JPH0519073Y2

JPH0519073Y2 -

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Publication number: JPH0519073Y2
Application number: JP6309287U
Authority: JP
Priority date: 1987-04-24
Filing date: 1987-04-24
Publication date: 1993-05-20
Anticipated expiration: 2002-04-24
Also published as: JPS63169149U

Description

【考案の詳細な説明】「産業上の利用分野」この考案はいわゆる人工腎臓のような透析技術
を用いる装置において、限外過量を制御する機
能を備えた血液透析装置に関する。

「従来の技術」従来の血液透析装置を第３図乃至第５図を参照
して説明する。患者の動脈より血液が血液チユー
ブ１に与えられ、血液ポンプ２により吸引されチ
ヤンバー３を介して透析器４に供給される。この
血液は透析器内で膜を介して透析液と接触し、血
液中の水分及び老廃物が透析液側へ移動する。除
水された血液は透析器４よりチヤンバー５を経由
し、血液チユーブ７より患者の静脈へ戻される。

一方、透析液供給部８より与えられた透析液は
定流量弁１０、入口弁１１を順次経由して入口ラ
イン１２より透析器４に供給される。透析器４内
の膜を通して血液より水分や老廃物を取り込んだ
透析液は透析器４より出口ライン１３を通り出口
弁１４、透析液ポンプ１５を経由してドレンへ廃
液される。入口弁１１の上流側の入口ラインと出
口弁１４の下流側の出口ラインとの間はバイパス
弁１６を含む流路で側路される。バイパス弁１６
は通常閉にされている。

チヤンバー５には圧力センサ２３が設けられ、
血液回路側の圧力が検出され、また透析器４に近
い出口ライン１３に圧力センサ２５が設けられ、
透析液回路側の圧力が検出される。透析器４に近
い入口ライン１２にピストンポンプ１７が接続さ
れ、ピストンの移動速度を減速させるための歯車
部１８がピストンポンプ１７に隣接して設けられ
る。キーボード２１に設定されたパルスレート
（単位時間当りのパルス数）を有する駆動パルス
がパルス発生器２０よりステツピングモータ１９
に印加される。ステツピングモータ１９はパルス
レートに応じた回転を歯車部１８へ伝える。歯車
部１８はこの回転を減速すると共にピストンロツ
ド１７ｃを移動させる。

TMP制御部２４は圧力センサ２３，２５のデ
ータを取り込み血液回路側圧力Ｐと透析回路側圧
力Ｑとの差圧Ｐ−Ｑ、いわゆるTMP（トランスメ
ンブレン圧）を演算し、予め設定された制御設値
と比較し、その偏差をなくす様に透析液ポンプの
供給電圧を制御する。

第３図の装置の動作をモード別に詳細に説明す
る。

(a) 初期設定モードピストンポンプ１７のピストンは初期位置（シ
リンダー１７ａの入口ライン側端面に接する位
置）に設定される。入口弁１１及び出口弁１３は
開かれバイパス弁１６は閉じられる。キーボード
２１に限外過流量（透析器の膜を介して血液よ
り透析器側へ移動する水分の流量）を設定する。

(b) 準備モード入口弁１１、出口弁１４（共に開）、バイパス
弁１６（閉）は前のモードのままとされ、血液ポ
ンプ２はオンとされ透析が開始される。TMP制
御部２４を介して透析液ポンプ１５に供給される
電圧が設定され、TMPが所定値（例えば０mm
Hg）に設定される。

(c) TMP測定モード入口弁１１、出口弁１４は閉じられ、バイパス
弁１６は開かれ、透析器４を中心とした透析液回
路は入口弁１１、出口弁１４を境にして他より独
立したものとされる。この間ピストンポンプ１７
はオンとされ、それと連通された透析液回路には
第５図に示したように負圧が与えられ、設定され
た限外過流量とほぼ等しい流量で透析液が吸引
される。この動作は注射器による吸引と同様であ
つて、シリンダー１７ａの内壁と接しつつピスト
ン１７ｂが移動され、透析液を吸引する。ピスト
ン１７ｂと連結されたピストンロツド１７ｃはシ
リンダー１７ａの終端面の中央より突出して歯車
部１８内に導出され、ロツドに形成されたねじが
歯車部１８のギヤと係合され、ロツドは移動され
る。歯車部１８のギヤはステツピングモータ１９
により駆動され、そのモータ１９は限外過流量
が設定されたキーボード２１からの信号に対応し
たパルスレートのパルス発生器２０のパルスによ
り駆動される。ピストンポンプ１７で吸引中圧力
センサ２３により検出された圧力値Ｐ及び圧力セ
ンサ２５で検出された透析液の圧力値ＱがTMP
制御部２４に取り込まれ、差圧Ｐ−Ｑ、即ち
TMPが演算され制御設定値としてメモリに記憶
される。

