(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透析液再生型透析システムであって、
新鮮な透析流体をダイアライザー内に入力速度(an input rate)で流す入力ポンプと、
使用済み透析流体を前記ダイアライザーから出力速度(an output rate)で流す出力ポンプであって、該システムの限外濾過速度が、前記入力速度に対して相対的な前記出力速度に関係付けられている、出力ポンプと、
前記使用済み透析流体を濾過して前記新鮮な透析流体を生成する吸着剤カートリッジと、
前記吸着剤カートリッジによるコンプライアント挙動の既定のモデルに基づいて、前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の流量に応じて該システムの前記限外濾過速度を制御するコントローラーと、
を備え、
前記吸着剤カートリッジの前記既定のモデルは、前記吸着剤カートリッジによって貯留された透析流体の体積と前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の流量との間の関係に基づいている、透析液再生型透析システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、該システムは、
前記新鮮な透析流体を貯留する貯留容器と、
前記貯留容器に貯留された前記新鮮な透析流体のスケール重量を監視するスケールと、を更に備え、
前記コントローラーは、前記貯留容器内の前記新鮮な透析流体の前記スケール重量に応じて前記限外濾過速度を更に制御する、システム。
【請求項３】
前記コントローラーは、更に、
前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の前記流量に応じて、前記吸着剤カートリッジに貯留された透析流体の動的重量を計算し、
前記動的重量及び前記スケール重量を合計することによって、補正された透析流体重量を計算し、
前記補正された透析流体重量に応じて前記システムの前記限外濾過速度を制御する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記コントローラーは、治療処置の時間帯にわたって前記透析流体の前記動的重量を計算する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記コントローラーは、更に、
時間に基づく吸収の結果として前記吸着剤カートリッジに貯留された透析流体の吸収重量を計算し、
前記吸収重量を前記動的重量及び前記スケール重量と更に合計することによって、前記補正された透析流体速度を計算する、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記吸着剤カートリッジによって貯留された透析流体の前記体積と前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の流量との間の前記関係は線形である、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記吸着剤カートリッジによって貯留された透析流体の前記体積と前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の流量との間の前記関係は非線形である、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記限外濾過速度は、前記ダイアライザーにおいて体液が患者から取り出される速度である、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記透析液再生型透析システムによって実行される透析処置の前記限外濾過速度は指示される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
透析液再生型透析システムの限外濾過速度を制御する方法であって、
新鮮な透析流体をダイアライザー内に入力速度で流すことと、
前記ダイアライザーから使用済み透析流体を出力速度で流すことであって、前記透析液再生型透析システムの限外濾過速度が、前記入力速度に対して相対的な前記出力速度に関係付けられていることと、
前記新鮮な透析流体を生成するために、前記使用済み透析流体を吸着剤カートリッジにおいて濾過することと、
前記吸着剤カートリッジによるコンプライアント挙動の既定のモデルに基づいて、前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の流量に応じて前記透析液再生型透析システムの前記限外濾過速度を制御することと、
を含み、
前記吸着剤カートリッジの前記既定のモデルは、前記吸着剤カートリッジによって貯留された透析流体の体積と前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の流量との間の関係に基づいている、透析液再生型透析システムの限外濾過速度を制御する方法。
【請求項１１】
前記新鮮な透析流体を貯留容器に貯留することと、
前記貯留容器に貯留された前記新鮮な透析流体のスケール重量を監視することと、
前記貯留容器内の前記新鮮な透析流体の前記スケール重量に応じて前記限外濾過速度を更に制御することと、
を更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の前記流量に応じて、前記吸着剤カートリッジに貯留された透析流体の動的重量を計算することと、
前記動的重量及び前記スケール重量を合計することによって、補正された透析流体重量
を計算することと、
前記補正された透析流体重量に応じて前記限外濾過速度を更に制御することと、
を更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記吸着剤カートリッジに貯留された透析流体の前記動的重量を計算することは、治療処置の或る時間帯にわたって実行される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
時間に基づく吸収の結果として前記吸着剤カートリッジに貯留された透析流体の吸収重量を計算することと、
前記吸収重量を前記動的重量及び前記スケール重量と更に合計することによって、前記補正された透析流体速度を計算することと、
を更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記吸着剤カートリッジによって貯留された透析流体の前記体積と前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の流量との間の前記関係は線形である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記吸着剤カートリッジによって貯留された透析流体の前記体積と前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の流量との間の前記関係は非線形である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記限外濾過速度は、前記ダイアライザーにおいて体液が患者から取り出される速度である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記透析液再生型透析システムによって実行される透析処置の前記限外濾過速度は指示される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
記憶システムに記憶され、透析液再生型透析システムの限外濾過速度を制御するようにプロセッサによって実行可能な複数の機能モジュールを備えるコントローラーであって、
ダイアライザー内への入力速度での新鮮な透析流体の流れをもたらす入力ポンプ制御信号を出力する入力ポンプ機能モジュールと、
前記ダイアライザーからの出力速度での使用済み透析流体の流れをもたらす出力ポンプ制御信号を出力する出力ポンプ機能モジュールであって、それによって、前記使用済み透析流体は吸着剤カートリッジにおいて濾過されて、前記新鮮な透析流体が生成され、前記透析液再生型透析システムの限外濾過速度が、前記入力速度に対して相対的な前記出力速度に関係付けられている、出力ポンプ機能モジュールと、
前記吸着剤カートリッジによるコンプライアント挙動の既定のモデルに基づいて、前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の流量に応じて前記透析液再生型透析システムの前記限外濾過速度を制御する限外濾過速度機能モジュールと、
を備え、
前記吸着剤カートリッジの前記既定のモデルは、前記吸着剤カートリッジによって貯留された透析流体の体積と前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の流量との間の関係に基づいている、コントローラー。
【請求項２０】
前記限外濾過速度機能モジュールは、貯留容器に貯留された前記新鮮な透析流体のスケール重量を監視するスケール重量サンプラー機能モジュールを更に備え、前記限外濾過速度機能モジュールは、前記貯留容器内の前記新鮮な透析流体の前記スケール重量に応じて前記限外濾過速度を更に制御する、請求項１９に記載のコントローラー。
【請求項２１】
前記限外濾過速度機能モジュールは、
前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の前記流量に応じて、前記吸着剤カートリッジに貯留された透析流体の動的重量を計算する動的重量計算機能モジュールと、
前記動的重量及び前記スケール重量を合計することによって、補正された透析流体重量を計算する重量補正機能モジュールと、
を更に備え、
前記限外濾過速度機能モジュールは、前記補正された透析流体重量に応じて前記限外濾過速度を更に制御する、請求項２０に記載のコントローラー。
【請求項２２】
前記限外濾過速度機能モジュールは、時間に基づく吸収の結果として前記吸着剤カートリッジに貯留された透析流体の吸収重量を計算する吸収重量計算機能モジュールを更に備え、前記重量補正機能モジュールは、前記吸収重量を前記動的重量及び前記スケール重量と更に合計することによって、前記補正された透析流体速度を計算する、請求項２１に記載のコントローラー。
【請求項２３】
前記吸着剤カートリッジによって貯留された透析流体の前記体積と前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の流量との間の前記関係は線形である、請求項１９に記載のコントローラー。
【請求項２４】
前記吸着剤カートリッジによって貯留された透析流体の前記体積と前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の流量との間の前記関係は非線形である、請求項１９に記載のコントローラー。
