(57)【要約】【課題】血液浄化装置に用いられ、異なる種類の液体を測定する場合であっても、測定精度を保った超音波流量計を提供することを目的とする。【解決手段】超音波流量計は、血液浄化装置１００Ａに用いられ、超音波送受波器１０Ａ、１０Ｂと、超音波信号に基づいて液体の流量を測定する流量測定回路２０Ａと、を備え、流量測定回路２０Ａは、超音波信号を送信する送信部２１と、超音波信号を受信する受信部２２と、血液浄化装置１００Ａがどの工程にあるのかを判定する判定部２４と、液体の種類に応じた複数の補正パラメータを予め記憶する記憶部２５と、送信された超音波信号と、受信部により受信された超音波信号と、判定部２４により判定された工程で流れる液体の種類に応じた記憶部２５に記憶された補正パラメータと、に基づいて補正した流量を算出する流量算出部２６と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
血液導管と該血液導管に液体を流すための血液ポンプとを備え、前記血液導管を流れる液体の種類が異なる複数の工程を実施する血液浄化装置に用いられる超音波流量計であって、
液体が流れる前記血液導管の外側に接触して取り付けられ超音波信号を送受する超音波送受波器と、
前記超音波送受波器で送受される超音波信号に基づいて液体の流量を測定する流量測定回路と、を備え、
前記流量測定回路は、
前記超音波送受波器に超音波信号を送信する送信部と、
前記超音波送受波器から超音波信号を受信する受信部と、
液体の種類に応じた複数の補正パラメータを予め記憶する記憶部と、
前記血液浄化装置が前記複数の工程のうちどの工程にあるのかを判定する判定部と、
前記送信部により送信された超音波信号と、前記受信部により受信された超音波信号と、前記判定部により判定された工程で流れる液体の種類に応じて前記記憶部に記憶された前記補正パラメータと、に基づいて補正した流量を算出する流量算出部と、
を備える超音波流量計。
【請求項２】
前記血液浄化装置は、前記複数の工程を切り替えて制御する制御部を備え、
前記判定部は、前記血液浄化装置が実施する工程情報を前記制御部から受信することにより工程の判定を行う請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項３】
前記複数の工程は、流れる液体の種類が徐々に変化する変化工程を含んでおり、
前記流量算出部は、前記判定部により判定された工程が前記変化工程である場合、該変化工程内における液体の種類の変化に応じて前記補正パラメータを切り替えて補正した流量を算出する請求項１又は２に記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記超音波流量計は、前記血液導管を流れる液体の流れ方向について所定の距離をおいて配置される少なくとも一対の前記超音波送受波器を備えており、
前記超音波送受波器は、液体の流れ方向に対して斜めに超音波信号を送受する請求項１〜３のいずれかに記載の超音波流量計。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の超音波流量計と、血液導管と、該血液導管に液体を流すための血液ポンプと、を備える血液浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血液浄化装置に用いられる超音波流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
血液透析や血漿交換、吸着療法等の治療に用いられる血液浄化装置においては、血液ポンプを用いて血液浄化手段が接続された血液導管に血液やプライミング液等の液体を流すが、血液ポンプの設定流量通りに液体が流れているとは限らないので、実際流れている流量（実流量）を把握するため超音波流量計が用いられている（特許文献１及び２参照）。
【０００３】
ところで、血液浄化装置においては、治療開始前に血液導管等を洗浄するプライミング工程、患者から血液を脱血する脱血工程、血液浄化手段を用いて治療を施す治療工程、患者に血液を戻す返血工程等の様々な工程が実施される（特許文献３参照）。
【０００４】
これらの工程では、血液導管を流れる液体の種類が異なる。例えば、プライミング工程においては、ダイアライザ（血液浄化手段）で逆ろ過された逆ろ過透析液や生理食塩水等のプライミング液が流れ、治療工程においては主に血液が流れる。また、脱血工程、返血工程においては、生理食塩水や逆ろ過透析液と血液とが混ざった状態の液体が流れる。
このように血液浄化装置では、各工程を通して種類が異なる液体の流量を継続的に測定する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２５３７６８号公報
【特許文献２】特開２００８−０２３２６９号公報
【特許文献３】特開２０１４−１８８２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
液体の種類が異なる場合、超音波流量計を用いて測定すると、液体の比重や粘度が異なるために液体の種類によっては測定誤差が大きくなるという問題が生じる。
【０００７】
