JPH11347116A - 血液精製装置 - Google Patents

血液精製装置

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JPH11347116A
JPH11347116A JP11134167A JP13416799A JPH11347116A JP H11347116 A JPH11347116 A JP H11347116A JP 11134167 A JP11134167 A JP 11134167A JP 13416799 A JP13416799 A JP 13416799A JP H11347116 A JPH11347116 A JP H11347116A
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blood pressure
ultrafiltration
blood
control device
value
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JP11134167A
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English (en)
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Otfried Roeher
オトフリート・レーアー
Steffen Korth
シュテフェン・コルト
Friedrich A Mueller
フリードリヒ・アー・ミューラー
Dieter Rath
ディーター・ラト
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B Braun Melsungen AG
Original Assignee
B Braun Melsungen AG
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    • G05B13/02Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 限外濾過速度を制御することによって患者
の変化する血圧を自動的に安定化する血液精製装置を提
供する。 【解決手段】 血液精製装置の限外濾過速度は、血圧モ
ニター(24)によって測定された患者(16)の血圧
に依存してファジー制御デバイスによって制御される。
この目的のために、血圧(P)、短期間血圧傾向値(T
RK)および長期間血圧傾向値(TRL)を、ファジー
制御装置用の入力変数として、制御デバイス(23)に
供給される。該限外濾過速度(UFR)は、容積測定限
外濾過ポンプ(36)によって測定される。患者(1
6)の血圧状態に応じて、限外濾過速度の事前記憶させ
たプロフィールは修飾される。これは、さらなる注入の
必要性を避けて、余りにも強い血圧低下を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、限外濾過速度が制
御される限外濾過デバイスを含む血液精製装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】血液透析、血液透析濾過または血液濾過
による血液精製処理の間に、患者の血液は、限外濾過デ
バイスを介して体外回路に導かれ、次いで患者の身体に
戻る。限外濾過デバイスにおいて、体液および汚染物質
は、腎不全を補うために、対流によって、さらに血液透
析および血液透析濾過の場合には拡散によって血液から
除去される。以下において、体外血液精製法を医学的慣
例に従って「血液透析」という。腎機能の部分的または
完全な不全のために、患者の身体は、処置の開始時にて
過剰な体液およびその中に溶解する汚染物質を含み、こ
れは血液透析処理の間に血液循環を介して除去される。
数時間の処置の間に、体液の強力な除去の結果として重
篤な血圧低下(症候的低血圧)の危険がある。かかる合
併症は、血圧の安定化のために即時の治療処置を必要と
する。代用品として生理食塩水(0.9%塩化ナトリウ
ム溶液)を血液循環に注入することが共通した慣例であ
る。これは、血液容量を増大させ、かくして同時ではな
いが血圧が体液の必要な除去に対抗する。後者は、大量
の生理食塩水(例えば、200〜500ml)の代わり
に、より少量の高度に濃縮された(例えば、20%)塩
化ナトリウム溶液によって防止できる。体組織のそれと
比較して溶液中のかなり高濃度のナトリウムイオンは、
浸透によって、体液がさらに体組織から血管へ流れる効
果を有する。身体への高度に濃縮された塩化ナトリウム
溶液の注入は、高性能の制御システムを要する注入ポン
