(57)【要約】【課題】  高精度の蠕動ポンプの有効送出割合の決定及び高精度の蠕動ポンプの速度調節を行う。【解決手段】本発明は、弾性ホース管に液体を送出する蠕動ポンプの有効送出割合の決定方法及び装置に関する。更に、本発明は、弾性ホース管に液体を送出する蠕動ポンプの速度調節方法及び装置に関する。本発明に係る方法及び装置は、有効送出割合を、ポンプの稼動時間に応じたポンプの公称速度及びポンプ上流のホース管における圧力に基づいて計算する。ポンプのプリセットストローク容量をポンプの公称速度に乗じ、前記ポンプの稼動時間及びポンプ上流のホース管における圧力に対するポンプのストローク容量の依存を表す補正関数によって、前記ポンプのストローク容量と公称速度との積を補正し、前記有効送出割合を決定する。補正関数は、ポンプの稼動時間に対する公称送出割合の相対的減少を表す一つ以上のパラメータを有する多項式及びポンプ上流のホース管における圧力に対する公称送出割合の相対的減少を表す一つ以上のパラメータを有する多項式が立てられることが好ましい。
2008533370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性ホース管に液体を送出する蠕動ポンプの有効送出割合の決定方法であって、
前記ポンプ上流のホース管における圧力及び前記ポンプの公称速度を決定し、
前記ポンプの公称速度及びポンプ上流のホース管における圧力に基づいて有効送出割合を計算し、
前記有効送出割合の計算は、前記ポンプの稼動時間に応じた前記ポンプの公称速度及びポンプ上流のホース管における圧力に基づいて行う
ことを特徴とする有効送出割合の決定方法。
【請求項２】
請求項１記載の有効送出割合の決定方法であって、
前記ポンプのストローク容量を前記ポンプの公称速度に乗じ、
前記ポンプの稼動時間及びポンプ上流のホース管における圧力に対するポンプのストローク容量の依存を表す補正関数によって、前記有効送出割合を決定するために前記ポンプのストローク容量と公称速度との積を補正する
ことを特徴とする有効送出割合の決定方法。
【請求項３】
請求項２記載の有効送出割合の決定方法であって、
前記補正関数として、前記ポンプの稼動時間に対する公称送出速度の相対的減少を表す一つ以上のパラメータを有する多項式及び前記ポンプ上流のホース管における圧力に対する公称送出速度の相対的減少を表す一つ以上のパラメータを有する多項式を立てる
ことを特徴とする有効送出割合の決定方法。
【請求項４】
請求項３記載の有効送出割合の決定方法であって、
前記多項式は、以下の式
2008533370.tif 000019
によって表され、
ＶＳ，０（ｒ）は、血液ポンプの入口での圧力がゼロの状態での特定の稼動時間後のストローク容量［ｍｌ］であり、
ａ１は、前記稼動時間に対する送出割合の相対的減少を表すパラメータ［％／ｈ］であり、
ｂ１及びｂ２は、動脈圧に対する前記送出割合の相対的減少を表すパラメータ［％／ｍｍＨｇ２］である
ことを特徴とする有効送出割合の決定方法。
【請求項５】
弾性ホース管に液体を送出する蠕動ポンプの有効送出割合の決定装置であって、
前記ポンプ上流のホース管における圧力を測定する手段（２０）と、
前記ポンプの公称速度を決定する手段（１５）と、
前記ポンプの公称速度及びポンプ上流のホース管の圧力に基づいて有効送出割合を計算する手段（１８）とを有し、
前記有効送出割合を計算する手段（１８）は、前記ポンプの稼動時間に応じたポンプの公称速度及びポンプ上流のホース管の圧力に基づいて有効送出割合を計算する
ことを特徴とする有効送出割合の決定装置。
【請求項６】
請求項５記載の有効送出割合の決定であって、
前記有効送出割合を計算する手段（１８）は、
前記ポンプのストローク容量に公称速度を乗じる手段と、
前記ポンプの稼動時間及びポンプ上流のホース管における圧力に対する前記ポンプのストローク容量の依存を表す補正関数によって、前記ポンプのストローク容量と公称速度の積を補正する手段とを備える
ことを特徴とする有効送出割合の決定装置。
【請求項７】
請求項６記載の有効送出割合の決定装置であって、
前記補正手段は、前記補正関数として、前記ポンプの稼動時間に対する公称送出速度の相対的減少を表す一つ以上のパラメータを有する多項式及び前記ポンプ上流のホース管における圧力に対する公称送出速度の相対的減少を表す一つ以上のパラメータを有する多項式を立てる
ことを特徴とする有効送出割合の決定装置。
【請求項８】
請求項７記載の有効送出割合の決定装置であって、
前記多項式が、以下の式
2008533370.tif 000020
によって表され、
ＶＳ，０（ｒ）は、血液ポンプの入口での圧力がゼロの状態の特定の稼動時間後のストローク容量［ｍｌ］であり、
ａ１は、前記稼動時間に対する送出割合の相対的減少を表すパラメータ［％／時間］であり、
ｂ１及びｂ２は、動脈圧に対する送出割合の相対的減少を表すパラメータ［％／ｍｍＨｇ２］である
