(57)【要約】【課題】  空気、特に微小気泡の存在について流動媒体を監視する。【解決手段】  本発明の方法及び装置に係る基本原理は、信号パルスシーケンス又は連続信号を流動媒体に対して伝搬させ、前記流動媒体から出た信号パルス又は連続信号を受信する。微小気泡を検出するために、前記受信した信号パルス又は連続信号の予め設定された周期上での経時的変化の特性である信号パターンを抽出する。前記特性信号パターンを一又はそれ以上の特性基準パターンと比較し、特性信号パターンが少なくとも一の特性基準パターンに対して、好ましくは前記信号パターンから抽出された分散において予め設定された量相違する場合に空気が存在するものと判断する。【選択図】図４
2008541897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気の存在について流動媒体を監視する監視方法であって、
信号パルスシーケンス又は連続信号を前記流動媒体に対して伝搬させ、
前記流動媒体から出た信号パルス又は連続信号を受信し、
前記受信した信号パルス又は連続信号の予め設定された時間間隔上での経時的変化の特性である信号パターンを抽出し、
前記特性信号パターンを一又はそれ以上の特性基準パターンと比較し、特性信号パターンと少なくとも一の特性基準パターンとが予め設定された量相違する場合に空気が存在するものと判断する
ことを特徴とする監視方法。
【請求項２】
請求項１記載の監視方法であって、
前記特性信号パターンと一又はそれ以上の特性基準パターンとの比較のために、一又はそれ以上の統計パラメータを前記特性信号パターンから決定し、一又はそれ以上の基準統計パラメータと比較する
ことを特徴とする監視方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の監視方法であって、
複数の特性パラメータを時間間隔のシーケンスにおいて連続的に決定し、各特性パラメータを一又はそれ以上の基準パラメータと比較する
ことを特徴とする監視方法。
【請求項４】
請求項２又は３記載の監視方法であって、
前記特性パラメータは、分散である
ことを特徴とする監視方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の監視方法であって、
複数の特性信号パターンが、時間間隔のシーケンスにおいて連続的に決定され、各特性信号パターンが、一又はそれ以上の基準パラメータと比較され、一又はそれ以上の前の時間間隔において算定された平均値が特性パラメータとしての分散を算定するために用いられる
ことを特徴とする監視方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の監視方法であって、
前記受信した信号パルスの最大振幅が測定され、前記特性信号パターンが予め設定された時間間隔の間に発生する信号パルスの最大振幅のシーケンスである
ことを特徴とする監視方法。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載の監視方法であって、
前記信号パルスシーケンス及び連続信号は、それぞれ超音波パルスシーケンス及び連続超音波信号である
ことを特徴とする監視方法。
【請求項８】
体外血液循環システムを備えた体外血液処理方法であって、
請求項１〜７の監視方法によって前記体外血液循環システム内の空気の存在を監視する
ことを特徴とする体外血液処理方法。
【請求項９】
空気の存在について流動媒体を監視する監視装置であって、
前記流動媒体に信号パルスシーケンス又は連続信号を伝搬させる手段（１９）と、
前記流動媒体から出た信号パルス又は連続信号を受信する手段（２０）と、
分析ユニット（２３）とを備え、
前記分析ユニットは、
前記受信した信号パルス又は連続信号の予め設定された時間間隔上での経時的変化の特性である信号パターンを抽出する手段（２３’）と、
前記特性信号パターンと一又はそれ以上の特性基準パターンとを比較し、前記特性信号パターンが少なくとも一の特性基準パターンと予め設定された量相違する場合に空気が存在するものと判断する手段（２３’’）
