(57)【要約】  完全装着型腎機能代替装置と共に使用するデュアルチャネル拍動流ポンプが提供される。
2009502446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デュアルチャネル拍動流ポンプであって、
第１のチャネル及び第２のチャネルを有するデュアルチャネルポンプカートリッジを備え、該デュアルチャネルポンプカートリッジの各チャネルは、
入力端及び出力端を有する、圧縮可能な拍動流チューブと、
前記入力端における入力弁であって、入力Ｏリングと、該入力Ｏリングに着座して該入力弁を通しての流体の逆流を阻止する入力ボールと、前記拍動流チューブが圧縮されると前記入力ボールを前記入力Ｏリングに位置決めする入力ばね部材とを備え、該入力ばね部材は、前記拍動流チューブが圧縮解除されると、前記入力ボールを前記入力Ｏリングから離し、該入力弁を通して流体の流れを前進させ、該入力ばね部材は、
第１の直径を有する外輪と、
前記第１の直径よりも小さい第２の直径を有する内輪と、
前記内輪から前記外輪に半径方向に延びる少なくとも２本であるが３本以下のスポークであって、前記内輪は、前記外輪の軸に対して垂直に延びる平面に対して横方向に移動することができる、スポークと
を備える、入力弁と、
前記出力端における出力弁であって、出力Ｏリングと、該出力Ｏリングに着座して該出力弁を通しての流体の逆流を阻止する出力ボールと、前記拍動流チューブが圧縮解除されると前記出力ボールを前記出力Ｏリングに位置決めする出力ばね部材とを備え、該出力ばね部材は、前記拍動流チューブが圧縮されると、前記出力ボールを前記出力Ｏリングから離し、該出力弁を通して流体の流れを前進させる、出力弁と、
ポンプモータ部であって、前記第１のチャネル内で前記拍動流チューブを圧縮及び圧縮解除する第１の発振−押圧部材と、前記第２のチャネル内で前記拍動流チューブを圧縮及び圧縮解除する第２の発振−押圧部材とを備え、前記デュアルチャンネルポンプカートリッジは前記ポンプモータ部に取り外し可能に取り付け可能である、ポンプモータ部と
を備える、デュアルチャネル拍動流ポンプ。
【請求項２】
前記デュアルチャンネルポンプカートリッジの寸法は、０．７２インチ（１．８２９センチメートル）未満の高さ、３．８２インチ（９．７０３センチメートル）未満の長さ、及び１．７インチ（４．３１８センチメートル）未満の幅であり、各測定値は、±５０％である、請求項１に記載のデュアルチャネル拍動流ポンプ。
【請求項３】
前記デュアルチャネル拍動流ポンプは９．７×７．１×４．６ｃｍの寸法、及び４００グラム未満±５０％の重量を有する、請求項１に記載のデュアルチャネル拍動流ポンプ。
【請求項４】
前記内輪は流体が前記入力弁を通して流れているときは前記ボールのスタビライザーである、請求項１に記載のデュアルチャネル拍動流ポンプ。
【請求項５】
完全装着型人工透析器（ＷＡＫ）装置であって、
血液回路と、
透析液回路と、
デュアルチャネル拍動流ポンプと
を備え、前記デュアルチャネル拍動流ポンプは、
前記血液回路内に血液をポンピングする（送り込む）第１のチャネルと、前記透析液回路内に透析液をポンピングする第２のチャネルとを備え、該第１のチャネル及び該第２のチャネルはそれぞれ、
入力端及び出力端を有する、圧縮可能な拍動流チューブと、
前記入力端における入力弁であって、入力Ｏリングと、該入力Ｏリングに着座して該入力弁を通しての流体の逆流を阻止する入力ボールと、前記拍動流チューブが圧縮されると前記入力ボールを前記入力Ｏリングに位置決めする入力ばね部材とを備え、該入力ばね部材は、前記拍動流チューブが圧縮解除されると、前記入力ボールを前記入力Ｏリングから離し、該入力弁を通して流体の流れを前進させ、前記入力ばね部材は、
第１の直径を有する外輪と、
前記第１の直径よりも小さい第２の直径を有する内輪と、
前記内輪から前記外輪に半径方向に延びる少なくとも２本であるが３本以下のスポークであって、前記内輪が前記外輪の軸に対して垂直に延びる平面に対して横方向に移動することができる、スポークと
を備える、入力弁と、
前記出力端における出力弁であって、出力Ｏリングと、該出力Ｏリングに着座して該出力弁を通しての流体の逆流を阻止する出力ボールと、前記拍動流チューブが圧縮解除されると前記出力ボールを前記出力Ｏリングに位置決めする出力ばね部材とを備え、該出力ばね部材は、前記拍動流チューブが圧縮されると、前記出力ボールを前記出力Ｏリングから離し、該出力弁を通して流体の流れを前進させる、出力弁と、
前記第１のチャネル内で前記拍動流チューブを、前記第２のチャネル内で前記拍動流チューブを交互に圧縮及び圧縮解除する単一の電気モータ及び伝動装置と
を備え、前記透析液回路、前記血液回路、及び前記デュアルチャネル拍動流ポンプ全てをユーザが完全装着する、完全装着型人工透析器（ＷＡＫ）装置。
【請求項６】
前記デュアルチャネル拍動流ポンプは１５〜１００ｍｌ／分の拍動流の、前記血液回路内の血流量をもたらす、請求項５に記載の完全装着型人工透析器（ＷＡＫ）装置。
【請求項７】
前記デュアルチャネル拍動流ポンプは、位相が１８０度異なる前記第１のチャネル及び前記第２のチャネルにおける交流パルスをもたらす、請求項５に記載の完全装着型人工透析器（ＷＡＫ）装置。
【請求項８】
前記デュアルチャネル拍動流ポンプは、前記血液回路内に０〜３５０ｍｌ／分の血液をポンピングすることができる、請求項５に記載の完全装着型人工透析器（ＷＡＫ）装置。
【請求項９】
前記デュアルチャネル拍動流ポンプは、前記透析液回路内に０〜３５０ｍｌ／分の透析液をポンピングすることができる、請求項５に記載の完全装着型人工透析器（ＷＡＫ）装置。
【請求項１０】
完全装着型人工透析器（ＷＡＫ）装置であって、
血液回路と、
透析液回路と、
デュアルチャネル拍動流ポンプと
を備え、前記デュアルチャネル拍動流ポンプは、
前記血液回路内に血液をポンピングする第１のチャネルと、前記透析液回路内に透析液をポンピングする第２のチャネルとを備え、該第１のチャネル及び該第２のチャネルは位相が異なるポンプサイクルを与え、該第１のチャネルは、
入力端及び出力端を有する、圧縮可能な拍動流チューブと、
前記入力端における入力弁であって、入力ボール座面と、該入力ボール座面に着座して該入力弁を通しての流体の逆流を阻止する入力ボールと、前記拍動流チューブが圧縮されると前記入力ボールを前記入力ボール座面に位置決めする入力ばね部材とを備え、該入力ばね部材は、
第１の直径を有する外輪と、
前記第１の直径よりも小さい第２の直径を有する内輪と、
前記内輪から前記外輪に半径方向に延びる少なくとも２本であるが３本以下のスポークであって、前記内輪が前記外輪の軸に対して垂直に延びる平面に対して横方向に移動することができる、スポークとを備え、前記入力ばね部材は、前記拍動流チューブが圧縮解除されると、前記入力ボールを前記入力ボール座面から離し、該入力弁を通して流体の流れを前進させる、入力弁と、
前記出力端における出力弁と
を備える、完全装着型人工透析器（ＷＡＫ）装置。
【請求項１１】
前記第１のポンプサイクル及び前記第２のポンプサイクルは、位相が１８０度異なる、請求項１０に記載の完全装着型人工透析器（ＷＡＫ）装置。
【請求項１２】
ダイアライザーをさらに備え、該ダイアライザーは、血液及び透析液が該ダイアライザー内を反対方向に通過するように前記血液回路及び前記透析液回路内にある、請求項１０に記載の完全装着型人工透析器（ＷＡＫ）装置。
【請求項１３】
前記透析液のｐＨを所定のｐＨに保つｐＨ調整システムをさらに備える、請求項１０に記載の完全装着型人工透析器（ＷＡＫ）装置。
【請求項１４】
前記ＷＡＫ装置は血液透析濾過を行うが、完全な血液透析は行わない、請求項１０に記載の完全装着型人工透析器（ＷＡＫ）装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透析システム用のポンプ、より詳細には、完全（completely）装着型（wearable）透析システム又は血液透析濾過システムと共に用いるポンプ及び当該ポンプを使用する方法に関する。さらに、本発明は、デュアルチャネル拍動流ポンプカートリッジ、より詳細には、デュアルチャネル拍動流ポンプカートリッジに弁を付ける（valving）ことで確実な開閉弁調整をもたらすと共にチャネル間に可変半周期の流体の流れをもたらす方法及び装置に関する。
【０００２】
［関連出願の参照］
本願は、米国特許出願第１０／０８５，３４９号（２００１年１１月１６日出願）の一部継続である米国特許出願第１０／９４０，８６２号（２００４年９月１４日出願）の一部継続（これらは全て参照により本明細書に援用される）である。本願はまた、参照により本明細書に援用される米国仮特許出願第６０／７０６，１６７号（２００５年８月５日出願）に基づいて優先権を主張する。
【背景技術】
【０００３】
血液透析は、ダイアライザーのような濾過膜を用いて血液から微視的な毒素を取り除くプロセスである。通常、血液透析は、１回３〜４時間で、間欠的に週に２、３回行われる。血液透析の形態の腎機能代替療法の成果は、このような不自由な患者の生活の質、罹患率及び死亡率に関して思わしくないままである。連日の透析が多くの生化学的改善及び臨床的改善並びに生活の質における改善をもたらし、また、末期腎不全患者の寿命を延ばす可能性があり得ることを示す文献及び研究が大幅に増えている。しかしながら、連日透析を行うことは人手及び費用上の制約によりほとんど不可能である。さらに、週に７日間、１日２４時間、持続的腎機能代替療法（ＣＲＲＴ）を用いれば、血液からはるかに多くの毒素を除去できるので、間欠的透析よりもＣＲＲＴの方が好ましい。ＣＲＲＴのいくつかの利点としては、罹患率及び死亡率が予想通り低いこと、必要な薬剤量が少ないこと、水分摂取量及び食事制限が少ないこと、また、ＥＳＲＤ（末期腎不全）患者の生活の質に多くの改善点が見られることが挙げられる。
【０００４】
既存のＣＲＲＴ機器は、２４時間連続する透析、血液濾過又はそれらの組み合わせを個別の患者に提供するようになっている大型で重い機器である。既存のＣＲＲＴ機器は扱いにくく、電気コンセント及び数フィートのチューブに接続しなければならない。その上、これらの機器は透析液を生成するのに大量の未使用水の連続供給を必要とする。さらに、患者は何時間も既存の重くて扱いにくいＣＲＲＴ機器につながれたままでいなければならないので、日常の活動を行うことが制限される。
【０００５】
既存の透析機器に伴うさらなる問題は、頻繁に機器に再接続するのに、大血管に穿刺して動静脈シャントを形成することにより血流にアクセスする必要があることである。これらのシャントは、限られた時間存続するに過ぎず、感染、凝固、及び他の合併症を引き起こしやすく、その結果複数回の入院を招き、また、外科的介入の繰り返しを招く。
【０００６】
その一方、連日透析の実施は、概してその達成を実際になし得ない障害に遭遇する。これらの障害のいくつかとしては、たいていの患者は在宅透析が不可能であるか又は在宅透析に気が進まないこと、透析ユニットでより多くの治療を行うための看護士及び技術者の双方のマンパワー不足、及び付加的な手技の出費を肩代わりすることを政府がためらっていることが挙げられる。また、その実施には時間がかかるだけでなく、透析ユニットにさらなる機能を組み込むのに多くの資本投資も必要とされる。在宅透析が上記問題に対する答えとなるであろうが、ほとんどの患者は在宅透析機器を使用することができないか又はその使用に気が進まない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、さらなる費用を生じずとも又はさらなるマンパワーを必要とせずとももっと透析を行うことができる技術的解決策が必要である。
【０００８】
持続的腎機能代替療法（ＣＲＲＴ）は著しく高い透析量を可能にするが末期腎不全（ＥＳＲＤ）患者を治療するには適していない。その理由はＣＲＲＴの機器が重く、壁の電気コンセントにつながれ、大量の水を必要とするからである。
【０００９】
ＣＲＲＴを提供することができる、処方指示又は市販により入手可能な装着型透析装置すなわち装着型人工透析器（ＷＡＫ）を作製しようとする試みはこれまで不成功に終っている。通常のダイアライザー及び関連の吸着剤装置はかさばるため、装着型透析装置（すなわちＷＡＫ）という概念は透析患者にとって未だ現実のものとはなっていない。上記の不利点を考えると、実質的に、持続して週に７日間、１日２４時間使用することができる携帯型・装着型ＣＲＲＴ装置の必要性が依然として高い。ＷＡＫがＣＲＲＴ装置として適正に動作することができるようにＷＡＫに組み込むことができるポンプ、センサ等のような改良型サブシステムも必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施の形態は、デュアルチャネル拍動流ポンプであって、第１のチャネル及び第２のチャネルを有するデュアルチャネルポンプカートリッジを備え、当該デュアルチャネルポンプカートリッジの各チャネルは、入力端及び出力端を有する、圧縮可能な拍動流チューブを備える、デュアルチャネル拍動流ポンプに関する。入力端には入力弁があり当該入力弁は入力Ｏリングと、当該入力Ｏリングに着座して当該入力弁を通しての流体の逆流を阻止する入力ボールと、拍動流チューブが圧縮されると上記入力ボールを上記入力Ｏリングに位置決めする入力ばね部材とを備えている。当該入力ばね部材は、上記拍動流チューブが圧縮解除されると、上記入力ボールを上記入力Ｏリングから離し、上記入力弁を通しての流体の流れを前進させる。上記出力端には出力弁があり、当該出力弁は、出力Ｏリングと、当該出力Ｏリングに着座して当該出力弁を通して流体の逆流を阻止する出力ボールと、拍動流チューブが圧縮解除されると上記出力ボールを上記出力Ｏリングに位置決めする出力ばね部材とを備えている。当該出力ばね部材は、上記拍動流チューブが圧縮されると、上記出力ボールを上記出力Ｏリングから離し、上記出力弁を通して流体の流れを前進させる。また、例示的な実施の形態では、ポンプモータ部を備え、そのポンプモータ部は、第１のチャネル内で上記拍動流チューブを圧縮及び圧縮解除する第１の発振−押圧部材と、第２のチャネル内で上記拍動流チューブを圧縮及び圧縮解除する第２の発振−押圧部材とを有し、上記デュアルチャンネルポンプカートリッジは当該ポンプモータ部に取り外し可能に取り付け可能である。