【請求項２５】
前記限外濾過速度は、前記ダイアライザーにおいて体液が患者から取り出される速度である、請求項１９に記載のコントローラー。
【請求項２６】
前記透析液再生型透析システムによって実行される透析処置の前記限外濾過速度は指示される、請求項１９に記載のコントローラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透析液再生型透析システムにおけるコンプライアント挙動を補償するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、透析液再生型透析システムが広く用いられている。そのようなシステムでは、吸着剤カートリッジが、透析機器と患者との間の閉ループの経路に流される透析流体を濾過して再生する。システムを流体でプライミングするのに、水道水を用いることができる。透析液は、吸着剤カートリッジを用いて初期浄化プロセスにおいて生成される。通常、透析処置を行うには、６リットルの浄化された透析流体で十分である。
【０００３】
透析処置中、浄化された透析液は、入力ポンプにおいてダイアライザーチャンバー内に絶えず流れる。ダイアライザーチャンバーでは、浄化された透析液は、膜において患者の血液と相互作用する。この膜では、尿素分子が血液から透析液内へ移送される。出力ポンプが、出力ポンプにおいてダイアライザーチャンバーから使用済み透析液を抜き出す。この使用済み透析液は、吸着剤カートリッジを通って流れる。この吸着剤カートリッジの化学的性質は、透析液から尿素分子を濾過して除去するように構成されており、それによって、透析液は浄化される。
【０００４】
体液が、透析処置中の規定された時間帯にわたって患者から取り出される。体液が取り出される速度は、限外濾過速度と呼ばれる。透析処置の限外濾過速度は、医師によって指示され、指示された限外濾過速度からのいかなる変動も、患者に深刻な悪影響をもたらすおそれがある。限外濾過速度は、体液が患者から取り出されるように、処置中、正に維持されることが極めて重要である。処置中、限外濾過速度は決して負になるべきではなく、そのような「逆濾過（back-filtration）」の結果、体液がダイアライザーを通って患者に送達されることになる。
【０００５】
透析液再生型透析システムでは、限外濾過速度は、ダイアライザーチャンバーから使用済み透析液を流す出力ポンプのポンプ速度に対して相対的な、浄化された透析液をダイアライザーチャンバー内に流す入力ポンプのポンプ速度の関数である。出力ポンプ速度が入力ポンプ速度を上回るように相対的な入力ポンプ速度及び出力ポンプ速度を制御することによって、これらの速度間の差は、体液が患者から取り出されることを保証する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
限外濾過速度の管理は、患者の良好で安全な透析処置にとって最重要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの態様では、透析液再生型透析システムが、新鮮な透析流体をダイアライザー内に入力速度で流す入力ポンプを備える。出力ポンプは、使用済み透析流体を前記ダイアライザーから出力速度で流す。該システムの限外濾過速度が、前記入力速度に対して相対的な前記出力速度に関係付けられている。吸着剤カートリッジは、前記使用済み透析流体を濾過して前記新鮮な透析流体を生成する。コントローラーは、前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の流量に応じて該システムの前記限外濾過速度を制御する。
【０００８】
１つの実施の形態では、前記システムは、
前記新鮮な透析流体を貯留する貯留容器と、
前記貯留容器に貯留された前記新鮮な透析流体のスケール重量（scale weight）を監視するスケール（scale：重量計）と、
を更に備え、
前記コントローラーは、前記貯留容器内の前記新鮮な透析流体の前記スケール重量に応じて前記限外濾過速度を更に制御する。
【０００９】
別の実施の形態では、前記コントローラーは、更に、
前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の前記流量に応じて、前記吸着剤カートリッジに貯留された透析流体の動的重量を計算し、
前記動的重量及び前記スケール重量を合計することによって、補正された透析流体重量を計算し、
前記補正された透析流体重量に応じて前記システムの前記限外濾過速度を制御する。
【００１０】
別の実施の形態では、前記コントローラーは、更に、
時間に基づく吸収の結果として前記吸着剤カートリッジに貯留された透析流体の吸収重量を計算し、
前記吸収重量を前記動的重量及び前記スケール重量と更に合計することによって、前記補正された透析流体速度を計算する。
【００１１】
別の実施の形態では、前記コントローラーは、前記吸着剤カートリッジによるコンプライアント挙動の既定のモデルに基づいて、前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の前記流量に応じて前記システムの前記限外濾過速度を制御する。
【００１２】
別の実施の形態では、前記吸着剤カートリッジの前記既定のモデルは、前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の流量の関数としての前記吸着剤カートリッジによって貯留された透析流体の体積間の関係に基づいている。
【００１３】
別の実施の形態では、前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の流量の関数としての前記吸着剤カートリッジによって貯留された透析流体の前記体積間の前記関係は線形である。
【００１４】
別の実施の形態では、前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の流量の関数としての前記吸着剤カートリッジによって貯留された透析流体の前記体積間の前記関係は非線形である。
【００１５】
別の実施の形態では、前記限外濾過速度は、前記ダイアライザーにおいて体液が患者から取り出される速度である。
【００１６】
別の実施の形態では、前記透析液再生型透析システムによって実行される透析処置の前記限外濾過速度は指示される。
【００１７】
別の態様では、透析液再生型透析システムの限外濾過速度を制御する方法が、
新鮮な透析流体をダイアライザー内に入力速度で流すことと、
前記ダイアライザーから使用済み透析流体を出力速度で流すことであって、前記透析液再生型透析システムの限外濾過速度が、前記入力速度に対して相対的な前記出力速度に関係付けられていることと、
前記新鮮な透析流体を生成するために、前記使用済み透析流体を吸着剤カートリッジにおいて濾過することと、
前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の流量に応じて前記透析液再生型透析シス
テムの前記限外濾過速度を制御することと、
を含む。
【００１８】
１つの実施の形態では、上記方法は、前記新鮮な透析流体を貯留容器に貯留することと、
前記貯留容器に貯留された前記新鮮な透析流体のスケール重量を監視することと、
前記貯留容器内の前記新鮮な透析流体の前記スケール重量に応じて前記限外濾過速度を更に制御することと、
を更に含む。
【００１９】
別の実施の形態では、上記方法は、前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の前記流量に応じて、前記吸着剤カートリッジに貯留された透析流体の動的重量を計算することと、
前記動的重量及び前記スケール重量を合計することによって、補正された透析流体重量を計算することと、
前記補正された透析流体重量に応じて前記限外濾過速度を更に制御することと、
を更に含む。
【００２０】
別の実施の形態では、上記方法は、時間に基づく吸収の結果として前記吸着剤カートリッジに貯留された透析流体の吸収重量を計算することと、
前記吸収重量を前記動的重量及び前記スケール重量と更に合計することによって、前記補正された透析流体速度を計算することと、
を更に含む。
【００２１】
別の実施の形態では、上記方法は、前記吸着剤カートリッジによるコンプライアント挙動の既定のモデルに基づいて、前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の前記流量に応じて前記システムの前記限外濾過速度を制御することを更に含む。
【００２２】
別の実施の形態では、前記吸着剤カートリッジの前記既定のモデルは、前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の流量の関数としての前記吸着剤カートリッジによって貯留された透析流体の体積間の関係に基づいている。
【００２３】
別の実施の形態では、前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の流量の関数としての前記吸着剤カートリッジによって貯留された透析流体の前記体積間の前記関係は線形である。
【００２４】
別の実施の形態では、前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の流量の関数としての前記吸着剤カートリッジによって貯留された透析流体の前記体積間の前記関係は非線形である。
【００２５】
別の実施の形態では、前記限外濾過速度は、前記ダイアライザーにおいて体液が患者から取り出される速度である。
【００２６】
別の実施の形態では、前記透析液再生型透析システムによって実行される透析処置の前記限外濾過速度は指示される。
【００２７】
別の態様では、コントローラーは、記憶システムに記憶され、透析液再生型透析システムの限外濾過速度を制御するようにプロセッサによって実行可能な複数の機能モジュールを備える。コントローラーは、ダイアライザー内への入力速度での新鮮な透析流体の流れをもたらす入力ポンプ制御信号を出力する入力ポンプ機能モジュールと、
前記ダイアライザーからの出力速度での使用済み透析流体の流れをもたらす出力ポンプ制御信号を出力する出力ポンプ機能モジュールであって、それによって、前記使用済み透析流体は吸着剤カートリッジにおいて濾過されて、前記新鮮な透析流体が生成され、前記透析液再生型透析システムの限外濾過速度が、前記入力速度に対して相対的な前記出力速度に関係付けられている、出力ポンプ機能モジュールと、
前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の流量に応じて前記透析液再生型透析システムの前記限外濾過速度を制御する限外濾過速度機能モジュールと、
を備える。
【００２８】