ことを特徴とする監視装置。
【請求項１０】
請求項９記載の監視装置であって、
前記特性信号パターンと一又はそれ以上の特性基準パターンとの比較手段（２３’’）は、前記特性信号パターンから一又はそれ以上の統計パラメータを決定し、該統計パラメータと一又はそれ以上の基準統計パラメータとを比較する
ことを特徴とする監視装置。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載の監視装置であって、
前記信号パターン抽出手段（２３’）は、複数の特性信号パターンを時間間隔のシーケンスにおいて連続的に決定し、各特性信号パターンを一又はそれ以上の基準パターンと比較する
ことを特徴とする監視装置。
【請求項１２】
請求項９〜１１の何れかに記載の監視装置であって、
前記特性信号パターンと一又はそれ以上の特性基準パターンとの比較手段（２３’’）は、分散を特性パラメータとして算定する
ことを特徴とする監視装置。
【請求項１３】
請求項９〜１２の何れかに記載の監視装置であって、
前記特性信号パターンと一又はそれ以上の特性基準パターンとの比較手段（２３’’）は、複数の特性信号パターンを時間間隔のシーケンスにおいて連続的に決定し、各特性信号パターンと基準パターンとを比較し、一又はそれ以上の前の時間間隔において算定された平均値を用いて特性パラメータとしての分散を算定する
ことを特徴とする監視装置。
【請求項１４】
請求項９〜１３の何れかに記載の監視装置であって、
前記信号パターン抽出手段（２３’）は、予め設定された時間間隔の間に発生する信号パルスの最大振幅のシーケンスを特性信号パターンとして抽出する
ことを特徴とする体外血液処理装置。
【請求項１５】
請求項９〜１４の何れかに記載の監視装置であって、
前記信号パルスシーケンス又は連続信号の発信手段は、超音波発信器（１９）であり、前記超音波パルス受信手段は、超音波受信器（２０）である
ことを特徴とする監視装置。
【請求項１６】
請求項９〜１５の何れかに記載の監視装置及び体外血液循環システムを備えを備えた体外血液処理装置であって、
前記体外循環システム内の空気の存在を監視する
ことを特徴とする体外血液処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動液体、特に体外血液処理装置の体外血液循環システム内を流動する血液を空気の存在について監視する監視方法に関すると共に、体外血液循環システムを用い、該体外血液循環システム内の空気の存在を監視する体外血液処理方法に関する。また、本発明は、流動液体、特に体外血液処理装置の体外血液循環システム内を流動する血液を空気の存在について監視する監視装置に関すると共に、体外血液処理装置の体外血液循環システム内を流動する血液を空気の存在について監視する監視装置を備えた体外血液処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
体外血液循環システム内の血液処理ユニットを通して患者の血液を流動させる体外血液処理としては、各種の方法が知られている。血液透析や血液濾過等の体外血液処理の主な問題の一つは、体外血液循環システム内に空気が侵入する可能性があることである。同様の危険性は、体外血液処理だけでなく輸液にも存在している。
【０００３】
侵入した気泡を血液及び輸液から分離させるために用いられるものとしては、それぞれ体外血液循環システムの静脈セグメント内及び輸液ラインに配置された点滴室が知られている。既知の点滴室は、気泡を捕捉するのに高い信頼性を有しているにもかかわらず、根本的に気泡が患者の静脈内側へ注入されるおそれがある。従って、より安全性を向上するために、ＤＩＮ／ＥＮ６０６０１−２−１６には、動作上の信頼性のために極めて厳重な条件が設定される血液処理装置用の空気検出器が記されている。既知の空気検出器は、液体及びガス状媒体内での異なる超音波吸収及びインターフェースでの超音波散乱に基づいている。超音波検出器と同様に、液体及びガス状媒体の異なる誘電率及び異なる導電率に基づく空気検出器も知られている。空気を検出するためには、信号パルスを流動液体に伝搬し、該流動液体から出た信号パルスを受信する。受信した信号が一定の基準レベルを下回る場合には、空気が存在するものと判断する。