【００１１】
本発明の実施形態のさらなる適用性は、詳細な説明及び添付図面を検討すれば明らかになるであろう。詳細な説明及び実施例は、本発明の実施形態を示しているが、本発明の範囲を限定するように意図されるものではなく、本発明の精神及び範囲内の種々の変更及び修正が当業者には明らかになるであろうことを理解されたい。
【００１２】
本発明は、添付図面と併せて以下の詳細な説明からより完全に理解されるようになるであろうが、以下の詳細な説明は、例示としてのみ与えられており、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１及び図２を参照すると、持続的腎機能代替療法（ＣＲＲＴ）装置１０は、透析患者１５の身体の一部の周りに装着するようになっている。このＣＲＲＴ装置１０はベルト２０を含み、ベルト２０は、血管から延びている血液入口チューブ３３及び血管に通じている血液出口チューブを含むダイアライザー部３０と、吸着剤部４０と、添加剤ポンプ部５０と、マイクロプロセッサ及び装置１０に電力を供給するバッテリーを有する電子制御部６０とを含む複数の部分に分割されている。
【００１４】
図２に最も良く示されるように、ベルト２０は、一対の末端部７０、７５を有し、これらの末端部は、バックル、スナップ、ボタン又はフック、及びループファスナー等の従来型ベルトファスナー８０で互いに固定される。図１に示されているＣＲＲＴ装置１０は患者１５のウエストの周りに装着されているが、装置１０は、別法として、例えば患者の肩の上等、患者の身体の他の部分の周りに装着してもよいということを当業者は理解すべきである。
【００１５】
図３を参照すると、ベルト２０のダイアライザー部３０は、透析液１４０を使用して患者１５の血液１５０から不純物を取り除く複数の小型ダイアライザー１００、１１０、１２０、１３０を有する。複数のダイアライザー１００、１１０、１２０、１３０のダイアライザー１００、１１０、１２０、１３０の数は、異なる透析処方指示を反映するように変えてもよい。図３に最も良く示されるように、複数のダイアライザー１００、１１０、１２０、１３０は、直列に接続されることにより、患者の血液１５０が、従来型ポンプにより、血液入口チューブ３３を通り、ダイアライザー１００、１１０、１２０、１３０を通って血液出口チューブ３７に押し進められる。ダイアライザー１００、１１０、１２０、１３０を、本発明の範囲から逸脱することなく、並列に接続することもできるということを当業者は理解すべきである。
【００１６】
透析中、透析液は、従来型ポンプ（図示せず）を用いて、矢印１２５、１３５、１４５で示されているように、血流と反対方向にポンピングされる。使用済み透析液１４０は、使用済み透析液チューブ３７０を通って吸着剤部４０の方向に流れる。余分な流体は、使用済み透析液１４０から容量１５５を通って廃棄物容器６５中に除去され、廃棄物容器６５は患者がタップ１７５を介して定期的に空にする。電子制御部６０のマイクロプロセッサは、容量ポンプ（volumetric pump）１５５を介した流体の除去速度及び除去量を決定する。
【００１７】
さらに図３を参照すると、血液入口チューブ３３はサイドポート１８０を有し、このサイドポートを介して抗凝血剤が抗凝血剤ポンプ１９０により血液中にポンピングされる。血液１５０中に注入される代表的な抗凝血剤には、ヘパリン、プロスタサイクリン、低分子量ヘパリン、ヒルジン及びクエン酸ナトリウムが含まれるが、これらに限定されない。図４で最もよく分かるように、血液出口チューブ３７は添加剤を注入するためのサイドポート２００を有しており、添加剤は、複数の添加剤ポンプ２７０、２８０、２９０、３００から血液１５０中に押し進められる。この目的のために、ピストンポンプ、サクションポンプ、ピエゾ(piezo)ポンプ、マイクロポンプ又は非常に小さなローラーポンプを用いることができる。このようなポンプは全てマイクロポンプとして分類される。各添加剤ポンプ２７０、２８０、２９０、３００は、制御量の各添加剤を血液１５０中に押し進めるが、各添加剤の注入速度は電子制御部６０のマイクロプロセッサにより電子制御される。既知の方法で、医師は、電子制御部６０を使用して、各添加剤の注入速度を各添加剤の所定用量に一致するように設定することができる。添加剤は、血液１５０中に注入する前に混合することができないので、別個の回路３０５を有する。代表的な添加剤としては、クエン酸ナトリウム、カルシウム、カリウム及び重炭酸ナトリウムがあるが、これらに限定されない。
【００１８】
図５を参照すると、第１のダイアライザー実施形態において、各ダイアライザー１００、１１０、１２０、１３０は、血液１５０を循環させる複数の円筒状中空繊維３１０を含む従来型ダイアライザーである。矢印３２０、３３０で示されているように、透析液１４０は、中空繊維３１０の外壁３５０の周りを、矢印３２５、３３５で示されるような中空繊維３１０内の血流を横切る方向に流れる。中空繊維３１０の外壁３５０は、不純物を血液１５０から透析液１４０中に移動させることができるように半透性）である。未使用透析液１４０は吸着剤部４０から透析液入口チューブ３６０を通って一連のダイアライザー１００、１１０、１２０、１３０内に流れ込む。次いで、使用済み透析液１４０は、一連のダイアライザー１００、１１０、１２０、１３０から使用済み透析液出口チューブ３７０を通って吸着剤部４０内に流れ込む。透析液入口チューブ３６０は、添加剤を注入するためのサイドポート３８０（図３に示す）を有し、添加剤は、上述の添加剤ポンプ２７０、２８０、２９０、３００を介して血液１５０中に押し進めることができ、添加剤注入速度は、電子制御部６０のマイクロプロセッサによって電子制御される。図６を参照すると、第２のダイアライザーの実施形態において、各ダイアライザー１００、１１０、１２０、１３０は、半透性材料から成る複数の平行シート３９０を備え、透析液１４０は平行シート３９０の一方の面上を循環し、血液１５０は平行シート３９０の他方の面上を一定方向に循環する。
【００１９】
図７を参照すると、各ダイアライザー１００、１１０、１２０、１３０は、患者の体の輪郭に一致するようになっている柔軟ケーシング４００を有する小型ダイアライザーである。さらに、各ケーシング４００の身体側の壁４１０は、ユーザの体曲線にさらに一致するように窪んだ形状をしている。ケーシング４００は、装着する身体部分に一致させるのに十分な柔軟性を有する任意の適した材料製であることができる。適した材料としては、ポリウレタン及びポリ塩化ビニルがあるが、これらに限定されない。
【００２０】
図８〜図１０を参照すると、吸着剤部４０において、矢印４１５で示されているように、使用済み透析液１４０は、ダイアライザー部３０から使用済み透析液チューブ３７０を通って複数の吸着剤装置４２０、４３０、４４０、４５０、４６０内に流れ込む。次いで、矢印４６５で示されているように、再生された透析液１４０はチューブ３６０を通ってダイアライザー部３０に戻る。吸着剤装置４２０、４３０、４４０、４５０、４６０は、使用済み透析液１４０を再生させるための一連の吸着剤カートリッジ４２０、４３０、４４０、４５０、４６０を備えていることが好ましい。例示的なＣＲＲＴ装置１０は、吸着剤カートリッジ４２０、４３０、４４０、４５０、４６０で透析液を再生させることにより、シングルパス血液透析装置の透析液量のうちの少量の透析液しか必要としない。各吸着剤カートリッジ４２０、４３０、４４０、４５０、４６０は、異なる吸着剤を含有する小型吸着剤カートリッジ４２０、４３０、４４０、４５０、４６０であることが重要である。
【００２１】
図８を参照すると、吸着剤部４０の第１の実施形態では、活性炭カートリッジ４２０、ウレアーゼカートリッジ４３０、リン酸ジルコニウムカートリッジ４４０、含水酸化ジルコニウムカートリッジ４５０及び活性カーボンカートリッジ４６０を含めた５つの吸着剤カートリッジ４２０、４３０、４４０、４５０、４６０が存在する。これらの吸着剤は市販のＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ  Ｄｉａｌｙｓｉｓ（ＲＥＤＹ）システムで用いられている吸着剤に類似していることが当業者には分かるであろう。しかし、ＲＥＤＹシステムでは、吸着剤は単一カートリッジから成る層である。それに対し、本発明の吸着剤は、必要ならば各カートリッジ４２０、４３０、４４０、４５０、４６０を都合よく交換して、他のカートリッジ４２０、４３０、４４０、４５０、４６０とは独立して廃棄することができるように、各部が別個の吸着剤カートリッジ４２０、４３０、４４０、４５０、４６０である。本発明のＣＲＲＴ装置１０における吸着剤として使用することができる化学物質は、活性炭、ウレアーゼ、リン酸ジルコニウム、水酸化ジルコニウム及び活性カーボンだけではないことが当業者には理解されるであろう。実際、本発明の範囲から逸脱せずに、任意の数の追加の又は代替的な吸着剤を使用することができる。
【００２２】
図９及び図１０を参照すると、吸着剤部４０の第２の実施形態では、複数の吸着剤カートリッジ５００、５１０、５２０、５３０が存在し、各カートリッジ５００、５１０、５２０、５３０は、複数の吸着剤層５４０、５５０、５６０、５７０、５８０、すなわち、活性炭層５４０、ウレアーゼ層５５０、リン酸ジルコニウム層５６０、含水酸化ジルコニウム層５７０、活性カーボン層５８０を有する。カートリッジ５００、５１０、５２０、５３０は、図９に示されているように直列であってもよく、又は図１０に示されているように並列であってもよい。この実施形態において、吸着剤装置の数は異なる透析処方指示に一致するように変えてもよい。
【００２３】
図１１を参照すると、各カートリッジ５００、５１０、５２０、５３０は、患者の体輪郭に一致するようになっている柔軟又は湾曲したケーシング６００を有する小型カートリッジである。さらに、各ケーシング６００の身体側の壁６１０は体曲線にさらに一致するように窪んだ形をしている。ケーシング６００は、装着する身体部分に一致させるのに十分な柔軟性を有する任意の適した材料製であることができる。適した材料としては、ポリウレタン及びポリ塩化ビニルがあるが、それらには限定されない。
【００２４】
図１２を参照すると、装着型ＣＲＲＴ装置の別の例示的な実施形態が示されている。装着型ＣＲＲＴ装置７００は、患者の装着型ストラップ、ベルト、又は他の装着型装置７０２に組み込まれるか又はその一部である。ベルト７０２は一対の端部７０４、７０８を有することができ、これら端部は締め付け手段（特に図示せず）によって共に固定されるようになっている。端部／締め付け手段７０４、７０８は、ベルト又はストラップの端を共に固定するのに適した任意の数の締め付け装置とすることができ、例えばスナップ、ボタン、バックル、クリップ、レース、フックアンドループ、ジッパー、クラスプ(clasp)等が挙げられるがこれらに限定されない。ＣＲＲＴ装置の一実施形態は弾薬ベルトすなわちミリタリースタイルの供給用ベルトの形状であるものと想定することができるが、ウエストパックの形状とすることもできる。例示的な装着型ＣＲＲＴ装置７００は患者により他の衣服の上から装着されるか又は下に装着される。
【００２５】
マイクロコントローラ７１４を用いて、各種態様の装着型ＣＲＲＴ装置７００を制御及び監視する。マイクロコントローラ７１４は好ましくは、低電力マイクロコントローラ又は超低電力マイクロコントローラであるが、例示的な装着型ＣＲＲＴ装置７００において動作するようになっている実質的に任意のマイクロコントローラであってもよい。マイクロコントローラ７１４の多くの機能のうち１つは、バッテリー７１６を監視することである。例示的なＣＲＲＴ装置７００は、１０ワット未満の電力を連続して用いる場合は少なくとも５〜１０時間連続作動するであろう。好ましくは、３ワット未満の電力が連続して用いられる。本発明の実施形態では、ＣＲＲＴ装置７００は動作の際は１０ｌｂ（４．５３６ｋｇ）未満、好ましくは５ｌｂ（２．２６８ｋｇ）未満の重量である。
【００２６】