そこで本発明は、血液浄化装置に用いられ、異なる種類の液体を測定する場合であっても、測定精度を保った超音波流量計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、血液導管と該血液導管に液体を流すための血液ポンプとを備え、前記血液導管を流れる液体の種類が異なる複数の工程を実施する血液浄化装置に用いられる超音波流量計であって、液体が流れる前記血液導管の外側に接触して取り付けられ超音波信号を送受する超音波送受波器と、前記超音波送受波器で送受される超音波信号に基づいて液体の流量を測定する流量測定回路と、を備え、前記流量測定回路は、前記超音波送受波器に超音波信号を送信する送信部と、前記超音波送受波器から超音波信号を受信する受信部と、液体の種類に応じた複数の補正パラメータを予め記憶する記憶部と、前記血液浄化装置が前記複数の工程のうちどの工程にあるのかを判定する判定部と、前記送信部により送信された超音波信号と、前記受信部により受信された超音波信号と、前記判定部により判定された工程で流れる液体の種類に応じて前記記憶部に記憶された前記補正パラメータと、に基づいて補正した流量を算出する流量算出部と、を備える超音波流量計に関する。
【０００９】
また、前記血液浄化装置は、前記複数の工程を切り替えて制御する制御部を備え、前記判定部は、前記血液浄化装置が実施する工程情報を前記制御部から受信することにより工程の判定を行うことが好ましい。
【００１０】
また、前記複数の工程は、流れる液体の種類が徐々に変化する変化工程を含んでおり、前記流量算出部は、前記判定部により判定された工程が前記変化工程である場合、該変化工程内における液体の種類の変化に応じて前記補正パラメータを切り替えて補正した流量を算出することが好ましい。
【００１１】
また、前記超音波流量計は、前記血液導管を流れる液体の流れ方向について所定の距離をおいて配置される少なくとも一対の前記超音波送受波器を備えており、前記超音波送受波器は、液体の流れ方向に対して斜めに超音波信号を送受することが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、上記のいずれかの超音波流量計と、血液導管と、該血液導管に液体を流すための血液ポンプと、を備える血液浄化装置に関する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の超音波流量計によれば、血液浄化装置でどの工程が実施されるかを判定し、該工程で血液導管を流れる液体の種類に応じた補正パラメータを用いて測定流量を補正した流量を算出することにより、測定対象の液体の種類が変化する場合であっても、測定精度を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を示す説明図である。
【図２】血液浄化装置の概略構成を示す図である。
【図３Ａ】血液浄化装置で実施されるプライミング工程を示す図である。
【図３Ｂ】血液浄化装置で実施されるプライミング工程を示す図である。
【図４】血液浄化装置で実施される脱血工程を示す図である。
【図５】血液浄化装置で実施される治療工程を示す図である。
【図６】血液浄化装置で実施される返血工程を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の超音波流量計及び血液浄化装置の好ましい各実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明では一例として、腎不全患者や薬物中毒患者の血液を浄化すると共に、血液中の余分な水分を除去する血液透析を行う血液浄化装置を用いて説明する。
【００１６】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る血液浄化装置１００Ａ及び該装置に用いられる超音波流量計１Ａの構成を示す説明図であり、図２は、血液浄化装置１００Ａの概略構成を示す図である。
まず、血液浄化装置１００Ａの構成について図２を参照しながら説明する。
【００１７】
血液浄化装置１００Ａは、血液浄化手段としてのダイアライザ１１０と、血液導管１２０と、この血液導管１２０に配置される超音波流量計１Ａと、透析液導管１４０と、透析液送液部１５０と、制御部１６０と、を備える。
【００１８】
ダイアライザ１１０は、筒状に形成された容器本体１１１と、この容器本体１１１の内部に収容された透析膜（図示せず）と、を備え、容器本体１１１の内部は、透析膜により血液側流路と透析液側流路とに区画される（いずれも図示せず）。容器本体１１１には、血液導管１２０に連通する血液導入口１１２ａ及び血液導出口１１２ｂと、透析液導管１４０に連通する透析液導入口１１３ａ及び透析液導出口１１３ｂと、が形成される。
【００１９】
血液導管１２０は、動脈側ライン１２１と、静脈側ライン１２２と、薬剤ライン１２３と、排液ライン１２４と、を有する。動脈側ライン１２１、静脈側ライン１２２、薬剤ライン１２３及び排液ライン１２４は、いずれも液体が流通可能な可撓性を有する軟質のチューブを主体として構成される。
【００２０】
動脈側ライン１２１は、一端側がダイアライザ１１０の血液導入口１１２ａに接続される。動脈側ライン１２１には、動脈側接続部１２１ａ、動脈側気泡検知器１２１ｂ、血液ポンプ１３０及び後述の超音波流量計１Ａが配置される。
動脈側接続部１２１ａは、動脈側ライン１２１の他端側に配置される。動脈側接続部１２１ａには、患者の血管に穿刺される針が接続される。
動脈側気泡検知器１２１ｂは、チューブ内の気泡の有無を検出する。