【０００４】
測定結果は確固たるものであるので、受信信号に影響のある周囲条件の変化に対する補正を行わなければならない。かかる目的のために用いられる各種の補正方法が存在する。ＥＰ１１８２４５２Ａ２からは、超音波測定に基づいて流動液体中の気泡を検出すると共に周囲要因を補正する装置が知られている。
【０００５】
既知の空気の存在についての流動液体の監視方法は、比較的大きい気泡を検出するのに十分であることが実際に判明している。これは、個々の体積が約１μｌを越えると共に一塊りとして約５０μｌを越える比較的大きい気泡が、比較的短くて大きい信号の変化を生じさせるからである。これに対し、周囲因子は、比較的ゆっくりと変化し、それによる効果が容易に検出され得る。こうして、気泡に起因する信号の変化に費やされる周期よりも実質的に長い周期上で周囲要因の補正が実行される。
【０００６】
例えば、血液透析処理においては、比較的大きな気泡と共にマイクロバブルと呼ばれる非常に小さな気泡が発生する場合がある。これらは、漏れによって体外血液循環システムの動脈セグメント内に空気が侵入可能なときに概して発生する。個々の気泡は、最初から比較的大きい基準のものが、まず血液ポンプにおいて大きさが減少する。その後、気泡は、一般的に約０．２ｍｍの内径を有した透析器の毛細管を通るときに更に大きさが減少する。大きめの小さな気泡は、その浮揚性によって静脈気泡トラップにおいて分離されるが、一般的に直径が約０．２ｍｍであり体積が約４ｎｌである微小気泡は、血流と共に流れて気泡トラップを通過し患者側へ移動する。そして、直径が連続的に分布して最大直径が約０．３ｍｍとなる複数の微小気泡が患者の血流内に存在する。
【０００７】
透析処理前は、通常、体外血液循環システムを等張食塩水溶液で洗い流す。この場合、洗い流しによって遊離しなかった気泡が、前記処理の間に分離して検出されない複数の微小気泡として患者側へ入り込むおそれがある。
【０００８】
文献（Ｄｒｏｓｔｅ ＤＷ，  Ｋｕｈｎｅ  Ｋ，  Ｓｃｈａｅｆｅｒ  ＲＭ，  Ｒｉｎｇｅｌｓｔｅｉｎ  ＥＢ．ドップラー超音波パルスを用いた血液透析及び血液濾過を受けている患者の鎖骨下静脈内の微小塞栓の検出。ネフロル  ダイアル  トランスパレント２００２；１７：４６２−４６６）によれば、空気の存在が原因として考えられる微小塞栓症は、主として透析処理中に発生する。人体は、静脈側の処理の場合、比較的大量の空気に耐えることができる。これは、肺において吐き出されるか或いは血液中に分解されるからである。実際は、体重５０ｋｇであり最大血流割合が６００ｍｌ／分の場合に、空気の連続侵入割合が１．５ｍｌ／分まで許容される。しかしながら、この限界値を越える場合は、血液処理中に深刻な合併症が引き起こされる。
【０００９】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１１８２４５２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、空気の存在について液体を監視する監視方法であって、比較的小さな気泡、特に微小気泡を高い信頼性で検出して、異なる異変を検出可能とする監視方法を明示することを目的とする。さらに、本発明は、体外血液循環システムを用いた体外血液処理方法であって、前記体外血液循環システム内の比較的小さな気泡、特に微小気泡を高い信頼性によって検出可能とする体外血液処理方法を明示することを目的とする。これらの目的は、本発明に係る請求項１〜８の特徴の利点によって達成される。
【００１１】
