JPS586504B2 - 限外濾過量測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、腎不全、衰弱患者に対する血液透析療法にお
いて、血液中の過剰水分を除去する際の除水量、すなわ
ち限外濾過量を測定する限外濾過量測定装置に関する。

血液透析療法は、透析器と呼ばれる装置によって行なわ
れる。

これは、半透膜を介して透析液と血液を接触させて、そ
の濃度勾配によって血液中の老廃物を、圧力差によって
水分を透析液側に移行きせるものである。

この水分の除去量（限外濾過量）は、透析開始から終了
迄の間に、透析器から流出した透析液量から、透析器に
流入した透析液量を差し引いた量に相当するということ
は言うまでもないが、透析中の任意時間における限外濾
過量の正確な値を測定することはしばしば苦慮されると
ころである。

限外濾過量を測定するために、通常患者の体重を測定し
、その体重損失を計算する。

しかしながら、この手間のかかる方法は、数時間の血液
透析中の食事、排泄及びその他による体重損失のような
体重に変動を来たす他の要素を充分には計算していない
。

限外濾過量は、尿毒症患者の治療に重要な医学的要素で
あるから、正確に測定できる、係る装置の提供が待たれ
ている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その
目的とするところは任意時間における正確な限外濾過量
を測定できる装置を提供することにある。

すなわち本発明は、流入側計量タンク、流入側予備タン
ク、流出側予備タンク並びに流出側計量タンクと、透析
液源と該流入側計量タンクを連絡する供給通路と、該流
入側計量タンクと該流入側予備タンクを連絡する流入側
移送通路と、透析器の透析液流入ポートと該流入側予備
タンクを連絡する流入通路と、透析器の透析液流出ポー
トと該流出側予備タンクを連絡する流出通路と、該流出
側予備タンクと該流出側計量タンクを連絡する流出側移
送通路と、該流出側計量タンクから透析液を排出するた
めの排出通路と、該供給通路、該流入側移送通路、該流
出側移送通路並びに排出通路に各々設けられた該通路を
開閉するための弁と、該流入側計量タンク、該流入側予
備タンク並びに該流出側計量タンク内に各々設けられた
該タンク内の液面を検出するレベルスイッチから成り、
該供給通路の弁は該流入側計量タンクが空であるときに
開かれ、かつ該タンク内に一定量の透析液が透析液源よ
り供給されて貯溜されたときに該タンク内のレベルスイ
ッチによりこれが検出されて閉じられるものであり、該
流入側移送通路の弁は該流入側予備タンク内の液面があ
る一定のレベルに下がったときに該タンク内のレベルス
イッチによりこれが検出されて開かれ、かつ該流入側計
量タンク内に一定量貯溜された透析液が該流入側予備タ
ンク内に移送されたときに閉じられるものであり、該流
出側移送通路の弁は該流出側計量タンク内に一定量の透
析液が貯溜されたときに該タンク内のレベルスイッチに
よりこれが検出されて閉じられ、かつ該タンク内の透析
液が空であるときに開かれるものであり、該排出通路の
弁は該流出側計量タンク内に一定量の透析液が貯溜され
たときに該タンク内のレベルスイッチによりこれが検出
されて開かれ、かつ該タンク内の一定量貯溜された透析
液が該排出通路より排出し終わったときに閉じられるも
のであり、該流入側予備タンク及び流出側計量タンク内
のレベルスイッチによって該タンク内の液面が検出され
た時の信号は入力信号として演算回路に送られることを
特徴とする限外濾過量測定装置である。

以下、本発明を図面に沿って詳述する。

図面中、同一部分については同一符号を付す。

第１図は本発明に係る限外濾過量測定装置のブロック図
であり、全体数字１にて示されている。

透析器１１の透析液流入側に流入側計量タンク２と流入
側予備タンク３が、流出側計量タンク４と流出側予備タ
ンク５が設置されている。

流入側計量タンク２はタンク内部に透析液を透析液源６
より導くための供給通路７を有し、流入側計量タンク２
と流入側予備タンク３の間は流入側移送通路８によって
連絡されている。