バッテリー７１６は装着型ＣＲＲＴ装置７００内に取り外し可能に設置される。バッテリー７１６は充電可能であり、充電装置（図示せず）により、装着型ＣＲＲＴ装置７００内にある状態のままで充填されてもよく、又は装着型ＣＲＲＴ装置７００から分離したときに充電されてもよい。好ましくは、バッテリー７１６は装着型ＣＲＲＴ装置７００に少なくとも５時間以上、当該装置が連続して遮断されずに動作するように給電するのに十分なエネルギーを蓄えることができる。マイクロコントローラは単独で、又は追加的な回路を介して、バッテリー７１６の充電状態を監視する。マイクロコントローラ７１４は、バッテリー７１６の充電が少ないか、又はその動作時間が残されている推定予測動作時間量（例えば残１時間）よりも少ない場合、マイクロコントローラ７１４はアラーム回路７１８を介してアラーム状態をトリガすることができる。アラーム回路７１８は音声的、視覚的、又は物理的なアラームの任意の組み合わせを提供することができる。物理的なアラーム信号としては振動、又は患者への若干のチクチクとした刺激（tingle-style shocks）が挙げられ得る。アラーム状態又は警告は液晶、発光ダイオード、又は他の低電力ディスプレイ技術を用いたディスプレイ７２０に表示され得る。また、アラーム状態により、例示的な装着型ＣＲＲＴ装置７００の全部分又は所定部分を停止することができる。
【００２７】
また、水分センサ７２２がマイクロコントローラ７１４と電気的に通信する。水分センサ７２２を用いて、装着型ＣＲＲＴ装置７００を覆うパッケージ又はカバー（特に図示せず）の内部での高湿、凝縮、又は液体の存在を検出する。例示的なＣＲＲＴ装置７００を覆うパッケージ又はカバーはプラスチック、布、ゴム引布（rubberize）、高分子製品、又は他の適した材料とすることができる。カバーは装着型ＣＲＲＴ装置７００の一部分だけを覆うため、ディスプレイ７２０及びユーザ／ドクターコントロール７２３等、装置の各種部品にアクセスすることができる。
【００２８】
装着型ＣＲＲＴ装置７００の内部の高湿、凝縮、又は液体の存在は、患者の漏血、透析液の漏洩、又は他の液体漏洩を示している可能性がある。水分センサ７２２は、水分を検知するとマイクロコントローラ７１４に信号を供給し、アラームがアラーム回路７１８を介してトリガされる。さらに、ポンプ７２４がマイクロコントローラ７１４によってオフにされることができるため、さらなる血液、透析液、又は他の流体の損失を最小限にとどめるのに役立ち得る。マイクロコントローラは、マイクロポンプ（後述する）も停止することができる。マイクロコントローラ７１４は、オンボード通信装置７２５を医療介助、又は医療補助の別のエンティティと接触するように促進し得る。この通信装置はページング無線電話（paging wireless phone）又は他の移動通信回路を含み得る。通信装置７２５はまた、例示的な装着型ＣＲＲＴ装置７００の地理的位置を提供することができるであろう。
【００２９】
ポンプ７２４は電気ポンプである。ポンプ７２４は２つのポンプ７２４ａ及び７２４ｂとすることができる。２つのポンプ７２４ａ及び７２４ｂはそれぞれ、同じ又は別個の電気モータをオフ動作することができる。ポンプ７２４ａ及び７２４ｂは充電式バッテリー７１６によって給電される。さらに、マイクロコントローラ７１４を用いて様々なポンピング変数を調整することができる。考えられ得る調整可能なポンピング変数としては、ポンプストローク、容量／ストローク、速度、トルク、ポンピング速度（すなわち１分当たりのポンプサイクル数）、ポンプ圧、ポンプの入力と出力とのポンプ差圧、及びポンプ休止時間及びサイクル時間の調整が挙げられるがこれらに限定されない。
【００３０】
例示的な装着型ＣＲＲＴ装置７００は２つの流体回路、すなわち血液回路７２７及び透析液回路７２９を有する。デュアルチャネル拍動流ポンプ７２４が例示的な一実施形態において用いられ得る。拍動流ポンプは概して、各チャネルごとにゴムカートリッジ（rubberized cartridge）を有する。カートリッジは、当該カートリッジの入力側に入力弁を、当該カートリッジの出力端に出力弁を有する。図１２は、一方向のデュアルチャネル拍動流ポンプ７２４を示す。２方向のデュアル拍動流ポンプも用いることができる。流体回路において用いられるチューブの曲げを減らすために２方向チャネルポンプが好ましい。
【００３１】
拍動流ポンプ内のモータ及び伝動装置により、カートリッジの管状ゴム部分が押圧される。カートリッジが押圧されることにより、出力弁からカートリッジの内容物が搾り出される（squeezes and evacuates）。ポンプモータが回転し、ポンプ機構にカートリッジのゴム部分から圧力を開放させる際、出力弁が閉じて入力弁が開くことで流体（血液又は透析液）をカートリッジに入れ、それにより、流体が次のポンプサイクルにおいて出力弁から絞り出されることができるようにする。入力弁及び出力弁は、流体の流れをカートリッジ内で一方向に流す一方向弁である。拍動流ポンプの他の構成も利用可能である。例示的なポンプ７２４ａ、７２４ｂは、約１５〜１００ｍｌ／分（拍動流）の血流量を与える。例示的なデュアルチャネル拍動流ポンプ７２４の概寸は９．７×７．１×４．６ｃｍであり、重量が４００グラム未満である。デュアルチャネルポンプカートリッジの概寸は０．７２インチ（約１．８２９センチメートル）の高さ、３．８２インチ（約９．７０３センチメートル）の長さ、及び１．７インチ（約４．３１８センチメートル）の幅を有する。例示的な実施形態は、これらの寸法測定値のいずれか１つ又は複数の±５０％とすることができる。
【００３２】
例示的な拍動流ポンプは１０ワット未満のエネルギーを使用し、マイクロコントローラ７１４に対し低いバッテリー電力及びポンプ閉塞アラーム信号を供給し得る。５ワット以下を使用する、より低電力の拍動流ポンプを使用してもよい。
【００３３】
拍動流ポンプは、２つのパルス室のパルスすなわちサイクルの位相を１８０度、又は任意の所定の角度異なるように調整されることができるため、当該ポンプのパルスを用いてダイアライザー７３０において行われる透析プロセスを最大限にする上で役立つ。血液及び透析液のダイアライザー内の反対方向の流れは、ポンプ７２４ａ及び７２４ｂの異なる位相設定時により効果的となるであろう。
【００３４】
図１３、図１４、及び図１５を参照すると、図１３は、例示的なデュアルチャンバ（ventricle）又はデュアルチャネル拍動流ポンプ８００の側面図である。デュアルチャネル拍動流ポンプは少なくとも２つの別個の構成要素、ポンプモータ部８０２、及びデュアルチャネルポンプカートリッジ８０４を含み得る。図１３Ａ及び図１３Ｂは、ポンプモータ部８０２のみの例示的な前面図及び上面図である。図１４は、例示的なポンプモータ部８０２の等角投影図である。図１５は、例示的なデュアルチャネルポンプカートリッジ８０４の三方から見た図（側面図Ａ、上面図Ｂ、及び端面図Ｃ）を示す。例示的なデュアルチャネルポンプカートリッジ８０４は２つの部材を有し、これら２つの部材は１つ又は２つの別個の液体の同期拍動（concurrently synchronized pulsatile movement）を与える。この取り外し可能なパッシブデュアルチャネルポンプカートリッジ８０４は、ポンプモータ部８０２のメカニカルポンプ要素８０６が心室ポンプ要素９０７を律動的に拡張及び収縮させるように、デュアルチャネル拍動流ポンプ８００の構造内にフィットするように構成され、それにより、可撓性チャンバ９０８に液体（複数可）を引き込み、次いで、可撓性チャンバの他端から液体（複数可）を押し出す。例示的なデュアルチャネルポンプカートリッジ８０４は、ポンプモータ部８０２から或る程度離れている。２つのチャンバ（ventricle）又はデュアルチャネルの実施形態では、デュアルチャネルポンプカートリッジ８０４は、第１の半周期での第１の液体の流れ、及び第２の半周期での第２の液体の流れを生成する。例えば、血流が第１の半周期で第１のチャネル９０２からポンピングされることができ、透析液が第２の半周期で第２のチャネル９０４からポンピングされることができる。
【００３５】
取り外し可能なカートリッジ８０４の２つのチャンバの作動は、メカニカルポンプ部のプッシュ（押圧）機構９０６の発振９０５（図１３Ａの矢印を参照）によってなされる。これら２つのチャンバは、出力シャフト９１０の回転運動をプッシュ機構９０６の発振動９０５に転化することが可能な駆動リンク機構（linkage）９１４を介して定速度又は可変速度モータ９１２の出力シャフト９１０に接続される。ポンプ出力シャフト９１０の回転運動はギア機構により生じ、この回転運動により、円形運動及び非円形運動が生じる。モータ駆動プッシュ機構９０６とデュアルチャネルポンプカートリッジ８０４のこの組み合わせは、種々の電源（バッテリー、直流電源、又は交流電源を含む）によって給電されることができる。
【００３６】
取り外し可能なカートリッジ８０４のデュアルチャネル９０２、９０４は、同じ流れ方向又は逆の流れ方向の２つの液体を与えるように構成され得る。図５は、双方のチャネル９０２、９０４の流れが同じ方向にある様子を示す。これらチャネルのうち一方は、カートリッジ８０４がチャネル９０２及びチャネル９０４内に流体を反対方向にポンピングするように反転する（in a flipped or turned around fashion）ように製造することができる。取り外し可能なカートリッジ８０４の各チャネル９０２及び９０４は、構成に応じて流れ方向を調整するリリース機構９２０をチャネルの入力９１６及び出力９１８に有する。リリース機構９２０は、正圧が印加される場合に一方向への流体の流れを可能にするように構成されるか、又は負圧が印加される場合にのみ流れを可能にする別の構成で構成される一方向弁のタイプとすることができる。例示的なリリース機構９２０が図示されており、このリリース機構は、正圧が印加される場合に一方向への流れを可能にするように構成されるオクルーダー−ホルダーの組み合わせ（より詳細に下記に説明する）を含み得る。例示的な取り外し可能なカートリッジの実施形態は、生体適合性材料から構成され得る。流体流の調整は、流れている液体の密度、粘度、及び物理特性とは実質的に関係なく行われる。取り外し可能なカートリッジは、血液をポンピングするのに用いられる場合は溶血性が低い。
【００３７】
例示的な流体ポンプモータ部８０２が、複数又は単一のポンプ部材９０６を有し、このポンプ部材が、カートリッジのチャネルのそれぞれにおいて１つ又は複数の別個（distinct and separate）の流体の同期拍動を行う。ポンプチャンバ９０８を用いると、デュアルチャネルポンプカートリッジ８０４の各チャネルでは、メカニカルポンプ要素８０６からの或る程度の分離が達成される。デュアルチャネル拍動流ポンプ８００の取り外し可能な部分８０４は、メカニカルプッシュ機構９０６に心室ポンプ要素９０７を律動式に拡張及び収縮させ、それにより、流体を可撓性ポンプチャンバ９０８の入口側９１６に引き込み、次いで当該チャンバの出力端９１８から押し出すように、ポンプモータ部８０２の構造内にフィットするように構成される。図示の２つのチャンバの実施形態では、この機構は第１の半周期間に第１の流体の流れを、第２の半周期間に第２の流体の流れを生成する。さらに、例えば、第１の半周期では血液の流れが生成され、第２の半周期では透析液の流れが生成される。
【００３８】
ポンプモータ部８０２の別の実施形態では、メカニカルポンプ部材は、定速度又は可変速度の可逆又は不可逆モータの出力シャフトに駆動リンク機構を介して接続され、この駆動リンク機構はクランクシャフトを変形したもの（derivation）（特に図示せず）であり、出力シャフト９１０の回転運動をプッシュ機構の発振動に変えることが可能である。この例示的な構成は、円形運動及び非円形運動の双方を含む。
【００３９】
ポンプモータ部の他の実施形態では、プッシュ機構の発振作用は、半周期が交番する時点すなわち位相が１８０度異なる状態でしか押圧を行わないように調整することができる。代わりに、デュアルプッシュ機構９０６が、同相(in-phase)（すなわち同時点）から位相が１８０度異なるところ（すなわち半周期の交番時点）までのあらゆる時点で、第１のチャネル及び第２のチャネルの可撓性チャンバを押圧又は圧縮するように調整可能であるか又はそのように構成され得る。
【００４０】
本発明の一実施形態を用いての一実験では、例示的なデュアルチャネル拍動流ポンプ８００を用いた。このカスタムメイドのバッテリー、又は交流から直流に変換された電源ポンプを、本発明の各種実施形態による例示的な装着型腎機能代替装置のメカニカルエンジンとすることができ、例示的な腎機能代替療法装置内に血液及び透析液の同時の拍動流体流を与えることに関与する。デュアルチャネル拍動流ポンプ８００は、２つの部品、すなわちマイクロモータ部８０２及びフローカートリッジ８０４であり、これらは以下の通りである：
【００４１】
３ワットの直流マイクロモータ
このモータの仕様を以下に挙げる：
【００４２】
【表１】
2009502446.tif 000003
【００４３】
デュアルチャネルフローカートリッジ８０４
マイクロモータのギアヘッドは発振機構を収容するように変更し、この発振機構は、カスタムメイドのデュアルチャネルフローカートリッジと共に、一チャネル当たり４０〜１００ｃｃ／分の制御可能な流量で血液及び透析液の双方の同時の拍動流を可能にする。２つのチャネルとデュアルチャネルポンプカートリッジ８０４の設計とには何のつながりもないため、他のシステム構成要素の必要性及び構成／位置に応じて、同じ方向又は反対方向のいずれかに２つの液体を流すことが可能であった。デュアルチャネルフローカートリッジ８０４は、標準ＦＤＡ（連邦食品医薬品局）認可ＰＶＣチューブ、標準ＦＤＡ認可Ｄｅｌｒｉｎ（デルリン）オクルダー、標準ＦＤＡ認可Ｌａｔｅｘ（ラテックス）ホルダーを含み、これらは全てマイクロモータハウジングにフィットするルーサイトハウジング内に収容される（図１３に示す）。