プを設けなければならないために、より複雑な血液精製
装置を必要とする。
【0003】米国特許第5,503,624号は、制御デ
バイスが言語変数およびファジー理論の方法によって不
明瞭な情報を処理する制御デバイスを有する注入システ
ムを記載する。異なる質のいくつかの影響する構成要素
は、不明瞭な情報として評価され、意味の意義を考慮に
入れる注入デバイスの自動制御に統合される。これは、
質的に異なって影響する構成要素および処置の間に起こ
るそれらの複雑な結合の変化が、それらの意味の意義に
より認識され、自動注入制御に含まれるように、透析処
置の間に血液系へのさらなる体液の注入の制御を保証す
る。
【0004】欧州特許EP0652780 B1は、透
析液(透析物)中の増加したナトリウム濃度分だけ注入
された高張塩化ナトリウム溶液を置換することによっ
て、透析患者において低血圧を防止するためのデバイス
を記載する。この目的では、ナトリウムは、対応するシ
グナルが患者および医療人によって発生するや否や透析
物を介して患者に投与される。しかしながら、これは、
血圧低下が患者に気づく症状を伴う場合にのみ可能であ
る。ナトリウムは、単純な制御システムによって予め決
定された値に応じて投与される。現在の血圧に依存する
ナトリウム投与の自動制御は可能ではない。
【0005】さらに、体外血液精製において、患者の状
態に対するいわゆる限外濾過プロフィールによって限外
濾過速度を適合させるという共通の慣例がある。しかし
ながら、処置の開始に先立って血液精製処理のさまざま
な相につき限外濾過速度の各値を調整することのみが可
能である。必要ならば、予め選択された限外濾過速度
は、医療人による処置の間に手動で変えることができ
る。この目的に用いられる装置は、医療人によって任意
に設定された限外濾過速度を有する単純な制御デバイス
である。それらは、治療の間に患者の状態の変化を検出
するいずれのセンサーも持たない。
【0006】さらに、血液容量もしくは相対血液容量ま
たは血漿の容積占有率もしくは細胞性血液成分の容積占
有率(ヘマトクリット)の減少を測定するセンサーを用
いて、血液透析処置の間に血液容量が過剰に減少(血液
量減退症)するのを防ぐことが提唱されてきている。限
外濾過速度は、これらの変数の予め選択された不履行ま
たは限界値を満たすように、現在測定された値に依存し
て変化する。これらの概念は、それらが血圧挙動を直接
的に測定せず、前記した容量パラメーターが血液透析誘
導の低血圧の複雑な機構の基本を形成する多階乗原因の
一部のみを考慮するために、有効な自動的血圧安定化に
適当でない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、限外
濾過速度を制御することによって患者の変化する血圧を
自動的に安定化する血液精製装置を提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によると、限外濾
過デバイスは、血圧およびファジィー制御によって血圧
から導かれた少なくとも1つの血圧傾向値に依存して限
外濾過速度を制御する。限外濾過速度は、限外濾過デバ
イスの膜システムを介して単位時間当りの患者の身体か
ら除去される体液量である。限外濾過速度は、制御デバ
イスによって予めセットされるだけではなく、患者に関
係する値に依存して自動的に変化する。これは、血液挙
動が非常に有益なパラメーターであることを示す。透析
処置の間に、血圧低下(低血圧)が血液系からの体液の
除去の結果として生じるかもしれない。本発明による制
御デバイスは、過剰な血圧低下の場合に、限外濾過速度
を減少させることによる適当な方法においてかかる血圧
変化を防ぐことができる。限外濾過速度の平均値は、一
般的に全ての処置について予め決定されているが、血圧
パターンが介入を必要とする状況を示す場合に、この値
を血圧依存的制御によって変える。このデバイスによっ
て提供される特定の利点は、かかる介入が限外濾過速度
の変化であるために塩化ナトリウム溶液の注入が必要な
いということである。かくして、注入ポンプの高コスト
を減ずることができる。しかしながら、これは、処置の
極限経過の場合について、例えば薬物が手動で注入され
ることを妨げない。ある場合には、限外濾過速度だけで
はなく、透析液の電気伝導度またはプログラム可能な注
入ポンプによる高度に濃縮された注入溶液もしくは等張
注入溶液の注入の増大を制御に含めることは妥当であり
得る。
【0009】本発明の概念は、さらなる生理的入力変数
が、例えば処置の開始からのような患者の血液容量の変
化(相対血液量)、または血漿量(相対血漿量)もしく
は細胞性血液成分の量(ヘマットクリット)の変化、血