血液ポンプ１３０は、動脈側ライン１２１における動脈側気泡検知器１２１ｂよりも下流側に配置される。血液ポンプ１３０は、動脈側ライン１２１を構成するチューブをローラーでしごくことにより、動脈側ライン１２１の内部の液体を送出する。
【００２１】
超音波流量計１Ａは、動脈側ライン１２１における血液ポンプ１３０よりも上流側に配置される。超音波流量計１Ａは、超音波信号を送受する超音波送受波器１０Ａ，１０Ｂと、超音波送受波器で送受される超音波信号に基づいて液体の流量を測定する流量測定回路２０Ａと、を含んで構成され、動脈側ライン１２１を流れる液体の流量を測定する（図１参照）。
超音波流量計１Ａは血液導管１２０におけるいずれの位置に取り付けてもよいが、本実施形態では、動脈側ライン１２１の血液ポンプ１３０より上流側に超音波流量計１Ａが取り付けられる。この位置に取り付けることで、ダイアライザ１１０による除水や注水の影響を受けにくいので、測定誤差を小さくできる。更に言えば、超音波流量計１Ａの取付部位は、動脈側気泡検知器１２１ｂよりも上流側の、動脈側接続部１２１ａに近い位置とするのが望ましい。血管の接続部に近い部位に測定機器を装着することで、より生体の血流に近い測定値を得ることができる。
【００２２】
なお、血液導管１２０（動脈側ライン１２１）は、超音波流量計１Ａが取り付けられる部位において、流量の測定に影響を与える血液導管１２０内の気泡が滞留しないように液体の流れ方向が略鉛直となるように保持される。また、気泡が速やかに上昇できるように、液体の流れ方向における上流側を下部に、下流側を上部に配置することが望ましく、本実施形態においては、血液浄化装置１００Ａが実施する全工程のうち最も長い時間を要する治療工程で液体（血液）が流れる方向を基準に上流側及び下流側を決めればよい。
超音波流量計１Ａの詳細については、後述する。
【００２３】
静脈側ライン１２２は、一端側がダイアライザ１１０の血液導出口１１２ｂに接続される。静脈側ライン１２２には、静脈側接続部１２２ａ、静脈側気泡検知器１２２ｂ、ドリップチャンバ１２２ｃ、及び静脈側クランプ１２２ｄが配置される。
静脈側接続部１２２ａは、静脈側ラインの他端側に配置される。静脈側接続部１２２ａには、患者の血管に穿刺される針が接続される。
静脈側気泡検知器１２２ｂは、チューブ内の気泡の有無を検出する。
ドリップチャンバ１２２ｃは、静脈側気泡検知器１２２ｂよりも上流側に配置される。ドリップチャンバ１２２ｃは、静脈側ライン１２２に混入した気泡や凝固した血液等を除去するため、また、静脈圧を測定するため、一定量の血液を貯留する。
静脈側クランプ１２２ｄは、静脈側気泡検知器１２２ｂよりも下流側に配置される。静脈側クランプ１２２ｄは、静脈側気泡検知器１２２ｂによる気泡の検出結果に応じて制御され、静脈側ライン１２２の流路を開閉する。
【００２４】
薬剤ライン１２３は、血液透析中に必要な薬剤を動脈側ライン１２１に供給する。薬剤ライン１２３は、一端側が薬剤を送り出す薬液ポンプ１２３ａに接続され、他端側が動脈側ライン１２１に接続される。また、薬剤ライン１２３には不図示のクランプ手段が設けられており、薬剤を注入するとき以外は、クランプ手段により流路は閉鎖された状態である。本実施形態では、薬剤ライン１２３の他端側は、動脈側ライン１２１における超音波流量計１Ａよりも下流側に接続される。
【００２５】
排液ライン１２４は、ドリップチャンバ１２２ｃに接続される。排液ライン１２４には、排液ライン用クランプ１２４ａが配置される。排液ライン１２４は、後述するプライミング工程でプライミング液を排液するためのラインである。
【００２６】
以上のダイアライザ１１０、血液導管１２０及び血液ポンプ１３０によれば、対象者（透析患者）の動脈から取り出された血液は、血液ポンプ１３０により動脈側ライン１２１を流通してダイアライザ１１０の血液側流路に導入される。ダイアライザ１１０に導入された血液は、透析膜を介して後述する透析液導管１４０を流通する透析液により浄化される。ダイアライザ１１０において浄化された血液は、静脈側ライン１２２を流通して対象者の静脈に返血される。
【００２７】
透析液導管１４０は、本実施形態では、いわゆる密閉容量制御方式の透析液ラインにより構成される。この透析液導管１４０は、透析液供給ライン１４１と、透析液導入ライン１４２と、透析液導出ライン１４３と、透析液排液ライン１４４と、を備える。
【００２８】
透析液送液部１５０は、透析液チャンバ１５１と、バイパスライン１５２と、除水／逆ろ過ポンプ１５３と、を備える。
透析液チャンバ１５１は、一定容量（例えば、３００ｍｌ〜５００ｍｌ）の透析液を収容可能な硬質の容器で構成され、この容器の内部は軟質の隔膜（ダイアフラム）で区画され、送液収容部１５１ａ及び排液収容部１５１ｂに区画される。
バイパスライン１５２は、透析液導出ライン１４３と透析液排液ライン１４４とを接続する。
【００２９】
除水／逆ろ過ポンプ１５３は、バイパスライン１５２に配置される。除水／逆ろ過ポンプ１５３は、バイパスライン１５２の内部の透析液を透析液排液ライン１４４側に流通させる方向（除水方向）及び透析液導出ライン１４３側に流通させる方向（逆ろ過方向）に送液可能に駆動するポンプにより構成される。
【００３０】
透析液供給ライン１４１は、基端側が透析液供給装置（図示せず）に接続され、先端側が透析液チャンバ１５１に接続される。透析液供給ライン１４１は透析液チャンバ１５１の送液収容部１５１ａに透析液を供給する。
【００３１】