【００４４】
フローカートリッジ８０４の各チャネル９０２、９０４のいずれかの端における弁は、一方向弁であり、圧力がそれら弁に対して正の流体流の方向に印加されると開く弁である。吸気弁９２２は入口９２４、Ｏリング９２６、マニホルドヘッド入口９２８、閉塞ボール９２９、mercediesばね９３０、及び蠕動チューブアダプタ９３２を備える。蠕動チューブアダプタ９３２に取り付けられている蠕動チューブ９３４が、プッシュ機構９０６によって押圧された後で拡張又は圧縮解除されると、吸気弁アセンブリ９２２に吸気を生じさせ、それにより、ボール９２９がmercediesばね９３０に押し当たってこのばね９３０を撓ませることで、閉塞ボール９２９をＯリング９２６から離し、それにより、流体を、吸気弁アセンブリ９２２を通して蠕動チューブの可撓性チャンバ９０８に流れ込ませるようにする。
【００４５】
図１６を参照すると、mercediesばねの例示的な前面図及び側面図が種々の例示的な寸法で示されている。mercediesばね９３０は、Ｏリング９２６とほぼ同じようにポリマーから作製されるが、金属、プラスチック、又は複合材料から作製されることもできる。mercediesばね９３０は、２つの同心リング、内輪１０００及び外輪１００２を含む。それぞれが内輪１０００から外輪１００２に半径方向に延びている３本のスポーク１００４が、内輪及び外輪の位置をつなげていると共に安定化させている。内輪１０００は、閉塞ボール９２９に対するスタビライザー及び位置決め位置として働くことが分かった。さらに、内輪１０００は、流体が流れている間に閉塞ボール９２９のカタカタする動き（rattling）又は発振動を最小限にとどめ、それにより、他の例示的な閉塞弁よりも高い流体流量速度を与えるのに役立つことが分かった。mercediesばねの内輪１０００はまた、流体流が減るにつれて迅速に弁が閉じることができるようにボールを中心に置く。内輪１０００はまた、吸気弁９２２が閉鎖位置にあるときにＯリング９２６上にボール９２９を中心に置くように動作し、蠕動チューブ９３４の状態が圧縮解除状態から圧縮状態に変わってプッシュ機構９０６が蠕動チューブ９３４に押し当たると、弁９２２を介して流体の量を有意に制限するか又は考えられ得る逆流を全て阻止する。別の実施形態では、mercedies弁９３０の代わりに、内輪１０００、外輪１００２、及び外輪１００２から内輪１０００に延びる２つだけの半径方向スポーク１００４を有する弁を用いてもよい。２つのスポーク１００４が用いられる場合、かかるスポークは互いにほぼ対向している、すなわち互いに１８０度離れて位置べきである。内輪１０００及び外輪１００２は同心輪であるものとして示されているが、本発明の代替的な実施形態では、非同心の内輪又は外輪を有していてもよい。
【００４６】
出力弁９３６は、別の蠕動チューブアダプタ９３２を介して蠕動チューブ９３４に接続され、出口マニホルド９３８内にあるＯリング９２６はボール９２９のためのシール座面として働く。第２のmercediesばね９３０は、蠕動チューブ９３４がプッシュ機構９０６によって圧縮される際、ボール９２９によって押圧されると撓んで出力弁９３６を通して流体を流す。ここでもまた、mercediesばね９３０のデュアル同心輪１０００、１００２は、流体が流れている間、ボール９２９がカタカタ鳴る（chatter）のを阻止し、それにより、出力弁９３６を通して流体が移動する際に流体の流れを最大限にすると共に流体の流れを滑らかに保つ。ボール９２９がカタカタ鳴ることはまた、血液が拍動流ポンプの例示的な弁を通して流れる際に血球に損傷を与える可能性があるため望ましくない。さらに、mercedies弁９３０は、蠕動チューブの圧縮を止めたときに弁を閉じてＯリング９２６に対してスムーズにボール９２９を着座させることで、弁を通しての逆流が制限されるか又は全く起こらないようにし、それにより、デュアルチャネル拍動流ポンプカートリッジ８００の血液チャネルを通って移動している血球に与えられる損傷が制限される。
【００４７】
ポンプモータ部８０２及びデュアルチャネルポンプカートリッジ８０４を備える例示的なデュアルチャネル拍動流ポンプ８００は、本出願人の設備（シーダース・サイナイ・メディカルセンター（カリフォルニア州ロサンゼルス所在））にて一週間、ｉｎ−ｖｉｔｒｏで信頼性試験を受けた。透析液と同じ密度及び粘度を有する脱イオン水を、透析液チャネルにおいて使用した。室温で３．５ｃｐの粘度の水中約４０％のグリセリンの混合物を、血液チャネルにおける血液交換液として用いた。±１ボルトの出力信号を生成するＴ１１０超音波流量計（トランスソニックシステムズ（ニューヨーク州イサカ所在））に接続されたクランプオン型超音波フロープローブ（２ＸＬ型）により流量データを取得して記録し、この流量データを、スタンドアロン型ワークステーション内に一体化したＬａｂＶｉｅｗベースのデータ取得システムにインポートした。
【００４８】
ＡＳＴＭ標準Ｆ−１８４１−９７に基づいたプロトコルに従って、モデルのデュアル心室(dual-ventricle)ポンプカートリッジの溶血性を評価した。７８ｍｌ／分の最大動作血流及び１００ｍｍＨｇの差圧で実行すると、関連する静的制御に合わせて調節した平均血漿遊離ヘモグロビンは、約５ｍｇ／ｄＬ／時間であった。これらの結果は、広範な公開データを鑑みて、例示的なデュアルチャネル拍動流ポンプはその最終的な改善された形態で製造されると許容可能な限度内で溶血することを示唆している。この点を試験するために、同じ溶血プロトコルを３つの商用透析ローラーポンプで同様に使用した。対応する血漿遊離ヘモグロビンは４５０ｍｌ／分の流れで約３ｍｇ／ｄｌ／時間であった。６時間の試験中、総５ｄＬ（５００ｍｌ）の出水（flood）が各ポンプに利用可能であると考えると、ヘモグロビン破壊量は、例示的なデュアルチャネル拍動流ポンプ及びローラーポンプではそれぞれ２５ｍｇ／時間及び１５ｍｇ／時間に対応する。どの程度の血液が利用可能であろうとも、一定の流量で作動する或るポンプは同じｍｇ／時間量のヘモグロビンに論理上損傷を与えそうであるため、この推定は血液５リットルを有する患者にもよく当てはまるであろう。（約７８ｍｌ／分の血流量で）平均２５ｍｇ／時間が実際に許容可能であり得る場合、患者は約０．６ｇｍ／日のヘモグロビンを失うことになるであろう。平均的な赤血球の重量は約０．０５５ナノグラムであり、健常な人間において赤血球は一日当たり２０００億あまり、したがって一日当たり１１ｇｍ生産されることに留意されたい。しかしながら、このことは、エポジェン（Epogen）等のサプリメントなしにはＥＳＲＤ患者には起こらない。デュアルチャネルポンプの使用が見込まれるユーザは、０．６ｇｍ／日のヘモグロビンの損失及びヘモグロビン／赤血球の０．３５の比に基づくと約１．７ｇｍ／日の赤血球を失うはずである。ＥＳＲＤ患者の身体が少なくとも１３０ｇｍ／リットルの赤血球を維持することができる場合、総６５０ｇｍの赤血球のうち０．２５％にしかならないため、言及した評価された溶血はいかなる問題も生じることはないであろう。
【００４９】
上記の溶血試験からの結果はまた、約０．４ｍｇ／ｄＬの溶血指数（Normalized Index of Hemolysis）（ＮＩＨ）を示した。ＮＩＨ（文献ではHemolysis Index（ＨＩ）とも呼ばれる）は、ポンピングされた血液１００Ｌ当たりの血漿遊離ヘモグロビンのグラムを加えた測定値であり、ヘマトクリット（hematrocrit）を用いてのプラズマ量、規格化流量、及び循環時間について補正されている。一般に報告されているＨＩ値は、標準透析ローラーポンプが例示的なデュアルチャネルポンプよりも数倍高い流量で動作するため、０．１〜０．２ｍｇ／ｄＬである。
【００５０】
拍動流ポンプ以外の他のタイプのポンプ７２４（図１２）を支障なく用いることができるか、又は消費電力がバッテリー動作に十分な低さを保つ限り装着型超濾過装置の実施形態に組み込むことができることを理解されたい。ポンプ（複数可）の消費電力は約５ワット未満とすべきであり、さらにより良好には１〜３ワットが求められるであろう。２つの別個の単一チャネルポンプを用いてもよい。かかる他のタイプのポンプとしては、シャトルポンプ、ピストンポンプ、ローラーポンプ、遠心ポンプ、圧電ポンプ、又は他の従来のポンプが挙げられるがこれらに限定されない。どんなポンプが用いられようとも、ポンプ（複数可）７２４は２０ｍｌ／分〜１２０ｍｌ／分の範囲の手動又は電気的に調整可能な流量を有するものとし、また、１〜５ワットを要するものとする。
【００５１】
図１７は、本発明の一実施形態による例示的なデュアルチャネル拍動流ポンプカートリッジ８０４の分解図を示す。中央プレート１１００は、デュアル流体チャネル用のシャーシとしての働きをする。この例示的な実施形態における各流体チャネルは、入口マニホルド１１０２及び出口マニホルド１１０４を含む。蠕動チューブ１１０５は、メカニカルポンプ要素のプッシュ機構によって弾性変形し、絞るか又は押しつぶすことのできる可撓性チャンバを提供する。接線方向ボール座面１１０６を用いて、ボール１１０８を弁閉位置に着座させる。Ｏリングが接線方向ボール座面１１０６と共に含まれてもよく、又はその代替として含まれてもよい。閉塞ボール１１０８を用いて、各弁を通しての流れを阻止又は許可する。ボールはプラスチック、ポリマー、又は金属から作成され得る。入口端にて、流体チャネルの入口側への流体チューブの接続に役立つようにバーブアダプタ１１１０及び結合可能なバーブ１１１２が用いられ得る。同様に、出口側では、出口バーブアダプタ１１１４及び結合可能なバーブ１１１２を用いてチャネルの出口側に流体チューブを接続し得る。蠕動チューブアダプタ１１１６、１１１８は蠕動チューブ１１０５の入口側１１１６及び出口側１１１８で用いられる。また、mercediesばね１１２０は、流体の流れ方向の正の流体圧力がボール１１０８にかかると同心の内輪が流体の流れ方向に外輪に対して垂直方向に移動するように位置する。正圧がない場合、mercediesばね１１２０はボール１１０８を接線方向ボール座面に押し当てることで、経路をシールして反対方向への流体の流れを阻止する。
【００５２】
再び図１２を参照すると、マイクロコントローラ７１４はディスプレイ７２０上にポンプ状態又は他のポンプ関連情報を表示してもよい。ボタン、スイッチ、スライドコントロール、ノブ、コネクタ、又は赤外線受信機（特に図示せず）であるユーザコントロール７２３を用いて、患者、外科医（physical）、看護士、技術者、又はコンピュータベースの装置が例示的な超濾過装置７００での種々の設定及びコントロールを調整することを可能にし得る。さらに、通信装置７２５を用いて、ページング又は他の電気通信チャネルを介してコントロール設定を受け取ると共に情報を送信し得る。例えば、ポンプ７２４のポンプ速度、モータ速度、トルク、弁開サイズ、出力圧、流量、ｒｐｍ（回転毎分）、及びオン／オフに対する調整は全て、ユーザインタフェース７２３又は通信装置７２５を介して監視及び制御され得る。
【００５３】
まず、例示的な血液回路７２７を説明すると、患者からの血液が血液入口チューブ７２６を介して血液回路７２７に入る。入力血圧トランスデューサ７２８が入力血圧を測定し、入力血圧信号をマイクロコントローラ７１４（特に図示しないマイクロコントローラへ接続）に供給する。この入力血圧は、ポンプ７２４ａに入る前の平均血圧とすることができる。血液はその後、ポンプ７２４ａを介してポンピングされる。
【００５４】
血液は、主ポンプ７２４ａを通った後、血液入口チューブ７２６を介して血液回路７２７内を続けて通る。入力血圧トランスデューサ７２８が入力血圧を測定し、入力血圧信号をマイクロコントローラ７１４（特に図示しないマイクロコントローラへ接続）に供給する。この入力血圧は、ポンプ７２４ａに入る前の平均血圧とすることができる。血液はその後、ポンプ７２４ａを介してポンピングされる。
【００５５】
血液は、主ポンプ７２４ａを通った後、血液回路７２７内を続けて通る。血液希釈剤、ヘパリン等の抗凝血剤、又は別の許容可能な抗凝血剤の添加剤を収容しているリザーバ７３４が、マイクロポンプ７３６を介して血液回路に接続される。マイクロポンプ７３６は、リザーバ７３４の流体内容物を連続的又は非連続的に計測して血液回路７２７に供給してからダイアライザー７３０に供給する（リザーバ７３４／ポンプ７３６の組み合わせを血液回路に接続してからポンプ７２４ａに接続することが可能である。）マイクロポンプ７３６は、毎分当たり微視的なすなわち極わずかな量の流体をポンピングすることができるタイプのポンプである。マイクロポンプは通常、０．１〜４００ｍｌ／時間（１時間当たりのミリリットル）の範囲の速度で流体をポンピングすることができる。マイクロポンプは動作するのに約１〜５００ミリワットを要する。現在、考えられ得るマイクロポンプとしては、圧電ポンプ、ソレノイドポンプ、マイクロピストンポンプ、蠕動ポンプ、ナノテクノロジー関連ポンプ、マイクロテクノロジー／マイクロマシン加工ポンプ、シリンジ式ポンプ、ローラーポンプ、遠心式ポンプ、又はダイヤフラム式ポンプが挙げられるがそれらに限定されない様々なポンプがある。