液のイオン濃度もしくは電気伝導度の変化、血液または
透析液の温度のファジー制御に用いられるのを可能とす
る。
【0010】ファジー制御の入力変数が異常値に達しな
い場合に用いられる通常の限外濾過プロフィールは、限
外濾過容量に依存して本発明の有利なさらなる開発によ
り変更される。限外濾過容量は、先の限外濾過速度の積
分であり、それまでに身体から除去された総体液容量を
示す。あるいは、限外濾過プロフィールは、時間または
いずれかの他の生理的入力変数、例えば、イオン濃度ま
たは血液の電気伝導度の変化に依存するであろう。限外
濾過プロフィールは、決して予めセットされた剛直なプ
ロフィールではなく、測定された血圧値およびさらに入
力変数によって影響される。
【0011】本発明の好ましいさらなる開発により、フ
ァジー制御装置は、入力変数として短期間および長期間
血圧傾向値と同様に血圧値を受け取る。両傾向値は、意
味ドメイン血圧に統合され、将来的結論を含めた現在の
血圧値の判断を可能とする。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は、血液精製装置10を示
す。血液精製装置なる用語は、血液濾過用または血液透
析濾過用と同様に血液透析用の装置を包含するかかる観
念において包括的な用語として理解すべきである。
【0013】血液透析用装置10は、膜14によって相
互に分離された第一チャンバー12および第二チャンバ
ー13を有する限外濾過デバイス11を含む。第一チャ
ンバー12は、患者16の動脈系から採取された血液が
限外濾過デバイス11において精製されるのに続いて、
静脈系を介して患者の身体16に戻ってくる血液循環1
5の一部を形成する。血液循環15において、ポンプ1
7を配置して、これを容量測定ポンプとして働かせる、
すなわち、このポンプの流量が運転速度に対応し、それ
は制御できる。
【0014】限外濾過デバイス11の第二チャンバー1
3は、透析液がポンプ送液される透析液通路18に配置
する。透析液は、貯蔵容器から取り出され(図示せ
ず)、限外濾過デバイス11中の血液からさらに物質を
受け取り、次いで排出までポンプ送液される(図示せ
ず)。透析液の通路において、フローチャンバー19お
よび20は関係するポイントにて流速を制御する第二チ
ャンバー13の上流および下流に配置する。該フローチ
ャンバー19および該フローチャンバー20は同一の流
速を維持する。容量制御された限外濾過ポンプ36を介
して、所望の限外濾過流量を回収する。透析液流量QD
を計算ユニット21によって一定に保つ。限外濾過速度
の時間積分を決定し、かくして限外濾過量UFV、すな
わち処置の開始以来膜14を通過した体液量を計算する
計算ユニット22に限外濾過速度UFRを送る。
【0015】ポンプ36の流速用制御シグナルを供給す
る制御デバイス23によって限外濾過速度を制御する。
該ポンプの流速を所望の限外濾過速度が達成されるよう
に調整する。
【0016】制御デバイス23は、さらに、患者の身体
16に取り付けられた血圧モニター24から血圧シグナ
ルPを受け取る。血圧モニターは、患者の上腕の周囲に
固定された膨らますことのできる加圧帯を含み、例えば
5分の予めセットされた間隔にて非侵襲性の血圧測定を
行う。
【0017】血圧値Pは、短期間血圧傾向値TRKを計
算する計算ユニット25および長期間血圧傾向値TRL
を計算するもう1つの計算ユニット26に供給される。
両傾向値TRKおよびTRLは、制御デバイス23にお
いて処理される。
【0018】図2は、短期間血圧傾向値TRKの計算を
示す。横座標に沿って時間tをおよび縦座標に沿って血
圧Pをプロットする。時間tを5分の間隔n−2、n−
1、nに分ける。各間隔の終わりに、血圧を測定し、血
圧値Pn-2、Pn-1およびPnが測定される。間隔n−2
における該血圧の算術平均値Mn-2は、血圧値Pn-3およ
びPn-2の平均値である。
【0019】該間隔の終わりに、短期間傾向値TRKを
次のように計算する: TRK=Pn−Mn-2 従前の例において、TRKは負である、すなわち、短期
間傾向値は血圧低下を示す。この血圧低下が予め調整さ
れた限界値を超えるならば、制御デバイスが介在する。
【0020】図3は、長期間傾向値TRLの計算例を与
える。ここに、また、n−5ないしnの血圧測定間隔を
横座表に沿って示し、血圧Pを縦座標に沿ってプロット
する。長期間傾向を決定するために、平均値Mn-5・・
・Mnの数値を求めた。個々の間隔の平均値をこれらの
間隔によって規定して測定された平均血圧値からの計算
によって決定する。
【0021】血圧の長期間傾向TRLを次のように計算
する: TRL=Σ(Mn-2+...Mn)−Σ(Mn-5+...