(d) 透析モード入口弁１１、出口弁１４は開かれ、バイパス弁
１６は閉じられ再び透析器４内を透析液が流通さ
れ、同時にTMP制御部２４により各圧力センサ
の検出値が取り込まれ、前と同様TMPが演算さ
れ、この演算されたTMPと先に記憶されたTMP
の制御設定値とが比較され、その偏差をなくすよ
うに透析液ポンプ１５が制御される。またキーボ
ード２１からの指令によりパルス発生器２０より
逆転信号と駆動パルスがステツピングモータ１９
に与えられ、モータ１９の逆転によりピストン１
７ｂが低速で押し戻され、先に吸引された透析液
は透析回路へ徐々に返還される。

上述の透析モードにおいてはTMP測定モード
で測定されたTMP、つまり設定された限外過
流量を与える差圧を保持するように透析液ポンプ
１５が制御され、限外過が所定時間行われる。

「従来技術の問題点」従来の装置では血液ポンプ２としてチユービン
グポンプが用いられる。このチユービングポンプ
は外壁にそつて円弧状に血液チユーブが曲げて設
けられ、その円弧の中心を通る直径を腕として、
その両端にローラが設けられモータにより腕が低
速で回転するとローラが腕のまわりを回転しなが
らチユーブを押圧し、チユーブを通して血液を吸
引するように動作するものである。腕の回転速度
は例えば0.25〜１回転／秒である。

ところで血液回路側圧力Ｐの瞬時値はこのチユ
ービングポンプの影響を受けて、第５図に示した
ようにリツプルを伴つたものとなる。従つて
TMP（＝Ｐ−Ｑ）についても同様である。このた
めTMP測定モードで測定したTMPは一般には平
均値よりずれた値となる。それにもかかわらず透
析モードにおいてこの平均値よりずれたTMPの
測定値を制御設定値として長時間の透析が行われ
るので透析モードにおける限外過量に大きな誤
差を生ずる結果となる。

また透析モードにおいても随時TMPが測定さ
れ、TMP測定モードで測定されたTMPとの偏差
を無くするような制御が行われており、この随時
測定したTMPの瞬時値の平均値よりの偏差によ
り前と同様に限外過量に誤差を生ずる。

従来の装置ではピストンポンプ１７により透析
液の吸引を開始してより透析回路側圧力Ｑが安定
するに要する時間Δt（前もつて実験的に求めてあ
る）を経過した時点でのTMPが測定され、この
値が制御設定値とされた。しかしながらこの時間
Δtは入口ライン、出口ラインの汚れ状態或いは
ピストンポンプ１７、歯車部１８、ステツピング
モータ１９より成る吸引アセンブリの相違により
バラツキを生じる。このため未だ透析液圧が安定
しない時点におけるTMPを測定し、その測定値
を制御設定値として透析を行う場合が起り得る。
その場合透析モードにおける限外過量（限外
過流量の積分値）は設定値からずれた値になる。

このような不都合が生じないようにΔtを充分
大きく設定すれば、今度は透析効率が低下するの
でΔtは必要最小限にとどめねばならない。

従来の技術では時間Δtの設定に充分合理的な
配慮が為されていなかつた。

この考案の目的は上記した従来技術の問題点を
解決し、血液ポンプの影響によりTMPに脈動が
あつても透析中の限外過量に誤差を与えず、ま
たTMP測定モードにおいて、ピストンポンプの
吸引を開始してよりTMPを測定する迄の時間Δt
が不適当なため合理的なTMPが測定されず、透
析モードでの限外過量に誤差を与えるようなこ
とがない透析液圧制御方式血液透析装置を提供す
ることにある。