【００５６】
血液希釈剤及び／又は抗凝血剤を、血液回路内における血液入口チューブ７２６の入口とダイアライザー７３０の血液入力側との間の任意の地点で血液と混合してもよく又は組み合わせてもよい。
【００５７】
リザーバ７３４は、流体レベルセンサ７３５、又はリザーバ７３４内で利用可能な流体の量を検知する他のタイプのセンサを有してもよい。センサ７３５は、リザーバ７３４内の流体の量を示す信号をマイクロコントローラ７１４に供給する。リザーバ７３４内の流体レベル又は流体量が第１の所定の量又は体積を下回っている場合、マイクロコントローラ７１４はアラーム信号をアラーム回路７１８に送る。また、リザーバ７３４内の流体レベルが第１の所定レベルにあるか、又は第１の所定レベルを下回っており第２の所定レベルにある場合、マイクロコントローラ７１４は超濾過装置７００をオフにし得る。
【００５８】
リザーバ７３４とマイクロポンプ７３６の組み合わせにより、血液希釈剤又は抗凝血剤を血液回路７２７内に流れている血液に注入する。同様に、血液フィルタ７３０及びおそらくは血液ポンプ７２４ａ内での、血栓の可能性を最小限にとどめるのに役立てるために、ダイアライザー（又は血液フィルタ）７３０の手前（実施形態によっては血液ポンプ７２４ａの手前）で、血液希釈剤又は抗凝血剤を血液に注入する。
【００５９】
第２の圧力トランスデューサ７３３は、血液回路内の、血液ポンプ７２４ａの後であるがダイアライザー７３０の前における圧力を検知する。圧力読取値がマイクロコントローラ（ＭＣ）７１４に供給され、このマイクロコントローラ７１４はその読取値を監視する。
【００６０】
単一のダイアライザーとして示すダイアライザー７３０は、先に説明したようにダイアライザー（複数可）とすることができる。ダイアライザー（複数可）は、医者、看護士、又は技術者により血液回路／透析液回路に対して「カチッとはまる(click)」又は挿入されることができるカートリッジの形態をとってもよい。ダイアライザーは０．２〜１平方メートルの透析表面積を含み得る。透析中、血液回路７２７は、透析プロセスを最大にするのに役立たせるために透析液回路７２９とは反対の方向に流れる。さらに、ポンプ７２４ａ及び７２４ｂのパルスは、同位相又は位相が異なっても、血液透析プロセスを最大にする際にも役立ち得る。
【００６１】
ダイアライザー７３０内で透析された後、血液はダイアライザー７３０を出て第３の圧力トランスデューサ７３７内を流れる。第３の圧力トランスデューサ７３７は圧力信号をマイクロコントローラに供給する。第１のトランスデューサ、第２のトランスデューサ、及び第３のトランスデューサの組み合わせにより差圧測定値が提供され、これらの差圧測定値はマイクロコントローラ７１４によって分析される。例えば、ダイアライザー７３０の両端の差圧が高すぎる場合、そのことは特に、ダイアライザー７３０が内部に閉塞があるか又は非常に高い血流で動作していることを意味し得る。結果として、アラーム状態が始まるか又は血液ポンプ７２４ａのポンプ速度又はトルクがマイクロプロセッサコントロールを介して調整され得る。トランスデューサにおける圧力が所定の圧力未満に下がっている場合、そのことは流体が漏洩していることを示すか又は血液回路７２７内に空気があることを示し得る。マイクロコントローラ７１４は、測定された圧力が所定レベル未満であることに応じて、装着型ＣＲＲＴ装置７００の全部分又は所定部分を停止することができる。
【００６２】
血液は血液出口チューブ７４０を介して患者に戻される。図４に示すように、サイドポート２００を組み込むことができ、それにより、さらなる電解液、薬剤、血液添加剤、ビタミン剤、又は他の流体を血液回路７２７内の血液にリザーバ／マイクロポンプの組み合わせを介して添加してから、血液を血液出口チューブ７４０を介して患者に戻すようにすることができる。
【００６３】
なおも図１２を参照しながら、次に例示的な透析液回路を説明する。第４の圧力トランスデューサ７５０は透析液ポンプ７２４ｂの入力側の透析液圧力を測定し、圧力読取値をマイクロコントローラ７１４に供給する。透析液ポンプ７２４ｂは、血液ポンプ７２４ａと同様、上述したデュアルポンプ装置７２４の一部であることが好ましいが、別個のポンプ装置であってもよい。
【００６４】
吸着剤フィルタ７６９からの清浄にされた新たな透析液が、透析液ポンプ７２４ｂを介して透析液回路７２９内に流れる。透析液ポンプ７２４ｂは、ほぼ０〜１５０ｍｌ／分の範囲の流量で透析液をポンピングすることができる。透析液ポンプの例示的な通常の動作流量は４０〜１００ｍｌ／分である。
【００６５】
装着型ＣＲＲＴ装置７００の実施形態は、１リットル未満の透析液を用いて動作するように設計される。実施形態は好ましくは、閉じた透析液流体回路７２９を動作させるのに３００ｍｌ〜４００ｍｌしか必要としない。若い成人又は子供用に設計された一実施形態は、約１００〜約３００ｍｌの透析液で動作することができる。透析液及びフィルタ７６９の組み合わせにより、フィルタが交換を必要とする前に少なくとも２４時間透析液を循環させる実施形態が可能となる。さらに、閉じた透析液回路７２９内で必要とされるのは１リットル未満の透析液だけであるため、無菌又は超純粋（ultra-pure）な血液透析がＷＡＫ又は装着型ＣＲＲＴ装置７００の例示的な実施形態において経済的に用いられ得る。
【００６６】
通常の又は大型の透析機器では、約９０リットルの透析液を1回の実行当たり一人の患者につき使用することが一般的である。概して、透析液を作るのに必要とされる水の量に起因して、濾過水（超純粋水ではない）が用いられる。濾過水は超純粋又は無菌水よりも費用がさらに少なくて済む。透析機器内で用いられる濾過水には何らかの細菌が入ってしまう。細菌はダイアライザー７３０内で用いられる膜の細孔サイズよりも大きい。細菌は細孔サイズよりも大きいため、膜を通って血液内に入り込むことができない。
【００６７】
これに反し、医療研究では、非滅菌透析液（濾過水、細菌、毒素、又は微生物を含有している透析液）の使用による厄介ないくつかの結果が示されている。微生物及び細菌により、透析液内に廃物、毒素及び毒物が生じる。細菌からの廃物はダイアライザーの細孔を通って患者の血液に入り込む可能性があるが、実際の細菌は入り込む可能性はない。かかる毒素は場合によっては内毒素と呼ばれる。透析液から血液に入る内毒素は患者の健康に悪影響を有する可能性がある。内毒素により患者が病気になることもある。
【００６８】
装着型ＣＲＲＴ装置７００の例示的な実施形態は、１リットル未満の透析液しか必要としないため、透析液を作製する際に超純水又は無菌水を用いることは経済的に実施可能である。
【００６９】
透析液が透析液ポンプ７２４ｂを出て、別の圧力トランスデューサ７５２を通過し、このトランスデューサは、ダイアライザー７３０の入力側の透析液圧力を測定する。透析液回路７２９は、好ましくは透析液がダイアライザーを通る血液の流れとは逆の方向に移動するように透析液をダイアライザー７３０内に移動させる。透析液がダイアライザー７３０内にある間に、血液内の廃物及び毒素がダイアライザーの膜を通って透析液に至ることにより、患者の血液が清浄にされる。
【００７０】
透析液はダイアライザー７３０を出て、別の圧力トランスデューサ７５４内を流れる。ダイアライザー７３０の出力側の圧力トランスデューサ７５４が透析液の圧力を示す信号をマイクロコントローラ７１４に送る。この圧力は、ダイアライザーの目詰まり、漏洩、又は他の緊急状態を示すのに役立ち得る。
【００７１】
透析液回路７２９は、毒素又は汚染物を含んでいる使用済みの透析液を第１の一連の透析液フィルタ７６９に導く。これらのフィルタは、透析液回路内での連続使用のために透析液を再利用する目的で、透析液中の所定の物質を濾過するか又はそれらの物質と反応し得る。
【００７２】
例示的な一実施形態では、第１のフィルタ７６０はウレアーゼを含有する。ウレアーゼは使用済みの透析液を濾過し、さらに、ダイアライザー７３０内で血液から除去された尿素を分解するように働く。ウレアーゼが尿素を分解すると、望ましくない少なくとも２つの副産物が生じる。一般に、これらの２つの副産物はアンモニウム（アンモニア）と二酸化炭素である。
【００７３】
透析液はアンモニアと二酸化炭素含んだまま第１のフィルタ７６０から出る。尿素は透析液から実質的に除去されているが、アンモニアと二酸化炭素も透析液から除去する必要がある。透析液、アンモニア、及び二酸化炭素は第２のフィルタ７６２に入る。第２のフィルタ７６２はジルコニウム又はリン酸ジルコニウムを含む化合物（すなわちＺｒＰｘ）を含有する。第２のフィルタ７６２のジルコニウムがアンモニアを捕集する。各種化学物質及びそれらの誘導体を用いて同一又は同様の成果を得ることができることは透析・化学（dialysis chemistry）の当業者には理解されるであろう。
【００７４】
ジルコニウムフィルタである第２のフィルタ７６２は最終的に、アンモニアで飽和状態となる。ジルコニウムフィルタは、アンモニアで飽和状態になると、透析液からアンモニアを除去する際に効率が低くなる。アンモニア又はアンモニウムを透析液回路７２９内に循環させることは不都合である。したがって、例示的な装着型ＣＲＲＴ７００では、センサ７６４を透析液回路７２９内に配置して透析液中のアンモニアの存在を検知する。センサ７６４はｐｈセンサ、アンモニア用センサ（an ammonia specific sensor）、又は導電センサとすることができる。アンモニア用センサを用いる場合、アンモニア用センサは所定量のアンモニアが透析液中に存在するかどうかを検知する。ｐｈセンサを用いる場合、ｐｈセンサは透析液のｐｈが通常よりも所定量のアルカリ性が強くなっているかどうかを検知する。アンモニアが存在すると透析液にはアルカリ性がさらに強くなる。フィルタに用いられる実際の化学物質及び吸収剤によっては、透析液は酸性が強くなり得るため、そのようなものとしてセンサを用いてそれを検知することに留意されたい。導電センサを用いる場合、透析液の導電率変化を検知する。
【００７５】
センサ７６４はマイクロコントローラ７１４と電気通信する。センサ７６４によって読み取られたか又はセンサ７６４からマイクロコントローラ７１４に供給された信号が、ジルコニウムフィルタである第２のフィルタ７６２が透析液中の多量又は所定量のアンモニアを吸着していないことを示す場合、アラーム状態がマイクロコントローラ７１４によってトリガされる。アラーム状態は１つ又は複数のフィルタ（カートリッジ）を交換する必要があることをユーザに知らせる。アラーム状態はまた、装着型ＣＲＲＴ装置７００の所定の機能を停止することができる。例えば、１つ又は複数のポンプ７２４を停止してもよく、或いは１つ又は複数のポンプ及びマイクロポンプのポンプ速度を低速にしてもよい。ポンプ速度を低速にすることにより、吸着剤フィルタセクション７６９のジルコニウムベースのフィルタが吸着するアンモニアの量が増えるようにしてもよい。
【００７６】
透析液中のアンモニアの存在を検知するのに用いられるセンサ７６４は、リン酸ジルコニウムを含有する第２のフィルタ７６２の後に配置される。センサ７６４は、含水酸化ジルコニウムを含有する第３のフィルタ７６６の後に配置されてもよく、又はカーボンフィルタである第４のフィルタ７６８の後に配置されてもよい。透析液回路内の１つ又は複数のセンサは、圧力、ｐＨ、アンモニア、流量、温度、又は他の物理的属性を検知する。センサは、透析液回路がメンテナンスを必要としていることを示す信号をマイクロコントローラに供給する。
【００７７】
第３の例示的なフィルタ７６６は含水酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）フィルタであり、このフィルタは、透析液から夾雑物（contaminants）及びアンモニアをさらに除去することができる。バブラー脱ガス剤（bubbler degasser）すなわち弁装置７７０はフィルタの一部であってもよく（すなわち７６２、７６６、又は７６８）、又は図示のように別個の要素であってもよく、透析液から空気、二酸化炭素、及び他の気泡を除去する。有限量の気泡がダイアライザー７３０を通ることが重要である。したがって、バブラー７７０（複数可）はポンプ７２４ｂの前であるが、気泡を透析液中に形成させる可能性のあるフィルタ（複数可）の後に位置付けされるものとする。
【００７８】
第４の例示的なフィルタ７６８はカーボンを含有しており、不純物を有する透析液を吸着によってさらに清浄にするのに使用される。フィルタは、前述したように、フィルタカートリッジとして設計されることが好ましい。各カートリッジは、患者、医者、技術者、又は看護士により装着型ＣＲＲＴ装置７００に対して挿脱することができる。各フィルタカートリッジ７６０、７６２、７６６、７６８は化学物質又は吸着剤の層又は組み合わせを含有し得る。実際、例示的な実施形態は、ダイアライザー７３０を通った後で透析液を清浄及び再生するのに必要とされる物質の層を含有する単一のカートリッジフィルタを有し得る。フィルタカートリッジ（複数可）はそれぞれバブラー装置を組み込んでもよく、又はバブラー７７０は透析液回路７２９内の別個の要素であってもよい。
【００７９】