n-3) かくして、整合的なより若い間隔の平均値のある番号の
総和を計算し、この値から整合的なより古い間隔の平均
値の総和を引く。TRLの値が正ならば、これは血圧の
増大傾向に対応し;TRLの値が負ならば、これは血圧
の減少傾向に対応する。
【0022】図5は、制御デバイス23の構成を示す。
この制御デバイスは、ファジー制御を行う。かかるファ
ジー制御の詳細は、米国特許第5,503,624号に記
載され、ここに出典明示して本明細書の一部とみなす。
該制御デバイス23は、入力変数P、TRK、TRLお
よびUFVを送る意味アナライザー30を含む。意味ア
ナライザーは、全メンバーシップCges n(n=
1...64)への集合操作によって合計64の可能な
状態について個々の特長のメンバーシップ関数から決定
された、メンバーシップを集める第一ファジー制御装置
31を有する。ドメイン低血圧および限外濾過の第一意
味評価を該ドメインの全活性化状態の全てのメンバーシ
ップの重力およびモーメントの中心計算によって行う。
【0023】さらなる意味評価段階では、意味アナライ
ザー30は、さまざまな状態の医学的重要性に関する医
学的知識および個々のドメイン決定されたモーメントを
考慮してだすべき結論を蓄積するドメイン評価ユニット
32を所有する。第二の意味評価段階において、各個々
のドメインを特定の因子によって重み付けする。第二意
味評価段階において決定された結果に基づいて、ドメイ
ン評価段階30は、第二階層レベルのファジー制御装置
が、限外濾過デバイス11の限外濾過速度の計算に関係
する範囲を特定する。
【0024】第三意味評価段階において、ドメイン評価
ユニット30は、予め決定されたフィールド外で全メン
バーシップCges nがあるか否かを分析する。この第三
意味評価段階は、例えば、さらに生理的測定変数が血圧
パターンに加えて入力変数として含まれ、また強力に活
性化した状態が必要であるならば、医学的観点から、専
らまたは第一に血漿容量−制御限外濾過を論争重み付け
すると同様に第二評価段階に類似する因子を重み付けす
ることを可能とする。
【0025】図5より、2つのファジー制御装置33、
34は、第二階層レベルに配置され、これらの2つの制
御装置は、関係するドメインの意味の全評価についての
各値によって、自動的にそれらのドメイン特異的推論結
果を増大させる。ファジー制御装置33を意味ドメイン
低血圧に割り当て、ファジー制御装置34を意味ドメイ
ン限外濾過に割り当てる。制御変数アキューミュレータ
ー35は、個々のドメインの結果を集め、限外濾過デバ
イス11につき全制御変数を決定する。この目的では、
全ての意味評価の総和は100にセットされ、個々のフ
ァジー制御装置33、34の推論結果にそれらのドメイ
ンの対応するパーセント占有率を掛ける。このようにし
て標準化された全ドメインのパーセント占有率の総和
は、限外濾過デバイスまたはポンプ17、36の対応す
る調整によって適用されるべき限外濾過速度を直接的に
示す。
【0026】図4は、限外濾過速度に対する記載された
制御の影響を示す。該ダイアグラムの下部において、相
対的限外濾過速度UFR/UFRoを平均限外濾過速度
であるUFRoを用いて示す。例えば、総計4リットル
の体液が、4時間内に限外濾過によって除去されるべき
であるならば、平均限外濾過速度UFRoは1リットル
/時間である。処置の初期相において、かなり高い限外
濾過速度を血圧パターンに依存して適用し、これは例え
ばUFRoの2倍に達し、それを用いて限外濾過容量の
限界を得る。初期相に続き、限外濾過速度は患者の血液
循環にほとんどひずみをかけない低値に自動的に低下す
る。初期相で適用された高値は、この相において患者の
身体が大量の過剰な体液を含むために、より強い限外濾
過が通常よく寛容されるという事実によって正当化され
る。しかしながら、処置の経過において、それまでに回
収された限外濾過容量およびUFRoと比較される増大
した限外濾過速度のために血圧低下のリスクが芽生える
という危険性がある。
【0027】該ダイアグラムの上部は、5分間隔にて通