流出側計量タンク４はタンク内に溜まった透析液を排出
するための排出通路９を有し、流出側計量タンク４と流
出側予備タンク５の間は流出側移送通路１０によって連
絡されている。

さらに、予備タンク３，５は各各、透析器１１の透析液
流入ポート、流出ポートに連絡する流入通路１２、流出
通路１３を有している。

流出通路１３には付加的に、通常透析液の還流のために
例えばギアポンプ２１が備えつけられる。

供給通路７、流入側移送通路８、流出側移送通路１０並
びに排出通路９には各々の通路を開閉するための弁（例
えば電磁弁を使用することができる。

）１４，１５．１６並びに１７が取り付けられている。

流入側計量タンク２、流入側予備タンク３並びに流出側
計量タンク４には各々レベルスイッチ１８，１９．２０
が組み合わされており、このレベルスイッチはタンク内
の液面がある一定の処にくると作動して弁１４，１５．
１６並びに１７を開閉させるものである。

弁１５が閉じた状態にあって、弁１４が開いた状態にあ
る時、流入側計量タンク２内に透析液源６より透析液が
供給される。

計量タンク２内の液面が至第に上がってレベルスイッチ
１８が所定の液面を検出すると弁１４が閉まって、クン
ク２内に計量された一定量の透析液が貯溜される。

流入側予備タンク３内の透析液は透析器内に流入し、そ
の液面が下がってレベルスイッチ１９が所定の液面を検
出すると弁１５が開き、計量タンク２内の計量された透
析液が予備タンク３内に補充され、そして弁１５は閉じ
弁１４が開く。

流入側においては以上のような動作が繰り返される。

一方、流出側においては、次のさおりである。

弁１７が閉じた状態にある時、弁１６は開いており、流
出側計量タンク４内に透析器１１から流出した透析液を
流出側予備タンク５を介して貯溜させ、レベルスイッチ
２０によってその液面を検出して一定量を計量し、弁１
６を閉じ、弁１７を開いて排出する。

排出後、弁１７は閉じられ弁１６が開かれて、最初の動
作に戻る。

以上のように、予備タンク３は間欠する透析液の流れを
連続にし、予備タンク５は連続する透析液の流れを間欠
にするためのものであり、限外濾過量はレベルスイッチ
１９．２０の信号を演算回路に送ることによって測定す
ることができる。

第２図及び第３図を参照して本発明の実施例を説明する
。

第２図は透析器の流入側、第３図は流出側を示している
。

流入側計量タンク２の頂点は液面検出の精度を上げるた
めに先細となっており、ここでレベルスイッチ１８によ
り透析液を検出しようとするものである。

レベルスイッチ１８としては２本の電極棒を使用し、１
本はタンク２内に完全に挿入し、他の１本はタンク２の
頂点にその先端がくるように位置させる。

この他の１本は実際には、検出したいレベルにその先端
を位置させればよい。

弁１４としては電磁弁を使用し、レベルスイッチ１８を
構成する２本の電極棒間が透析液によって連通する時、
この弁１４は閉状態となる。

流入側移送通路８は、流入側計量タンク２の底面から下
にＵ字状に伸びて該タンクの底面下において上向きの開
口２３を有する流入側移送管２２と該移送管の開口下に
配置される流入側予備タンク３までの流路により形成さ
れている。

弁１５はレベルスイッチ１９により開くものであり、前
述のレベルスイッチ１８と弁１４と同様のものを使用で
きる。

この場合、透析液の液面が下がることによってレベルス
イッチ１９を構成する２本の電極棒間が電気的に遮断さ
れ弁１５が開放状態となる。

流入側予備タンク３の液面検出点の部分はやはり精度を
上げるために細く構成されている。

このように弁１５が開放されると透析液は計量タンク２
より移送管２２を通って開口２３よりオーバーフローし
て予備タンク３内に流れ込み、やがて開口２３の面の水
位ｈにて流れは終る。