ことを特徴とする有効送出割合の決定装置。
【請求項９】
請求項５〜８の何れかに記載の有効送出割合の決定装置であって、
前記蠕動ポンプは、ローラーポンプ又はフィンガーポンプである
ことを特徴とする有効送出割合の決定装置。
【請求項１０】
弾性ホース管に液体を送出する蠕動ポンプの速度調節方法であって、
前記ポンプ上流のホース管における圧力及びポンプの公称速度の決定するプロセスステップと、
有効送出割合をポンプの所望の送出割合に適合させるためのポンプの公称速度を調節するプロセスステップとを備え、
前記ポンプの有効送出割合の所望の送出割合への適合は、前記ポンプの作業時間に応じたポンプの公称速度及びポンプ上流でのホース管の圧力に基づいて行う
ことを特徴とする蠕動ポンプの速度調節方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の蠕動ポンプの速度調節方法であって、
補正ステップにおいて、前記ポンプの有効送出割合Ｑｂ，ｉｓｔを所望の送出割合Ｑｂ，ｓｏｌｌに適合させるための前記ポンプの稼働速度ｎｎｅｕを、前記補正ステップ前に調節されたポンプの公称速度ｎａｌｔに補正係数ｘを乗じることによって計算する
ことを特徴とする蠕動ポンプの速度調節方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の蠕動ポンプの速度調節方法であって、
前記ポンプを、前記補正係数ｘを決定するためにプリセット速度で稼働し、
前記プリセット速度で確定された圧力を、前記ポンプ上流のホース管において測定する
ことを特徴とする蠕動ポンプの速度調節方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の蠕動ポンプの速度調節方法であって、
前記ホース管における圧力Ｐａｒｔを決定するために前記ポンプが稼働されるプリセット速度ｎａｌｔは、以下の式
2008533370.tif 000021
に従って計算され、
ＶＳ，０（ｒ）は、血液ポンプの入口での圧力がゼロの場合の特定の稼動時間後のストローク容量［ｍｌ］であり、
ａ１は、前記稼動時間ｔに対する送出割合の相対的減少を表すパラメータ［％／時間］である
ことを特徴とする蠕動ポンプの速度調節方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の蠕動ポンプの速度調節方法であって、
前記補正係数ｘは、以下の式
2008533370.tif 000022
に従って、前記ポンプ上流のホース管において、前記プリセット速度ｎａｌｔで確定された圧力Ｐａｒｔから決定される
ことを特徴とする蠕動ポンプの速度調節方法。
【請求項１５】
請求項１０〜１４の何れかに記載の蠕動ポンプの速度調節方法であって、
前記ポンプの送出割合は、第１の補正ステップ後に制御される
ことを特徴とする蠕動ポンプの速度調節方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の蠕動ポンプの速度調節方法であって、
前記ポンプの有効送出割合を所望の送出割合に適合させるために前記ポンプが稼働される速度ｎｎｅｕは、更なる補正ステップにおいて、前記ポンプの送出割合を制御するために前記第１の補正ステップ後に調節された前記ポンプの公称速度ｎａｌｔに前記補正係数ｘを乗じることによって計算される
ことを特徴とする蠕動ポンプの速度調節方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の蠕動ポンプの速度調節方法であって、
前記補正係数ｘを決定するために、前記更なる補正ステップにおいて確認される前記補正係数ｘと減補正係数ｘｒの比ｑは、以下の式
2008533370.tif 000023
に従って決定される
ことを特徴とする蠕動ポンプの速度調節方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の蠕動ポンプの速度調節方法であって、
前記ポンプ上流のホース管における減圧力Ｐａｒｔ，ｒは、ポンプ上流のホース管において測定された圧力に、前記減補正係数ｘｒに対する補正係数ｘの比ｑを乗じることによって計算され、これによって減補正係数ｘｒは、以下の式
2008533370.tif 000024
に従って減圧力Ｐａｒｔ，ｒから計算される
ことを特徴とする蠕動ポンプの速度調節方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の蠕動ポンプの速度調節方法であって、
前記補正係数ｘは、前記減補正係数ｘｒに対する補正係数ｘの比ｑを、前記減補正係数ｘｒに乗じることによって計算される
ことを特徴とする蠕動ポンプの速度調節方法。
【請求項２０】
請求項１６〜１９の何れかに記載の蠕動ポンプの速度調節方法であって、
前記ポンプの送出速度は、連続的且つ反復的な補正ステップにおいて継続的に制御される
ことを特徴とする蠕動ポンプの速度調節方法。
