を１とすると３００ｍＡ’／ｍｉ
ｎでは０゜１４となり、流量変化の検出感度が大きく変
ることとなり制御特上問題となる。この場合は以下に述
べるような構成とすることで、透析液流量の設定範囲が
広い場合においても低流量域での検出感度を下げること
なく制御特性を良好に保つことができる。

第２図はその他の実施例である人工透析回路の概要ブロ
ック系統図である。尚、第２図において第１図及び第３
図と重複する部分には同一番号を付してその説明は省略
する。

第２図において、１２．１３はゲインが演算制御回路９
によって可変されるゲイン可変アンプである。

このように構成することで、入口側差圧流量計７の入口
側透析液流量信号と出口側差圧流量計８の出口側透析液
流量信号は夫々に対応したゲイン可変アンプ１２．１３
で増幅されて、マルチプレクサ９ａ、　ＡＤＣ９ｂを介
して演算部９ｃで演算処理される。

この演算処理結果に基づき、ポンプドライバ１ｏを介し
てダイアライザ２の人出液が零となるように第２ポンプ
Ｐ２が駆動・制御される。

ところで、この時において、ゲイン可変アンプ１２、１
３のゲインは、校正時（パルプＶ、、Ｖ、：閉、バルブ
ｖ２　：開）において演算部９ｃにより次のように設定
される。

■：設定指令により夫々のゲイン可変アンプのゲインを
“１′°にする。

■：このゲイン“１″における一定流量に対応しな入口
側透析液流量信号と出口側透析液流量信号から、大きい
方の値が適切な範囲（入力スパンの８０％〜９０％位）
になるようにゲインの値を決定する。

■：この決定したゲインの値に基づきゲイン可変アンプ
１２．１３のゲインが設定される。

この校正を終了した後においては、以後このゲインの値
でもって制御を行う。

〈発明の効果〉 本発明によれば以下のような効果を奏する。

■：第１図のような構成とすることにより、差圧信号に
より直接に演算処理を行うことができるから、開平演算
器（ソフトウェアによる開平演算も含む）が不要となる
。このことは、ソフトウェアの開平演算を行う場合には
２進演算で有効桁数が半分になるためにＡＤＣに精度の
高いものが必要になるが、本発明は開平演算を行なわな
いので１２ビツトのＡＤＣで充分であるともいえる。又
、差圧信号の開平演算を行なわないので流量変化の信号
が大きくとれることから制御に必要な信号の検出感度が
高いものとなる。

■：第２図のようにゲイン可変アンプを用いることによ
り、更に、広い範囲で定流量の設定が可能となる。この
時、一定流量範囲が広くなっても、低流量域の流量変化
の検出感度は低下しない、故に、制御特性を一層改善で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の具体的な人工透析装置の実施例を示す
ブロック構成図、第２図はその他の実施例である人工透
析回路の概要ブロック系統図、第３図は従来の人工透析
装置の概要ブロック構成図である。 ２・・・ダイアライザ、４ａ、　４ｂ・・・透析液回路
、Ｐｌ。 Ｐ２．Ｐ３・・・ポンプ、７・・・入口側の透析液回路
に設けられた差圧流量計（入口側差圧流量計）、８・・
・出口側の透析液回路に設けられた差圧流量計（出口側
差圧流量計）、９・・・演算制御回路、１０・・・ポン
プドライバ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 透析膜を隔てて血液と透析液とが流されるダイアライザ
   の透析液側の入口と出口に夫々接続された透析液回路、
   入口側の透析液回路に定流量の透析液を送液する手段、
   前記入口側の透析液回路及び出口側の透析液回路に夫々
   設けられた一対の流量検出手段、前記出口側の透析液回
   路に設けられた流量調整手段を具備し、前記入口側の透
   析液回路を流れる流量に前記出口側の透析液回路を流れ
   る流量が一致するように制御する人工透析装置において
   、 前記一対の流量検出手段からの流量信号を入力して前記
   入口側の透析液回路に流れる流量に対して前記出口側の
   透析回路に流れる流量が一致するように前記出口側の透
   析液回路に設けられた流量調整手段を制御するために演
   算制御回路が設けられ、この演算制御回路は少なくとも
   前記一対の流量検出手段からの流量信号が導かれるマル
   チプレクサ、マルチプレクサからのアナログ信号をディ
   ジタル化して出力するアナログ・ディジタル変換回路、
   及び該アナログ・ディジタル変換回路の出力を入力して
   演算処理してこの演算処理結果に基づく制御信号を出力
   する演算部で構成されて成り、この演算制御回路により
   、校正時において前記入口側の透析液回路及び前記出口
   側の透析液回路を流れる前記透析液の流量を強制的に等
   しく設定してその時の流量信号の値を元にコントロール
   定数を計算し、校正終了後に行う治療時にこのコントロ
   ール定数を用いて前記出口側の透析液回路に設けられた
   流量調整手段を制御して前記透析液を等流量制御するこ
   とを特徴とする人工透析装置。