そして以下に述べるように弁１５は閉じ、弁１４は開く
が、弁１５が閉まる時に、計量タンク２から予備タンク
３に移送する透析液の流れの慣性のため水位ｈが変動す
る。

その水位ｈを安定させるために、開口２３の面積を計量
タンク側のそれよりも犬とし、（できうる限り大きい方
がよく、面積比でおよそ４０〜５０：１程度が好ましい
。

）さらに、弁１５は計量タンク側の通路を塞ぐようにす
ることが好ましい。

後述の演算例によって明らかになると思うが、計量タン
ク２で計量される透析液は毎回正確であって、その量が
必らず予備タンク３内に正確に移送されることが精度の
面で要求されるから、上記の述くすることがいかに好ま
しいか理解されるであろう。

弁１５が閉じる時期、又弁１４が開く時期はタイマーに
よって之を行なう。

すなわち透析液が計量タンク２から予備タンク３内に移
し終るまでに要する時間を予じめ計測しておき、弁１５
が開いてからこの時間を経過すると弁１５が閉じて弁１
４が開くようにする。

透析器の流出側の弁１６．１７及びレベルスイッチ２０
も流入側と同様電磁弁と電極棒の組合わせであって、計
量タンク４内に透析液が溜まってゆき一定液面まで達す
るとレベルスイッチ２０によって電気的に弁１６は閉じ
、弁１７は開くようになっている。

計量タンク４内の透析液が排出されるまでに要する時間
を予じめ計測しておき、タイマーによって弁１６を開き
、同時に弁１７を閉じるものである。

排出通路９は、流入側移送通路８と同様にすることが好
ましい。

各々のタンク並びに通路は水の熱膨張係数に近いテフロ
ン、ポリプロピレン等の合成樹脂の成型物を使用し、９
０℃（装置内の消毒のために流す熱湯の温度）程度の温
度によっても軟化しないものであることが好ましく、必
要に応じて通路はシリコンチューブを使用するのが良い
。

本装置では流入側計量タンク２の容積分の透析液が透析
器１１内へ流入される度に、すなわちレベルスイッチ１
９が作動して弁１５を開かせる度に限外濾過量が算出さ
れる。

以下、限外濾過量の算出の演算例について説明する。

演算例１ 第４図乃至第６図はレベルスイッチ１９．２０が作動し
て各々弁１５，１７を開かせる時の発端信号を示すタイ
ムチャートであり、先ず第４図を参照してレベルスイッ
チ１９の作動回数ｉ回目（時刻１４）を例にとって説明
する。

ｉ−１回目からｉ回目までの間に透析器内に流入した透
析液量ＱＩｉは計量タンク２の１回分の量であるから、
その容積をＶＩＮとすると、ＱＩｉ＝ＶＩＮ・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・（１）で表わされる。

また、ｉ−１回目からｉ回目までの間に透析器から流出
された量Ｑｏｉは（ｔ２−ｔ３）間の流出量ＱＡｉと、
（ｔ３−ｔ４）間での流出量ＱＢｉとの和である。

そこでこのＱＡｉは（ｔ１−ｔ３）間の流出量ＱＣｉか
ら（ｔ１−Ｔ２）間での流出量ＱＤｉを差し引いたもの
に等しい。

ここでＱＣｉは計量タンク４の１回分の量であり、これ
をＶＯＵＴとし、さらにＱＤｉはｉ−１回目でのＱＢで
あるから、これをＱＢ（ｉ−１）と書けば、ＱＯｉは ＱＯｉ＝ＱＡｉ＋ＱＢｉ＝ＶＯＵＴ−ＱＢ（ｉ−１）＋
ＱＢｉ・・・・・・・・・・・・（２） となる。

したがってｉ回目における前回からの限外濾過量は△Ｑ
ｉは式（１）、（２）より、△Ｑｉ＝ＱＯｉ−ＱＩｉ＝
ＶＯＵＴ−ＱＢ（ｉ−１）＋ＱＢ（ｉ−１）ＱＢｉ−Ｖ
ＩＮ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（３）で表わされることになる。