【請求項２１】
弾性ホース管に液体を送出する蠕動ポンプの速度調節装置であって、
前記ポンプ上流のホース管における圧力及びポンプの公称速度を決定する手段（２０）と、
有効送出割合を前記ポンプの所望の送出割合に適合させ、調節速度を計算するための演算ユニット（１８）及び前記調節速度に対して前記ポンプの公称速度を調節する手段（１５）を有する手段とを備え、
前記演算ユニット（１８）は、前記ポンプの有効送出割合を所望の送出割合に適合させるための前記調節速度の計算を、前記ポンプの稼動時間に応じた前記ポンプの公称速度及びポンプ上流のホース管の圧力に基づいて行う
ことを特徴とする蠕動ポンプの速度調節装置。
【請求項２２】
請求項２１記載の蠕動ポンプの速度調節装置であって、
前記演算ユニット（１８）は、補正ステップにおいて、前記ポンプの有効送出割合Ｑｂ，ｉｓｔを所望の送出割合Ｑｂ，ｓｏｌｌに適合させるための前記ポンプの稼働速度ｎｎｅｕを、前記補正ステップ前に調節されたポンプの公称速度ｎａｌｔに補正係数ｘを乗じることによって計算する
ことを特徴とする蠕動ポンプの速度調節装置。
【請求項２３】
請求項２２記載の蠕動ポンプの速度調節装置であって、
前記演算ユニット（１８）は、前記ポンプを、前記補正係数ｘを決定するためにプリセット速度で稼働させ、前記プリセット速度で確定された圧力を、前記ポンプ上流のホース管において測定する
ことを特徴とする蠕動ポンプの速度調節装置。
【請求項２４】
請求項２３記載の蠕動ポンプの速度調節装置であって、
前記演算ユニット（１８）は、前記ホース管における動脈圧Ｐａｒｔを決定するために前記ポンプが運転されるプリセット速度ｎａｌｔを、以下の式
2008533370.tif 000025
に従って計算し、
ＶＳ，０（ｒ）は、血液ポンプの入口での圧力がゼロの場合の特定の稼動時間後のストローク容量［ｍｌ］であり、
ａ１は、稼動時間ｔに対する送出速度の相対的減少を表すパラメータ［％／時間］である
ことを特徴とする蠕動ポンプの速度調節装置。
【請求項２５】
請求項２４記載の蠕動ポンプの速度調節装置であって、
前記演算ユニット（１８）は、前記補正係数ｘを、以下の式
2008533370.tif 000026
に従って、前記ポンプ上流のホース管において、プリセット速度ｎａｌｔで確定された圧力Ｐａｒｔから決定する
ことを特徴とする蠕動ポンプの速度調節装置。
【請求項２６】
請求項２２〜２５の何れかに記載の蠕動ポンプの速度調節装置であって、
前記有効送出割合を前記ポンプの所望の送出割合に適合させる手段は、前記ポンプの送出割合を第１の補正ステップ後に制御する
ことを特徴とする蠕動ポンプの速度調節装置。
【請求項２７】
請求項２６記載の蠕動ポンプの速度調節装置であって、
前記演算ユニット（１８）は、前記ポンプの有効送出割合を所望の送出割合に適合させるために前記ポンプが稼働される速度ｎｎｅｕを、更なる補正ステップにおいて、前記ポンプの送出割合を制御するために前記第１の補正ステップ後に調節された前記ポンプの公称速度ｎａｌｔに前記補正係数ｘを乗じることによって計算する
ことを特徴とする蠕動ポンプの速度調節装置。
【請求項２８】
請求項２７記載の蠕動ポンプの速度調節装置であって、
前記演算ユニット（１８）は、前記補正係数ｘを決定するために、前記補正ステップにおいて確認される前記補正係数ｘ及び減補正係数ｘｒの比ｑを、以下の式
2008533370.tif 000027
に従って決定する
ことを特徴とする蠕動ポンプの速度調節装置。
【請求項２９】
請求項２８記載の蠕動ポンプの速度調節装置であって、
前記演算ユニット（１８）は、前記ポンプ上流のホース管における減圧力Ｐａｒｔ，ｒを、前記ポンプ上流のホース管において測定された圧力に、前記減補正係数ｘｒに対する補正係数ｘの比ｑを乗じることによって計算し、これによって減補正係数ｘｒを、以下の式
2008533370.tif 000028
に従って減圧力Ｐａｒｔ，ｒから計算する
ことを特徴とする蠕動ポンプの速度調節装置。
【請求項３０】
請求項２９記載の蠕動ポンプの速度調節装置であって、
前記演算ユニット（１８）は、前記補正係数ｘを、減補正係数ｘｒに対する補正係数ｘの比ｑを減補正係数ｘｒに乗じることによって計算する
ことを特徴とする蠕動ポンプの速度調節装置。
【請求項３１】
請求項２１〜３０の何れかに記載の蠕動ポンプの速度調節装置であって、
前記蠕動ポンプは、ローラーポンプ又はフィンガーポンプである
ことを特徴とする蠕動ポンプの速度調節装置。
【請求項３２】
請求項５〜９及び２１〜３１の何れかに記載の装置を有する血液処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性ホース管に液体を送出する蠕動ポンプの有効送出割合の決定方法及び装置に関する。更に、本発明は、弾性ホース管に液体を送出する蠕動ポンプの速度調節方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療技術においては、蠕動又は咬合ポンプが、無菌性の理由から好まれて使用されている。蠕動ポンプとしては、様々なデザインのものが知られている。それらのデザインのひとつには、ローラーポンプがある。全ての蠕動ポンプには、送出される液体が流れる弾性ホース管をポンプに挿入するという共通した事実がある。