本発明は、比較的小さな気泡の存在について流動液体を監視する監視装置の提供及びこの種の監視装置を備えた体外血液処理装置の提供も目的とする。これらの目的は、本発明に係る請求項９〜１９の特徴の利点によって達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る方法及び本発明の作用に係る装置の原理は、信号パルスシーケンス又は連続信号を流動液体に伝搬し、前記流動液体から出た信号パルス又は連続信号を受信し、前記受信した信号パルス又は連続信号から抽出され、前記受信した信号パルス又は連続信号の予め設定された時間間隔内での経時的変化の特性である信号パターンに基づく。この特性信号パターンが空気の存在しない液体の特性である特性基準パターンと比較され、特性信号パターンが特性基準パターンから予め設定した量それた場合、空気が存在すると判断する。基本的には、パターン認識から知られている方法を、前記受信した信号の分析に用いることができる。
【００１３】
前記信号パターンと基準パターンとの比較のために、前記信号パルス又は連続信号の物理的形式は重要ではない。好ましくは、信号パルスを超音波パルスとし、連続信号を超音波信号とする。しかしながら、信号は、電界や電磁放射であってもよい。重要なのは、信号が流動液体中の空気によって変化することである。
【００１４】
定められた時間間隔Δｔにおいて、体積が連続的に分布する複数のΔＮ微小気泡が測定間隙を通過する。微小気泡の存在は、受信信号の経時的変化を引き起こし、該受信信号は、連続信号ｘ（ｔ）又は離散値ｘｉ（ＩＩ）の連続シーケンスの形となる。前記受信信号の経時的変化は、特性信号パターンＥｍｅｓｓ．ΔＮを構成する。
【００１５】
微小気泡が存在しない場合、前記受信信号は、微小気泡が存在するときの受信信号の特性信号パターンとは明らかに区別することができる特性信号パターンを示す。このときの特性信号パターンは、周囲要因の変化によってのみ決定され、周囲因子は、例えば送信器又は受信器における混乱や流動液体の濃度における変動が含まれる。
【００１６】
前記特性信号パターンは、一般的にノイズの影響を受けた信号を表示する。空気侵入割合が上昇するにつれて、微小気泡数ΔＮも上昇し、微小気泡の分布が一般的に大体積へと変化する。これは、頻繁な信号の変化及び場合によって大きくなる信号振幅の変化を誘発する。前記受信したパターンは、無空気パターンＥｍｅｓｓ，０（特性信号パターン）から空気侵入パターンＥｍｅｓｓ，ΔＮ（特性信号パターン）へと変化する。特性信号パターンＥｍｅｓｓ，０は、特性基準パターンＥｒｅｆ，０及び好ましくは典型パターンとして定められる。測定間隙内に気泡が存在しないことが確認された場合、特性基準パターンは、動作中において周回的に再決定される。
【００１７】
前記特性信号パターンが特性基準パターンに対して著しく異なる場合は、警報状態が発生する。これは、微小気泡の検出を可能とする最大感度を成し遂げるための手段である。システム関連の根拠としては、無空気状態と患者に危険性のある状態とを十分且つ明確に区別することができる場合に、予め設定された限界値に達した時点にのみ警報状態を発生することもできる。  
【００１８】
無空気特性信号パターンＥｍｅｓｓ，０と共に、空気の取り込みを明らかにするための他の基準パターンＥｒｅｆ，ΔＮも特性基準パターンＥｒｅｆ，０として使用し、異なるイベント間の区別を可能とする。例えば、単一の微小気泡の特性としての基準パターン、又は複数のｎ微小気泡の重ね合わせの特性としての基準パターンも使用することができる。これにより、内包される空気量の絶対的な大きさの判断を可能とする。危険性のある限界値に達した時点での空気の取り込みを明示する基準パターンも使用することができる。
【００１９】
前記受信した信号パルス又は連続信号の経時的変化が算定される前記予め設定された時間間隔は、周囲因子によって引き起こされる比較的ゆっくりとした変化を全ての趣旨及び目的に対して一定と見なすことができる程小さいものを選択することができる。この場合、周囲因子によって引き起こされる変化の補正は、基本的に無視することができる。
【００２０】
前記時間間隔Δｔが測定間隙を通る微小気泡の通過時間の大きさの桁と一致する場合は、有利である。時間間隔Δｔを血流割合の関数として予め設定した場合は有利である。
【００２１】
本発明に係る方法又は装置の好適な実施例では、前記信号パターン及び基準パターンの経時的変化の相互を直接的に比較しない。一般的に、前記信号パターン及び基準パターンから決定される経時的変化の特性である一又はそれ以上の特性パラメータで十分である。これらの特性パラメータが相互に比較される。一又はそれ以上の確定されたパラメータは、一般的に特性基準パターンにとっては十分である。