「問題点を解決するための手段」この考案によれば、透析器の透水性（除水能と
も言う）を測定する手段が設けられ、TMP測定
モードの透析液の圧力が安定状態に達したか否か
を判断するための基準値を上記透水性に応じて設
定する安定化基準値設定手段が設けられる。また
TMP測定モードにおいて、透析液の圧力の移動
平均値の回りの標準偏差又は透析液の圧力の変化
率を演算し、その演算値が上記基準値以下になつ
たことを検出するTMP安定状態検出手段が設け
られ、その検出時点におけるTMPの移動平均値
を演算して上記TMPの測定値とすると共に、上
記透析モードにおけるTMPの移動平均値を演算
して上記TMP測定値と等しくなるように制御さ
れるべき被測定値とするTMP移動平均手段とが
設けられる。

「実施例」この考案の実施例を第１図に示す。第３図と同
一の部分には同じ符号を付して重複説明は省略す
る。この例ではTMPの測定制御回路にはマイク
ロコンピユータが利用され、CPU（中央処理ユニ
ツト）３０はROM（読出し専用メモリ）３１に
格納されたシステムプログラムを解読実行するこ
とによりTMPの測定と制御が行われる。

初期設定モード、準備モードの動作は従来例で
述べた動作と同様であるので説明は省略する。

(a) TMP測定モード本モードの第１回目では、所要時間が３分と設
定されている。CPU３０は圧力センサ２５のデ
ータＱ（透析液の圧力）をＡ／Ｄ変換器３６を介
して0.1秒毎に取り込みRAM３７へ記憶させる。
CPU３０はＩ／Ｏ（入出力回路）３２、ドライバ
ー３３を経由してまず入口弁１１を閉、バイパス
弁１６を開とする。つぎにCPU３０は本モード
に入る直前の透析液圧の値Q₀（準備モードの最後
の透析液圧の値で、RAM３７に記憶されてい
る）を用いて、入口弁１１を閉としてより、次に
出口弁１４を閉とするまでの遅延時間td td＝５＋5Q／300 （秒）を算出してRAM３７に格納し、その時点で出口
弁１４を閉にする。上式で、Ｑは負圧の時は負の
値を取る。例えば、準備モードにおける透析液圧
Q₀が100mmHgであつたとすると、遅延時間tdは
6.7秒となる。（0.1秒毎の割込み処理にて切り換
え動作を行うため、小数点２桁目は四捨五入す
る。）準備モードからTMP測定モードへ、あるいは
透析モードからTMP測定モードへ移行する際に、
入口弁１１、バイパス弁１６を閉にしてから出口
弁１４を閉にする迄の間に遅延時間を設けるのは
弁の切換による透析液の圧力Ｑの過渡現象による
変動を小さくするためで、またこの過度変動の大
きさは透析液の圧力に対応して大きいため、遅延
時間tdを透析液の圧力Ｑに対応した式にて決定し
ている。しかし弁切換による過渡現象の影響が小
さい場合には常にtd＝０としてもよい。

一方CPU３０は設定スイツチ３４に設定され
た限外過流量のデータを読み込み、その流量を
与えるように駆動パルスのパルスレート（単位時
間当りのパルス数）を演算し、この演算したパル
スレートにほぼ等しいパルスレートで、ドライバ
ー３５を介してステツピングモータ１９を駆動す
る。３分後に第１回目のTMP測定モードが終了
し、透析モードへ移行するが、この間透析液の圧
力は安定状態になつている。その間の透析液圧デ
ータＱの取り込みは0.1秒毎に行われる。また圧
力センサ２３のデータＰ（静脈回路側の圧力）が
同様にＡ／Ｄ変換器３８を介してRAM３７に記
憶され、CPU３０は0.1秒毎にTMPを演算し、12
秒間のTMPの移動平均値とそのまわりの標準偏
差を演算する。CPU３０は３分経過後のTPMの
移動平均値₁を測定値としてRAM３７に記
憶させる。またCPU３０は、設定スイツチ３４
に設定された限外過流量UFR（１時間当りの限
外過量）の値を、その測定値₁で除算し、
その結果を透水性γ₁としてRAM３７に格納す
る。即ち、 γ₁＝UFR／₁（ml／mmHg・時）なお、透水性γ₁の演算と記憶は次の第１透析モ
ードで行つてもよい。