【０００３】
公知の体外血液処理装置は、医療技術における蠕動ポンプの活用の特定分野であり、例えば、血液透析装置、血液ろ過装置、及び血液透析ろ過装置を含む。
【０００４】
医療技術における蠕動ポンプ、例えば体外血液処理装置の送出精度に対しては高い要求がある。蠕動ポンプの有効送出割合は、実際にはポンプのプリセット公称速度で調節されるが、多くの要因に依存するのが欠点である。従って、ポンプの公称速度からは、その有効送出割合について結論を直ちに引き出すことができない。
【０００５】
ホース管の性質は、蠕動ポンプの送出割合を左右する主な要因の一つである。弾性ホースの変形は、ポンプの送出割合に変化をもたらすことは実際に示されている。
【０００６】
ＤＥ１９７４７２５４Ｃ２には、弾性ホース管における非侵襲的内圧測定方法について記載されている。当該公報は、時間とともにホース管の性質が変化することを指摘している。
【０００７】
ＵＳ６，６９１，０４７から体外血液処理装置用蠕動ポンプの較正方法が知られており、かかる方法によれば、処理の過程でポンプ上流の圧力を予測することが可能なように、ホース管における圧力を血液処理開始前にポンプ上流で測定する。ポンプは、先に測定された圧力の平均値と一致する圧力に較正される。
【０００８】
ＵＳ４，７１５，７８６は、蠕動ポンプの較正方法について説明しているが、送出割合の時間に対する依存を考慮していない。
【０００９】
ＷＯ９９／２３３８６は、ポンプ上流のホース管における圧力の関数としての蠕動ポンプの速度の制御方法について記載している。その制御は、ホース管及びポンプの物理的性質に基づいて行うが、この場合も時間に対する依存を考慮していない。
【００１０】
ＵＳ５，７３３，２５７から蠕動ポンプの較正方法が知られているが、プリセット継続期間が過ぎるまで較正を行わないので、送出割合の時間に対する依存が無効とされている。この継続期間の経過後の送出割合は、もはや時間とともに変化しないと考えられている。
【００１１】
ＥＰ０５１３４２１Ａ１に記載されている体外血液処理中の血流決定方法は、同様に、ポンプの稼動時間に対する送出割合の時間に関連した変化を考慮していない。
【００１２】
【特許文献１】独国特許１９７４７２５４号
【特許文献２】米国特許第６６９１０４７号
【特許文献３】米国特許第４７１５７８６号
【特許文献４】国際公開第９９／２３３８６号
【特許文献５】米国特許第５７３３２５７号
【特許文献６】欧州特許出願公開第０５１３４２１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の根底にある課題は、高精度の蠕動ポンプの有効送出割合の決定方法及び装置を提供することである。更に、本発明の課題は、有効送出割合を所望の送出割合に適合させるために、高精度の蠕動ポンプの速度調節方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、これらの課題は、特許請求の範囲１、５、９、及び２０に規定された特徴によって解決される。本発明の有利な実施形態は、下位クレームの主題である。
【００１５】
本発明に係る蠕動ポンプの有効送出割合の決定方法及び装置は、特に良好な精度を達成するため、有効送出割合を、ポンプの公称速度及びポンプ上流のホース管における圧力に基づいて行うだけでなく、ポンプの稼動時間に応じて行うことに基礎をおく。
【００１６】
好適な実施形態では、ポンプのプリセットストローク容量及びポンプの公称速度の積が、有効送出割合を決定するために補正関数によって補正される。当該補正関数は、稼動時間及びポンプ上流のホース管における圧力に対するポンプのストローク容量によって表される。常圧で稼働されるポンプのプリセットストローク容量は、ポンプの機械的寸法、例えばその半径やその長さ等、及びホース管の寸法によって決定される。
【００１７】
補正関数としては、ポンプの稼動時間に対する公称送出割合の相対的減少を表す一つ以上のパラメータを有する多項式及びポンプ上流のホース管における圧力に対する公称送出割合の相対的減少を表す一つ以上のパラメータを有する多項式が立てられることが好ましい。多項式次数は、指数を加算することによって増大され、又はパラメータをゼロにすることによって減少させることができる。個体変数の独立性も取り除くことができるが、一つの変数のパラメータは他の変数に依存する。
【００１８】
それらのパラメータを有する補正関数は、本質的にポンプセグメントの特性である。ストローク容量及びパラメータは、このように試験において確認でき、ポンプのユーザのために予め選択することができる。同じことが、プリセットストローク容量に当てはまる。