一般的には、第４図におけるようにｉ−１回目からｉ回
目までの間に排出のタイミング、すなわちレベルスイッ
チ２０が作動して弁１７を開くタイミングが必ずしも１
回であるとは限らないから、この回数をＮｉとすれば、
式（３）は △Ｑｉ＝Ｎｉ・ＶＯＵＴ−ＱＢ（ｉ−１）＋ＱＢｉ−Ｖ
ＩＮ・・・（４）となる。

第５図はＮｉ＝２の場合のタイムチャートであり、この
場合のＱＢ（ｉ−１）は（ｔ５−ｔ６）間の流出量は、
ＱＢｉは（ｔ７−ｔ８）間の流出量を示す。

第６図はＮｉ＝０の場合のタイムチャートであり、この
場合のＱＢ（ｉ−１）は（ｔ９−ｔ１０）間の流出量、
ＱＢｉは（ｔ９−ｔ１１）間の流出量を示している。

本演算例では、ＱＢの算出をレベルスイッチ１９と２０
の作動タイミングのずれによっており、第４図のｉ回目
を例にとると、 により算出する。

また、レベルスイッチ１９の作動の初回からｎ回目まで
の総限外濾過量Ｑｎは毎回の△Ｑｉを順次加えてゆくこ
とにより求められ、この場合には式（４）のＱＢｉの項
は順次相殺されるから、ツチ２０の総作動回数）である
から、これをｍとすれば式（６）はさらに、 Ｑｎ＋＝ｍＶＯＵＴ−ｎＶＩＮ−ＱＢ０＋ＱＢｎ・・・
・・・（７）と表わすことができる。

ここで毎回行なう演算ではＱＢの算出にわずかな誤差を
生ずるが、本演算例ではそれを総括した総限外濾過量は
以上述べたようにその誤差が累積されないような演算方
式となっている。

第７図の制御系統のブロック図に示されるように、ＶＩ
Ｎ、ＶＯＵＴの実測値と上記の式（５）、（４）、（７
）を予じめ演算回路２４に記憶させ、その計算に必要な
入力データとしで、レベルスイッチ１９．２０の信号を
もとに計時装置２５にてレベルスイッチ１９と２０のタ
イミングのずれ時間並びにレベルスイッチ２０の作動サ
イクル時間を測定して、これを使用して演算し、表示器
２６で表示して△Ｑｉ並びにＱｎを知ることができる。

演算例２ 計量タンク２，４の容積を等しく、すなわち演算例１に
おける式（７）のＶＩＮとＶＯＵＴを等しくした場合、
これをＶと書けば式（７）は、 Ｑｎ＝（ｍ−ｎ）Ｖ−ＱＢ０＋ＱＢｎ・・・・・・（８
）となり、また（ｍ−ｎ）Ｖ＞＞ＱＢ０−ＱＢｎとみな
せる範囲、すなわち限外濾過量が比較的多い場合とか、
精度が低くても良い場合では、式（８）は、Ｑｎ＝（ｍ
−ｎ）Ｖで表わすことができる。

このような演算手段を実現する演算回路の一例として可
逆カウンターのＵＰ入力で排出回数（レベルスイッチ２
０の作動回数）をカウントアツプレ、ＤＯＷＮ入力で補
充回数（レベルスイッチ１９の作動回数）をカウントダ
ウンすることにより、カウンターの出力に（ｍ−ｎ）の
値を得、それに適当なスケーラー（係数器）により、Ｑ
ｎを演算することができる。

演算例３ 演算例１では△Ｑｉの演算にレベルスイッチのタイミン
グのずれの量を用いて限外濾過量を算出しているが、本
演算例では計量タンク４のレベル量を用いて行なうもの
である。