１つの実施の形態では、前記限外濾過速度機能モジュールは、貯留容器に貯留された前記新鮮な透析流体のスケール重量を監視するスケール重量サンプラー機能モジュールを更に備え、前記限外濾過速度機能モジュールは、前記貯留容器内の前記新鮮な透析流体の前記スケール重量に応じて前記限外濾過速度を更に制御する。
【００２９】
別の実施の形態では、前記限外濾過速度機能モジュールは、
前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の前記流量に応じて、前記吸着剤カートリッジに貯留された透析流体の動的重量を計算する動的重量計算機能モジュールと、
前記動的重量及び前記スケール重量を合計することによって、補正された透析流体重量を計算する重量補正機能モジュールと、
を更に備え、
前記限外濾過速度機能モジュールは、前記補正された透析流体重量に応じて前記限外濾過速度を更に制御する。
【００３０】
別の実施の形態では、前記限外濾過速度機能モジュールは、時間に基づく吸収の結果として前記吸着剤カートリッジに貯留された透析流体の吸収重量を計算する吸収重量計算機能モジュールを更に備え、前記重量補正機能モジュールは、前記吸収重量を前記動的重量及び前記スケール重量と更に合計することによって、前記補正された透析流体速度を計算する。
【００３１】
別の実施の形態では、前記限外濾過速度機能モジュールは、前記吸着剤カートリッジによるコンプライアント挙動の既定のモデルに基づいて、前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の前記流量に応じて前記システムの前記限外濾過速度を更に制御する。
【００３２】
別の実施の形態では、前記吸着剤カートリッジの前記既定のモデルは、前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の流量の関数としての前記吸着剤カートリッジによって貯留された透析流体の体積間の関係に基づいている。
【００３３】
別の実施の形態では、前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の流量の関数としての前記吸着剤カートリッジによって貯留された透析流体の前記体積間の前記関係は線形である。
【００３４】
別の実施の形態では、前記吸着剤カートリッジを通る前記透析流体の流量の関数としての前記吸着剤カートリッジによって貯留された透析流体の前記体積間の前記関係は非線形である。
【００３５】
別の実施の形態では、前記限外濾過速度は、前記ダイアライザーにおいて体液が患者から取り出される速度である。
【００３６】
別の実施の形態では、前記透析液再生型透析システムによって実行される透析処置の前記限外濾過速度は指示される。
【００３７】
本発明の実施の形態の前述の目的、特徴及び利点、並びの他の目的、特徴及び利点は、添付図面に示されるような本発明の好ましい実施形態のより詳細な説明から明らかになる。添付図面において、同様の参照符号は、種々の図全体を通じて同じ部分を指す。図面は必ずしも一律の縮尺ではなく、代わりに、本発明の実施形態の原理を示すことに重点が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態による透析液再生型透析システムのブロック図である。
【図２】透析液流量の関数としての吸着剤カートリッジコンプライアンスの一例示のグラフである。
【図３】本発明の実施形態による補償システムの動作の流れ図である。
【図４】時間の関数としての吸着剤カートリッジの吸収の一例示のグラフである。
【図５】本発明の実施形態による、動的コンプライアンスを算出するステップを実行するための動作の詳細な流れ図である。
【図６】本発明の実施形態による、吸着剤カートリッジの現在の吸収重量を算出するステップを実行するための動作の詳細な流れ図である。
【図７】本発明の実施形態による、補正されたスケール重量を算出するステップを実行するための動作の詳細な流れ図である。
【図８】本発明の実施形態による、コントローラーの一例示の実施形態の詳細なブロック図である。
【図９】代表的な治療の第一部において初期時点ｔ０から最終時点ｔｆまでスケールによって出力された重量信号の追跡結果を示すグラフである。
【図１０】代表的な治療の第二部において初期時点ｔ０から最終時点ｔｆまでスケールによって出力された重量信号の追跡結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
次に、本発明の好ましい実施形態が示されている添付図面を参照して、以下に実施形態をより十分に説明する。しかしながら、本発明は、異なる形態で具現化することができ、本明細書において述べる実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。同様の符号は、明細書全体を通じて同様の要素を指す。
【００４０】
「第１」、「第２」等の用語が本明細書において様々な要素を説明するのに用いられているが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されよう。これらの用語は、或る要素を別の要素と区別するのに用いられる。例えば、本発明の範囲から逸脱することなく、「第１」の要素を「第２」の要素と呼ぶことができ、同様に「第２」の要素を「第１」の要素と呼ぶことができる。「及び／又は」という用語は、本明細書において用いられるとき、関連付けられて列挙された項目のうちの１つ又は複数のありとあらゆる組み合わせを含む。
【００４１】
或る要素が別の要素に「接続」又は「結合」されるというとき、その或る要素は、その別の要素に直接接続又は結合される場合もあるし、介在する要素が存在する場合もあることが理解されよう。これとは対照的に、或る要素が別の要素に「直接接続」又は「直接結合」されるというとき、介在する要素は存在しない。要素間の関係を説明するのに用いられる他の言葉は、同様に解釈されるべきである（例えば、「〜の間」対「直接〜の間」、「隣接する」対「直接隣接する」等）。
【００４２】
本明細書において用いられる術語は、特定の実施形態を説明することを目的とするものであり、本発明を限定することを意図するものではない。数量を指定していないもの（the singular forms "a" , "an", and "the"）は、本明細書において用いられるとき、文脈
が複数を含まないことを明確に示していない限り、単数に加えて複数も含むように意図されている。「備える」及び／又は「含む」（"comprise", "comprising", include", and/or "including"）という用語は、本明細書において用いられるとき、明記されている特徴、完全体（integers）、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素が存在することを明示するが、１つ又は複数の他の特徴、完全体、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又はそれらの群が存在することも追加されることも排除しないことが更に理解されよう。
【００４３】
図１は、本発明の実施形態による透析液再生型透析システムのブロック図である。本実施形態による透析液再生型透析システム２８は、ダイアライザー４０、出力ポンプ３８、吸着剤カートリッジ３０、透析液貯留容器３２、スケール３４、及び入力ポンプ３６を備える。
【００４４】
出力ポンプ３８は、ダイアライザー４０の出力に結合され、出力速度でダイアライザー４０から使用済み透析流体を受け取って流す。使用済み透析流体は、出力ポンプ３８から吸着剤カートリッジ３０の入力に流される。
【００４５】
使用済み透析流体は、吸着剤カートリッジ３０の複数の層を通って進む。各層は、指定された化学的性質を有する。複数のそれぞれの層は、使用済み透析液を段階的に更に浄化するように働く。吸着剤カートリッジ３０内で起こる反応の詳細は、以下において更に詳細に議論する。
【００４６】
新鮮な透析流体が吸着剤カートリッジ３０の出力において与えられ、透析液貯留容器３２に向かい、この透析液貯留容器において、新鮮な透析流体は更なる処理のために貯留される。注入液（infusate：輸液）６０が、十分に確立した技法に従って、透析処置中、指示された速度で吸着剤カートリッジによって出力される新鮮な透析流体に加えられ、そのため、処置の過程において患者に提供される透析流体は、適した化学的性質を有する。
【００４７】
入力ポンプ３６は、貯留された新鮮な透析流体を透析液貯留容器３２から抜き出し、この新鮮な透析流体をダイアライザー４０内に入力速度で流す。ダイアライザー４０では、新鮮な透析流体が、膜において患者の血液と相互作用し、尿素分子が血液から透析液内に移送される。血液は、入力ポート４１Ａからダイアライザー４０に入り、出力ポート４１Ｂから出る。使用済み透析流体は、上述したように、出力速度でダイアライザー４０から流される。
【００４８】
体液が、透析処置中の規定された時間帯にわたって患者から取り出される。体液が取り出される速度は、限外濾過速度と呼ばれる。透析処置の限外濾過速度は、医師によって指示され、指示された限外濾過速度からのいかなる変動も、患者に深刻な悪影響をもたらすおそれがある。限外濾過速度は、体液が患者から取り出されるように、処置中、正に維持されることが極めて重要である。処置中、限外濾過速度は決して負になるべきではなく、負になると、その結果、体液がダイアライザー４０を通って患者に送達されることになる。そのような「逆濾過」は、患者に有害であるおそれがあり、回避されるべきである。
【００４９】
透析システム２８の限外濾過速度は、入力ポンプ３６の入力速度に対して相対的な出力ポンプ３８の出力速度を管理することによって制御される。出力ポンプ３８の出力速度が入力ポンプ３６の入力速度を上回るように出力ポンプ３８及び入力ポンプ３６のそれぞれの速度を制御することによって、正の限外濾過速度を達成することができ、それによって、体液がダイアライザー４０において患者から抜き出され、その逆にならないことが確実に行われる。
【００５０】
限外濾過速度に従ってダイアライザー４０から出力ポンプ３８によって抜き出される過
剰な体液は、使用済み透析液と混合され、吸着剤カートリッジ３０によって浄化される。吸着剤カートリッジでは、過剰な体液は、再生されて透析液貯留容器３２に貯留される。過剰な体液は、限外濾過速度に従って透析液貯留容器３２内に時間とともに蓄積される。抜き出されて透析液貯留容器に蓄積された過剰な体液の量は、スケール３４によって、その重量に従い監視することができる。
【００５１】
スケール３４は、透析液貯留容器３２の重量を定期的に測定するように構成されている。適切な量の体液が適切な速度で患者から引き出されることを確実に行うために、透析液貯留容器の重量を経時的に追跡することによって透析処置の進行を精密に監視することができる。指示された限外濾過速度からの変動が認められた場合、例えば、治療者（att endant）によって手動で又は最近のシステムでは制御システムによって自動的に、任意の必要な調整を透析システムに対して行うことができる。