【００１９】
本発明に係る有効送出割合の決定装置は、ポンプ上流のホース管における圧力を測定する手段、ポンプの公称速度を決定する手段、及びポンプの稼動時間に応じたポンプの公称速度及びポンプ上流のホース管における圧力に基づきポンプの有効送出割合を計算する手段を有している。
【００２０】
好適な実施形態では、有効送出割合を計算する手段が、プリセットストローク容量にポンプの公称速度を乗じる手段、及びストローク容量及び公称速度の積を補正する手段を備える。補正手段は、演算ユニットとして構成できる。例えば、所要の計算は、コンピュータによって行うことができる。
【００２１】
本発明に係る弾性ホース管に液体を送出する蠕動ポンプの速度調節方法及び装置は、所望の送出割合へのポンプの有効送出割合の適合を、ポンプの公称速度及びポンプ上流のホース管における圧力に基づいて行うだけでなく、ポンプの稼動時間に応じて行う。
【００２２】
原則として、本発明に係る方法及び装置によって、ポンプの公称速度での予想される有効送出割合を決定することが可能であり、有効送出割合を所望の送出割合と比較することができる。有効送出割合が所望の送出割合よりも低い場合は、有効送出割合が所望の送出割合に一致するまでポンプの速度を上げる。有効送出割合を測定せずに有効送出割合を決定するために、本発明に係る方法及び装置によって、設定値と実際の値の比較が可能である。
【００２３】
本発明の好適な実施形態においては、所望の送出割合に対するポンプの有効送出割合の適合を、まず初期補正ステップにおいて行う。有効送出割合の大部分は、この補正ステップの実行後に所望の送出割合に一致すると仮定されている。初期補正ステップの実行後、ポンプの送出割合の残留偏差は、制御によって取り除くことが好ましい。ポンプの調整は、反復的な補正ステップを継続的に行うことが好ましい。
【００２４】
有効送出割合を所望の送出割合に適合するためにポンプを稼働する際の新たな速度は、初期補正ステップにおいて、補正ステップ前に調節されたポンプの公称速度に補正係数を乗じることによって計算される。
【００２５】
補正係数を決定するために、好ましくはポンプをプリセット速度で運転し、プリセット速度で確定された圧力を、ポンプ上流のホース管において測定する。ホース管における圧力を決定するためにポンプを稼働する際のプリセット速度は、方程式に従ってシンプルに計算することができる。
【００２６】
補正係数は、ポンプ上流のホース管においてプリセット速度で確定される測定圧力から、好ましくは、ポンプ上流でのホース管における圧力以外、ポンプの稼動時間に対する送出割合の相対的減少を表す一つ以上のパラメータを含み、且つポンプ上流のホース管における圧力に対する送出割合の相対的減少を表す一つ以上のパラメータを含む式に従って計算する。
【００２７】
ポンプ上流のホース管における圧力と補正係数の関係を表す式は、原則として、リアルタイムで解くことができる。しかしながら、圧力及び補正係数の値の各対をメモリに格納して、式を解かずに、データへのアクセスをリアルタイムで可能にすることが好ましい。従って、補正係数の決定のためのハードウェア及びソフトウェアに対する費用を削減することができる。
【００２８】
初期補正ステップは、ポンプの始動又は新たな設定送出割合の調整後に行われる。更なる補正ステップでは、所望の送出割合からのポンプの有効送出割合のずれに対して、継続的に補正を行う。この必須の補正は、初期補正ステップにおいて達成される。より小さなずれのみが、以下の制御において一般的に取り除かれる。
【００２９】
例えば初期開始値に対する最高速度又は送出割合は、ポンプの送出割合の調整において、上限値として考慮することができる。ポンプ上流の圧力の量に対する上限値を提供することもできる。もし個々の大きさが上限値に達すれば、このことは、有効送出割合がもはや所望の送出割合に適合できないという事実の表れとして利用することができる。この場合、送出割合におけるずれに対するユーザの注意を促す視覚的及び／又は聴覚的警報を発することが可能である。
【００３０】
原則として、送出割合におけるずれの量がプリセット下限値を上回っている場合にのみ、その調整は行われるべきである。例えば、所望の送出割合に対する有効送出割合の更なる適合は、１パーセント未満の送出割合のずれの場合、概して必要ない。
【００３１】
有利な実施形態では、ポンプのプリセットストローク容量及び個々のパラメータを、様々なホースシステムの補正係数を決定するために利用可能なように準備しておき、適したストローク容量及びそれぞれのパラメータを、ホースシステムの選択に対してプリセットすることができる。
【００３２】
更に、本発明は、所望の送出割合で正確に弾性ホース管に液体を送出することができるように、蠕動ポンプの有効送出割合の決定装置及び／又は蠕動ポンプの速度調節装置を有する血液処理装置に関する。
【００３３】