透析液導入ライン１４２は、透析液チャンバ１５１とダイアライザ１１０の透析液導入口１１３ａとを接続し、透析液チャンバ１５１の送液収容部１５１ａに収容された透析液をダイアライザ１１０の透析液側流路に導入する。
【００３２】
透析液導出ライン１４３は、ダイアライザ１１０の透析液導出口１１３ｂと透析液チャンバ１５１とを接続し、ダイアライザ１１０から排出された透析液を透析液チャンバ１５１の排液収容部１５１ｂに導出する。
【００３３】
透析液排液ライン１４４は、基端側が透析液チャンバ１５１に接続され、排液収容部１５１ｂに収容された透析液の排液を排出する。
【００３４】
以上の透析液導管１４０及び透析液送液部１５０によれば、透析液チャンバ１５１を構成する硬質の容器の内部を軟質の隔膜（ダイアフラム）により区画することで、透析液チャンバ１５１からの透析液の導出量（送液収容部１５１ａへの透析液の供給量）と、透析液チャンバ１５１（排液収容部１５１ｂ）に回収される排液の量と、を同量にできる。
これにより、除水／逆ろ過ポンプ１５３を停止させた状態では、ダイアライザ１１０に導入される透析液の流量とダイアライザ１１０から導出される透析液（排液）の量とを同量にできる（図３Ｂ参照）。
【００３５】
また、除水／逆ろ過ポンプ１５３を逆ろ過方向に送液するように駆動させた場合には、透析液チャンバ１５１から排出された排液の一部がバイパスライン１５２及び透析液導出ライン１４３を通って再び透析液チャンバ１５１に回収される。そのため、ダイアライザ１１０から導出される透析液の量は、透析液チャンバ１５１に回収される量（即ち、透析液導入ライン１４２を流通する透析液の量）から、バイパスライン１５２を流通する透析液の量を減じた量となる。これにより、ダイアライザ１１０から導出される透析液の量は、バイパスライン１５２を通って再び透析液チャンバ１５１に回収される透析液（排液）の量分だけ、透析液導入ライン１４２を流通する透析液の流量よりも少なくなる。即ち、除水／逆ろ過ポンプ１５３を逆ろ過方向に送液するように駆動させた場合は、ダイアライザ１１０において、血液導管１２０に所定量の透析液が注入（逆ろ過）される（図３Ａ参照）。
【００３６】
一方、除水／逆ろ過ポンプ１５３を除水方向に送液するように駆動させた場合には、透析液導出ライン１４３を流通する透析液の量は、透析液チャンバ１５１に回収される透析液の量（即ち、透析液導入ライン１４２を流通する透析液の量）に、バイパスライン１５２を流通する透析液の量を加えた量となる。これにより、透析液導出ライン１４３を流通する透析液の量は、バイパスライン１５２を通って透析液排液ライン１４４に排出される透析液（排液）の量分だけ、透析液導入ライン１４２を流通する透析液の量よりも多くなる。即ち、除水／逆ろ過ポンプ１５３を除水方向に送液するように駆動させた場合は、ダイアライザ１１０において、血液から所定量の除水が行われる（図４及び５参照）。
【００３７】
制御部１６０は、情報処理装置（コンピュータ）により構成され、制御プログラムを実行することにより、血液浄化装置１００Ａの動作を制御する。
具体的には、制御部１６０は、血液導管１２０及び透析液導管１４０に配置された各種のポンプやクランプ等の動作を制御して、血液透析装置１により行われる各種工程、例えば、プライミング工程、脱血工程、治療工程、返血工程等を実行する。
【００３８】
以下に、各種工程について、図３〜図６を参照して説明する。
【００３９】
図３Ａ及び３Ｂに示すプライミング工程は、ダイアライザ１１０及び血液導管１２０を洗浄し清浄化すると共に内部の空気を除去する準備工程である。
本実施形態では、プライミング工程として、図３Ａに示すプライミング両側工程と、図３Ｂに示すプライミング循環工程を順に行う。
【００４０】
プライミング両側工程では、図３Ａに示すように、排液ライン用クランプ１２４ａを開状態にし、静脈側クランプ１２２ｄを開状態にする。また、動脈側接続部１２１ａと静脈側接続部１２２ａとは短絡状態にしておく。
【００４１】
透析液チャンバ１５１に対して不図示の透析液供給装置は例えば５００ｍｌ／ｍｉｎの送液量で透析液を供給及び排出し、除水／逆ろ過ポンプ１５３を、逆ろ過方向に送液するように作動させる。除水／逆ろ過ポンプ１５３の送給量を４００ｍｌ／ｍｉｎとすることで、透析液導入ライン１４２からダイアライザ１１０を介して血液導管１２０に４００ｍｌ／ｍｉｎの逆ろ過透析液（プライミング液）が注入される。
血液ポンプ１３０を、血液導管１２０内の逆ろ過透析液をダイアライザ１１０側から動脈側接続部１２１ａ側に向けて２００ｍｌ／ｍｉｎの送液量で送るように作動させる。
ダイアライザ１１０を介して血液導管１２０に注入された逆ろ過液は、それぞれ２００ｍｌ／ｍｉｎの流量で血液導出口１１２ｂから静脈側ライン１２２に流れ、また血液導入口１１２ａから動脈側ライン１２１に流れて、排液ライン１２４を通って排出される。
【００４２】
続いて、プライミング循環工程では、図３Ｂに示すように、排液ライン用クランプ１２４ａを開状態から閉状態とし、透析液チャンバ１５１に対して不図示の透析液供給装置は５００ｍｌ／ｍｉｎの送液量で透析液を供給及び排出した状態のまま、除水／逆ろ過ポンプ１５３を停止させる。また、送液方向を動脈側接続部１２１ａ側からダイアライザ１１０側に変えて２００ｍｌ／ｍｉｎの送液量で血液ポンプ１３０を作動させる。
このようにして、逆ろ過透析液は２００ｍｌ／ｍｉｎの流量で血液導管１２０内を循環する。
【００４３】