【００２２】
微小気泡流の性質によって、一定の空気取り込みであっても、複数の微小気泡ΔＮが時間間隔Δｔの間にどれだけ測定間隙を通過したか及び前記ΔＮ微小気泡量の度数分布を正確に予測することは不可能である。しかしながら、特性信号パターンは、確率的処理の結果として見ることができ、時系列の統計学的分析のためのアルゴリズムを使用することによって、少ないコスト及び労力で有利に算定することが可能となる。算定は、時間領域での度数分布又は確率的処理のスペクトル分析に基づいて行われる。
【００２３】
時間領域での度数分布の算定では、前記受信した信号が一次元確率変数Ｘとして見られ、この場合、その実現値ｘは、離散値又は連続値領域をカバーする。確率変数の統計性は、分布関数Ｆ（ｘ）、連続分布密度関数ｆ（ｘ）、又は離散確率ｗｉによって完全に定義される。
【００２４】
コスト及び労力を低減させるためには、複数の分布関数Ｆ（ｘ）を決定し、それらを完全ではなく一又はそれ以上の特性を示す属性に制限して比較するのが有利である。これらの重要な特性値は、以下の式
2008541897.tif 000003
2008541897.tif 000004
によって、関数ｇ（ｘ）の期待値として通常定義される。
【００２５】
式（1.1a）は連続確率変数Ｘが存在するとき、式（1.1b）は確率変数Ｘが離散的であるときに適用され、ｗｉは実現値の確率ｘｉである。
【００２６】
現在の時間間隔Δｔに関するデータからではなく、前の時間間隔に関するデータから平均値E(X)を以下の式中で計算する場合は、更なる単純化に有利である。これは、平均値の特有な経時的変化を無視するのに十分小さくなるように時間間隔Δｔを選択した場合に、一般的に許容可能な大きさの付加的なエラーが発生するからである。
【００２７】
有利な期待値は、
１．  平均値
2008541897.tif 000005
２．散乱、分散σ２、又は標準偏差σ
2008541897.tif 000006
３．ｋ番のモーメント
2008541897.tif 000007
４．ｋ番の絶対モーメント
2008541897.tif 000008
５．ｃに関連するｋ番のモーメント
2008541897.tif 000009
６．ｋ番の中心モーメント
2008541897.tif 000010
７．ｋ番の絶対中心モーメント
2008541897.tif 000011
８．Ｘの分布の歪度
９．Ｘの分布の超過
１０．自己相関関数
【００２８】
相関平均は確率処理Ｘに関連する。
【００２９】
以下のパラメータは、二次元確率変数のために重要である。基準パターンＥｒｅｆ，ΔＮは、例えば確率変数Ｘ１の実現値として見ることができ、現在測定されたパターンＥｍｅｓｓは、確率変数Ｘ２の実現値として見ることができる。
１１．共通分散
2008541897.tif 000012
１２．相関係数
2008541897.tif 000013
１３．相互相関関数
【００３０】
相関平均は、異なる確率処理Ｘ１，Ｘ２に関連する。
【００３１】
前記信号パターンから一又はそれ以上のパラメータを決定するためには、時間領域において算定された度数分布と共にスペクトル分析も用いられる。スペクトル分析（フーリエ分析）のねらいは、所定周波数の少数の基礎調和関数中の周期的な要素を備えた複素時系列を分析することであり、時系列が一次元確率変数Ｘの実現値として見られる。前記受信した信号の分析のためには、関連するスペクトルにおける周波数領域のみが微小気泡によって補正される。この場合、干渉又は電気的ノイズによって発生する比較的高周波数の信号成分は、フィルタ機能によって除去される。周囲因子によって生じる比較的低周波数の信号成分は、同様に無効となる。
【００３２】
有利なパラメータは、
１．ピリオドグラム（線スペクトル形式の所定周波数での振幅の二乗の合計）
２．スペクトル密度関数（所定周波数のためのエネルギ密度スペクトル又は物理力密度スペクトル）
３．フィルタの使用（スペクトル窓内の平滑化）
である。
【００３３】