以下、本発明の種々の実施例を、図面を参照することによって詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
図１は、極めて簡略化された概略図であり、体外血液処理装置、例えば、体外血液回路１及び透析液回路２を備えた血液透析装置の主要コンポーネントを示している。透析液は、透析液源３から透析液供給ライン４を通って、半透膜６によって透析液室５と血液室７に分割されたダイアライザ８の透析液室５に流れ込む一方、ダイアライザ８の透析液室５から透析液排出ライン９を介してドレイン１０に流れ出る。透析液ポンプ１１は透析液排出ライン９に配置される。
【００３５】
患者の血液は、血液供給ライン１２を介してダイアライザ８の血液室７に流れ込み、血液室７から血液排出ライン１３を介して患者に流れ戻る。血液ポンプ１４は血液供給ライン１２に配置される。透析液ポンプ１１及び血液ポンプ１４は、双方とも蠕動ポンプであり、特にローラーポンプである。血液供給及び排出ライン１２及び１３及び透析液供給及び排出ライン４及び９は、ポンプに挿入される合成樹脂製の弾性ホース管であり、特に血液側において一回使用の使い捨てとして利用可能である。しかしながら、ホースは、カセットのようなモジュールの一部とし、そこからホース側ポンプセグメントがループ状に突き出るようにすることも可能である。
【００３６】
血液処理装置は、制御ライン１６及び１７を介して血液ポンプ１４及び透析液ポンプ１１に接続される制御ユニット１５を備えている。透析装置は、データライン１９を介して制御ユニット１５と通信する演算ユニット１８を更に備えている。
【００３７】
血液透析装置は、その他のコンポーネントも有しており、それらは当業者に一般的に知られており、より明瞭にする目的で表示しない。
【００３８】
以下、本発明に係る血液ポンプ１４の有効送出割合の決定装置及び方法、及び血液ポンプの速度調節装置及び方法を詳細に説明する。対応する装置は、透析液ポンプ１１にも提供することが可能である。
【００３９】
本発明は、血液ポンプに挿入される各ホース管１２を有する血液ポンプ１４の性質が、以下の通りに表されるということに基礎をおく。
【００４０】
血液ポンプ１４の有効血流量Ｑｂ，ｉｓｔは、以下の式
2008533370.tif 000003
に従って計算される。
ここで、ｎは、血液ポンプのロータ速度［１／分］であり、
ＶＳは、血液ポンプの１回転のストローク容量である［ｍｌ］。
【００４１】
血液ポンプ１４のストローク容量ＶＳは、血液ポンプ及びホースの機械的寸法ｒ［ｍｍ］、血液ポンプの稼動時間ｔ［ｈ］、及び血液ポンプ上流の血液供給ライン１２における圧力Ｐａｒｔ［ｍｍＨｇ］の関数
2008533370.tif 000004
として仮定できる。
ここで、ｒは、血液ポンプの機械的寸法及び公差［ｍｍ］であり、
ｔは、血液ポンプの稼動時間［ｈ］であり、
Ｐａｒｔは、血液ポンプの入り口での圧力［ｍｍＨｇ］である。
【００４２】
ポンプの稼動時間以外、特に、その速度又はサイクル数は、実際に関係し、ポンプセグメントの負荷に正比例し、ホースの塑性に寄与する。しかしながら、一定の送出割合では、この差はあまり関係がない。しかしながら、送出速度が異なる時間で変化する場合は、効果がある。従って、変数ｔは、稼動時間だけでなく、明瞭な関係におけるパラメータ、例えば、ポンプの累積速度とすることができる。ポンプの稼動時間の代わりに、例えばホールセンサによって決定されるポンプの回転数を考慮することもできる。
【００４３】
ホース管１２におけるポンプ上流の圧力Ｐａｒｔとポンプの稼動時間ｔの関数としての血液ポンプのストローク容量は、以下の式
2008533370.tif 000005
によって表される。
ここで、ＶＳ，０（ｒ）は、血液ポンプの入口の圧力がゼロのときのプリセット準備時間ｔ０後のストローク容量［ｍｌ］であり、
ａ１は、稼動時間に対する送出割合の相対的減少を表すパラメータ［％／時間］であり、
ｂ１及びｂ２は、動脈圧に対する送出割合の相対的減少を表すパラメータ［％／ｍｍＨｇ２］である。
【００４４】
ポンプの入口での圧力が０の状態で、血液ポンプのプリセット準備時間ｔ０、例えば、５分後のプリセットストローク容量ＶＳ，０（ｒ）［ｍｌ］は、ポンプ及びホースの機械的寸法によって決定される。
【００４５】
多くのタイプのホースは、式（３）による時間に関連した線形挙動からのずれを示し、数分後の稼動時間では無視できる。それは、プリセットストローク容量ＶＳ，０（ｒ）を決定するために、今回、精錬及び試験を実施したものである。短い準備時間のために、この期間の実際のポンプ速度のずれも無視する。しかしながら、原則として、採用された補正係数の時間関連関数の関係より準備期間による効果が必要ない場合は、準備期間による効果なしでプリセットストローク容量ＶＳ，０（ｒ）を特定することも可能である。
【００４６】