【００５２】
或る特定の実施形態では、システム限外濾過速度は、自動制御システムによって自動的に管理することができる。そのようなシステムでは、コントローラー４２が、スケール３４から重量信号４４を受信する。この重量信号４４は、透析液貯留容器３２の現在の実際の重量を示す。コントローラー４２は、処置の経過時間を追跡するか又は以前のスケール重量サンプル以後経過した時間を追跡するタイマーも備えることができる。コントローラーは、出力速度信号４８を出力ポンプ３８に更に与え、入力速度信号４６を入力ポンプ３６に更に与える。
【００５３】
空の透析液貯留容器３２の重量はわかっているので、この重量は、貯留容器内の透析液の重量の計算から区別することができる。さらに、処置において用いられる透析液の化学的性質及び密度もわかっているので、透析液貯留容器３２内に存在する透析液の体積は、その重量から正確に導出することができる。透析液貯留容器の実際の重量を指示された限外濾過速度から導出される予想重量と比較するとともに、処置の経過時間及び／又は重量サンプル間の時間を監視することによって、コントローラー４２は、処置の限外濾過速度に何らかの変動が発生したか否かを判断することができる。指示された限度の範囲外のそのような変動が発生した場合、コントローラー４２は、例えば、指定された時間帯の間、限外濾過速度を増加させるか又は限外濾過速度を減少させることができる。
【００５４】
１つの例では、コントローラー４２は、出力ポンプ３８の出力速度と入力ポンプ３６の入力速度との差を増加させることによって限外濾過速度の増加を引き起こすことができる。そのような増加に応じて、透析システム２８は、相対的により多くの体液を患者から経時的に抜き出すことになる。別の例では、コントローラー４２は、出力ポンプ３８の出力速度と入力ポンプ３６の入力速度との差を減少させることによって限外濾過速度の減少を引き起こすことができる。そのような減少に応じて、透析システム２８は、相対的により少ない体液を患者から経時的に抜き出すことになる。
【００５５】
透析液再生型透析システムの或る特定の構成要素は、それらの構成要素が任意の時点において含む流体の量が、それらの構成要素を通過する透析流体の透析液流量に依存しているという意味で、コンプライアンスを伴って挙動するということがわかっている。例えば、特に吸着剤カートリッジ３０がコンプライアンス挙動を実証することが証明されている。
【００５６】
１つの例では、透析液再生型透析システム２８の透析液流量は、出力ポンプ３８によって処理された透析流体の流量となるように決定される。この流量は、吸着剤カートリッジ３０を通る透析流体の流れの速度と等しい。吸着剤カートリッジ３０によって貯留される流体の量は、吸着剤カートリッジ３０を通る透析液流量の変化と一致するように変化することがわかっている。一般に、透析液流量が増加すると、吸着剤カートリッジ３０に貯留
される追加流体の量が増加する。
【００５７】
吸着剤カートリッジ３０を通るそのような増加した透析液流量は、吸着剤カートリッジ３０の内圧を増加させ、その結果、吸着剤カートリッジ３０内の空気ポケットを圧縮する。そのような圧縮によって、追加流体の貯留用の空間が吸着剤カートリッジ３０内に追加される。また、圧力の増加によって、吸着剤カートリッジのプラスチックシェルの膨張が生じる可能性があり、これによって、カートリッジに貯留される流体の体積を更に増加させる。透析液流量の増加が透析処置中に発生すると仮定すると、透析液貯留容器３２に貯留される流体の量が、それに対応して低減することになる。なぜならば、移動した流体が、代わりに、吸着剤カートリッジ３０に貯留されるからである。したがって、スケール３４によって出力される重量信号４４は、透析液貯留容器３２に存在する流体が相対的により少ないことを示すことになる。透析液貯留容器３２に以前貯留されていた透析流体の一部は、その後、吸着剤カートリッジ３０に移動し、そこに貯留されている。その結果、スケール３４によって出力される重量信号４４によって示される透析液貯留容器３２の重量は、透析システム２８に存在する流体の累積量をもはや正しく示さない。したがって、重量信号４４は、処置中に患者から抜き出された体液の累積量をもはや正しく示さない。このシナリオの下では、コントローラー４２は、処置の限外濾過速度が低すぎるという誤った確信の下で動作することになり、入力ポンプ３６及び出力ポンプ３８の相対的な流体速度を間違って調整して、限外濾過速度を増加させる場合がある。
【００５８】
同様に、透析液流量が減少すると、吸着剤カートリッジ３０に貯留される流体の量が減少する。吸着剤カートリッジ３０を通る透析液流量の減少の結果、吸着剤カートリッジ３０の内圧が減少し、その結果、吸着剤カートリッジ３０内の空気ポケットが減圧される。そのような減圧によって、吸着剤カートリッジ３０内における追加流体の貯留用の空間が削減される。透析液流量の減少が透析処置中に発生すると仮定すると、透析液貯留容器３２に貯留される流体の量が、それに対応して増加することになる。なぜならば、流体は、吸着剤カートリッジ３０から透析液貯留容器３２に移動するからである。したがって、スケール３４によって出力される重量信号４４は、透析液貯留容器３２に存在する流体が相対的により多いことを示すことになる。吸着剤カートリッジ３０に以前貯留されていた透析流体の一部は、その後、透析液貯留容器３２に移動し、そこに貯留されている。その結果、スケール３４によって出力される重量信号４４によって示される透析液貯留容器３２の重量は、透析システム２８に存在する流体の累積量をもはや正しく示さない。したがって、重量信号４４は、処置中に患者から抜き出された体液の累積量をもはや正しく示さない。このシナリオの下では、コントローラー４２は、処置の限外濾過速度が高すぎるという誤った確信の下で動作することになり、入力ポンプ３６及び出力ポンプ３８の相対的な流体速度を間違って調整して、限外濾過速度を減少させる場合がある。
【００５９】
間違った情報に基づいた、透析処置中のコントローラーによる限外濾過速度のそのような増加又は減少は、患者に深刻な損傷がもたらす可能性がある。コントローラー４２による限外濾過速度の誤った増加は、過度の分別濾過につながる可能性があり、これによって、過度の血液濃縮、血液凝固、又は溶血を患者に引き起こす可能性がある。コントローラー４２による限外濾過速度の誤った減少は、逆濾過、すなわち透析機から患者内への流体の過度の放出につながる可能性がある。
【００６０】
本発明の実施形態は、透析液再生型透析システムの吸着剤カートリッジにおけるコンプライアント挙動を補償する。更なる実施形態は、透析液再生型透析システムの他の構成要素におけるコンプライアント挙動を補償する。
【００６１】
１つの実施形態では、吸着剤カートリッジ３０のコンプライアント挙動を、吸着剤カートリッジ３０を通る流体流量に応じてモデル化することができる。吸着剤カートリッジ３
０のコンプライアンスモデル５０は、透析処置中にコントローラー４２に利用可能にされる。このようにして、コントローラー４２は、吸着剤カートリッジ３０を通る現在の透析液流量と、吸着剤カートリッジのコンプライアンスモデル５０とに基づいて透析液再生型透析システム２８の限外濾過速度の制御に関する決定を行うことができる。透析液再生型透析システム２８の限外濾過速度が、出力ポンプ３８及び入力ポンプ３６のそれぞれの出力速度及び入力速度に応じて求められる場合、コントローラー４２は、吸着剤カートリッジを通る現在の透析液流量と、吸着剤カートリッジのコンプライアンスモデル５０とに基づいて、入力ポンプ３６への入力速度信号４６及び出力ポンプ３８への出力速度信号４８に対して調整を行うことによって透析液再生型透析システム２８の限外濾過速度に関する決定を行うことができる。
【００６２】
コンプライアンスの結果として吸着剤カートリッジによって貯留される追加流体の量が、吸着剤カートリッジ３０を通る透析液流量の増加に応じて実質的に線形に増加するという意味で、吸着剤カートリッジ３０のコンプライアント挙動は線形とすることができることがわかっている。
【００６３】
図２は、透析液流量の関数としての吸着剤カートリッジコンプライアンスの一例示のグラフである。この例では、吸着剤カートリッジ３０によって貯留される追加透析流体の量が、透析液流量が増加するにつれて０．２５の係数で増加したものと仮定することができる。例えば、０ｍｌ／ｍｉｎの透析液流量では、吸着剤カートリッジ３０によって貯留される追加透析流体は０ｍｌであった。１００ｍｌ／ｍｉｎの透析液流量では、吸着剤カートリッジ３０によって貯留される追加透析流体はほぼ２５ｍｌであった。２００ｍｌ／ｍｉｎの透析液流量では、吸着剤カートリッジ３０によって貯留される追加透析流体はほぼ５０ｍｌであった。３００ｍｌ／ｍｉｎの透析液流量では、吸着剤カートリッジ３０によって貯留される追加透析流体はほぼ７５ｍｌであった。４００ｍｌ／ｍｉｎの透析液流量では、吸着剤カートリッジ３０によって貯留される追加透析流体はほぼ１００ｍｌであった。
【００６４】
コンプライアント挙動のそのような線形モデルの下では、モデル５０は、限外濾過速度に関する決定を行うためにコントローラーに適用することができる上記例の０．２５等の単一の線形係数とすることができる。透析液流量が調整されるので、吸着剤カートリッジに貯留される流体の量は、線形係数に基づいてコントローラーに知られている。
【００６５】
他の実施形態では、吸着剤カートリッジ３０のコンプライアント挙動のモデルは、必要とされる精密度に応じて、２次多項式又は３次多項式等のより高次の非線形モデルとすることができる。これらの実施形態では、透析液流量が２次システム又は３次システム内に入力されて、吸着剤カートリッジにおけるコンプライアンスが透析液流量の関数として推定される。
【００６６】
様々な実施形態では、モデル５０は、吸着剤カートリッジコンプライアンスを透析液流量の関数として計算するための多数のシステムのうちの任意のものを含むことができる。例えば、モデル５０は、プロセッサと連携して動作するソフトウェア、ファームウェア、又はデジタルハードウェア若しくはアナログハードウェアで具現化された１次式、２次式、又はより高次の式を含むことができる。他の実施形態では、モデル５０は、プロセッサにおいて動作するソフトウェア、ファームウェア、又はデジタルハードウェア若しくはアナログハードウェアで具現化されたデジタルフィルター又はアナログフィルターを含むことができる。他の実施形態では、モデル５０は、コントローラー４２がアクセス可能な揮発性メモリ又は不揮発性メモリに組み込まれたルックアップテーブルを含むことができる。
【００６７】
モデル５０は、例示のために、図１のブロック図ではコントローラー４２とは別のユニットとして示されているが、様々な実施形態では、モデル５０は、コントローラー４２と一体とすることができ、コントローラーにおけるメモリ、ソフトウェア、ファームウェア、又はハードウェアに存在することができる。