先ず、計量タンク４の形状を、該タンク内の液量と該タ
ンク内における液面の高さが比例するように設計する。

このような形状は、一般的には計量タンク４内の液面表
面の面積が常に一定の量（一定の形状である必要はない
）であれば良いから、これをＳとし、任意時間における
液面の高さをｈとし、さらにレベルスイッチ２０が液面
を検出する時の液面の高さをＨとすれば、演算例１にお
ける式（５）は、 となり、これは第４図に示すように、（ｔ３−ｔ４）間
に透析器より排出された液の量ＱＢは、ｔ３の時刻で計
量タンク４をいったん空にしてあるので時刻ｔ４におい
て計量タンク４に入っている液量そのものとなることよ
り明らかである。

したがつて式（９）の演算を毎回行なうことにし、レベ
ルスイツくことにすれば、演算例１における式（４）は
、となり、また式（７）は となり、式（１０）、（１１）とも時間により決定され
る項がなくなり、透析器１１への透析液の流量の変化に
影響されずに限外濾過量を算出できると云う利点を有す
る。

本発明の装置による限外濾過量の演算例を以上述べたが
、限外濾過率、すなわち単位時間当たりの限外濾過量の
演算も容易に行ない得る。

演算例１，２．３の演算回路と計時装置を組み合わせ（
演算例１の演算は既に計時装置と組み合わせられている
。

）て之を限外濾過率演算回路２７によって演算すること
ができる。

すなわち、△Ｑｉをレベルスイッチ１９の作動のｉ−１
回目からｉ回目の所要時間によって割算することによっ
て求められることは容易に理解できるところである。

この限外濾過率により透析器１１の膜を介する透析液側
と血液側の差圧を演算し、制御することにより、一定の
限外濾過率でもって透析を実行することが可能となる。

透析器の限外濾過能（ｍｌ／ｈｒ・ｍｍＨｇ）の一例を
直線ＯＡ，ＯＢで示す第８図のグラフ並びに第７図を参
照して以下に差圧演算並びに差圧制御について説明する
。

今、レベルスイッチ１９のｉ回目における差圧制御につ
いて説明することにし、直線ＯＡをｉ−１回目までの演
算結果により当制御系統が知り得た限外濾過能の近似値
であるとする。

ｉ回目では直線ＯＡに従がい目標限外濾過率ｑｏを達成
すべく目標差圧Ｐｉを差圧演算回路２８で設定し、第７
図におけるサーボアンプ２９の目標値として入力する。

一方、サーボアンプ２９の出力により差圧制御装置３０
が駆動され、これはまた第１図において３０で示すよう
に透析器１１内の血液の圧力を変化させるように配置し
てあるので結果的に透析器１１における透析液と血液と
の差圧に変化を生じさせる。

このような変化を第１図、第７図の差圧変換器３０で検
出し、サーボアンプ２９に入力させる。

このサーボアンプ２９では前述の目標値と実際の差圧値
との両入力の差を増幅し、差圧制御装置３０によりその
差を打ち消すように構成すれば、云わゆる定値サーボ系
を形成することになり、結果として透析器１１における
透析液と血液との差圧は前述の目標差圧値と系の誤差範
囲内において相等しく保たれる。

この差圧制御装置３０は具体的にはモータによる回転を
直線運動に変換して血液を患者に戻す為の血液チューブ
を狭窄することにより血液の圧力を高める方式や、空気
や液体を介して血液の圧力を変化させる方式等種々の方
法を用いることができる。

このような各種の制御装置を用いた場合でも、各々の操
作入力量と結果量（差圧の変化）との間に単調増減の性
質が備わっていれば、各々の制御装置の特性とは無関係
に前述のように、差圧値は目標値と等しく保たれること
が定値サーボ系の性質として広く知られている。

このようにｉ回目の差圧目標値としてＰｉを定差圧サー
ボ系に入力したことにより、透析液と血液との間の差圧
はＰｉに保たれ、その結果として濾過が行なわれ、前述
のような演算手段により限外濾過量並びに濾過率の実際
の値が求められる。

ここで１回目での演算により求められた限外濾過率ｑｉ
とすると、第８図で示すように前回までの近似限外濾過
能ＯＡには限外濾過率で示すと（ｑｏ−ｑｉ）だけの誤
差を含んでいたものと判断できる。