２回目からのTMP測定モードにおいては、
TMPの安定状態を検出するために、脈動のない
透析液圧Ｑの移動平均値とその回りの標準偏差
σが演算され、その標準偏差σが基準値σ_rと比較
される。ステツピングモータ１９の駆動により、
透析液の圧力は変化するが次第に安定状態に達す
る。透析液の圧力が安定状態に近ずくと前記
TMPのまわりの標準偏差は徐々に小さくなる。

ところで、限外過量はTMPが同じ場合には、
透析器の膜面積に比例し、膜厚に反比例する。透
水性γの高い透析器は単位差圧当りの限外過流
量が大きく、逆に透水性γの低い透析器は単位差
圧当りの限外過流量が小さい。

第2TMP測定モードにおいて、設定されている
限外過流量UFRと等しい流量で、ピストンポ
ンプ１７により透析液を吸引中は、透析器の透水
性が第1TMP測定モードにおける場合より、若干
低下しているため、第1TMP測定モードにおける
よりも多少大きな差圧（TMP）が血液回路と透
析液回路との間に与えられる。従つて透析液の圧
力Ｑは第２図に示すように時間と共に減少し、第
１透析モードにおける値Q₁より若干低下した値
Q_A2に向かつて安定化して行く。一般に使用する
透析器の透水性γが大きい場合には圧力Ｑの変化
の時定数が小さく、逆に透水性γが小さい場合に
は時定数が大きくなる。

透析液の圧力Ｑの安定状態を検出するために、
CPU３０は、12秒間、0.1秒毎にRAM３７に取
り込んだＱのデータをもとに、移動平均値₂と
その回りの標準偏差σとを演算し、その標準偏差
σを基準値σ_rと比較し、標準偏差σが基準値σ_rと
等しいかそれより小さくなつたことを検出する
と、透析液の圧力Ｑ、従つてTMPは安定状態に
達したものとみなし、その時点のTMPの移動平
均値₂（CPU３０により0.1秒毎に演算され
ている）をTMPの測定値としてRAM３７へ記
憶させる。

しかしながら、透析液の圧力Ｑの安定状態を検
出した時点における移動平均値₂の上記Q_A2（時
間を充分長くとつて透析液の圧力Ｑの変化が無く
なつた場合の値）に対する誤差ΔQ₂＝₂−Q_A2
は、第２図からも分るように、透水性γが小さい
Ｂ点の場合には、γが大きいＡ点の場合と比較し
て、可成り大きくなる。従つてこの時点のTMP
の移動平均値をTMPの測定値とすれば、次の透
析モードにおける限外過量に大きな誤差をもた
らすことになり好ましくない。そこでこの考案で
は使用透析器の透水性γが小さいものほど基準値
σ_rを小さくして、安定状態を検出した時点の透析
液圧Ｑの誤差ΔQ₂が増えないようにされる。
CPU３０は前回のTMP測定モード或いは透析モ
ードでRAM３７に格納した透水性γ₁を用いて、
基準値σ_r1を、例えば、 σ_r1＝γ₁／50 （mmHg）により演算して、RAM３７に格納する。この操
作は第1TMP測定モード又は第１透析モードで透
水性γ₁を演算、記憶する際同時に行われる。

CPU３０は標準偏差σが基準値σ_r以下になつ
たことを検出すると、TMPは安定状態に達した
と見なしその時点におけるTMPの移動平均値を
TMPの測定値としてRAM３７に記憶する。

また設定された限界過流量UFRをそのTMP
の移動平均で割つて新しい透水性γ₂及び基準値
σ_r2が演算され、RAM３７に記憶される。しかし
これらの操作は次の第２透析モードで行つてもよ
い。なお、0.1秒間隔のタイミングはタイマ４０
より与えられる。

以上の説明から明らかなように、CPU３０、
ROM３１、RAM３７、タイマ４０等は透析器
の透水性を測定する手段、安定化基準値設定手
段、及びTMP安定状態検出手段を構成している
ことが分る。