次に図４を参照して脱血工程について説明する。
脱血工程は、穿刺後に動脈側接続部１２１ａ及び静脈側接続部１２２ａの両方から患者の血液を吸引して動脈側ライン１２１及び静脈側ライン１２２に血液を充填させる工程である。
【００４４】
脱血工程では、図４に示すように、動脈側接続部１２１ａ及び静脈側接続部１２２ａは、それぞれ患者の血管に穿刺される針に接続され、排液ライン用クランプ１２４ａは閉状態、静脈側クランプ１２２ｄは開状態である。
【００４５】
透析液チャンバ１５１に対して不図示の透析液供給装置は５００ｍｌ／ｍｉｎの送液量で透析液を供給及び排出し、除水／逆ろ過ポンプ１５３を、除水方向に送液するように作動させる。除水／逆ろ過ポンプ１５３の送給量を１００ｍｌ／ｍｉｎとすることで、ダイアライザ１１０において、１００ｍｌ／ｍｉｎの除水が行われる。
血液ポンプ１３０は４０〜５０ｍｌ／ｍｉｎの低流量で動脈側接続部１２１ａ側からダイアライザ１１０側に送液する。本実施形態においては５０ｍｌ／ｍｉｎとする。
ダイアライザ１１０内には、血液導入口１１２ａから５０ｍｌ／ｍｉｎの流量で逆ろ過透析液、続いて血液が流入し、血液導出口１１２ｂから５０ｍｌ／ｍｉｎの流量で逆ろ過透析液、続いて血液が流入する。また、逆ろ過透析液は、透析液導出口１１３ｂから導出される。このようにして、ダイアライザ１１０内及び血液導管１２０内は血液で充填される。
【００４６】
次に図５を参照して治療工程について説明する。
治療工程は、脱血工程に続いて約４時間行われ、動脈側接続部１２１ａから導入される患者の血液は、動脈側ライン１２１を通ってダイアライザ１１０で浄化され、静脈側ライン１２２を通って静脈側接続部１２２ａから患者に戻される。
【００４７】
治療工程では、図５に示すように、動脈側接続部１２１ａ及び静脈側接続部１２２ａは、それぞれ患者の血管に穿刺される針に接続された状態であり、排液ライン用クランプ１２４ａは閉状態、静脈側クランプ１２２ｄは開状態である。
【００４８】
透析液チャンバ１５１に対して不図示の透析液供給装置は５００ｍｌ／ｍｉｎの送液量で透析液を供給及び排出し、除水／逆ろ過ポンプ１５３を、除水方向に送液するように作動させる。除水／逆ろ過ポンプ１５３の送給量を一例として１０ｍｌ／ｍｉｎとすることで、ダイアライザ１１０において、１０ｍｌ／ｍｉｎの除水が行われる。
血液ポンプ１３０は、治療工程開始時の４０〜５０ｍｌ／ｍｉｎから例えば２００ｍｌ／ｍｉｎ程度まで流量を徐々に増加させ、動脈側接続部１２１ａ側からダイアライザ１１０側に血液を送出する。
ダイアライザ１１０内には、血液導入口１１２ａから２００ｍｌ／ｍｉｎの流量で血液が流入し、１０ｍｌ／ｍｉｎの流量で除水されて、血液導出口１１２ｂから１９０ｍｌ／ｍｉｎの流量で導出される。また、逆ろ過透析液は、透析液導出口１１３ｂから導出される。
【００４９】
次に図６を参照して返血工程について説明する。
返血工程は、治療工程が終了後、血液導管１２０内及びダイアライザ１１０内の血液を患者の体内に戻す工程である。
【００５０】
返血工程では、図６に示すように、動脈側接続部１２１ａ及び静脈側接続部１２２ａは、それぞれ患者の血管に穿刺される針に接続された状態であり、排液ライン用クランプ１２４ａは閉状態、静脈側クランプ１２２ｄは開状態である。
【００５１】
透析液チャンバ１５１に対して不図示の透析液供給装置は例えば５００ｍｌ／ｍｉｎの送液量で透析液を供給及び排出し、除水／逆ろ過ポンプ１５３を、逆ろ過方向に送液するように作動させる。除水／逆ろ過ポンプ１５３の送給量を１００ｍｌ／ｍｉｎとすることで、ダイアライザ１１０において、１００ｍｌ／ｍｉｎの注水が行われる。
血液ポンプ１３０は４０〜５０ｍｌ／ｍｉｎの低流量でダイアライザ１１０側から動脈側接続部１２１ａ側に送液する。本実施形態においては５０ｍｌ／ｍｉｎとする。
ダイアライザ１１０内に注入された逆ろ過透析液は、それぞれ５０ｍｌ／ｍｉｎの流量で、血液導入口１１２ａ及び血液導出口１１２ｂから流出し、動脈側接続部１２１ａ及び静脈側接続部１２２ａに向かって流れる。このようにして、ダイアライザ１１０内及び血液導管１２０内の血液が患者の体内に戻される。
【００５２】
以上説明したように、血液浄化装置１００Ａで実施される複数の工程では、血液導管１２０を流れる液体の種類が変化する。
プライミング工程では、プライミング液として逆ろ過透析液が流れ、脱血工程では、逆ろ過透析液と血液との混合液が流れる。具体的には、脱血開始直後は、逆ろ過透析液が流れ、次いで逆ろ過透析液と血液とが混ざった液体が流れ、次いで血液が流れる。治療工程では、主に血液が流れる。返血工程では、血液と逆ろ過透析液との混合液が流れる。具体的には、返血開始直後は、血液が流れ、次いで血液と逆ろ過透析液とが混ざった液体が流れ、次いで逆ろ過透析液が流れる。
また、プライミング工程や返血工程において、逆ろ過透析液を用いる例を示したが生理食塩水を用いてもよい。
【００５３】
次に、本実施形態に係る超音波流量計１Ａについて、図１を参照しながら詳細に説明する。
超音波流量計１Ａは、一対の超音波送受波器１０Ａ及び１０Ｂと、液体の流量を測定する流量測定回路２０Ａと、を備え、血液浄化装置１００Ａが備える血液導管１２０に取り付けられる。
【００５４】
超音波送受波器１０Ａ及び１０Ｂは、それぞれ圧電素子１１と、圧電素子カバー１２とを含んで構成される。超音波送受波器１０Ａ及び１０Ｂは、血液導管１２０を流れる液体の流れ方向について所定の距離をおいて配置されて血液導管１２０の外側に接触して斜めに対向して取り付けられ、超音波信号を送受可能である。