パラメータａ１は、稼動時間ｔに対するポンプの送出割合の相対的減少を表す一方、パラメータｂ１及びｂ２は、圧力に対する送出割合の相対的減少を表す。プリセットストローク容量及び各パラメータは、ホース管とともに使用される血液ポンプの特性の大きさであり、当該大きさは、試験において確認されて、ユーザに利用可能となる。
【００４７】
ポンプの入口での圧力がゼロの状態で、例えば５分のプリセット稼動時間後の公称送出割合（血流）Ｑｂ，０［ｍｌ／分］は、以下の式
2008533370.tif 000006
によって得られる。
【００４８】
ポンプが速度ｎで稼働する場合に予想される血液ポンプの有効送出割合Ｑｂ，ｉｓｔ（血流）は、以下の式
2008533370.tif 000007
によって得られる。
【００４９】
図２は、異なる送出割合Ｑｂ，ｔの血液ポンプ上流の圧力に対する有効送出割合Ｑｂ，ｉｓｔの依存を示している。送出割合が動脈圧の増加につれて減少することが明確に見られる。送出割合（血流）がより高くなれば、絶対的減少はより大きくなる。
【００５０】
本発明に係る血液ポンプ１４の有効送出割合の決定装置は、圧力センサ２０の形で血液ポンプ１４上流のホース管１２の圧力を測定する手段を備え、その手段は何れにしても公知の血液処理装置に存在する。圧力センサ２０は、データライン２１を介して制御ユニット１５に接続される。更に、制御ユニット１５が血液ポンプ１４の特定速度をプリセットするために、透析装置の制御ユニット１５のコンポーネントである血液ポンプ１４の公称速度を決定するための手段が提供される。同じことが、透析液ポンプ１１に適用される。
【００５１】
血液ポンプ１４の制御ユニット１５が特定速度ｎをプリセットする場合、血液ポンプは、有効送出割合Ｑｂ，ｉｓｔ（血流）で血液を送出する。圧力センサ２０からの動脈圧の測定値及び制御ユニット１５からの血液ポンプ１４の速度ｎは、演算ユニット１８で利用できる。更に、ストローク容量ＶＳ，０（ｒ）に加えてパラメータａ１、ｂ１、及びｂ２も、演算ユニットで利用できる。これらの経験的に決定された大きさは、データライン２３を介して演算ユニット１８に接続されたメモリ２２に格納される。
【００５２】
演算ユニット１８は、血液ポンプ１４のプリセット速度ｎで確定された有効送出割合Ｑｂ，ｉｓｔ（血流）を式（５）に従って計算する。有効送出割合が所望の送出割合よりも低いことが予想されるので、制御ユニット１５は、有効送出割合が所望の送出割合Ｑｂ，ｓｏｌｌに一致するまで、血液ポンプ１４の速度ｎを増加する。
【００５３】
以下、ポンプの速度を調節することによって所望の送出割合に対して血液ポンプの有効送出割合を適合させる装置及び方法を、詳細に説明する。
【００５４】
血液ポンプの速度制御は、初期補正ステップから始まるが、ポンプを始動した直後に実行することができる。更なる補正が次に行われるが、それは継続的又は反復的に行うことができる。設定送出割合が変更された場合は、まず初期補正ステップを再び行うが、パラメータｔはリセットしない。このようにして、送出割合の変化によって、送出速度に対する時間関連の影響を考慮することもできる。
【００５５】
制御ユニット１５は、まず、以下の式
2008533370.tif 000008
に従って、血液ポンプ１４を演算ユニットで計算されるプリセット速度に設定する。
【００５６】
制御ユニットによってプリセットされた速度ｎａｌｔで、動脈圧Ｐａｒｔ，ａｌｔは確定され、圧力センサ２０によって測定される。
【００５７】
図３は、動脈圧Ｐａｒｔの関数として血液ポンプ１４の送出割合（血流）Ｑｂ，ｉｓｔを示す。予想される有効送出割合Ｑｂ，ｉｓｔ，ａｌｔは、式（５）に従って、測定された圧力Ｐａｒｔ，ａｌｔにおいて得られる。初期補正ステップでは、制御ユニット１５は、送出変動を補正するために速度ｎを増加する。
【００５８】
新たな速度ｎｎｅｕのため、動脈圧Ｐａｒｔ，ａｌｔをＰａｒｔ，ｎｅｕに変更する。圧力変化ΔＰａｒｔは速度変化Δｎに比例して固定される。
2008533370.tif 000009
ここで、ｘは、補正係数である。
【００５９】
新たな動脈圧Ｐａｒｔ，ｎｅｕによって、新たなストローク容量ＶＳ，ｎｅｕが得られる。
2008533370.tif 000010
新たなストローク容量ＶＳ，ｎｅｕによって、送出割合Ｑｂ，ｉｓｔ，ｚｗが、先の速度ｎａｌｔで生じる。
2008533370.tif 000011
新たな血流の期待値Ｑｂ，ｉｓｔ，ｎｅｕが、新たな速度ｎｎｅｕ及び現在のストローク容量ＶＳ，ｎｅｕから、以下の式
2008533370.tif 000012
によって生じる。ここで、血流の新たな期待値を、設定値Ｑｂ，ｓｏｌｌと等しくなるように設定する。従って、
2008533370.tif 000013
式（７）、（８）、及び（９）を式（１１）に代入すれば、以下の式
2008533370.tif 000014
が得られる。
【００６０】
式（６）に従って、式（１２）の左辺は、設定値Ｑｂ，ｓｏｌｌとは無関係に値１を生じる。動脈圧Ｐａｒｔの関数としては、補正係数ｘの定義方程式