ピストンポンプ駆動パルスのパルスレート設定した限外過流量と等しい流量で透析液を
ピストンポンプ１７で吸引するために、ステツピ
ングモータ１９に印加する駆動パルスのパルスレ
ートの設定方法につき簡単に述べておく。一例と
して次の仮定を設ける。

(イ) 限外過流量UFRの設定範囲：0.1〜1.50
／時、0.01／時ステツプ（3000〜25000
ml／分、0.1667ml／分ステツプ） (ロ) パルスモータのステツプ角：1.8度／パルス
（１回転に要するパルス数Ｎ：360／1.8＝200パ
ルス） (ハ) 歯車部の減速比α：１／５ (ニ) ピストンロツドのねじのピツチｐ：0.125cm (ホ) シリンダーの直径：3.6cm（断面積Ｓ：
10.179cm²）とする。

限外過流量UFR（ml／分）とピストンの移動
速度ｖ（cm／分）との関係は、シリンダーの断面
積をＳ（cm²）とすれば UFR＝Ｓ×ｖ (1) となる。ピストンロツドのねじの回転速度ｎ（回
転／分）は、ねじのピツチをｐ（cm）とすると、ｎ＝ｖ／ｐ (2) となる。ステツピングモータの回転速度ｍ（回
転／分）は歯車部の減速比をαとすればｍ＝ｎ／α (3) となる。駆動パルスのパルスレートp_r（パルス／
秒）はモータを１回転させるのに要するパルス数
をＮとすれば p_r＝ｍ／60×Ｎ (4) となる。パルスレートp_r（パルス／秒）と限外
過流量UFR（ml／分）との関係は(1)〜(4)式より p_r＝Ｎ／Sαp×60×UFR＝13.10×UFR (5) となる。UFR＝３〜25ml／分を与えると p_r＝39.30〜327.5パルス秒となる。

しかしながら、実際にはこのようにして求めた
パルスレートp_rを用いるのではなく、実現し易い
ようにマイクロコンピユータのクロツクを分周し
て得られた近似的なパルスレートが用いられる。
この例ではCPU３０のクロツクは4.9152／2MHz
で、ステツピングモータ用の基準クロツクf_cは、
これを1/256に分周した9600Hzとされる。従つて
上記で求めたパルスレートp_rを得るために基準ク
ロツクf_cを分周したとすれば、その分周比ηは１／η＝f_c／p_r＝244.27〜29.313 となる。このように１／ηの桁数が多く、小数点
以下の数値を持つと、分周回路が極めて複雑とな
るので小数点以下を四捨五入して１／η′＝244〜29 と近似した分周比を用いる。従つて実際のパルス
レートp_r′は p_r′＝f_c／（１／η′）＝39.34〜331.0パルス／秒と
なる。

TMPの補正について上記の近似的パルスレートを用いると限外過
流量UFR′は UFR′＝p_r′／13.10 （5′）となる。設定された限外過流量UFRと実際に
ピストンポンプを吸引して実現する近似的限外
過流量UFR′との関係は(5)，（5′）式より UFR＝UFR′×p_r／p_r′＝UFR′×β (6) しかしβは補正係数で β＝p_r／p_r′＝η／η′＝（244／244.27〜29／29.31
3）＝0.9989〜0.9893 (7) となる。限界過流量はほぼTMPに比例するの
で、TMP測定モードにおけるTMPの測定値とし
ては、実際に測定されたTMP′（移動平均値）を
補正したTMP＝βTMP′を用いるのが好ましい。
なんとなれば透析モードにおいてはこの補正した
TMPが制御設定値とされ分周比を近似したため
の誤差が補償されるからである。またシリンダー
の直径等の製造上のバラツキが無視できない場合
には、上記の近似的分周比を用いたための補正と
合せてTMPを補正するのが望ましいが、その詳
細については省略する。