圧電素子１１の両面には、それぞれ不図示の電極が取り付けられており、入力された電気信号を機械的振動に変換し、また、伝達された機械的振動を電気信号に変換して出力することができる。圧電素子１１は、硬質ポリ塩化ビニルや変性ポリフェニレンエーテル、ポリカーボネイト、アクリル等の樹脂により形成される圧電素子カバー１２の内部に埋め込まれて配置される。圧電素子の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛等の圧電セラミックス、酸化亜鉛等の圧電薄膜、フッ化ビニリデン等の圧電高分子膜等が適用可能である。本実施形態では、圧電素子の材料として、チタン酸ジルコン酸鉛を用い、電極として銀と白金を用いた。
【００５５】
流量測定回路２０Ａは、送信部２１と、受信部２２と、送受信切替部２３と、判定部２４と、記憶部２５と、流量算出部２６Ａと、を備える。流量測定回路２０Ａは、一対の超音波送受波器１０Ａ及び１０Ｂで送受される超音波信号に基づいて、液体の流量を測定可能である。
【００５６】
送信部２１は、送受信切替部２３を介して超音波送受波器１０Ａ又は１０Ｂの圧電素子１１に接続され超音波信号を送信する。
受信部２２は、送受信切替部２３を介して超音波送受波器１０Ａ又は１０Ｂの圧電素子１１に接続され超音波信号を受信し、受信した超音波信号を増幅する。
送受信切替部２３は、超音波送受波器１０Ａ及び１０Ｂの一方を送信部２１に、他方を受信部２２に切り替える。これにより、送受信切替部２３は、超音波送受波器１０Ａから超音波信号を送信して超音波送受波器１０Ｂで受信する時の伝搬時間と、超音波送受波器１０Ｂから超音波信号を送信して超音波送受波器１０Ａで受信する時の伝搬時間とを測定可能としている。
【００５７】
判定部２４は、血液浄化装置１００Ａが実施する複数の工程のうちどの工程にあるのかを判定する。
例えば、判定部２４は、血液浄化装置１００Ａの制御部１６０に接続される。そして、判定部２４は、制御部１６０から工程情報を受信することにより血液浄化装置１００Ａがどの工程にあるかを判定する。このように、工程情報を血液浄化装置１００Ａ側から取得することで、判定部２４の回路構成を簡素化できる。
【００５８】
記憶部２５は、血液浄化装置１００Ａで実施される各工程で血液導管１２０を流れる液体の種類に応じた複数の補正パラメータを記憶する。
前述したように、血液浄化装置１００Ａでは各工程で流れる液体が異なる。逆ろ過透析液（又は生理食塩水）、血液、及び両者の混合液等の液体の種類毎に測定流量と実流量とを比較することによって、各補正パラメータを確定しておき、予め確定された複数の補正パラメータを記憶部２５に記憶しておく。
【００５９】
流量算出部２６Ａは、送信部２１により送信された超音波信号と、受信部２２により受信された超音波信号と、判定部２４により判定された工程で流れる液体の種類に応じた記憶部２５に記憶された補正パラメータに基づいて流量を算出する。
【００６０】
本実施形態においては、一例として伝搬時間差法を用いて以下のように流量Ｑ及び補正パラメータで補正した補正流量Ｑ’を算出する。超音波送受波器１０Ａ及び１０Ｂは、液体の流れ方向に対して斜めに超音波信号を送受する。具体的には、超音波信号を送受する方向と液体の流れ方向とがなす角が所定の角度φとなるように血液導管１２０の外側に対向して配置され、交互に超音波信号を送受し、超音波信号の伝搬に要する時間を測定する。
【００６１】
超音波送受波器１０Ａから１０Ｂへ超音波信号が伝搬する時間をＴＡＢ、超音波送受波器１０Ｂから１０Ａへ超音波信号が伝搬する時間をＴＢＡ、超音波信号の伝搬する距離をＬ、音速をＣ、血液導管１２０内の液体の流速をＶとする。
血液導管１２０内に液体が満たされた状態で、実流量がゼロ、即ち流速Ｖがゼロの場合、ＴＡＢとＴＢＡとは等しく、
ＴＡＢ＝ＴＢＡ＝Ｌ／Ｃ  ・・・（ａ）
となる。
【００６２】
図１に示すように液体が流速Ｖで超音波送受波器１０Ａ側から超音波送受波器１０Ｂ側へ向かって流れる場合、
ＴＡＢ＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓφ）  ・・・（ｂ）
となり、
ＴＢＡ＝Ｌ／（Ｃ−Ｖｃｏｓφ）  ・・・（ｃ）
となる。これら（ｂ）及び（ｃ）式の関係からそれぞれの伝搬時間ＴＡＢ、ＴＢＡの差を取ると、流速Ｖの２乗は音速Ｃの２乗に比べて十分小さいので近似して、
ＴＡＢ−ＴＢＡ＝（２ＬＶｃｏｓφ）／（Ｃ２−Ｖ２ｃｏｓ２φ）
≒（２ＬＶｃｏｓφ）／Ｃ２  ・・・（ｄ）
となる。（ｄ）式から流速Ｖを求めると、
Ｖ＝Ｃ２／（２Ｌｃｏｓφ）×（ＴＢＡ−ＴＡＢ）  ・・・（ｅ）
となる。（ｅ）式によれば、超音波信号の伝搬時間を測定することにより、流速Ｖが算出できる。
【００６３】
（ｅ）式において、流速Ｖに血液導管１２０の断面積Ａを乗じて流量Ｑを算出することができる。
Ｑ＝Ｖ×Ａ  ・・・（ｆ）
【００６４】
ここで、測定対象の液体の種類に応じた補正パラメータをａとすると、補正流量Ｑ’は、
Ｑ’＝ａ×Ｑ  ・・・（ｇ）
で算出できる。
【００６５】
以上説明した第１実施形態の超音波流量計１Ａ及び血液浄化装置１００Ａよれば、以下のような効果を奏する。
【００６６】