2008533370.tif 000015
が続く。
【００６１】
演算ユニット１８は、プリセット速度ｎａｌｔで確認された動脈圧Ｐａｒｔから式（１３）に従って補正係数ｘを計算する。補正係数ｘの決定後、演算ユニット１８は、式（１１）に従って制御ユニット１５によってプリセットされた速度ｎａｌｔに補正係数ｘを乗じることによって速度ｎｎｅｕを計算し、制御ユニット１５は、当該速度ｎｎｅｕを、有効送出割合Ｑｂ，ｉｓｔ（効果的な血流）を所望の送出割合Ｑｂ，ｓｏｌｌ（血流）に適合させるために設定する。
【００６２】
稼動時間中に式（１３）を解くことは非常に費用のかかることなので、本発明の他の実施形態としては、動脈圧Ｐａｒｔと補正係数ｘの関係を値テーブルに格納する。その値テーブルは、予め編集されてメモリ２２に格納されている。この実施形態では、演算ユニット１８は、リアルタイムで式（１３）を解くことなく、確認された動脈圧Ｐａｒｔに属する補正係数ｘを直接メモリ２２から取り出す。
【００６３】
図３は、新たな速度ｎｎｅｕの選択で、新たな動脈圧Ｐａｒｔ，ｎｅｕが生じ、その新たな動脈圧Ｐａｒｔ，ｎｅｕにおいて、血液ポンプの有効送出割合Ｑｂ，ｉｓｔ，ｎｅｕ（血流）が所望の送出割合Ｑｂ，ｓｏｌｌ（血流）と等しくなることを示している。
【００６４】
稼動時間ｔでは、設定値が、更なる補正無しで、血液ポンプの実行値からそれる。従って、本発明に係る装置は、更なる補正ステップによってポンプ１４の速度の継続的制御を提供する。継続的制御の理論的原理を次に説明する。
【００６５】
初期補正ステップは、補正無しで血液ポンプの始動後にのみ実行可能である。初期補正ステップ後は、式（６）をもはや満たさず、補正係数ｘが、実際の速度ｎａｒｔに対する所望の送出割合Ｑｂ，ｓｏｌｌ（血流）の比率に依存する。
【００６６】
式（１２）を式（１３）に変形させると、式（１２）の左辺の代わりに、以下の式
2008533370.tif 000016
が定義される。
【００６７】
式（１２）を式（１４）によって割ると、式（１３）と形式的に一致している以下の式 
2008533370.tif 000017
が得られる。
ここで、Ｐａｒｔ，ｒ＝ｑ＊Ｐａｒｔは、式（１５ａ）であり、
ｘｒ＝ｘ／ｑは、式（１５ｂ）である。
【００６８】
いずれの場合にも式（１３）に従って補正係数ｘｒを動脈圧Ｐａｒｔに割り当てメモリ２２に格納されたテーブルを使用可能なように、減補正係数ｘｒを、減動脈圧Ｐａｒｔ，ｒのために決定する。このために、演算ユニット１８は、まず式（１４）に従って、減補正係数ｘｒと補正係数ｘ間の比率ｑを計算する。速度ｎａｌｔは、初期補正ステップ後に、制御ユニット１５によって即座にプリセットされる速度である。圧力センサ２０によって測定された動脈圧Ｐａｒｔに係数ｑを乗じることにより、演算ユニットは、式（１５ａ）に従って減動脈圧Ｐａｒｔ，ｒを計算する。演算ユニットは、次に、メモリ２２に格納されたテーブルから、減動脈圧Ｐａｒｔ，ｒに割り当てられた減補正係数ｘｒの値を取り出す。減補正係数ｘｒ及び係数ｑを決定した後、演算ユニット１８は、制御ユニット１５によって設定される速度ｎｎｅｕを、以下の式
2008533370.tif 000018
から計算する。
【００６９】
制御ユニット１５が新たな速度ｎｎｅｕを設定するので、送出速度の実際の値は設定値に再び適合される。次に、反復的な補正ステップが続き、制御ユニット１５によって今設定された速度ｎａｌｔにおいてまず係数ｑが再び計算され、速度ｎａｌｔは先の補正ステップで決定した新たな速度ｎｎｅｕと対応する。
【００７０】
必須の補正は、初期補正ステップにおいて達成される。その結果、原則的に、次に来る制御を省くことも可能である。より小さいずれのみが、通例、継続的な制御において取り除かれ、一反復毎の最大変化量は動脈圧≦１５０ｍｍＨｇの２％まで、及び動脈圧≧１５０ｍｍＨｇの４％までに制限される。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】所望の送出割合で液体を送出するために、血液処理装置の蠕動ポンプの有効送出割合の決定装置及びポンプの速度調節装置共に体外血液処理装置を極めて簡略化された概略図である。
【図２】種々の送出割合のポンプの上流圧力の関数としてポンプの有効送出割合を示している。
【図３】ポンプの種々の速度のポンプ上流圧力に対するポンプの有効送出割合の依存を示している。
【図１】
2008533370.tif 000029
【図２】
2008533370.tif 000030
【図３】
2008533370.tif 000031
【国際調査報告】
2008533370.tif 000032
2008533370.tif 000033
2008533370.tif 000034
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