ROM３１内に限外過流量0.18〜1.50／時）
（0.01／時ステツプ）に対応した補正係数β
（133種）を格納して置き、適宜読み出して補正処
理が行われる。

上述ではピストンポンプによる吸引を開始して
後のTMPの安定状態を検出するのに透析液圧の
移動平均値のまわりの標準偏差により検出するも
のとして説明したが、この考案は必ずしもこれに
限らず、例えば透析液の圧力の変化率により検出
してもよい。その場合にも血液ポンプの影響を受
けずにTMPの安定状態を正確に検出することが
できる。

(b) 透析モード TMP測定モードでTMPが測定され、その測定
値（移動平均値）が制御設定値として設定される
と、CPU３０は入口弁１１、出口弁１４を開、
バイパス弁１６を閉に制御する。またCPU３０
はRAM３７に記憶された制御設定値と0.1秒毎に
取り込んだ血液回路側圧力Ｐ及び透析液の圧力Ｑ
から算出したTMPの移動平均値とを比較し、そ
の偏差をなくすようにドライバー４１を介して透
析液ポンプ１５を制御する。

以上の説明から明かなように、CPU３０、
ROM３１、RAM３７はTMP移動平均手段を構
成するものである。

透析モードは通常はTMP測定モードが開始さ
れてから30分経過すると自動的に終了し、再び
TMP測定モードに戻つて測定と透析とが繰返し
行われる。しかしながら患者の血圧が低下し、限
外過流量を下げる必要が生じたような場合には
設定値変更スイツチ（図示せず）を押すことによ
り、透析モードを中断して直ちに初期設定モード
に戻すことができ、新しく設定された限外過流
量に対応した透析が行われる。

「考案の効果」この考案によれば、TMP測定モードにおける
TMPの測定値及び透析モードにおいて制御設定
値と比較するTMPとして共に移動平均値を用い
るようにしたので、血液ポンプの影響による
TMPの脈動に起因する限外過量の誤差を除去
することができる。

TMP測定モードにおいてピストンポンプによ
る吸引開始後のTMPの安定状態を使用する透析
器の透水性を考慮して正確に検出する手段を設
け、その検出した時点のTMPの移動平均値を
TMPの測定値としたので、従来TMPの測定値を
導出する時点が不適当なために透析モードで基準
とすべき最適なTMPが測定されず、このため限
外過量に誤差を与えたような欠点を除去するこ
とができる。

また、透析モード（第１回目のみ準備モード）
からTMP測定モードに移行する際に入口弁、バ
イパス弁を閉にしてから出口弁を閉にする迄の間
に、透析液の圧力の値に応じた時間差を設けた場
合には、弁の切換による透析液の圧力の過渡現象
による変動の大きさを小さくすることができ、安
定になる迄の時間を有意に縮めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の血液透析装置の一実施例を
示すブロツク系統図、第２図は第１図の装置の第
2TMP測定モードにおける透析液圧の変化特性を
示す図、第３図は従来の血液透析装置のブロツク
系統図、第４図は第３図の従来装置の動作の概要
を説明するための図、第５図は第３図の従来装置
の血液回路側圧力、透析液回路側圧力、TMPの
変化特性を示す図である。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】透析中に短時間透析器への透析液の供給と透析
器からの透析液の排出とを共に停止させ、ポンプ
により予め設定された限外過流量で上記透析液
を吸引し、その時のTMP（トランスメンブレン
圧）を測定するTMP測定モードを設けると共に、
透析器への透析液の供給と透析器からの透析液の
排出とを再開させ、その再開後のTMPを上記
TMP測定モードで得られた測定値に等しくなる
様に透析液の圧力を制御して透析を行う透析モー
ドを設けた透析液圧制御方式血液透析装置におい
て、上記透析器の透水性を測定する手段と、上記TMP測定モードにおいて透析液の圧力が
安定状態に達したか否かを判断するための基準値
を上記透水性に応じて設定する安定化基準値設定
手段と、上記TMP測定モードにおいて、透析液の圧力
の移動平均値の回りの標準偏差又は透析液の圧力
の変化率を演算し、その演算値が上記基準値以下
になつたことを検出するTMP安定状態検出手段
と、その検出時点におけるTMPの移動平均値を演
算して上記TMPの測定値とすると共に、上記透
析モードにおけるTMPの移動平均値を演算して
上記再開後のTMPとするTMP移動平均手段と、
を具備することを特徴とする透析液圧制御方式血
液透析装置。