前記信号パターンを比較しているときは、複数のパラメータを相互に組み合わせて微小気泡を検出したときの相違を鮮明にするのが有利である。例えば、二つのパラメータが所定の変化を受ける一方で第三のパラメータが著しい変化を生じない場合は、異変が発生したと結論付けることが可能となる。
【００３４】
特性パラメータとしては、分散（標準偏差、散乱）が特に有利なものであることが証明されている。分散は、平均値についてデータの個々の項目がどのように分布しているか、すなわち、どの強度でデータの項目の散乱が凡そ平均値となっているかを測量的に表示している。絶対信号振幅、信号の平均値等の時間間隔Δｔ上での変化がパターンの変化として算定されないので、得られた分散は、平均値が消去されたパラメータであり、周囲要因が除去される。
【００３５】
本発明に係る方法及び装置のより好適な実施例では、特性信号パターンが時間間隔のシーケンスにおいて継続的に決定され、各信号パターンが一又はそれ以上の基準パターンと比較される。一の特性信号パターンが特性基準パターンに対して所定量異なる場合、警報が直ちに発せられる。しかしながら、所定量異なる相違の時間間隔が所定数検出されるまでは警報を発しないようにすることも可能である。血液処理中は、相違が検出されたイベント数を計数する。この場合、イベント数は、液体中に含まれる空気総量の尺度となる。
【００３６】
更に好適な実施例では、一の連続信号よりもむしろ一の信号パルスシーケンスを流動液体に伝搬させる設備を備え、予め設定された周期において受信した信号パルスの最大振幅である特性信号パターンとして決定する。しかしながら、最大振幅に代えて、信号振幅と比較されるパラメータを決定することも可能である。
【００３７】
以下、本発明の一実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
図１は、監視装置と共に血液処理装置の主な構成を示している。血液処理装置は、例えば、血液透析装置であり、半透過性膜２によって血液室３と透析液室４とに分割された透析器１を備えている。血液室への流入口は、血液供給ライン５の一端に接続され、血液室３からの流出口は、点滴室８内へと接続される血液取出ライン７の一端に接続されている。血液供給ライン５及び血液取出ライン７の他端は、それぞれ動脈針及び静脈針６及び６’に接続されている。血液取出ライン７上において、点滴室８と静脈針６’との間には、血液取出ライン７を締め付け遮断するための電磁作動静脈管クランプ１７が配置されている。血液供給ライン５及び血液取出ライン７は、血液室３と共に血液透析装置の体外血液循環システムＩを構成する。
【００３９】
透析装置の透析液システムＩＩは、透析液の処理手段９を備え、透析液供給ライン１０が、該処理手段９から透析器１の透析液室４へ至っている。透析液取出ライン１１は、透析液室４から流出口１２へ至っている。
【００４０】
血液供給ライン５中には、血液ポンプ１３が配置されている。透析液取出ライン１１中には、透析液ポンプ１４が配置されている。血液処理中には、血液ポンプ１３と透析液ポンプ１４が、それぞれ体外血液循環システムＩに血液を及び透析液システムＩＩに透析液を送り出す。
【００４１】
血液透析装置は、制御ライン１６，１６’及び１６’’を介して血液ポンプ１３、透析液ポンプ１４及び管クランプ１７に接続された中央制御ユニット１５を備えている。
【００４２】
血液透析装置は、体外血液循環システムＩ内を流動する血液を気泡の存在について監視する監視装置を備えている。本実施例では、この監視装置が血液透析装置の一部を構成しているが、分離させたサブアッセンブリとしてもよい。
【００４３】
監視装置１８は、図１において概略的にのみ示されている。監視装置の個々の構成は、図２に示されている。
【００４４】
監視装置１８は、超音波発信器１９と超音波受信器２０とを備えている。前記超音波発信器１９は、パルス生成器１９ａ、パワーステージ１９ｂ、及び超音波変換器１９ｃを備え、前記超音波受信器は、超音波変換器２０ａ及び信号増幅器２０ｂを備えている。前記送信機１９の超音波変換器１９ｃ及び受信器２０の超音波変換器２０ａは、点滴室８の下流側であって管クランプ１７の上流側において、血液取出ライン７の両側に相互に平行にセンサキャリア２１上に配置され、血液取出ライン７内を流動する血液に対して超音波を直角に伝搬できるようになっている。二つの超音波変換器１９ｃ及び２０ａは、圧電セラミック材料の円板からなる。前記二つの超音波変換器間の間隙は、音響測定間隙を形成している。
