JPH0536433Y2

JPH0536433Y2 -

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Publication number: JPH0536433Y2
Application number: JP1986047920U
Authority: JP
Priority date: 1986-03-31
Filing date: 1986-03-31
Publication date: 1993-09-14
Anticipated expiration: 2001-03-31
Also published as: JPS62157544U

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
能を備えた人工透析装置に関する。

「従来の技術」従来の人工透析装置を第３図及び第４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に与えらえ、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
液中の水分及び老癈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、絞り
部６を順次経由し、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、入り口弁１１を順次経由して入り
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癈物を取り込
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を経由してドレン１５へ廃液される。
入り口弁１１の上流側の入り口ラインと出口弁１
４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にはピストンポンプ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、あらかじめ設定された制
御設定値と比較し、その偏差をなくすように絞り
部６の絞り度を制御する。

第３図の装置の動作をモード別に詳細に説明し
よう。

(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、絞り部６の血液チユーブを押圧
するためのヘツドを初期位置（絞りを全て解放す
る位置）に設定される。入口弁１１及び出口弁１
４は開かれバイパス弁１６は閉じられる。キーボ
ード２１は限外過流量（透析器の膜を介して血
液より透析液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を介して絞り部６のヘツドを移動させチ
ユーブを押圧する絞り動作が行われ、血液回路側
圧力が所定値（例えば100mmHg）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
パルスレートを有する、パルス発生器２０より印
加される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、Ｐ
とＱとの差圧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、前と同様に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、その偏差を無
くすように絞り部６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１７
ｂが低速で押し戻され、先に吸引された透析液は
透析回路へ徐々に反還される。

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絞り部６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△ｔ（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△ｔ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△ｔ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△ｔ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△ｔの設定に充分合理的な
配慮が為されていなかつた。

TMPは血液ポンプの影響により脈動を伴つて
いるので、透析モードにおけるTMPの制御を安
定に行うために、第６図に示すようにTMPの制
御設定値を中心として上下に一定幅の不感帯±△
Ｐを設け、その上限値或いは下限値を外れた場合
にTMPの制御が行われる。このため限外過流
量を小さく設定し、従つてTMPの制御設定値が
小さい場合には、TMPの不感帯幅の制御設定値
（中心値）に対する比率が大きくなり、透析モー
ドにおける限外過量の設定値に対する誤差が大
きくなる問題があつた。

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△
ｔ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
ことがなく、またTMP制御における不感帯幅が
不適当なことにより、限外過量に大きな誤差を
与えることのない人工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、TMP測定モードにおいて
ピストンポンプの吸引により透析液圧が変化した
後、TMPが安定状態になつたことを検出する手
段が設けられ、その安定状態が検出された時点に
おけるTMPの移動平均値を演算し、その値を
TMPの測定値とすると共に透析モードにおいて
TMPとして移動平均値を演算するTMP演算手段
が設けられる。また上記TMPの測定値の大きさ
に応じて、透析モードにおける不感帯幅を設定す
る手段が設けられる。

「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 CPU３０はＩ／Ｏ（入出力回路）３２、ドライ
バー３３を経由して入口弁１１、出口弁１４を
閉、バイパス弁１６を開に制御する。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。これにより
透析液の圧力は変化するが次第に安定状態に達す
る。その間CPU３０は圧力センサ２５のデータ
（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。また圧
力センサ２３のデータ（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RAM
３７に記憶し、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。透析液の圧力が
安定状態に近ずくと標準偏差は徐々に小さくな
る。CPU３０はこの標準偏差が所定値以下にな
つたことを検出すると、TMPは安定状態に達し
たと見做しその時点における移動平均値をTMP
の測定値としてRAM３７に記憶する。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はTMPの安
定状態を検出する手段を構成すると共に移動平均
手段を構成していることが分る。

安定状態を判断する標準偏差の所定値は血液ポ
ンプの影響による脈動を考慮して例えば２mmHg
とされる。

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（3.000〜25.000
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γは１／γ＝f_c／p_r＝244.27〜29.313 となる。このように１／γの桁数が多く、少数点
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／γ′＝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／γ′）＝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′＝γ／γ′＝（244／244.27〜29／29.
313）＝0.9989〜0.9893 (7) となる。限外過流量はほぼ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′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。

準備モードからTMP測定モードへ移行すると、
入口弁１１及び出口弁１４は開より閉に制御され
るが、その際これらの弁を閉にする時点を僅かの
間ずらせることが望ましい。例えば入口弁１１を
閉として５秒後に出口弁１４を閉とする。このよ
うにすると透析回路側圧力の過渡現象による変動
を小さくするこができ、平衡状態になる迄の時間
が小さくなる。

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、例えば透析回路側圧
力の変化率により検出してもよい。その場合は血
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、測定値
（移動平均値）が設定されると、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RAMに記憶された制
御設定値と0.1秒毎に取り込んだ血液側圧力及び
透析液側圧力から算出した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４
１を介して絞り部６を制御する。その際CPU３
０は制御設定値を中心としてその上下に設ける不
感帯幅△P₁，△P₂をそれぞれ制御設定値の大き
さに応じた値として、これらを演算しRAM３７
へ記憶させる。