（１）超音波流量計１Ａを、超音波送受波器１０Ａ及び１０Ｂと、流量測定回路２０Ａと、を備え、流量測定回路２０Ａが、超音波信号を送信する送信部２１と、超音波信号を受信する受信部２２と、血液浄化装置１００Ａが複数の工程のうちどの工程にあるのかを判定する判定部２４と、複数の工程にそれぞれ対応する複数の補正パラメータを予め記憶する記憶部２５Ａと、超音波送受波器１０Ａ及び１０Ｂにより送受される超音波信号及び補正パラメータに基づいて流量を算出する流量算出部２６と、を備えるものとした。これにより、血液浄化装置１００Ａが実施する工程が切り替わって、血液導管１２０を流れる液体の種類が変化する場合であっても、液体の種類に応じた補正パラメータに基づいて補正した補正流量Ｑ’を算出できるので、測定誤差を小さくして測定精度を保ことができる。
【００６７】
（２）血液浄化装置１００Ａが、血液導管１２０を流れる液体の種類が異なる複数の工程を切り替えて制御する制御部１６０を備え、判定部２４が、血液浄化装置１００Ａが実施する工程情報を制御部１６０から受信することにより工程の判定を行うものとした。これにより、工程情報を血液浄化装置１００Ａ側から取得することができるので、判定部２４の回路構成を簡素化することができる。
【００６８】
（３）超音波流量計１Ａを、血液導管１２０を流れる液体の流れ方向について所定の距離をおいて配置される一対の超音波送受波器１０Ａ及び１０Ｂを備えるものとした。これにより、測線が１本の簡易な構成で液体の流量を測定することができ、測線が複数本の構成に比べて製造コストを小さくすることができる。
【００６９】
（４）血液導管１２０（動脈側ライン１２１）が、超音波流量計１Ａが取り付けられる部位において、液体の流れ方向が略鉛直となるように保持されるものとした。これにより、血液導管１２０内の気泡が滞留しないようにできるため、気泡が流量の測定に与える影響を小さくできる。
【００７０】
（５）血液導管１２０（動脈側ライン１２１）が、超音波流量計１Ａが取り付けられる部位において、液体の流れ方向における上流側を下部に、下流側を上部になるように配置するものとした。これにより、流量測定部位における血液導管１２０内の気泡が速やかに上昇できるため、気泡が流量の測定に与える影響を小さくできる。
【００７１】
＜第２実施形態＞
次に、図７を参照しながら第２実施形態について説明する。
図７は、本発明の第２実施形態に係る血液浄化装置１００Ｂ及び該装置に用いられる超音波流量計１Ｂの構成を示す説明図である。第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００７２】
血液浄化装置１００Ｂは、超音波流量計１Ｂと、ダイアライザ１１０と、血液導管１２０と、血液ポンプ１３０と、透析液導管１４０と、透析液送液部１５０、制御部１６０と、制御基板１７０と、を備える。
血液浄化装置１００Ｂにおいて実施される各工程は、第１実施形態の場合と同様であるので、説明を省略する。
【００７３】
超音波流量計１Ｂは、一対の超音波送受波器１０Ａ及び１０Ｂと、液体の流量を測定する流量測定回路２０Ｂと、を備え、血液浄化装置１００Ｂが備える血液導管１２０に取り付けられる。
【００７４】
超音波送受波器１０Ａ及び１０Ｂは、それぞれ圧電素子１１と、圧電素子カバー１２とを含んで構成される。超音波送受波器１０Ａ及び１０Ｂは、血液導管１２０を流れる液体の流れ方向について所定の距離をおいて配置される。また、超音波送受波器１０Ａ及び１０Ｂは、血液導管１２０の外側に接触して同じ側に取り付けられ、血液導管１２０において反射した超音波信号を送受可能である。
【００７５】
流量測定回路２０Ｂは、送信部２１と、受信部２２と、送受信切替部２３と、判定部２４と、記憶部２５と、流量算出部２６Ｂと、を備える。流量測定回路２０Ｂは、一対の超音波送受波器１０Ａ及び１０Ｂで送受される超音波信号に基づいて、液体の流量を測定可能である。
【００７６】
流量算出部２６Ｂは、送信部２１により送信された超音波信号と、受信部２２により受信された超音波信号と、判定部２４により判定された工程で流れる液体の種類に応じた記憶部２５に記憶された補正パラメータに基づいて流量を算出する。
【００７７】
本実施形態の流量算出部２６Ｂは、血液浄化装置１００Ｂで実施される各工程のうち、１種類の液体が流れるプライミング工程及び治療工程については、１つの工程につき１つの補正パラメータを用いて流量を算出する。
また、流れる液体の種類が徐々に変化する脱血工程及び返血工程等の変化工程については、１つの工程につき、複数の補正パラメータを用い、液体の種類の変化に応じて補正パラメータを切り替えて流量を算出する。
【００７８】
変化工程における複数の補正パラメータの切り替えは、一例として変化工程開始からの経過時間により行えばよい。例えば脱血工程においては、脱血工程開始から１０秒間は、逆ろ過透析液に対応する補正パラメータを用い、脱血工程開始から１０秒〜２０秒の間は、逆ろ過透析液と血液との混合液に対応する補正パラメータを用い、脱血工程開始後２０秒以降は、血液に対応する補正パラメータを用いて流量を算出する。
また、赤外線センサ等を用いて液体の色の変化を測定し、血液導管１２０を流れる液体の種類が変化するのを検知して、補正パラメータを切り替えてもよい。
【００７９】
制御基板１７０は、血液浄化装置１００Ｂの本体内部に組み込まれており、この制御基板１７０に流量測定回路２０Ｂ及び制御部１６０を構成する回路が実装される。従って、流量測定回路２０Ｂが備える判定部２４と制御部１６０との信号の送受信を同一基板上で行うことができる。