【００４５】
前記超音波発信器１９は、パルスモードで作動する。この目的のために、パルス生成器１９ａは、シーケンス制御及び信号分析に関与すると共に信号ライン２５によってパルス生成器１９ａに接続されたマイクロコントローラ２３ｃによって反復駆動される。そして、パルス生成器１９ａは、パワーステージ１９ｂを介して超音波変換器１９ｃに供給される電気信号を生成する。
【００４６】
前記受信器２０の超音波変換器２０ａは、超音波信号を、信号増幅器２０ｂに供給される電気信号に変換する。信号増幅器２０ｂは、分析ユニット２３に供給可能なように、電気信号をフィルタリングすると共に処理する。
【００４７】
前記分析ユニット２３は、受信した超音波パルスの経時的変化の特性である信号パターンを抽出する手段２３’を備えると共に、特性信号パターンと基準パターンとを比較する手段２３’’を備えている。
【００４８】
前記信号パターン抽出手段２３’は、超音波変換器２０ａによって受信された超音波パルスレベルの測定としてパルスの最大信号振幅を測定するピーク検出器２３ａを備え、特性信号パターンと基準パターンとを比較する手段２３’’は、Ａ／Ｄ変換器２３ｂ及びマイクロコントローラ２３ｃを備えている。
【００４９】
前記ピーク検出器によって供給されるアナログ電圧値は、更なる信号処理のために、Ａ／Ｄ変換器２３ｂによってデジタル値に変換される。前記超音波変換器１９ｃによって各超音波パルスが発信される前に、ピーク検出器２３ａは、該ピーク検出器２３に信号ライン２４によって接続されているマイクロコントローラ２３ｃによってリセットされる。この結果、ピーク検出器２３ａの出力には、予め設定された時間間隔Δｔにおける前記受信した超音波パルスの経時的変化の特性である信号パターンが存在する。本実施例において、予め設定された時間間隔Δｔはｍ＝１２８値の全体をカバーしており、各ｍ値は受信した超音波パルスの最大振幅を表示している。
【００５０】
前記発信器１９の超音波変換器１９ｃの一定の励磁によって、測定間隙の音響特性の変化は、ピーク検出器２３ａによって供給されるアナログ信号の最大振幅の大きさ及びＡ／Ｄ変換器に存在するデジタル信号の大きさに反映される。
【００５１】
前記測定間隙の音響特性は、例えば個々の気泡が極めて小さい形式である非溶解空気、すなわち、微小気泡が、血液取出ライン７内を流動する血液内に存在するときに変化する。音響測定間隙内の微小気泡は、超音波パルスを弱め、結果として最大振幅を下げる。この最大振幅の変化は、時間軸上で測定され、その時点で音響測定間隙内に作用している前記超音波パルスの弱まりに対応した変調の影響を受ける。
【００５２】
血液中に微小気泡が存在しない場合は、信号振幅の著しい下げは見られない。図３は、この種の信号パターンを特性基準パターンとして使用したものを示している。観察可能なものの全ては、比較的高い周波数の極めて小さい信号変化（ノイズ）である。
【００５３】
図４ａ及び図４ｂは、多数の微小気泡が存在する場合の特性である信号パターンを示している。信号振幅の下げが明確に見られる。図４ａの信号パターンは、複数の連続時間間隔Δｔをカバーしている。一の時間間隔Δｔの信号パターンの経時的変化は、図４ｂに拡大して示している。信号の比較的大きい変化は、比較的低い周波数であり、特徴的である。時間間隔Δｔは、ｍ＝１２８値をカバーしている。
【００５４】
図５ａ及び図５ｂは、少数の微小気泡が存在する場合の特性である信号パターンを示している。図４ａ、４ｂ及び図５ａ、５ｂの信号パターンを比較すると、図５ａ及び図５ｂの信号パターンにおける信号振幅の下げの数が非常に少ないことが明確に見られる。
【００５５】