実験的検証によつて血液ポンプの影響による
TMPの脈動分の振幅は、静脈回路側圧力に対応
して大きくなり、従つてまたTMPの大きさに対
応して大きくなることが見出された。その結果△
P₁，△P₂は例えば △P₁＝TMP×δ₁＝TMP×（１／15） △P₂＝TMP×δ₂＝TMP×（１／60） (8) のようにTMPの大きさに応じて設定することが
できる。ここでTMPは制御設定値である。この
ように不感帯幅をTMPの大きさに応じて設定す
ると、TMPの制御が安定に行われることは勿論
であるが、TMPの大きさが小さい場合でも従来
例のように透析モードで得られる限外過流量の
設定値に対する誤差の比率が増加することはなく
なる。

この例では(8)式のように△P₂が△P₁より小さ
く設定されている。これは次の理由によるもので
ある。

透析により血液中の水分が透析液側に移動する
につれて、血液側の圧力は僅かに減少傾向を示
す。（その圧力の減少分はTMPと対応した大きさ
である。）従つてもし△P₁＝△P₂に設定すると、
透析モードにおいてTMPが不感帯の下限を越え
る頻度は上限を越える頻度より極めて大きくな
る。このため透析モードにおけるTMPの平均値
は制御設定値より小さくなり、従つて限外過流
量についても同様となる。このTMPの平均値の
低下を防ぐために、△P₁＞△P₂としている。

以上の説明から明らかなように、CPU３０、
ROM３１、RAM３７はTMP制御における不感
帯幅を設定する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。

他の実施例この考案の他の実施例の一部を第２図に示す。
第１図と同一部分には同じ符号を付して重複説明
は省略する。第２図に示されていない部分は第１
図と同じである。この実施例では出口ライン１３
のドレイン１５側に陰圧ポンプ５０が、入口ライ
ン１２に定流量弁１０が設けられる。陰圧ポンプ
５０は透析液を吸引し、大気圧を基準にして負の
圧力を透析液回路に与えることになる。また第１
図では静脈側の血液チユーブ７に絞り部６を設
け、これを制御してTMPを制御したが、この実
施例では特に絞り部は設けず、陰圧ポンプ５０の
直流モータに印加する電圧をドライバー５１を介
して制御し、その回転速度を可変して透析液回路
側圧力、従つてTMPを制御している。その他の
構成と動作は第１図の実施例と同様であるのでそ
の説明は省略する。

第１図及び第２図の実施例ではピストンポンプ
１７を透析器４、出口ライン１３に設けている
が、これは入口ライン１２に設けてもよい。

「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るような欠点を除
去することができる。

透析モードにおいてTMPの制御設定値の上下
に設ける不感帯幅は従来のように一定ではなく、
TMPの脈動分の実状に合致して、TMPの大きさ
に応じた値にしたので、不感帯幅が大き過ぎ限外
過量に大きな誤差を与えるような従来の欠点は
除去される。

更にTMP測定モードにおいてTMPの安定状態
を検出した時点のTMPの移動平均値を補正して
測定値とした場合には、ピストンポンプを駆動す
るパルスのパルスレートの誤差やピストンポンプ
のシリンダー等の製造誤差を補正することができ
るので、より正確な限外過を行うことができ
る。

更にTMPの制御設定値の下に設ける不感帯幅
を制御設定値の上に設ける不感帯幅より小さく設
定した場合には限外過量の誤差をいつそう小さ
くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の人工透析装置の一実施例を
示すブロツク系統図、第２図はこの考案の他の実
施例の要部を示すブロツク系統図、第３図は従来
の人工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、第
６図は第３図の従来装置の透析モードにおける
TMP制御の不感帯幅を説明するための図である。１，７……血液チユーブ、２……血液ポンプ、
３，５……チヤンバー、４……透析器、６……絞
り部、８……透析液供給部、１０……定流量弁、
１１……入口弁、１２……入口ライン、１３……
出口ライン、１４……出口弁、１５……ドレイ
ン、１６……バイパス弁、１７……ピストンポン
プ、１８……歯車部、１９……ステツピングモー
タ、２３，２５……圧力センサ、３０……CPU、
３１……ROM、３２……入出力回路（Ｉ／Ｏ）、
３３，３５，４１，５１……ドライバー、３４…
…設定スイツチ、３６，３８……Ａ／Ｄ変換器、
５０……陰圧ポンプ。

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
ように血液の圧力又は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人工透析装置におい
て、上記TMP測定モードにおいてTMPの安定状態
を検出する手段と、その検出時点におけるTMPの移動平均値を上
記TMPの測定値とすると共に、上記透析モード
におけるTMPの移動平均値を上記再開後のTMP
とする移動平均手段と、上記TMPの測定値に応じて、上記透析モード
のTMP制御における不感帯幅を設定する手段と
を具備することを特徴とする人工透析装置。