例示的な装着型ＣＲＲＴ装置７００では、カートリッジ（複数可）は毎日又は隔日、患者によって交換することができる。各フィルタカートリッジは乾燥状態で半ポンド（２２６．８グラム）未満の重量であるものとする。乾燥状態のカートリッジ全てを合わせても、全体で２ポンド（約９０７．２グラム）未満の重量であるものとする。各フィルタカートリッジは内寸を約４ｃｍ×１０ｃｍ×１０ｃｍとしてもよく、又は各吸着材についての容積を約４００ｃｍ３±１００ｃｍ３としてもよい。量がどれほどであれ、合わせて用いる全ての吸着材総容積は、約４００ｃｍ３±２，０００ｃｍ３とすることができる。例示的な実施形態では、フィルタカートリッジは１日に１回又は場合によってはそれよりも少ない割合で交換することができる。
【００８０】
添加剤リザーバ７７２及びマイクロポンプ７７４は、透析液回路７２９に、フィルタカートリッジ（複数可）７６３の後であるがポンプ７２４ｂの前で接続され得る。図１２には特に図示しないが、複数のリザーバ７７２及びマイクロポンプ７７４を透析液回路７２９に接続することができる。マイクロポンプ（複数可）７７４は、マイクロポンプ７３６に関して上述したマイクロポンプのうちのいずれかとすることができる。ここで、マイクロポンプ（複数可）７７４及びリザーバ７７２は、化学物質及び添加剤を添加して透析液を再生すると共に透析液として働く能力を延長するようにすることができる。例示的な装着型ＣＲＲＴ装置７００は、透析液回路７２９内に３００ｍｌ〜約１リットルほどの透析液を有し得る。吸着剤セクション７６９は透析液回路７２９を循環する際に透析液を連続的に清浄及び再生することができることが重要である。
【００８１】
例示的な装着型ＣＲＲＴ装置７００はまた、患者の血液から限外濾過液(ultrafiltrate)又は流体を取り除くことができる。患者の腎臓が適正に機能していない場合がある。透析液がダイアライザー７３０を出た後、好ましくは、透析液がフィルタカートリッジ（複数可）７６９に入る前に、限外濾過液／透析液は、ダイアライザー７３０を介して得られた他の汚染物及び流体と共に、弁７７６を介して透析液回路７２９から除去され、流体ブラダ７７８内に堆積し得る。流体ブラダ７７８は装着型ＣＲＲＴ装置７００（特に図示せず）の下に懸架することができ、約０．１〜２リットルの流体を保存することが可能である。流体ブラダ７７８に関連する満杯センサ（fullness sensor）は、マイクロコントローラ７１４と電気通信して、流体ブラダ７７８が所定の満杯となる時にアラーム状態にすることを可能にする。
【００８２】
流体ブラダ７７８はまた、マイクロポンプと弁の組合せ７７６を介して充填される空のカートリッジとして装着型ＣＲＲＴ装置７００に組み込まれ得る。満杯センサ７８０は、カートリッジブラダ７７６が満杯であるため限外濾過液供給マイクロポンプ７７６をオフにし、カートリッジを空にする必要があるという信号をユーザに供給することをマイクロコントローラが確定するのに役立ち得る。流体ブラダ又はカートリッジ７７８は、ブラダ７７８に提供された流体を吸収する吸収材（特に図示せず）を含み得る。吸収材は綿、ポリマー、スポンジ、圧縮材、粉末、ジェル、又は流体を吸収する及び／又はブラダ若しくはカートリッジ内でのスロッシング(sloshing)を抑制する他の材料とすることができる。ブラダは満杯になると膨張するように設計され得る。ブラダは、満杯になるとマイクロスイッチ７８０（特に図示せず）に押し当たることができ、それにより、マイクロプロセッサ７１４に信号を供給する。
【００８３】
流体ブラダ又はカートリッジ７７８にはその上にキャップ、ストッパ、弁、取り外し可能な内部ブラダ又はその他の形態の、流体ブラダ７８２を空にする手段を有してもよい。
【００８４】
再び図１２の血液回路を参照すると、リザーバ／マイクロポンプの組合せ７８４（圧電ポンプ、ソレノイドポンプ、シリンジポンプ等）は、血液回路ダイアライザー７３０、７２７の出力側に接続されることができる。１つ又は複数のマイクロポンプ及び流体リザーバ７８４が接続され得る。さらなるヘパリン、電解液、血液添加剤、薬剤、ビタミン剤又はホルモン剤を透析血液に添加して患者の体内に戻すことができる。リザーバ／マイクロポンプの組合せはマイクロコントローラにより監視及び制御され、ユーザコントロール７２３を介して調整されることができるか、又は指示が通信装置７２５を介して受け取られることができる。
【００８５】
装着型ＣＲＴ装置の例示的な実施形態は、基本的な透析機能からより複雑な医療透析、超濾過、及び薬物療法までの治療を患者に与えることができる。
【００８６】
述べたように、さらに透析時間が長くなるか、又は透析治療がより頻繁であることは、生活の質と、予想される羅患率及び死亡率との双方に関して末期腎不全（ＥＳＲＤ）患者の治療における成果の改善に関連し得ることを示す文献が継続して大幅に増えている。
【００８７】
しかしながら、かかる治療モダリティの実施は、透析治療の時間がより増すか又は透析治療をより頻繁に行うために、容易に利用できる経済的資源に欠けていることに起因して、難しい。さらに、より多くの透析時間又は透析治療に費やす資金が利用可能であったとしても、現時点ではより多くのさらなるケアを遂行するさらなる看護又は技術者マンパワーに限りがある。さらに、これら全てのさらなる必要性に対応するために、さらなる設備の構築が必要であろう。ほとんどの国におけるヘルスケア予算の予算的制約を踏まえると、これらの事柄のいずれか又は全てが行われる機会は少ない。さらに、非常にわずかな透析患者しか非装着型透析装置での自己治療に適さない。
【００８８】
装着型ＣＲＲＴ装置の実施形態は概して、週に７日間、１日２４時間、患者によってベルト又はストラップに装着され、持続的腎機能代替療法に使用されることができる。かかる実施形態は、今日の透析設備によって一般的に投与される間欠的用量よりも著しく高い透析用量を送達することができると同時に、マンパワー利用及び他の医療関連費用の著しい低減を達成する。
【００８９】
先だって、本発明の一実施形態は、尿毒症のブタモデルにおける本発明の効率及び実施可能性（viability）を評価するために試験された。例示的な装着型ＣＲＲＴ装置の効率は、当該装置を持続的に装着した場合の尿毒症の人における容量状態と上記の化学物質とに標準を合わせた量の、尿素、クレアチニン、カリウム、リン、及び限外濾過液の除去を達成することにより評価した。さらに、当該装置の効率を、クレアチニンクリアランス、尿素クリアランス、及び週間の尿素Ｋｔ／Ｖにより測定して、間欠的な連日透析によって得られる用量以上である透析量を達成することによって試験した。
【００９０】
試験に使用した装着型ＣＲＲＴ装置の例示的な実施形態では、血液回路及び透析液回路を含めた。血液回路及び透析液回路は、ポリスルホン中空繊維を利用した小型ダイアライザー内に通した。ダイアライザーの透析表面積は約０．２メートルであった。血液回路は、ダイアライザーの前にヘパリンを回路に連続投与するためのポートを有した。血液及び透析液の双方を、交換可能なバッテリーにより給電されるダブルチャネル拍動流ポンプによって必要な回路内に推進させた。ダイアライザーを出た汚れた使用済みの透析液を、Marantz及び協働者が記載したものと同様であると共に既知のＲＥＤＹシステムにおいて広範に使用される、ウレアーゼ、及び吸着剤を含有する一連のフィルタカートリッジ内を循環させた。限外濾過液を、弁構造を介して透析液回路により除去させた。除去した限外濾過液を、用量測定後に周期的に空にしたプラスチックバッグに導きその中に収容した。マイクロプロセッサに接続されたセンサが、例示的な装置の各種側面を監視した。
【００９１】
それぞれ約１５０ｌｂ（約６８．０４ｋｇ）の重量の６匹の飼育豚を麻酔し、双方の尿管を外科結紮することにより尿毒症にさせた。２４〜４８時間後、それら動物を再び麻酔し、Mahurkarのダブルルーメンカテーテル（二重チューブを有するカテーテル（double lumen Mahurkar catheter）を頸静脈に挿入した。カテーテルを例示的なＣＲＲＴ装置に接続し、各動物を８時間透析した。８時間の終了時にそれら動物を安楽死させた。
【００９２】
血液サンプルを頸動脈内に挿入した動脈経路から抜き出し、ＣＢＣ、尿素、クレアチニン、ナトリウム、カリウム、塩化物、ＣＯ２、リン、カルシウム、及びマグネシウムを測定した。透析液回路内のダイアライザーの入力側及び各フィルタカートリッジの出口側で、同じ化学物質が測定された。
【００９３】
試験実験の結果は以下の通りであった。試験実験の際に動物において観察された有害事象は何もなかった。血液回路内の平均血流量は４４ｍｌ／分であり、平均透析液流量は７３ｍｌ／分であった。試験実験の結果は表Ｉ及び表ＩＩにまとめてある。
【００９４】
【表２】
2009502446.tif 000004
【００９５】
【表３】
2009502446.tif 000005
【００９６】
除去される流体量は実験中、０〜約７００ｍｌ／時間で任意に変化した。一時間当たり大量の流体を除去するための制約される要因は、流体除去の速度が増大するにつれてのダイアライザー内の血流が段階的に減少することであった。限外濾過液（流体除去(fluid removal)）の速度が減少するにつれて血流が即座に正常化した。しかしながら、１００ｍｌ／時間の流体除去を維持する上で困難は全くなかった。尿素、クレアチニン、及びリンの量を図１８Ａ〜図１８Ｅにさらに示す。除去されたカリウム及びリンの量は治療の２４時間当たりで表されている。１日あたりのカリウム除去（daily removal of potassium）は２６０．６７±２７．０５ｍｍｏｌ／２４時間であった。毎日のリン除去は２．４７±０．１４グラム／２４時間であった。この例示的な実施形態で得られる平均的なクレアチニンクリアランスは、２２．１３±１．３４ｍｌ／分であった。平均的な尿素クリアランスは２７．１３±１．２７ｍｌ／分であり、週当たりの尿素Ｋｔ／Ｖは５．９７±０．４４であった。
【００９７】
試験実験に複雑さがないことは、例示的な装着型ＣＲＲＴ装置が複雑さの可能性が全くなく動作することができることを示唆している。例示による実験的な装着型ＣＲＲＴ装置は、産業において現用されている、既存の大規模な透析機器に伴う複雑さとは異なる複雑さは何も示していない。血液回路及び透析液回路の比較的低い流量は、いくつかの透析システムに見られる様々な複雑さを軽減するのに役立つ。血流の増大を約５０〜１２０ｍｌ／分の範囲にさせるように、例示による実験的なＣＲＲＴ装置に対し変更を行うことができる。これらの変更は、ダイアライザーのサイズを大きくすること、デュアルポンプの流れを増大させること、及びポンプの伝動装置、伝達装置、及び弁（valving）を調整することのうちの少なくとも１つを含む。
【００９８】
例示的な装着型ＣＲＲＴ装置が、正常な腎臓によって生理学的に除去される流体量と同様の量の流体を血管腔内から安定して除去することができることにより、患者が摂取する流体の量に関係なく、治療医は患者の（循環）血液量を正常に保つことができる。さらに、過剰な流体が排除されることにより、患者の高血圧の良好な制御を得ることもできる。引き出された限外濾過液中のナトリウム濃度は、患者の血漿のナトリウム濃度に概ね等しい。したがって、例示的なＣＲＲＴ装置を介しての１日当たり約０．５〜３リットルの限外濾過液の除去により、１日当たり約１０〜２０グラムの塩が除去されることになる。本発明の一実施形態により患者からナトリウムを除去することは、患者の高血圧を良好に制御することに関与し、また、ＥＳＲＤ患者に対する塩の自由な摂取ももたらされ得る。これにより、患者が摂取することができる食品の多様性が増すことにより、患者の生活の質が高まるであろう。さらに、様々な食品を摂取することは、患者の栄養摂取の改善につながり得る。
【００９９】
また、例示的な装着型ＣＲＲＴ装置により患者の血液から除去されるカリウム及びリンの量はさらに、それら双方の成分の経口摂取の制限をなくすと共に経口リン吸着剤（binders）の必要性をなくすことに役立つ。
【０１００】
この実験結果は、除去されたクレアチニン及び尿素の量、並びにクレアチニンクリアランス及び尿素クリアランス並びに週当たりの尿素Ｋｔ／Ｖの双方において示された高透析量が、現在行われている間欠的な連日透析量の利益全てを達成することを実現可能にさせるであろうことを示す。この実験は同時に、医療マンパワーの利用、及び慢性透析に伴う他の費用を低減させる可能性を与える。
【０１０１】
次に図１９を参照すると、別の例示的なＷＡＫ１２００が完全装着型ベルト１２０２に組み込まれているものとして示されている。ＷＡＫ１２００は、軽量（０．５〜５ポンド（約２２６．８〜約２２６８グラム））、ベルト式バッテリー作動型１２０４ＷＡＫ装置１２００であり、本装置は以下の主要部品から構成される：
Ａ．  血液１２０８及び透析液１２１０の双方をＷＡＫ１２００内を推進させるデュアルチャネル拍動流ポンプ１２０６；
Ｂ．  ０．６平方メートルの膜表面を有する、高フラックス（high flux）ＡＮ−６９ダイアライザー１２１２（オスパル・アンデュストリ（Hospal Industrie）（フランス））；
Ｃ．  １〜５個の、吸着剤を含有する特別設計されたカートリッジ及び／又はフィルタと、電解液添加剤及びヘパリン１２２０のリザーバ１２１６と、ｐＨ調整回路１２１８とを備える、透析液再生システム１２１４；
Ｅ．  全て予め特定された流量で、ヘパリン、Ｍｇ、Ｃａ、Ｋ、及び重炭酸塩ナトリウム（Na Bicarbonate）を送達すると共に過剰な限外濾過液を除去する補助マイクロポンプ１２２２、１２２４；及び