【００６８】
図３は、本発明の実施形態による補償システム１２０の動作の流れ図である。１つの例示の実施形態では、補償システム１２０は、上記の図１に示すコントローラー４２において動作するソフトウェアとして具現化することができる。
【００６９】
図３を参照すると、スケール３２によって出力される重量信号４４の周期的なサンプリングが、ステップ１０２において補償システム１２０によって実行される。上述したように、重量信号４４は、透析液貯留容器３２に現在含まれている透析液の体積を表す。或る特定の実施形態では、スケール３４は、ステンレス鋼板に接続された１つ又は複数のロードセルを備える。スケール３４は、既知の質量を有するように較正することができ、較正値は、このスケールにローカルなマイクロコントローラーに記憶することができる。アナログ信号調節回路を用いて、ロードセルによって出力されたアナログ信号を増幅及びフィルタリングすることができ、アナログ／デジタル変換器が、調節されたロードセル信号の出力をデジタル化することができる。上記ローカルマイクロコントローラーは、例えばＳＰＩシリアルバスを用いて、アナログ／デジタル変換器からデジタル化された信号を取得することができる。このローカルマイクロコントローラーは、ロードセルの出力を合計し、較正パラメーターをデジタル化された信号に適用して、その結果の値をミリグラムに変換することができる。１つの実施形態では、連続したサンプルからのロードセルの出力を検査し、メディアンフィルターに適用して、平均サンプリング量から３標準偏差等の特定の範囲の外側にあるあらゆるサンプリングを取り除くことができる。そのような実施形態は、雑音を有する読み取り値が結果の限外濾過速度に影響を与えることを排除することに役立つことができる。その後、ローカルマイクロコントローラーは、変換された値をメインコントローラー４２に送信することができる。代替的な実施形態では、ロードセルのデジタル化された出力を、処理及び変換するためにメインコントローラー４２に直接送信することができる。
【００７０】
ステップ１０４において、補償システム１２０は、吸着剤カートリッジ３０の動的コンプライアンスを算出する。上述したように、吸着剤カートリッジ３０の動的コンプライアンスは、吸着剤カートリッジ３０を通る透析流体の現在の透析液流量に応じて吸着剤カートリッジ３０に貯留される追加透析流体の量を表す。ステップ１０４の詳細は、図５の説明と関連して以下で説明する。
【００７１】
ステップ１０６において、補償システム１２０は、吸着剤カートリッジ３０の吸収レベルも算出する。上述した吸着剤カートリッジ３０が示す動的コンプライアント挙動に加えて、吸着剤カートリッジは、静的コンプライアント挙動と呼ぶこともできる吸収を更に示すことが示されている。透析処置中、吸着剤カートリッジ３０は、処置の経過時間が増加するにつれて、より多くの透析液を貯留する。この理由は、透析液にさらされている時間が増加するにつれて、吸着剤カートリッジの材料がますます水和されるからである。この吸収挙動は、一般に、動的コンプライアンス挙動とは独立している。しかしながら、或る特定の場合には、動的補償挙動は、吸収挙動に依存する可能性がある。例えば、処置に入って１時間の経過時間における流量変化に起因する吸着剤カートリッジコンプライアンスの変化は、処置に入って３時間の経過時間における流量変化に起因するコンプライアンスの変化と異なる可能性がある。例えば、吸着剤カートリッジの挙動は、経時的に動的性が低下する可能性がある。なぜならば、治療時間が経過するにつれて、吸収に起因してカートリッジにより多くの液体が染み込み、コンプライアンスを伴って挙動する吸着剤カートリッジ内の材料が比例して少なくなるからである。ステップ１０６の詳細は、図６の説明
と関連して以下で説明する。
【００７２】
図４は、時間の関数としての吸着剤カートリッジの吸収の一例示のグラフである。この例では、処置の時間が進むにつれて、吸収の結果として吸着剤カートリッジに貯留される透析流体の追加量が増加することを見て取ることができる。例えば、０分の時点において、吸着剤カートリッジには液体が染み込んでいると考えられるが、吸収の結果として吸着剤カートリッジ３０によって貯留される追加透析流体は０ｍｌである。６０分の時点では、吸収の結果として吸着剤カートリッジ３０によって貯留される追加透析流体はほぼ２５ｍｌである。１２０分の時点では、吸収の結果として吸着剤カートリッジ３０によって貯留される追加透析流体はほぼ５０ｍｌである。１８０分の時点では、吸収の結果として吸着剤カートリッジ３０によって貯留される追加透析流体はほぼ７５ｍｌである。２４０分の時点では、吸収の結果として吸着剤カートリッジ３０によって貯留される追加透析流体はほぼ１００ｍｌである。図４のグラフに基づくと、吸着剤カートリッジにおける吸収挙動は、線形関係としてモデル化することができることは明らかである。例えば、吸収モデル５０は、吸収を補償するためにコントローラー４２が適用することができる、上記例では０．４１６ｍｌ／ｍｉｎ等の単一の線形係数とすることができる。他の実施形態では、吸収モデルは、吸収を求める際に必要とされる精密度に応じて、２次モデル又は３次モデル等のより高次のモデルとすることができる。
【００７３】
図３を再び参照すると、ステップ１０８において、補償システム１２０は、ステップ１０４において算出された動的コンプライアンス重量と、ステップ１０６において計算された吸収重量とによって、ステップ１０２においてサンプリングされたサンプリング重量信号４４を調整する。補正されたスケール重量が、調整の結果として算出される。ステップ１０８の詳細は、図７の説明と関連して以下で説明する。
【００７４】
ステップ１１０において、補償システム１２０は、補正されたスケール重量を限外濾過速度計算ユニットに適用する。限外濾過速度計算ユニットは、更新後の限外濾過速度を計算し、システム限外濾過速度に対する調整が必要であるか否かを判断する。１つの例示の実施形態では、この動作は、測定された限外濾過速度を絶えず監視してこの限外濾過速度を所望の限外濾過速度と比較する比例積分微分コントローラー（ＰＩＤ）によって実行される。この実施形態では、補正されたスケール重量がＰＩＤに適用され、透析処置の既知の経過時間ｔと、現在の補正されたスケール重量Ｃ（ｔ）と、前の補正されたスケール重量Ｃ（ｔ−１）と、に基づいて、測定された限外濾過速度ＵＦＲｍが求められる。ＰＩＤは、測定された限外濾過速度ＵＦＲｍを、記憶された所望の限外濾過速度ＵＦＲｄと周期的に比較し、必要な場合には、出力ポンプ３８に適用される出力速度信号４８及び／又は入力ポンプ３６に適用される入力速度信号４６を調整し、それらのそれぞれの透析流体ポンプ速度を変更する。
【００７５】
サンプリング動作１０２並びに算出及び適用のステップ１０４、１０６、１０８、１１０を実行する頻度は、計算を実行するためのプロセッサ帯域幅を比較考量しながら、処置の所望の精度によって制御することができる。上記サンプリング及び算出のステップ１０２、１０４、１０６、１０８、１１０は、多数の異なる順序のうちの任意のもので実行することができ、上記の図３に示した特定の順序に限定されるものではない。例えば、スケール重量を、吸収レベルが算出されている（１０６）のと同時にサンプリングする（１０２）ことができ、その後に、動的コンプライアンスを計算する（１０４）ことができる。多数の異なる順序付けのうちの任意のものが本発明の実施形態に適用可能である。１つの例示の実施形態では、現在のスケール重量の周期的なサンプリング１０２が行われるごとに、又は代替的な実施形態では、現在のスケール重量の複数のサンプリング１０２が行われるごとに、コントローラー４２は、算出及び適用のステップ１０４、１０６、１０８、１１０を実行することができる。
【００７６】
図５は、本発明の実施形態による、動的コンプライアンスを算出するステップ１０４を実行するための動作の詳細な流れ図である。上述したように、吸着剤カートリッジ３０の動的コンプライアンスは、吸着剤カートリッジ３０を通る透析流体の現在の透析液流量に応じて吸着剤カートリッジに貯留される追加透析流体の量を表す。
【００７７】
図５の実施形態では、所望の透析液流量（ＤＦＲ）がステップ１１４において決定される。この所望の透析液流量（ＤＦＲ）は、システムアテンダント又はシステムコンピューターによって選択される。通常の所望の透析液流量には、例えば、２００ｍｌ／ｍｉｎ、３００ｍｌ／ｍｉｎ及び４００ｍｌ／ｍｉｎが含まれる。
【００７８】
吸着剤カートリッジ３０のコンプライアンス係数（ＣＦ）が、ステップ１１６において、所望の透析液流量に基づいて求められる。図２に関して上述した例では、吸着剤カートリッジのコンプライアンス係数（ＣＦ）は０．２５である。この例におけるコンプライアンスモデルは概ね線形であるので、コンプライアンスは、０ｍｌ／ｍｉｎ〜４００ｍｌ／ｍｉｎの通常の透析流量（ＤＦＲ）の範囲にわたって０．２５の係数のままである。
【００７９】
吸着剤カートリッジに存在する透析液に関連付けられた最終コンプライアンス重量が、ステップ１１８において算出される。１つの実施形態では、この最終コンプライアンス重量Ｙ（ｔ）は、所望の透析液流量（ＤＦＲ）とコンプライアンス係数（ＣＦ）との積に等しい。すなわち、
【００８０】
【数１】
0005808816.tif 000002
吸着剤カートリッジの現在のコンプライアンス係数は、線形モデルとして表されるが、上述したように、より高次のモデルも本発明の実施形態に等しく適用可能である。そのような非線形関係の１つの例は、以下の関係に従ってモデル化することができる。
【００８１】
【数２】
0005808816.tif 000003
式中、Ｒ、Ｌ及びＣは、このシステム用のコンプライアンス係数である。
【００８２】
現在の動的コンプライアンス重量Ｍ（ｔ）が、ステップ１２０において算出される。１つの実施形態では、この算出は、指数フィルターを用いて実行される。１つの実施形態では、指数フィルターは、平滑化関数を与え、そのため、現在の動的コンプライアンス重量Ｍ（ｔ）は、以下の関係に従って最終コンプライアンス重量Ｙ（ｔ）に指数関数的に近づく。
【００８３】
【数３】
0005808816.tif 000004
この関係において、Ｍ（ｔ）は、現在の動的コンプライアンス重量を表し、Ｍ（ｔ−１）は、上記式の第１の部分であり、以前に算出された、すなわち、すぐ前の動作反復において算出された動的コンプライアンス重量を表し、ａは、上記式の第２の部分（Ｙ（ｔ）