【００８０】
以上説明した第２実施形態の超音波流量計１Ｂ及びに血液浄化装置１００Ｂよれば、上述の効果（１）〜（５）に加えて、以下のような効果を奏する。
【００８１】
（６）血液浄化装置１００Ｂにおける複数の工程は、流れる液体の種類が徐々に変化する変化工程を含んでおり、流量算出部２６Ｂは、判定部２４により判定された工程が変化工程である場合、変化工程内における液体の種類の変化に応じて補正パラメータを切り替えて補正した流量を算出する。これにより、変化工程内で液体の種類が変化しても、測定誤差を小さくして測定精度を保つことができる。
なお、脱血工程や返血工程等の変化工程では、プライミング工程や治療工程に比べて低流量で液体が流れるため、超音波流量計を用いた測定においては、測定誤差が大きくなりやすいが、第２実施形態に係る超音波流量計１Ｂを用いれば、低流量においても測定精度を保つことができる。よって、脱血工程初期に起きやすい脱血不良や、返血工程に起きやすい血栓による返血トラブル等の発生を、測定流量の変化により正確に検知することができる。
【００８２】
（７）血液浄化装置１００Ｂが備える制御基板１７０は、血液浄化装置１００Ｂの本体内部に組み込まれており、流量測定回路２０Ｂ及び制御部１６０を構成する回路が実装されるものとした。これにより、流量測定回路２０Ｂが備える判定部２４と制御部１６０との信号の送受信を同一基板上で行うことができるので、判定部２４と制御部１６０との間における情報の伝達の遅延を減少させることができ、流量の測定精度を向上させることができる。また、同一基板上に回路をまとめて実装することで、製造コストを低減させることができる。
【００８３】
（８）一対の超音波送受波器１０Ａ及び１０Ｂを、血液導管１２０を流れる液体の流れ方向について所定の距離をおいて配置し、血液導管１２０の外側に接触して同じ側に取り付けるものとした。これにより、一対の超音波送受波器を斜めに対向して配置する構成に比べて、超音波信号の伝搬する距離Ｌが長くなるので、測定対象である超音波信号の伝搬時間ＴＡＢ及びＴＢＡの測定精度を向上させることができる。よって伝搬時間ＴＡＢ及びＴＢＡに基づいて算出される流量の測定精度も向上させることができる。
【００８４】
以上、本発明の超音波流量計及び血液浄化装置の好ましい各実施形態及び各実施例について説明したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、上述の実施形態では、血液浄化装置の一例として血液透析（ＨＤ）を行う透析装置を用いて説明したが、血液ろ過（ＨＦ）、血液ろ過透析（ＨＤＦ）等の血液透析療法、血漿交換療法や血液吸着療法等にも適用可能である。
【００８５】
また、超音波流量計における流量の算出方法について、一例として伝搬時間逆数差法を示したが、伝搬時間差法、シングアラウンド法、ドップラー法等の周知の算出方法を用いることができる。
【００８６】
また、超音波流量計の血液導管への配置方法について、第１実施形態では一対の超音波送受波器を斜め対向させて配置させ、また、第２実施形態では一対の超音波送受波器を同じ側に取り付ける例を示したが、これに限らない。例えば、２対の超音波送受波器をそれぞれ斜めに対向させて取り付けてもよいし、超音波信号の送受を１つの超音波送受波器を用いて行う構成でもよい。
【００８７】
また、超音波流量計の血液導管への配置位置は、第１実施形態及び第２実施形態の配置に限られず、超音波流量計のチューブへの装着のしやすさ等に依存する。例えば、超音波流量計は、図２に示す、動脈側ライン１２１における薬剤ライン１２３と動脈側ライン１２１との接続部分よりも血液導入口１１２ａ側であってもよく、血液ポンプ１３０と動脈側気泡検知器１２１ｂとの間であってもよい。また、静脈側ライン１２２におけるドリップチャンバ１２２ｃと静脈側気泡検知器１２２ｂとの間であってもよく、静脈側クランプ１２２ｄと静脈側接続部１２２ａとの間であってもよい。つまり、超音波流量計は、動脈側または静脈側の流量低下が検出可能な位置に配置されていればよい。
【００８８】
また、第１実施形態において、血液浄化装置１００Ａの制御部１６０に、血液ポンプ１３０が治療工程中に停止するタイミングを意図的に生成させてもよい（例えば、１時間毎に約１〜３０秒停止させる）。これにより、血液浄化中に流量ゼロの判定及び補正が可能となり、数時間を要する治療工程中であっても高い測定精度を保つことが可能となる。
【符号の説明】
【００８９】
１Ａ、１Ｂ  超音波流量計
１０Ａ、１０Ｂ  超音波送受波器
２０Ａ、２０Ｂ  流量測定回路
２１  送信部
２２  受信部
２３  送受信切替部
２４  判定部
２５  記憶部
２６Ａ、２６Ｂ  流量算出部
１００  血液浄化装置
１１０  血液浄化手段（ダイアライザ）
１２０  血液導管
１３０  血液ポンプ
１４０  透析液導管
１６０  制御部
１７０  制御基板
【図１】
2019074430.tif 000003
【図２】
2019074430.tif 000004
【図３Ａ】
2019074430.tif 000005
【図３Ｂ】
2019074430.tif 000006
【図４】
2019074430.tif 000007
【図５】
2019074430.tif 000008
【図６】
2019074430.tif 000009
【図７】
2019074430.tif 000010