Ｆ．マイクロプロセッサベースの制御部及び監視部（特に図示せず）。
【０１０２】
デュアルチャネル拍動流ポンプ１２０６は、３ワット直流マイククロモータ（ファールハーバー（FAULHABER）（ドイツ））を用いる。デュアルチャネル拍動流ポンプ１２０６は、発振機構及びデュアルチャネルフローカートリッジを有することで、４０〜１００ｍｌ／分の制御可能な速度での血液及び透析液の双方の同時の拍動流を可能にする。一方のチャネルがその圧縮可能なチャンバから流体を推進させているとき（「心収縮期」におけるように）、他方のチャンバはその圧縮可能なチャンバを充填する（「心拡張期」におけるように）ことで、一方のチャネルにおいてピーク圧力が生じ、他方のチャネルにおける圧力はその谷状にある、すなわち低くなる。
【０１０３】
図１９の例示的なＷＡＫは、以前に実験に用いたＨｅｍｏｐｈａｎ（登録商標）０．２２平方メートルダイアライザーの代わりに、小型でより高透過度の膜表面（０．６０平方メートル）の、高フラックスＡＮ６９Ｍｕｌｔｉｆｌｏｗ（商標）６０ダイアライザーを用いた。ｐＨ計電極１２２０を透析液回路内に配置し、ｐＨ調整システム１２１８に接続した。ｐＨ調整システム１２１８は、透析液のｐＨを約７．４に維持するために、透析液１２１０への重炭酸塩ナトリウムの注入を開始してから透析液をダイアライザーに入れるように設定した。この例示的な実施形態の尿素クリアランス及びクレアチニンクリアランス並びに標準の週当たりの尿素Ｋｔ／Ｖは、以下のように計算した；
クリアランス＝血流×［Δ溶質］／［流入溶質（Solute in）］          （１）；
標準の週当たりの尿素Ｋｔ／Ｖ＝有効クリアランス×時間／総体水分          （２）；
（式中、［Δ溶質］は、ダイアライザー内の濃度及びダイアライザー外の濃度の相違である。「時間」は実際の試験では４８０分であり、週間外挿（a weekly extrapolation）では１０，０８０分であった。「総体水分」は体重の６０％と推定された。この計算は、一週間の期間全体にわたって平均した均一の有効なクリアランスを用いていることに留意されたい。
【０１０４】
ポンプ／ダイアライザー特性
種々の異なるポンプ装置を用いて例示的なＷＡＫ１２００を試験するために、以下のポンプを用いた：例示的なＷＡＫのデュアルチャネルポンプ（１０×７×５ｃｍ、３８０ｇｍ）１２０６、ＨＤにおいて用いられているローラーポンプと同様のＭｉｎｉｐｕｍｐ（商標）（３０×１５×１５ｃｍ、４６５０ｇｍ、MINNTECH.,MN）、ＣＲＲＴ血液ローラーポンプと同様のＭａｓｔｅｒＦｌｅｘ（登録商標）（３０×１８×１２ｃｍ、２９５０ｇｍ、Cole-Parmer,IL）、及びＰｒｏｆｉｌｅ（商標）（８×７×７ｃｍ、６５ｇｍ、Meikopet Corp., Japan）遠心ポンプ。
【０１０５】
まず、ヘパリン化したブタ血液１２５０を、上記ポンプ及び各種ダイアライザー：Ｈｅｍｏｐｈａｎ（登録商標）（モデル１００ＨＧ、Gambro, Germany）、ＡＮ６９（Ｍｕｌｔｉｆｌｏｗ  ６０、オスパル（フランス））、及びＦ３（登録商標）（Fresenius, Germany）を用いて、透析液１２５２として等張食塩水で透析した（図２０）。ＢＵＮを６０ｍｇ／ｄＬに、クレアチニンを１０ｍｇ／ｄＬに、Ｋを６ｍｍｏｌ／Ｌに高めるために、尿素、クレアチニン、及びカリウムを血液に添加した。これらの添加は、全血及び各化学物質の重量の計算に基づいており、ｉ−ＳＴＡＴ（登録商標）ポータブルクリニカル分析器（i-STAT Corporation, NJ.）を用いて実際の組成物を記録した。双方の流体は開端回路内を３７℃で流れた。各種ポンプはいくつかの速度で作動した。回路内でポンプが与えた発振頻度、速度、流れ、及び圧力は、流れが安定した後、全ての速度ごとに記録した。血液及び透析液サンプルをｉ−ＳＴＡＴ（登録商標）ポータブル血液分析器（i-STAT Corporation, NJ.）及び９９０日立（登録商標）自動分析器を用いて二重に分析した。血液及び透析液の連続した非拍動流のために重力を用いた。全ての実験を５回繰り返した。
【０１０６】
吸着剤特性
次に、例示的なＷＡＫの透析液再生システム１２１４の特性を、図２１に示すように試験した。固定化ウレアーゼ１２６０、リン酸ジルコニウム１２６２、含水酸化ジルコニウム１２６４、及び活性カーボン１２６６を含む吸着剤を用いた。
【０１０７】
ヒトにより使用済みの（human spent）透析液１２６６を変えずに尿素、クレアチニン、カリウム、及びカルシウムの添加を行ってシステム内に通すことで、ＢＵＮ５０ｍｇ／ｄＬ、クレアチニン４ｍｇ／ｄＬ、Ｋ４ｍＥｑ／Ｌ、及びＣａ９ｍｇ／ｄＬのレベルを達成した。透析液がシステム内を循環した際、約１００ｍｌ／時間の流体を限外濾過した。透析液はアンモニアがないか監視された。透析液からの溶質クリアランス対ポンプ速度及び流量が比較された。全ての実験を５回繰り返した。
【０１０８】
次に、３ｇｍ／Ｌの尿素／水溶液を、連続的なローラーポンプ及び拍動流（ＷＡＫポンプ）を用いて、固定化ウレアーゼとリン酸ジルコニウムの混合物（combination）内に循環させた。溶出物をｐＨ及びアンモニアについて監視した。全ての実験を５回繰り返した。
【０１０９】
Ｉｎ−ｖｉｖｏ実験
さらなる実験及び試験を、例示的なＷＡＫ１２００を用いてｉｎ−ｖｉｖｏで行った。全ての動物試験は、シーダーズ・サイナイ病院（Cedars Sinai Hospital）の動物管理使用委員会（Institutional Animal Care and Use Committee）によって、及び動物実験のためのＮＩＨガイドラインに従って認可された。麻酔した５匹のブタに尿毒症の外科的結紮を施した。次の日、それらのブタを例示的なＷＡＫ１２００でダブルルーメンカテーテルを用いて８時間透析した。
【０１１０】
結果
ポンプにより生成される流れ／圧力波
上述した種々の異なるポンプの拍動性の作用は図２２〜図２４に示す。例示的なＷＡＫのダブルチャネルポンプ拍動流ポンプ１２０６は、血液及び透析液の双方の同時の拍動流を与える（図２２）。これらの２つの別個のチャネルの流れは半周期位相差を有する。
【０１１１】
例示的なＷＡＫのポンプ１２０６は、一般的に用いられるローラーポンプよりも高い振幅及びさらにより高いパルス周波数を送出する。図２２は、例示的なポンプ１２００が約０．８ｍｌの行程容積（stroke volume）、１分当たり１１０拍（ｂｐｍ）の周波数、平均９５ｍｌ／分で血液を流す３５０ｍｌ／分のピーク瞬間流量を有することを示す。同じ血流のローラーポンプの対応するデータは、それぞれ８ｍｌ、１３ｂｐｍ、及び１２０ｍｌ／分である（図２３を参照）。同様に、ＣＲＲＴローラーポンプの対応するデータは、それぞれ０．７ｍｌ、１２５ｂｐｍ、及び１４０ｍｌ／分である（図２３Ｂを参照）。
【０１１２】
例示的なＷＡＫポンプ１２０６によって生成される圧力波は、ローラーポンプによって生成されるＴＭＰよりも高い膜間圧力勾配（gradient）（ＴＭＰ）を可能にした（図２４Ａ及び図２４Ｂ）。圧力波は、同じ平均流量で、ＣＲＲＴローラーポンプと組み合わさると血液を移動させ、遠心ポンプと組み合わさると透析液を移動させる。これらの図面の分析は、ＷＡＫポンプでは、ＴＭＰがダイアライザーの血液入口ポート（図２４Ａ）では−１０〜＋１５０ｍｍＨｇ、ダイアライザーの血液出口ポート（図２５Ａの上側）では−５０〜＋５０ｍｍＨｇまで変わることを示す。ローラーポンプ／遠心ポンプの組み合わせについての対応する値はそれぞれ０〜＋６０及び−１０〜＋２０ｍｍＨｇである（図２４Ｂ及び図２５Ｂ）。
【０１１３】
ダイアライザーによる溶質クリアランス
実験及び試験の別の結果は、例示的なデュアルチャネル拍動流ポンプ１２０６の拍動流が、連続的な安定した非拍動流よりも高いクリアランスを生成することを示した。このデータはまた、商業用ダイアライザーがよりいっそう高い流量（典型的には３００〜５００ｍｌ／分の範囲）の血液及び透析液用に設計されているとしても、例示的なＷＡＫの掌サイズのバッテリー式ポンプは、商業用ダイアライザーでの溶質クリアランスをもたらす点で、より重量のあるＣＲＲＴローラーポンプと同じ程の効果があることを示す。
【０１１４】
透析液再生システムによる吸着効率
ＷＡＫ及び従来のローラーポンプの双方による拍動流対安定した非拍動流を用いての吸着効率を図２８に示す。吸着剤１グラム当たりが除去する尿素の量は、非拍動流を用いる場合よりも拍動流を用いる場合がかなり高い。これは予期せぬ結果であった。
【０１１５】
透析液ｐＨを７．４に最適化することの効果は図２９に示す。ジルコニウム１グラム当たりが除去する尿素の量は、ｐＨが７．４に最適化される場合に著しく高まる。これもまた予期せぬ結果であった。
【０１１６】
動物実験
より小さな表面積を有するダイアライザー（動物実験において用いられた）を用いる第１の例示的なＷＡＫを用いての２匹の動物実験の結果を表ＩＩＩにまとめ、別の例示的なＷＡＫ１２００を用いて得られた結果と比較した。
【０１１７】
【表４】
2009502446.tif 000006
【０１１８】
考察
流れ／圧力挙動
例示的なＷＡＫ又は装着型ＣＲＲＴ装置内を流れる血液及び透析液がそれぞれ、１．２〜２．４Ｈｚの周波数で発振する。この半正弦運動により、各チャネルにおいて約０．８ｍｌの交互の行程容積が与えられる。したがって、
【０１１９】
【数１】
2009502446.tif 000007
【０１２０】
（式中、ＶｍはＦＨｚサイクルでの一時的な最大容積である。９５ｍｌ／分の血流、及び０．５５秒間の場合、Ｆ＝１／０．５５秒＝１．８２Ｈｚ及びＶｍ＝（２．５）（１．８２）＝４．５５ｃｍ３）
１００ミクロン内腔半径、６．５ミクロンの肉厚、及び１８．５ｃｍの長さの推定１，８３０本の中空繊維、Ｈｅｍｏｐｈａｎ（登録商標）ダイアライザーを用いた。推定される血流の断面積及び内腔容積はそれぞれ０．５７５ｃｍ２及び１０．６ｃｍ３である。したがって、血液内腔容積（blood luminal volume）は間欠的に（４．５５）（１００）／１０．６＝４２．９％増えるものと推定される。ＡＮ６９（登録商標）ダイアライザーの場合、１２０ミクロン内腔半径、５０ミクロンの肉厚、及び１５ｃｍの長さの４，３９０本の中空繊維、したがって、血流の断面積及び内腔容積はそれぞれ、１．９８６ｃｍ２及び２９．８ｃｍ３である。したがって、血液内腔容積は間欠的に（４．５５）（１００）／２９．８＝１５．３％増えるものと推定される。これらの毛細管は弾性ではなく、液体は本質的に非圧縮性であるため、これらの推定容積発振は、ほぼ全体が圧力波に変わる。ν＝０．０３ｃｍ２／秒の血液運動粘度（blood kinematic viscosity）を用いて、Ｈｅｍｏｐｈａｎ（登録商標）（ｒ＝０．０１０ｃｍ）及びＡＮ６９（登録商標）（ｒ＝０．０１２ｃｍ）ダイアライザーの場合ではそれぞれ、対応するWomeresley number  ｒ（２πＦ／ν）１／２は０．１９５及び０．２３５である。一時的な内腔容積はかなり変化し、Womeresley numberは無視できず、ポアゼイユ（Poiseuille）の法則は例示的なＷＡＫにおいて使用されることはできない。このことは、ダイアライザー内での流れが放物線状であり、したがって安定した状態にある現用の大規模な透析機器とは反対である。したがって、ポアゼイユの法則は、従来の透析機器には適用可能であると考えられるが、例示的なＷＡＫには適用可能ではない。
【０１２１】
例示的なＷＡＫポンプは、血液及び透析液の同時の拍動流をポンピングする（図２２）。これらの２つの流れは、ダイアライザー膜にわたって且つ吸着剤粒子の表面上にプッシュプル機構（push-pull mechanism））を可能にする半周期位相差を有する。例示的なデュアル拍動流ポンプが生成する血流波は、ローラーポンプによって生成される血流波よりも高い振幅及び周波数を有する。これは、ＴＭＰの大きさ及びダイアライザーの繊維に沿っての方向にかなりの相違に対して導電性があり、血液と透析液との間でのクリアランス及び物質移動を急激に変える。膜にわたる例示的なデュアルチャネル拍動流ポンプにより生じるプッシュプル機構は、ダイアライザーの性能を著しく改善し得ると思われる。
【０１２２】
例示的なデュアルチャネル拍動流ポンプによって発生する圧力波は、従来の透析機器において見られる圧力及びＴＭＰパターンとは全く違う異なった特有のパターンを示す。本発明者らの実験を通して、血液及び透析液と時間トレースとの間にＴＭＰ（膜間圧力）の拍動変化パターンがあることが見出された。これに反して、ＴＭＰが時間依存的ではない現用の透析機器にはこの拍動変化挙動はない。本発明者らはまた、いくつかの枢点（ここで血液及び透析液の圧力ラインが交わる、すなわちＴＭＰ＝０）が例示的な拍動流（すなわち血液から透析液優勢の対流）によりかなり右にシフトすることに気が付いた。
【０１２３】
ダイアライザーによる溶質クリアランス
図２６Ａ及び図２６Ｂは、ＷＡＫポンプ又は従来のローラーポンプにより発生する拍動流が安定流よりも高いクリアランスをもたらすことを示す。図２７及び図２８は、例示的なＷＡＫポンプのクリアランス値が同じ平均流量でローラーポンプにより生じるクリアランス値に匹敵することを実証する。ＷＡＫポンプのクリアランス値はＡＮ６９ダイアライザーによる結果を示し、ローラーポンプのクリアランス値はＦ３（登録商標）ダイアライザーによる結果を示す。