−Ｍ（ｔ−１））に適用されるコンプライアンスフィルター係数を表し、Ｙ（ｔ）は、上記のステップ１１８において算出された最終コンプライアンス重量である。コンプライアンスフィルター係数ａは、０と１との間で変化することができる。係数ａが０又はほぼ０である場合には、完全な平滑化が現在の動的コンプライアンス重量Ｍ（ｔ）の計算に適用されるのに対して、係数ａが１又はほぼ１である場合には、平滑化は現在の動的コンプライアンス重量Ｍ（ｔ）の計算に適用されない。コンプライアンスフィルター係数ａは、現在の動的コンプライアンス重量Ｍ（ｔ）を与えるために、最終コンプライアンス重量Ｙ（ｔ）と以前に算出された動的コンプライアンス重量Ｍ（ｔ−１）との差が、以前に算出された動的コンプライアンス重量Ｍ（ｔ−１）にどの程度加算されるのかのスケーリング又は重み付けとして働く。コンプライアンスフィルター係数ａは、例えば、このモデルを、研究室において様々な透析液流量で求められた実際の吸着剤カートリッジコンプライアンス測定値と比較することによって経験的に求めることができる。フィルター係数ａの通常の公称値は０．３３である。
【００８４】
動的コンプライアンス算出プロセス１０４の上記例示の実施形態では、吸着剤カートリッジの動的コンプライアンス挙動モデルは、研究室で経験的に求められる。それによって経験的に求められたモデルは、各システムに取り付けられた吸着剤カートリッジに適用される。したがって、この経験的に求められたモデルは、同じモデルが、システムに適用されている各吸着剤カートリッジに適用されるという意味で、固定的、すなわち静的である。
【００８５】
別の実施形態では、動的コンプライアンス挙動モデルの動的な決定を実行することができる。そのような動的な決定は、透析処置に先立ち、所与のシステムにおける所与のカートリッジの性能を事前に測定することによって個々の各吸着剤カートリッジ間の相違を考慮に入れる。このようにして、個々の各特定のカートリッジの特定のコンプライアンス挙動が考慮され、補償される。一例示の実施形態では、新しい吸着剤カートリッジがシステムに取り付けられ、初期化中、スケール３４において、貯留容器３２に存在する透析流体の流体重量の変化が、透析液流量の変化の結果として求められる。複数の流量が試験され、各流量についてスケール重量が求められ、コンプライアンス係数が、流量の変化に対するスケール重量の変化として求められる。
【００８６】
動的コンプライアンス挙動モデルの動的な決定の１つの例では、線形流体モデルを仮定するとともに、吸着剤カートリッジが線形流体抵抗体のように挙動すると仮定すると、抵抗曲線上の２つの異なる点がわかっている場合に、抵抗値について解くことができる。透析液流量を２つの一意の流量に設定することによって、抵抗曲線上の２つの点を求めることができる。その結果、これによって、線形抵抗Ｒに対応する曲線の傾きの計算が可能になる。特定のカートリッジについてのＲがわかると、その特定のカートリッジについてのスケール重量の補償を達成することができる。同様に、システム同定を用いて、システムのより高次のモデルの係数を計算することができる。例えば、透析液の流れに対応するランプ関数又は三角関数と、記録されたデータに対するフーリエ変換とを用いて、システムの時定数を求めることができ、したがって、その高次係数を求めることができる。
【００８７】
図６は、本発明の実施形態による、吸着剤カートリッジの現在の吸収重量を算出するステップ１０６を実行するための動作の詳細な流れ図である。上述したように、上述の吸着剤カートリッジ３０が示す動的コンプライアント挙動に加えて、吸着剤カートリッジ３０は、吸収挙動を更に示す。透析処置中に、吸着剤カートリッジ３０は、処置の時間が増加するにつれて、より多くの透析液を貯留する。上記の図４を参照すると、吸着剤カートリッジの吸収の線形モデルに基づいて、現在の吸収重量Ａ（ｔ）が、以下のように求められる。
【００８８】
【数４】
0005808816.tif 000005
この関係において、Ａ（ｔ）は、現在の吸収重量を表し、Ａ（ｔ−１）は、上記式の第１の部分であり、以前に算出された、すなわち、すぐ前の動作反復において算出された現在の吸収重量を表し、Ａｔｏｔａｌは、吸着剤カートリッジの所定の総吸収重量能力を表し、ｔｔｒｅａｔｍｅｎｔは、総治療時間を表し、Ｎｓａｍｐｌｅｓは、単位治療時間当たりのサンプル数を表す。総治療時間が４時間であり、サンプルレートが毎秒４サンプルである一例では、ｔｔｒｅａｔｍｅｎｔは（２４０分＊６０秒／分＝１４４００秒）であり、Ｎｓａｍｐｌｅｓは４である。この例では、吸着剤カートリッジの最大総吸収重量が１２５ｍｌとして求められるものと仮定すると、サンプルごとに、吸収重量Ａ（ｔ）は、（１２５ｍｌ／（（１４４００＊４）サンプル））、すなわち０．００２１７ｍｌ／サンプルずつ増加することになる。
【００８９】
図６の流れ図を参照すると、ステップ１２２において、最初に、現在の吸収重量Ａ（ｔ）が吸着剤カートリッジの所定の総吸収重量能力Ａｔｏｔａｌ以上であるか否かが判断される。現在の吸収重量Ａ（ｔ）が吸着剤カートリッジの所定の総吸収重量能力Ａｔｏｔａｌ以上である場合、ステップ１２６において、現在の吸収重量Ａ（ｔ）は、吸着剤カートリッジの所定の総吸収重量能力Ａｔｏｔａｌに等しくなるように設定される。
【００９０】
現在の吸収重量Ａ（ｔ）が吸着剤カートリッジの所定の総吸収重量能力Ａｔｏｔａｌ以上である場合、ステップ１２４において、現在の吸収重量Ａ（ｔ）は、式（３）において上述した関係に従って求められる。
【００９１】
図７は、本発明の実施形態による、補正されたスケール重量Ｃ（ｔ）を算出するステップ１０８を実行するための動作の詳細な流れ図である。上述したように、補償システム１２０は、ステップ１０４において算出された動的コンプライアンスとステップ１０６において計算された吸収レベルとによって、ステップ１０２においてサンプリングされたサンプリング重量信号４４を調整する。この実施形態では、現在のスケール重量Ｗ（ｔ）はステップ１３０において求められ（上記図３のステップ１０２参照）、現在の動的コンプライアンス重量Ｍ（ｔ）はステップ１３２において求められ（上記図３のステップ１０４参照）、現在の吸収重量Ａ（ｔ）はステップ１３４において求められる（上記図３のステップ１０６参照）。
【００９２】
補正されたスケール重量Ｃ（ｔ）は、ステップ１３６における調整の結果として算出される（上記図３のステップ１０８参照）。すなわち、
【００９３】
【数５】
0005808816.tif 000006
式中、Ｗ（ｔ）は重量信号４４の現在のサンプリングしたものを表し、Ｍ（ｔ）は現在の動的コンプライアンス重量を表し、Ａ（ｔ）は現在の吸収重量を表す。
【００９４】
図８は、図１のコントローラー４２の一例示の実施形態の詳細なブロック図である。コントローラー４２は、所望のアーキテクチャに応じて、多数の異なる構成のうちの任意のもので実装することができる複数の算出ユニットを備える。例えば、これらの算出ユニットは、プロセッサにおいて又はプロセッサと連携して動作するソフトウェアモジュール、及びファームウェア又はデジタルハードウェア若しくはアナログハードウェアを含むことができる。
【００９５】
この例示の実施形態では、コントローラー４２は、処置時間モジュール１５８、スケール重量サンプラーユニット１５０、動的コンプライアンス重量計算ユニット１５２、吸着剤カートリッジコンプライアンスモデル１８２、吸収重量計算ユニット１５４、重量補正ユニット１５６、現在限外濾過速度計算ユニット１６０、限外濾過速度コントローラー１６４、出力ポンプドライバーユニット１６６、及び入力ポンプドライバーユニット１６８を備える。
【００９６】
処置時間モジュール１５８は、処置の経過時間ｔを記録し、その経過時間ｔの値を、コントローラー４２と連携して動作するいずれのモジュール又はユニットにも利用可能にする。処置時間モジュール１５８は、隣接したスケールサンプル間の経過時間量又はコントローラー４２によって必要とされる他の任意の時間計算値も追跡することができる。
【００９７】
スケール重量サンプラーユニット１５０は、重量信号４４をサンプリングして、現在のサンプリング重量信号Ｗ（ｔ）を、例えば、図３のステップ１０２に関して上述した方法で与える。
【００９８】
動的コンプライアンス重量計算ユニット１５２は、現在の動的コンプライアンス重量Ｍ（ｔ）を、例えば、図３及び図５のステップ１０４に関して上述した方法で計算する。吸着剤カートリッジコンプライアンスモデル１８２は、上述したように、動的コンプライアンス重量計算ユニット１５２がアクセスすることができる。
【００９９】
吸収重量計算ユニット１５４は、現在の吸収重量Ａ（ｔ）を、例えば、図３及び図６のステップ１０６に関して上述した方法で計算する。
【０１００】
重量補正ユニット１５６は、現在のサンプリング重量信号Ｗ（ｔ）、現在の動的コンプライアンス重量Ｍ（ｔ）、及び現在の吸収重量Ａ（ｔ）を受信し、補正されたスケール重量Ｃ（ｔ）を、例えば、図３及び図７のステップ１０８に関して上述した方法で算出する。１つの例示の実施形態では、重量補正ユニット１５６は、加算器又は総和モジュールを備える。
【０１０１】
現在限外濾過速度計算ユニット１６０は、補正されたスケール重量信号Ｃ（ｔ）を受信し、更新後の測定された限外濾過速度ＵＦＲｍを計算する。１つの実施形態では、更新後の測定された限外濾過速度ＵＦＲｍは、例えば、上述した方法で、現在の補正されたスケール重量Ｃ（ｔ）と前の補正されたスケール重量Ｃ（ｔ−１）との差を、すぐ前のサンプル以後の経過時間ｔｓで除算したものの関数として計算される。
【０１０２】
【数６】
0005808816.tif 000007
限外濾過速度コントローラー１６４は、更新後の測定された限外濾過速度ＵＦＲｍを受信し、システム限外濾過速度に対する調整が必要であるか否かを判断する。上述したように、１つの例示の実施形態では、この動作は、測定された限外濾過速度ＵＦＲｍを周期的に監視してこの限外濾過速度を所望の限外濾過速度ＵＦＲｄと比較する比例積分微分コントローラー（ＰＩＤ）によって実行される。１つの例示の実施形態では、所望の限外濾過速度ＵＦＲｄは、医師によって指示され、通常、この値は、０．７５リットル／時間〜２リットル／時間の範囲にある。１つの例示の実施形態では、所望の限外濾過速度ＵＦＲｄは、レジスタ１６２に記憶されるか又はコントローラー４２に利用可能なメモリ等の他の記憶媒体に記憶される。ＰＩＤが、処置の限外濾過速度に対する調整が必要であると判断
した場合、出力ポンプドライバーユニット１６６への出力信号１６５Ａ及び／又は入力ポンプドライバーユニット１６８への出力信号１６５Ｂが、限外濾過速度を変更するように制御される。
【０１０３】
出力ポンプドライバーユニット１６６及び入力ポンプドライバーユニット１６８は、限外濾過速度コントローラー１６４から制御信号１６５Ａ、１６５Ｂを受信し、それぞれ出力速度信号４８を出力ポンプ３８に与え、入力速度信号４６を入力ポンプ３６に与える。
【０１０４】
様々な実施形態では、コントローラー４２は、データを記憶するとともに電子情報（例えばデータ）記憶システム１７０からデータバス１８０を介してデータを取り出す単一のプロセッサ、例えば中央処理装置（ＣＰＵ）を備えることができる。当業者によって理解されるように、コントローラー４２は、特定の一組の構成要素、ユニット又はモジュールを用いて示されているが、本発明に適用可能な実施形態はこれらに限定されるものではない。列挙された構成要素、ユニット又はモジュール間のタイプ、数及び接続は、単なる例示にすぎず、限定を意図するものではないことが理解される。