常mmHgにて自動的に測定される血液透析処置のため
の全血圧Pパターンを示す。下限値Poは各患者につき
個々に予め選択されるべき限界血圧を規定し;この限界
血圧が、それに及ばず低下したならば、限外濾過速度の
自動制御を活性化することが絶対的に必要である。限界
値P0およびP1の間の血圧範囲において、自動制御は、
切迫した血圧低下のサインが血圧パターンの意味分析の
結果において制御システムによって検出された場合にの
み自動制御が活性化される。
【0028】血圧パターンの呈示された曲線は、限外濾
過速度が絶対的血圧値Pに依存しておよび傾向値TRK
およびTRLに依存して共に示された方法において変化
する。図4に示され、断続線によって完成された限外濾
過プロフィールは、制御デバイス23に事前記憶させた
プロフィールを示す。上方向に標準化された限外濾過速
度の値を補足する断続線は、血圧が十分に高い事象にお
ける限外濾過速度を示し、強力に低下するいずれの傾
向、すなわち、安定した血圧パターンにて限外濾過速度
の予めプログラムされたパターンを示さない。
【0029】このプロフィールは、示された方法におい
て血圧の実際の経過によって修飾される。示された状態
において、規定された時点にて、限外濾過容量が蓄積さ
れたプロフィールに従って安定した血圧パターンにて回
収することができた限外濾過容量よりも低くなるよう
に、いくつかの間隔にて限外濾過速度を低下させること
が必要であることが示される。この例において、蓄積さ
れた限外濾過プロフィールは限外濾過容量に依存するの
で、回収されるべき総限外濾過容量の明確なパーセン
ト、例えば70%を達成した場合にのみ低い限外濾過速
度への移行がなされる。
【0030】もう1つの可能性は、処置持続に依存する
以外は限外濾過容量に依存して制御デバイス23に事前
記憶させた安定な血圧パターン用の限外濾過プロフィー
ルをプログラムしないことであろう。さらに、代替法
は、他の入力変数に依存して安定した血圧パターン用の
限外濾過プロフィールを特定することを供する。かかる
入力変数は、詳細には相対血液容量、相対血漿容量およ
び細胞性血液成分の容量(ヘマトクリット)、血液のイ
オン濃度および電気伝導度または血液もしくは透析液の
温度である。全ての代替法において、安定した血圧パタ
ーン用に事前記憶させた限外濾過プロフィールは、記載
された方法における血圧パターンの実際の経過によって
修飾される。
【0031】
【発明の効果】本発明により、限外濾過速度が制御され
る限外濾過デバイスを含む血液精製装置が提出される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 血液精製装置の制御原理の模式的ダイアグラ
ムを示す。
【図2】 短期間血圧傾向値の計算を説明するための血
圧パターンの曲線を示す。
【図3】 長期間血圧傾向値の計算を説明するための血
圧パターンの曲線を示す。
【図4】 血圧パターンおよび限外濾過速度の経時的ダ
イアグラムを示す。
【図5】 ファジー制御デバイスのダイアグラムを示
す。
【符号の説明】
10 血液透析用装置 11 限外濾過
デバイス 12 第一チャンバー 13 第二チャ
ンバー 14 膜 15 血液循環 16 患者の身体 17 ポンプ 18 透析液通路 19、20 フ
ローチャンバー 21 透析液流量QDの計算ユニット 22 体液量の
計算ユニット 23 制御デバイス 24 血圧モニ
ター 25 TRKを計算する計算ユニット 26 TRLを
計算する計算ユニット 30 意味アナライザー 31 第一ファ
ジー制御装置 32 ドメイン評価ユニット 33、34 フ
ァジー制御装置 35 制御変数アキューミュレーター 36 ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュテフェン・コルト ドイツ連邦共和国99086エアフルト、アイ スレベーナー・シュトラーセ3/21番 (72)発明者 フリードリヒ・アー・ミューラー ドイツ連邦共和国35782レーンベルク、フ ォルストハウスシュトラーセ30番 (72)発明者 ディーター・ラト ドイツ連邦共和国34212メルズンゲン、フ ランツ−グライム−シュトラーセ69番