【０１２４】
さらに、例示的なデュアルチャネル拍動流ポンプは、現用のローラーポンプと同じくらいの有効な溶質クリアランスを送出する場合でも小型の９ボルトバッテリーで効率的に動作することができるが、従来のローラーポンプは、１１０又は２２０ボルトを供給する電気コンセントへの接続を必要とする。さらに、例示的なデュアルチャネル拍動流ポンプは３００〜４５０グラムの重量とすることができるが、従来のローラーポンプはその８〜１２倍以上の重量である。
【０１２５】
物質移動挙動
拍動流の固有の揺動により、このシステムのいかなる物質移動プロセスも不安定状態であると見なされるものとする。このことは、慣例的なフィックの第１法則（Fick's first law）を用いる代わりに、以下の式を用いることを意味する：
【０１２６】
【数２】
2009502446.tif 000008
【０１２７】
フィックの第２法則を用いて、これを以下のように単純にするものとする：中空繊維のような筒状形については、
【０１２８】
【数３】
2009502446.tif 000009
【０１２９】
吸着剤粒子におけるような球状形については、
【０１３０】
【数４】
2009502446.tif 000010
【０１３１】
これらの方程式では、ｄ及び∂はそれぞれ単純且つ部分的な微分符号であり、Ｎは質量フラックス［質量／面積／時間］であり、Ｄは拡散係数［平方長さ／時間］、Ｃは濃度［質量／容積］、及びｒは［半径方向］拡散距離［長さ］である。フィックの第２法則は、過渡的変動、対流変動、濃度変動を包含する。Ｄは、液体システムにおける周囲圧力又は過渡圧力とは関係しないが、吸着剤床内の粉末／顆粒の細孔構造に応じて決まる。方程式（５）の第１の部分は中空繊維ダイアライザーの理論的分析のための自然開始点であり、第２の部分は透析液再生システム内の吸着剤の粉末及び顆粒のためのものである。しかしながら、吸着剤床は、イオン交換、透過及び浸出により、より複雑な物質移動を行う、したがって、実験的に設計される。
【０１３２】
ダイアライザーの挙動
溶質クリアランス：ダイアライザーでの拍動流による物質移動が増加しているように思われる。物質移動の増加の理由としては、より大きな流体エネルギー（すなわちより大きな平均圧力）、対流的及び拡散的な物質移動の高まり、分子の流入（molecular channeling）及び膜の層化が回避されることが示唆されている。透析液ポート間の負圧勾配が限外濾過を高めると考えられる。
【０１３３】
限外濾過：ダイアライザーの製造業者が一般的に作成するチャートは、限外濾過による対流効果を含まない方程式（１）及び（２）を示す。連続流の対流物質移動によるかかる効果は、以下から少なくとも３％であると推定される。
クリアランス＝クリアランス（ゼロＵＦでの）＋０．４６＋ＵＦ          （６）
【０１３４】
例示的なＷＡＫの第１の試験形態を用いて本発明者らが行った先の動物実験では、平均クリアランス及び限外濾過はそれぞれ２４．６と１．６７ｍｌ／分（１００ｍｌ／時間）とであった。したがって、ＵＦ＝１．６７ｍｌ／分及び０．４６×ＵＦ＝０．７６８ｍｌ／分であり、これは、０．７６８／２４．６＝０．０３１すなわちクリアランスの３．１％である。
【０１３５】
これは連続流の対流しかなかった場合に当てはまる。しかしながら、流れの拍動性により、さらにより高いパーセンテージの対流物質移動を期待することができる。ダイアライザーに沿ったＴＭＰ勾配方向の間欠的な変化は、それらの変化が確実に、膜にわたって水及び溶質の二方向の対流過渡をもたらすため、例示的なＣＲＲＴ装置が実際に血液透析濾過を行い得ることを示唆している。
【０１３６】
吸着剤の吸着効率
例示的な吸着剤系は、ジルコニウム、リン、酸素、窒素、及び水素、並びに固定化ウレアーゼ／アルミナ粉末を含有する、リン酸ジルコニウムカチオン交換構造を用いて尿素を分解した。様々な量の固定化ウレアーゼ（たいていは３５〜８０ミクロン、１．２２ｇｍ／ｍｌ  溶液状態（loose））及びリン酸ジルコニウム（たいていは２５〜４５ミクロン、１．２２ｇｍ／ｍｌ  溶液状態）を用いて、飽和に達するまで用いた吸着剤の量を測定した。非拍動流又は拍動（ＷＡＫポンプ）流を用いての平均有効速度（断面積によって割られる流量）は、固定量の吸着剤当たり引き出される尿素の量と相関する最良パラメータである。図２９は、拍動流により、リン酸ジルコニウム１グラム当たり引き出される尿素の量が増加することを示す。
【０１３７】
本発明者らは、透析液のｐＨが７．４に最適化されるとその結果として吸着剤の能力が高まることを見出した。このことは、多量のナトリウムの吸着、及びＮａ＋によるＨ＋の早期段階での交換／放出によって説明されるであろう。このことは、酸性度はアンモニアの吸着をかなり低下させているであろうために、ｐＨがより低い場合では早期段階での吸着がより低いことを説明する。
【０１３８】
動物実験
ＷＡＫの第１の実施形態を用いての最初の動物実験の結果を表２にまとめ、ＷＡＫの第２の例示的な実施形態を用いて得られた結果と比較した。クレアチニンクリアランスは２５．１±２．３から４０．９±２．３ｍｌ／分に高まり、尿素クリアランスは２４．１±２．４から３９．８±２．７ｍｌ／分に高まった。第１の例示的なＷＡＫを用いての６．９±１．９の外挿週間ｋｔ／ｖは、第２の例示的なＷＡＫを用いて７．７±０．５に高まった。
【０１３９】
このクリアランスは、従来の透析機器による従来の値よりも約２倍高く、さらには、
毎日透析の場合に報告されている値の６倍近くも高い。したがって、第２の例示的なＷＡＫは、Gotch式の直線の標準化（Ｋｔ／Ｖ）＝８×ｓｐ（Ｋｔ／Ｖ）に基づくものとなっている。
【０１４０】
上述の実験及び試験に基づき、仮説ではなく、拍動流が溶質の物質移動及びクリアランスを発生させる上で、安定した又は連続的な流れに勝ることが見出された。例示的なＷＡＫのデュアルチャネル拍動流ポンプは、現用のポンプ（重量が重すぎ、エネルギーが不十分であり、且つ装着型装置の一部であるにはかさばる）よりも高いピーク血流、及び現用のポンプのクリアランスと同じクリアランスをもたらす。これとは対照的に、例示的なＷＡＫポンプは軽量であり、その小さなサイズ寸法及び幾何学形状（図１４及び図１５の例示的な寸法を参照のこと）により装着可能である。拍動のより大きな振幅と共に例示的なデュアルチャネル拍動流ポンプの拍動中のＴＭＰの変化により、大部分は対流による物質移動の良好な速度が生成される。したがって、例示的なＷＡＫは血液透析濾過を行うが純粋な血液透析は行わない。例示的なデュアルチャネル拍動流ポンプによって生じる血液拍動と透析液拍動との間の半周期位相差、大きさ、及びＴＭＰ変化の周波数は、ダイアライザー膜内に「プッシュ−プル(push-pull)」の流れを生成する。例示的なデュアルチャネルポンプの拍動流により、吸着剤と接触している透析液の空塔速度を高め、さらに、吸着剤によって吸着される溶質の量を高める。７．４に維持される透析液ｐＨは、維持されていない透析液ｐＨよりも吸収剤効率が高まる。高フラックス膜及びより大きなダイアライザー表面は、バルク又は重量を増加させることなく例示的なＷＡＫの性能を高める。これらの結果はさらに、本発明の実施形態をＥＳＲＤ患者のケアを最適にする最適な装置とすることができ、週当たり１６８時間の高いクリアランス透析を提供することを示す。また、毎日の間欠的透析の運搬にかかわる問題（logistical problems）を単純にし、費用を希望通りに低減し、生活の質を高め、ＥＳＲＤ患者の死亡率を減らすという必要性をなくすであろう。
【０１４１】
上述の本発明には多くの変形形態及び実施形態が可能である。本発明の特定のいくつかの実施形態のみを添付の図面に示すと共に上記の詳細な説明において説明してきたが、本発明は、開示されている実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲に記載及び定義されている本発明から逸脱することなくさらなる再構成、変更、及び置換を行うことが可能であることが理解されるであろう。したがって、本発明の範囲はかかる全ての構成を包含し、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】透析患者のウエストの周りに装着された、本発明による装着型ＣＲＲＴ装置の斜視図である。
【図２】透析患者から取り外された後の、図１の装着型ＣＲＲＴ装置の正面図である。
【図３】本発明による装着型ＣＲＲＴ装置のダイアライザー部の斜視図である。
【図４】本発明による装着型ＣＲＲＴ装置の添加剤ポンプ及びダイアライザー部の斜視図である。
【図５】本発明による装着型ＣＲＲＴ装置のダイアライザーの第１の実施形態の断面図である。
【図６】本発明による装着型ＣＲＲＴ装置のダイアライザーの第２の実施形態の断面図である。
【図７】本発明による装着型ＣＲＲＴ装置のダイアライザーのケーシングの上面図である。
【図８】本発明による装着型ＣＲＲＴ装置の吸着剤部の第１の実施形態の斜視図である。
【図９】本発明による装着型ＣＲＲＴ装置の吸着剤部の第２の実施形態の斜視図である。
【図１０】本発明による装着型ＣＲＲＴ装置の吸着剤部の第２の実施形態の変形形態の斜視図である。
【図１１】本発明による装着型ＣＲＲＴ装置の吸着剤装置のケーシングの上面図である。
【図１２】装着型ＣＲＲＴ装置の例示的な一実施形態の図である。
【図１３】例示的なデュアルチャネル拍動流ポンプの側面図である。
【図１３Ａ】例示的なデュアルチャンバ拍動流ポンプの例示的なポンプモータ部の上面図である。
【図１３Ｂ】例示的なデュアルチャンバ拍動流ポンプの例示的なポンプモータ部の正面図である。
【図１４】例示的なデュアルチャンバ拍動流ポンプの例示的なポンプモータ部の斜視図である。
【図１５】例示的なデュアルチャネル拍動流ポンプカートリッジの三方から見た図である。
【図１６】例示的な入力弁又は出力弁において使用される例示的なばねの三方から見た図である。
【図１７】例示的なデュアルチャネル拍動流ポンプカートリッジの分解図である。
【図１８Ａ】装着型ＣＲＲＴ装置の一実施形態を用いての実験結果を示すグラフである。
【図１８Ｂ】装着型ＣＲＲＴ装置の一実施形態を用いての実験結果を示すグラフである。
【図１８Ｃ】装着型ＣＲＲＴ装置の一実施形態を用いての実験結果を示すグラフである。
【図１８Ｄ】装着型ＣＲＲＴ装置の一実施形態を用いての実験結果を示すグラフである。
【図１８Ｅ】装着型ＣＲＲＴ装置の一実施形態を用いての実験結果を示すグラフである。
【図１９】装着型人工透析器の別の例示的な実施形態である。
【図２０】ポンプ特性及びダイアライザー特性の評価のための例示的な試験のための構造の図である。
【図２１】吸着特性の評価のための例示的な試験のための構造の図である。
【図２２】直流９ボルトで動作する例示的なデュアルチャネルポンプの瞬間的な流動挙動を示すグラフである。
【図２３Ａ】異なるタイプのローラーポンプの瞬間的な挙動の比較を示す図である。
【図２３Ｂ】異なるタイプのローラーポンプの瞬間的な挙動の比較を示す図である。
【図２４Ａ】例示的なポンプ対他のポンプの瞬間的な圧力挙動の比較を示す図である。
【図２４Ｂ】例示的なポンプ対他のポンプの瞬間的な圧力挙動の比較を示す図である。
【図２５Ａ】例示的なポンプ対ローラ／遠心ポンプの瞬間的な圧力挙動の比較を示す図である。
【図２５Ｂ】例示的なポンプ対ローラ／遠心ポンプの瞬間的な圧力挙動の比較を示す図である。
【図２６Ａ】異なるタイプのポンプを用いての溶質クリアランスの実験結果を示す図である。
【図２６Ｂ】異なるタイプのポンプを用いての溶質クリアランスの実験結果を示す図である。
【図２７Ａ】異なるタイプのポンプを用いての溶質クリアランスの実験結果を示す図である。
【図２７Ｂ】異なるタイプのポンプを用いての溶質クリアランスの実験結果を示す図である。
【図２８】例示的な装着型人工透析器の吸着剤の実験結果を示すグラフである。
【図２９】透析液ｐＨが最適化されている例示的な装着型人工透析器の吸着剤性能と透析液ｐＨが最適化されていない例示的な装着型人工透析器の吸着剤性能とを比較する実験結果を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2009502446.tif 000023
【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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【図１８Ｅ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
2009502446.tif 000037
【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２７Ａ】
2009502446.tif 000047
【図２７Ｂ】
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【図２８】
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【図２９】
2009502446.tif 000050
【国際調査報告】
2009502446.tif 000051