【０１０５】
この例示的な実施形態では、コントローラー４２は、ＣＰＵとして実装することができる。このＣＰＵは、汎用マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ若しくはマイクロコントローラー、又はそれらの組み合わせ等の、当該技術分野で知られている（又は今後開発される）様々なタイプのプロセッサのうちの任意のものを含むことができる。このＣＰＵは、記憶システム１７０に動作可能に結合することができ、コンピュータープログラム命令のシーケンスを実行して、本明細書において説明された動作に関連付けられた様々なプロセス及び機能を実行するように構成することができる。これらのコンピュータープログラム命令は、記憶システム１７０又は他のロケーションに示された記憶媒体のうちの任意の１つ又は複数にロードすることができる。
【０１０６】
記憶システム１７０は、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１７２、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１７４、フラッシュメモリ１７１、又は他のメモリカード（図示せず）等の様々な半導体メモリデバイスのうちの任意のものを含むことができる。記憶システム１７０は、少なくとも１つのデータベース１７６、少なくとも１つの記憶装置若しくは記憶システム１７８、又はそれらの組み合わせを更に含むことができる。記憶装置１７８は、コントローラー４２が、本明細書において説明された様々なプロセス及び機能を実行するのに必要とし得る情報及び命令を記憶するように構成された任意のタイプの大容量記憶媒体を含むことができる。例として、データ記憶装置１７８は、ディスク記憶システム又はテープ記憶システムを含むことができる。ディスク記憶システムは、光記憶媒体又は磁気記憶媒体を含むことができる。これらの光記憶媒体又は磁気記憶媒体には、フロッピードライブ、ジップドライブ、ハードドライブ、「サム（thumb）」ドライブ、読み出し／書き込みＣＤ−ＲＯＭ又は他のタイプの記憶システム若しくは記憶装置が含まれるが、これらに限定されるものではない。テープ記憶システムは、磁気テープ、又は他のタイプのテープシステムを含むことができる。
【０１０７】
図８には図示していないが、吸着剤カートリッジ３０によって出力される新鮮な透析液に注入液貯留容器６０（上記図１参照）から加えられる注入液材料は、処置の時間にわたって補償する必要がある或る特定の重量を有することに留意すべきである。或る特定の実施形態では、注入液重量は、注入液貯留容器６０の重量を測定するスケールによって監視される。注入液重量は、例えば、透析液流量の１／３４２の速度でシステム内に徐々に配分（proportioned）される。この注入液は、吸着剤カートリッジがカチオン（Ｃａ＋＋、Ｍｇ＋＋、及びＫ＋＋）を透析液から抜き取るので、透析液内に配分される。注入液濃度は、指示によって定められ、患者の体内のカチオン電解質を浸透圧的にバランスさせるために透析液内に配分される。透析液が患者に適合しているとき、ダイアライザーにおいて
、患者から透析液内への電解質の浸透移行（osmotic transfer）は生じない。ダイアライザーが交換された後に、透析液がカートリッジを通過するとき、カートリッジは、イオン性含有物を除去する。これを考慮して、注入液は、患者内の電解質を保つために、透析液が流れている間、連続的に注入される。１つの実施形態では、注入液は、処置の透析液流量とスケールにおける注入液貯留容器の重量とに基づいて、コントローラー４２又は別の専用コントローラーによって配分することができる。
【０１０８】
図９及び図１０のグラフは、吸着剤カートリッジのコンプライアント挙動を表している。代表的なデータは、オクラホマ州オクラホマシティにあるSorb Technologyによって製造された「Ｈｉ−ｓｏｒｂ  Ｒ−３５００」吸着剤カートリッジ等の吸着剤カートリッジ３０を用いる、図１に示すタイプの透析液再生型透析システムが治療に配置されることを仮定している。Sorb Technologyは、マサチューセッツ州ウォルサムにあるFresenius Medical Care North Americaの全額出資子会社である。ダイアライザーを通る血液流量は、５００ｍｌ／ｍｉｎの通常速度となるように選択される。
【０１０９】
代表的な治療の第一部では、透析液再生型透析システムの透析液流量を、２００ｍｌ／ｍｉｎの通常速度となるように選択する。上述したように、透析液流量を入力ポンプ３６の入力流量として決定する。透析液貯留容器３２に含まれる透析液の実際のスケール重量をスケール３４によって測定し、その結果の重量信号を初期時点ｔ０から最終時点ｔｆまで追跡した。
【０１１０】
図９は、代表的な治療の第一部における初期時点ｔ０から最終時点ｔｆまでのスケール３４によって出力された重量信号４４の追跡結果を示すグラフである。
【０１１１】
初期時点ｔ０において、初期透析液重量Ｗ０をスケール３４によって測定する。この初期重量Ｗ０は、初期時点ｔ０において透析液貯留容器３２に存在する透析液の初期体積を表す。初期時点ｔ０と最終時点ｔｆとの間において、透析液流量を２００ｍｌ／ｍｉｎの通常速度となるように制御した。１つの例では、したがって、入力ポンプの入力流量を２００ｍｌ／ｍｉｎに設定し、したがって、１０ｍｌ／ｍｉｎの正の限外濾過速度を確保するために、出力ポンプの出力流量を２１０ｍｌ／ｍｉｎに設定した。初期時点ｔ０と第１の時点ｔ１との間の測定された重量信号グラフ７０の正の傾きは、処置中の正の限外濾過速度の結果として透析液貯留容器３２に貯留される透析液の体積の増加を示している。これは、体液が、処置中にダイアライザー２０を通じて患者から引き出されていたことを示している。
【０１１２】
第１の時点ｔ１において、システムの透析液流量を２００ｍｌ／ｍｉｎの通常速度から別の４００ｍｌ／ｍｉｎの通常速度に変更した。したがって、入力ポンプ３６の入力流量を２００ｍｌ／ｍｉｎから４００ｍｌ／ｍｉｎに変更し、それに応じて、１０ｍｌ／ｍｉｎの正の限外濾過速度を維持するために、出力ポンプ３８の出力流量を２１０ｍｌ／ｍｉｎから４１０ｍｌ／ｍｉｎに変更した。この第１の時点ｔ１において、スケールによって測定された透析液の重量は第１の重量Ｗ１であった。
【０１１３】
第１の時点ｔ１において透析液流量を２００ｍｌ／ｍｉｎから４００ｍｌ／ｍｉｎに変更した結果として、第１の時点ｔ１と第２の時点ｔ２との間の時間帯の間でそれぞれ第１の重量Ｗ１から第２の重量Ｗ２への透析液貯留容器３２内の透析液の測定された重量信号の即座の降下が発生したことを見て取ることができる。透析液貯留容器内の透析液の重量は、この時間帯中に、第１の重量Ｗ１から第２の重量Ｗ２に降下し、そのため、測定された重量信号は正確である。しかしながら、流体は患者に逆輸送されていなかった。代わりに、上述したように、透析液流量が２００ｍｌ／ｍｉｎから４００ｍｌ／ｍｉｎに増加した結果、吸着剤カートリッジ３０が示すコンプライアント挙動に起因して、流体は、この
時間帯中、透析液貯留容器３２から吸着剤カートリッジ３０に移動している。第２の時点ｔ２と最終時点ｔｆとの間において、透析液流量を４００ｍｌ／ｍｉｎに維持した。吸着剤カートリッジは、透析液流量の増加の結果としてのそのコンプライアント挙動に起因して、移動した追加流体を貯留し続ける。第２の時点ｔ２と最終時点ｔｆとの間のグラフの正の傾きは、処置のこの期間中の正の限外濾過速度の結果として、透析液貯留容器３２に貯留される透析液の体積の増加を示している。これは、流体が処置のこの期間中にダイアライザー２０を通じて患者から引き出されていたことを示している。
【０１１４】
第１の時点ｔ１と第２の時点ｔ２との間において、何らの補正措置も補償措置もないことから、第１の時点ｔ１に対して、システムは、所望の限外濾過速度と同じペースを保っていないように見えるので、コントローラー４２は、第１の重量Ｗ１から第２の重量Ｗ２に低減した重量測定値を、限外濾過速度を増加させるべきとの指示として判断する可能性がある。同様に、第２の時点ｔ２と最終時点ｔｆとの間において、何らの補正措置も補償措置もないので、コントローラー４２は、同様の適切でない判断を行う可能性がある。
【０１１５】
代表的な治療の第二部では、透析液再生型透析システムの透析液流量を、４００ｍｌ／ｍｉｎの通常速度になるように選択する。上述したように、透析液流量を入力ポンプ３６の入力流量として決定する。透析液貯留容器３２に含まれる透析液の実際のスケール重量をスケール３４によって測定し、その結果の重量信号を初期時点ｔ０から最終時点ｔｆまで追跡した。
【０１１６】
図１０は、代表的な治療の第二部における初期時点ｔ０から最終時点ｔｆまでのスケール３４によって出力された重量信号４４の追跡結果を示すグラフである。
【０１１７】
初期時点ｔ０において、初期透析液重量Ｗ０をスケール３４によって測定する。この初期重量Ｗ０は、初期時点ｔ０において透析液貯留容器３２に存在する透析液の初期体積を表す。初期時点ｔ０と最終時点ｔｆとの間において、透析液流量を４００ｍｌ／ｍｉｎの通常速度になるように制御した。１つの例では、したがって、入力ポンプの入力流量を４００ｍｌ／ｍｉｎに設定し、したがって、１０ｍｌ／ｍｉｎの正の限外濾過速度を確保するために、出力ポンプの出力流量を４１０ｍｌ／ｍｉｎに設定した。初期時点ｔ０と第１の時点ｔ１との間の測定された重量信号グラフ７４の正の傾きは、処置中の正の限外濾過速度の結果として透析液貯留容器３２に貯留される透析液の体積の増加を示している。これは、体液が、処置中にダイアライザー２０を通じて患者から引き出されていたことを示している。
【０１１８】
第１の時点ｔ１において、システムの透析液流量を４００ｍｌ／ｍｉｎの通常速度から別の２００ｍｌ／ｍｉｎの通常速度に変更した。したがって、入力ポンプ３６の入力流量を４００ｍｌ／ｍｉｎから２００ｍｌ／ｍｉｎに変更し、それに応じて、１０ｍｌ／ｍｉｎの正の限外濾過速度を維持するために、出力ポンプ３８の出力流量を４１０ｍｌ／ｍｉｎから２１０ｍｌ／ｍｉｎに変更した。この第１の時点ｔ１において、スケールによって測定された透析液の重量は第１の重量Ｗ１であった。
【０１１９】
第１の時点ｔ１において透析液流量を４００ｍｌ／ｍｉｎから２００ｍｌ／ｍｉｎに変更した結果として、第１の時点ｔ１と第２の時点ｔ２との間の時間帯の間でそれぞれ第１の重量Ｗ１から第２の重量Ｗ２への透析液貯留容器３２内の透析液の測定された重量信号の即座の上昇が発生したことを見て取ることができる。透析液貯留容器内の透析液の重量は、この時間帯中に、第１の重量Ｗ１から第２の重量Ｗ２に増加し、そのため、測定された重量信号は正確である。しかしながら、増加した流体の量は、その時間帯中、患者から抜き出されていなかった。代わりに、上述したように、透析液流量が４００ｍｌ／ｍｉｎから２００ｍｌ／ｍｉｎに減少した結果として吸着剤カートリッジ３０が示すコンプライ