特性信号パターンと基準パターンとの比較を可能とするために、マイクロコントローラ２３ｃの部分である分析ユニット２３において各連続時間間隔毎に信号パターンから特性統計パラメータを決定する。本実施例において、特性統計パラメータは信号パターンの分散σ２である。分散は、その定義より、平均値を取り除かれた測定値の特性であるため、周囲状況の影響が抑制される。
【００５６】
分散は、式(1.1b)及び式(1.3a)から計算される。恒常値が確率ｗｉに対する式(1.1b)に代入される。データの根元は、無作為標本であり完全な母集団ではないので、標準化状態及び不偏性の必要性は、問題となっている値がｗｉ＝１／（ｍ−１）となる結果をもたらし、前記パターンがｍ＝１２８値をカバーする。
【００５７】
この場合、平均値Ｅ（ｘ）は、現在分析されている時間間隔Δｔのためのデータからは計算されず、これに代えて、一又はそれ以上の前の時間間隔において決定された平均値が用いられる。しかしながら、選択された時間間隔Δｔが平均値の変化を無視可能となる程小さくすることが必要条件となる。
【００５８】
本実施例では、図３に示される特性基準パターンからの分散の計算も行われない。基準パターンの分散として、限界値を超える場合に患者にとって危険性があると判断するための限界値を設定すれば十分である。
【００５９】
そして、特性信号パターンの分散σ２は、分析ユニット２３において、予め設定された限界値と比較される。分散σ２が限界値を上回る場合、微小気泡が予め設定された時間間隔Δｔにおいて存在するものと判断する。
【００６０】
複数の限界値との比較は、気泡の存在が多いか少ないかを区別することを可能とする。
【００６１】
予め設定された時間間隔において患者に危険性がある気泡量が検出されたイベントにおいては、分析ユニット２３が警報信号を発生させ、警報信号が制御ライン２７を介して分析ユニット２３に接続されている警報ユニット２６によって受信される。そして、警報ユニット２６は、音響的及び／又は視覚的警報を発生させる。同時に、警報ユニット２６は、図示しない信号ラインを介して透析装置の制御ユニット１５に供給される制御信号も発生させる。制御信号が発生すると、制御ユニット１５は、血液ポンプ１３を停止させると共に管クランプ１７を動作させて血液取出ライン７を締め付け遮断することによって透析処理を中断させる。
【００６２】
代替的な実施例としては、微小気泡が複数の時間間隔において検出された場合にのみ警報を発生させる設備を設けることもできる。
【００６３】
一の時間間隔Δｔ内で分析ユニット２３が微小気泡を検出したイベントにおいては、前記分析ユニット２３が制御信号を発生させる。血液処理、又は時間間隔の連続又は不連続シーケンスの間に、分析ユニット２３によって発生された信号数の計数が連続的に測定される。透析処理中に、信号数が別の予め設定された限界値と継続的に比較される。計数された数が限界値に達すると、分析ユニット２３は、もう一度警報信号を発生させて、警報ユニット２６が音響的及び／又は視覚的警報を発生させると共に制御ユニット１５が血液処理を中断させる。この場合、血液中に含まれる空気総量が患者の危険にさらすものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】体外血液循環システム及び該血液循環システム内を流動する血液を気泡の存在について監視する監視装置を備えた血液処理装置の主な構成を極めて簡略的に示した概略図である（実施例）。
【図２】血液を空気の存在について監視する監視装置の一実施例の主な構成の概略図である（実施例）。
【図３】流動液体中に気泡が存在しないときの特性基準パターンの経時的変化を示している（実施例）。
【図４】図４ａは液体中に多数の気泡が存在するときの特性基準パターンの経時的変化を示し、図４ｂは図４ａの信号パターンの詳細を示す拡大図である（実施例）。
【図５】図５ａは液体中に少数の気泡が存在するときの特性基準パターンの経時的変化を示し、図５ｂは図５ａの信号パターンの詳細を示す拡大図である（実施例）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【国際調査報告】
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