すなわちｉ回目では差圧Ｐｉにした状態で限外濾過率は
結果的にｑｉであったのだから、今使用している透析器
のより正確な限外濾過能の近似値は第８図における直線
ＯＢのようになるはずである。

したがって、ｉ＋１回目においては、直線ＯＢをもとに
目標限外濾過率ｑｏを達成すべく差圧値をＰｉ＋１に保
てば良いことになる。

このように毎回近似値をより正確なものに補正しながら
ら濾過が行なわれるので、結果的には限外濾過率ｑｏと
等しく保たれることになる。

第７図の２８で示す差圧演算回路はＰｉ＋１を決定する
為の演算手段であり、第８図に従えば、Ｐｉ＋１＝ｑｏ
／ｑｉ・Ｐｉなる演算を実行するものである。

以上詳述した通り、本装置に透析液を還流させれば任意
時間において正確に限外濾過量を測定できるという利点
を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の全体を示すブロック図、第２図
は本発明の装置の透析器の流入側を示す断面図、第３図
は流出側を示す断面図、第４図乃至第６図は、レベルス
イッチの作動を示すタイムチャート、第７図は制御系統
のブロック図、第８図は限外濾過能を示すグラフである
。 １・・・・・・限外濾過量測定装置、２・・・・・・流
入側計量タンク、３・・・・・・流入側予備タンク、４
・・・・・・流出側計量タンク、５・・・・・・流出側
予備タンク、７・・・・・・供給通路、８・・・・・・
流入側移送通路、９・・・・・・排出通路、１０・・・
・・・流出側移送通路、１２・・・・・・流入通路、１
３・・・・・・流出通路、１１．１５，１６．１７・・
・・・・弁、１８，１９，２０・・・・・・レベルスイ
ッチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 流入側計量タンク、流入側予備タンク、流出側予備
   タンク並びに流出側計量タンクと、透析液源と該流入側
   計量タンクを連絡する供給通路と、該流入側計量タンク
   と該流入側予備タンクを連絡する流入側移送通路と、透
   析器の透析液流入ポートと該流入側予備タンクを連絡す
   る流入通路と、透析器の透析液流出ポートと該流出側予
   備タンクを連絡する流出通路と、該流出側予備タンクと
   該流出側計量タンクを連絡する流出側移送通路と、該流
   出側計量タンクから透析液を排出するための排出通路と
   、該供給通路、該流入側移送通路、該流出側移送通路並
   びに排出通路に各々設けられた該通路を開閉するための
   弁と、該流入側計量タンク、該流入側予備タンク並びに
   該流出側計量タンク内に各々設けられた該タンク内の液
   面を検出するレベルスイッチから成り、該供給通路の弁
   は該流入側計量タンクが空であるときに開かれ、かつ該
   タンク内に一定量の透析液が透析液源より供給されて貯
   溜されたときに該タンク内のレベルスイッチによりこれ
   が検出されて閉じられるものであり、該流入側移送通路
   の弁は該流入側予備タンク内の液面がある一定のレベル
   に下がったときに該タンク内のレベルスイッチによりこ
   れが検出されて開かれ、かつ該流入側計量タンク内に一
   定量貯溜された透析液が該流入側予備タンク内に移送さ
   れたときに閉じられるものであり、該流出側移送通路の
   弁は該流出側計量タンク内に一定量の透析液が貯溜され
   たときに該タンク内のレベルスイッチによりこれが検出
   されて閉じられ、かつ該タンク内の透析液が空であると
   きに開かれるものであり、該排出通路の弁は該流出側計
   量タンク内に一定量の透析液が貯溜されたときに該タン
   ク内のレベルスイッチによりこれが検出されて開かれ、
   かつ該タンク内の一定量貯溜された透析液が該排出通路
   より排出し終わったときに閉じられるものであり、該流
   入側予備タンク及び流出側計量タンク内のレベルスイッ
   チによって該タンク内の液面が検出された時の信号は入
   力信号として演算回路に送られることを特徴とする限外
   濾過量測定装置。