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 限外濾過速度を制御するための限外濾過
    デバイス(11)および制御デバイス(23)を含み、
    該制御デバイス(23)は、血圧モニター(24)およ
    び少なくとも1つの血圧傾向値(TRK;TRL)から
    の測定値(P)、ならびに要すればさらなる入力変数を
    入力変数として受け取るファジー制御装置(31)を含
    むことを特徴とする血液精製装置。
  2. 【請求項2】 該制御デバイス(23)が、測定された
    血圧値(P)に依存して変化し、限外濾過容量(UF
    V)に依存する少なくとも1つの血圧傾向値(TRK;
    TRL)の、ならびに要すればさらなる入力変数の限外
    濾過プロフィールを含むことを特徴とする請求項1記載
    の該血液精製装置。
  3. 【請求項3】 該制御デバイス(23)が、測定された
    血圧値(P)に依存して変化する、少なくとも1つの血
    圧傾向値(TRK;TRL)の、ならびに要すればさら
    なる入力変数の時間依存的な限外濾過プロフィールを含
    むことを特徴とする請求項1記載の該血液精製装置。
  4. 【請求項4】 該制御デバイス(23)が、生理的入力
    変数に依存し、測定された血圧値(P)および少なくと
    も1つの血圧傾向値(TRK;TRL)に、ならびに要
    すればさらなる入力変数に依存して変化する限外濾過プ
    ロフィールを含むことを特徴とする請求項1記載の該血
    液精製装置。
  5. 【請求項5】 該制御デバイス(23)が、入力変数
    (P、TRK、TRL、UFV)を組み合せて意味ドメ
    イン類を形成させ、状態スケールの各状態についてメン
    バーシップ値(Cges)を測定することによって蓄積さ
    れたファジーセットに基づいて各ドメインを分析する第
    一ファジー制御装置(31)を有する各ドメインについ
    て、1つの状態スケールに意味ドメイン類を配置する該
    第一ファジー制御装置(31)を有する意味アナライザ
    ー(30)を含み、 評価ユニット(32)が、各ドメインにつき意味評価を
    行う該評価ユニットを有するメンバーシップ値
    (Cges)のドメイン特異的重み付けを行い、 各ドメインについて、ドメインおよび意味評価のメンバ
    ーシップ値(Cges)からのドメイン特異的制御変数を
    形成するもう1つのファジー制御装置(33、34)を
    供し、および制御変数アキューミュレーター(35)
    が、いくつかのドメインのドメイン特異的制御変数を限
    外濾過デバイス(11)用の1つの総制御変数に集める
    ことを特徴とする請求項1記載の該血液精製装置。
  6. 【請求項6】 限外濾過速度を制御するための該制御デ
    バイス(23)が透析液の電気伝導度の増大を制御する
    さらなる手段を含むことを特徴とする請求項1記載の該
    血液精製装置。
  7. 【請求項7】 限外濾過速度を制御するための該制御デ
    バイス(23)が注入ポンプによって高度に濃縮された
    注入溶液または等張性注入溶液の投与を制御するさらな
    る手段を含むことを特徴とする請求項1記載の該血液精
    製装置。
  8. 【請求項8】 該制御デバイス(23)が透析液の電気
    伝導度、または高度に濃縮された注入溶液もしくは等張
    性注入溶液の計量に依存して限外濾過プロフィールを変
    更する請求項6記載の該血液精製装置。
JP11134167A 1998-05-14 1999-05-14 血液精製装置 Pending JPH11347116A (ja)

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