アント挙動に起因して、流体は、この時間帯中、吸着剤カートリッジ３０から透析液貯留容器３２に移動している。第２の時点ｔ２と最終時点ｔｆとの間において、透析液流量を２００ｍｌ／ｍｉｎに維持した。移動した流体は、透析液流量の減少の結果としての吸着剤カートリッジ３０のコンプライアント挙動に起因して、透析液貯留容器３２に留まる。第２の時点ｔ２と最終時点ｔｆとの間のグラフの正の傾きは、処置のこの期間中の正の限外濾過速度の結果として、透析液貯留容器３２に貯留される透析液の体積の増加を示している。これは、流体が処置のこの期間中にダイアライザー２０を通じて患者から引き出されていたことを示している。
【０１２０】
第１の時点ｔ１と第２の時点ｔ２との間において、何らの補正措置も補償措置もないことから、第１の時点ｔ１に対して、システムは、所望の限外濾過速度を上回り続けているように見えるので、コントローラー４２は、第１の重量Ｗ１から第２の重量Ｗ２に増加した重量測定値を、限外濾過速度を減少させるべきとの指示として判断する可能性がある。同様に、第２の時点ｔ２と最終時点ｔｆとの間において、何らの補正措置も補償措置もないので、コントローラーは、同様の適切でない判断を行う可能性がある。
【０１２１】
上述した代表的な治療中、透析液再生型透析システムの吸着剤カートリッジが示すコンプライアント挙動を補償するようにコントローラー４２をプログラムした。図９を再び参照すると、第２のグラフが、測定された重量信号４４に基づいてコントローラー４２によって自動的に計算された代表的な補償重量信号７２を提供する。その結果の補償された重量信号７２は、スケール３４によって測定された、透析液貯留容器３２に存在する透析流体に加えて、この実験処置中に吸着剤カートリッジ３０に存在すると計算されたあらゆる追加透析流体も反映したものである。
【０１２２】
初期時点ｔ０と第１の時点ｔ１との間において、補償された重量信号７２が、測定された重量信号７０に追従していたことを図９に見て取ることができる。これに続いて、第１の時点ｔ１と第２の時点ｔ２との間において、実際の重量信号７０は、上述したように、透析液流量が２００ｍｌ／ｍｉｎから４００ｍｌ／ｍｉｎに増加したことに起因して、透析液貯留容器３２から吸着剤カートリッジ３０への透析液の移動が進んだ結果、次第に減少していく。第１の時点ｔ１から開始して、コントローラー４２は、新たな透析液流量への移行を反映するように補償量を変更する。第１の時点ｔ１と第２の時点ｔ２との間の短い期間中、補償された重量信号７２が短時間の間、一時的に上方に逸れて、その後、予想レベル内に落ち着くことを見て取ることができる。これは、吸着剤カートリッジのコンプライアント挙動のモデル化の不完全性に起因したものである。しかしながら、上方への逸れは、重要ではなく、所望の補償された重量測定値７２の約１％〜２％程度の一時的な増加を表している。第１の時点ｔ１と第２の時点ｔ２との間の移行時間帯に続いて、補償された重量信号７２は、正の限外濾過速度を表す線形の上方傾向に戻る。
【０１２３】
実際の重量Ｗ（ｔ）信号７０は、第１の時点ｔ１と第２の時点ｔ２との間で非線形挙動を示すことに留意すべきである。そのような非線形挙動は、第１の時点ｔ１における透析液流量の変化に続く時間帯中の吸着剤カートリッジ３０の流体容量性（fluidic capacitive）及び流体誘導性（fluidic inductive）のコンプライアント挙動に帰することができる。この時間中の補償された重量信号Ｍ（ｔ）信号７２の上方の逸れは、カートリッジの非線形コンプライアント挙動を補正する非線形の２次モデル又は３次モデルを適用することによって更に補正することができる。しかしながら、必要とされる精密度に応じて、小さな上方の逸れをもたらす１次モデルで十分であると判断することもできる。
【０１２４】
初期時点ｔ０と第１の時点ｔ１との間及び第２の時点ｔ２と最終時点ｔｆとの間の補償された重量信号７２の線形部分の傾きは概ね等しく、これは、出力ポンプ３８の出力ポンプ速度が、移行の前後で同じ限外濾過速度を維持するために移行の時点ｔ１において対応
して調整され、したがって、同じ限外濾過速度が、２００ｍｌ／ｍｉｎ及び４００ｍｌ／ｍｉｎのそれぞれの異なる透析液流量において維持されたことを示している。これとは対照的に、初期時点ｔ０と第１の時点ｔ１との間及び第２の時点ｔ２と最終時点ｔｆとの間の実際の重量信号７０の線形部分の傾きは概ね等しいが、それらの重量値は、透析液流量の増加の結果として透析流体貯留容器３２から吸着剤カートリッジ３０に移動した流体と一致するように、グラフのｙ軸にずれている。
【０１２５】
第２の時点ｔ２と最終時点ｔｆとの間における実際の測定された重量７０と補償された重量７２との間の第１のずれＯｆｆ１は、実質的に一定であり、補償された重量Ｍ（ｔ）と実際の測定された重量Ｗ（ｔ）との間の差を表す。この差は、透析液流量が２００ｍｌ／ｍｉｎから４００ｍｌ／ｍｉｎに増加した結果として吸着剤カートリッジ３０に移動した透析液の量である。
【０１２６】
補償された重量信号７２は、初期時点ｔ０と最終時点ｔｆとの間において患者から抜き出された体液の量をはるかに厳密に反映していることが図９のグラフから見て取ることができる。特に、補償された重量信号７２は、吸着剤カートリッジ３０及びコンプライアントに挙動し得る他のシステム構成要素におけるコンプライアント挙動を補償する。本発明の一実施形態では、補償された重量信号７２は、コントローラー４２が、安全で正確でかつ患者に対して有効な方法で透析処置の限外濾過速度を制御するように、入力速度信号４６及び出力速度信号４８に対する更に自動化された調整を行って入力ポンプ３６及び出力ポンプ３８をそれぞれ調整するのに用いられる。
【０１２７】
図１０を再び参照すると、この図の第２のグラフは、収集された重量信号４４に基づいてコントローラー４２によって自動的に計算された代表的な補償重量信号７６を同様に提供する。その結果の補償された重量信号７６は、スケール３４によって測定された、透析液貯留容器３２に存在する透析流体に加えて、この実験処置中に吸着剤カートリッジ３０に存在すると計算されたあらゆる追加透析流体も反映したものである。
【０１２８】
初期時点ｔ０と第１の時点ｔ１との間において、補償された重量信号７６が、測定された重量信号７４に追従していたことを図１０に見て取ることができる。これに続いて、第１の時点ｔ１と第２の時点ｔ２との間において、実際の重量信号７４は、上述したように、透析液流量が４００ｍｌ／ｍｉｎから２００ｍｌ／ｍｉｎに減少したことに起因して、吸着剤カートリッジ３０から透析液貯留容器３２への透析液の移動が進んだ結果、次第に増加していく。第１の時点ｔ１から開始して、コントローラー４２は、新たな透析液流量への移行を反映するように補償量を変更する。第１の時点ｔ１と第２の時点ｔ２との間の短い期間中、補償された重量信号７６が短時間の間、一時的に下方に逸れて、その後、予想レベル内に落ち着くことを見て取ることができる。図９に関して上記で述べた代表的な治療と同様に、これは、吸着剤カートリッジのコンプライアント挙動のモデル化の不完全性に起因したものである。しかしながら、下方への逸れは、重要ではなく、所望の補償された重量測定値７６の約１％〜２％程度の一時的な減少を表している。第１の時点ｔ１と第２の時点ｔ２との間の移行時間帯に続いて、補償された重量信号７６は、標準的な所望の正の限外濾過速度を表す線形の上方傾向に戻る。
【０１２９】
図９と同様に、図１０の代表的なデータにおいても、実際の重量Ｗ（ｔ）信号７４は、第１の時点ｔ１と第２の時点ｔ２との間で非線形挙動を示すことに留意すべきである。そのような非線形挙動は、第１の時点ｔ１における透析液流量の変化に続く時間帯中の吸着剤カートリッジ３０の流体容量性及び流体誘導性のコンプライアント挙動に帰することができる。この時間中の補償された重量信号Ｍ（ｔ）信号７６の下方の逸れは、カートリッジの非線形コンプライアント挙動を補正する非線形の２次モデル又は３次モデルを適用することによって更に補正することができる。しかしながら、必要とされる精密度に応じて
、小さな下方の逸れをもたらす１次モデルで十分であると判断することもできる。
【０１３０】
初期時点ｔ０と第１の時点ｔ１との間及び第２の時点ｔ２と最終時点ｔｆとの間の補償された重量信号７６の線形部分の傾きは概ね等しく、これは、出力ポンプ３８の出力ポンプ速度が、移行の前後で同じ限外濾過速度を維持するために移行の時点ｔ１において対応して調整され、したがって、同じ限外濾過速度が、４００ｍｌ／ｍｉｎ及び２００ｍｌ／ｍｉｎのそれぞれの異なる透析液流量において維持されたことを示している。これとは対照的に、初期時点ｔ０と第１の時点ｔ１との間及び第２の時点ｔ２と最終時点ｔｆとの間の実際の重量信号７４の線形部分の傾きは概ね等しいが、それらの重量値は、透析液流量の増加の結果として吸着剤カートリッジ３０から透析流体貯留容器３２に移動した流体と一致するように、グラフのｙ軸の方向にずれている。
【０１３１】
第２の時点ｔ２と最終時点ｔｆとの間における実際の測定された重量７４と補償された重量７６との間の第２のずれＯｆｆ２は、実質的に一定であり、補償された重量Ｍ（ｔ）と実際の測定された重量Ｗ（ｔ）との間の差を表す。この差は、透析液流量が４００ｍｌ／ｍｉｎから２００ｍｌ／ｍｉｎに減少した結果として貯留容器カートリッジ３２に移動した透析液の量である。
【０１３２】
補償された重量信号７６は、初期時点ｔ０と最終時点ｔｆとの間において患者から抜き出された体液の量をはるかに厳密に反映していることが図１０のグラフから見て取ることができる。特に、補償された重量信号７６は、吸着剤カートリッジ３０及びコンプライアントに挙動し得る他のシステム構成要素におけるコンプライアント挙動を補償する。本発明の一実施形態では、補償された重量信号７６は、コントローラー４２が、安全で正確でかつ患者に対して有効な方法で透析処置の限外濾過速度を制御するように、入力速度信号４６及び出力速度信号４８に対する更に自動化された調整を行って入力ポンプ３６及び出力ポンプ３８をそれぞれ調整するのに用いられる。
【０１３３】
再び図１を参照すると、吸着剤カートリッジ３０は、尿毒症毒素を除去することができる吸着剤カートリッジを収容するハウジングを備えることができる。幾つかの実施形態では、このカートリッジは使い捨て式である。このカートリッジは、例えば、使用後にハウジングから取り除いて除去することができるように構成することができる。その後、この交換されるカートリッジを、システム２８のその後の使用のために同様のカートリッジと交換することができる。このカートリッジは、過度の量のカチオン（例えば、カルシウム、マグネシウム、ナトリウム、カリウム）又は必須イオンを除去も吸着もすることなく、重金属（例えば、鉛、水銀、ヒ素、カドミウム、クロム及びタリウム）、オキシダント（例えば、塩素及びクロラミン）、尿素、リン酸塩及び他の尿毒症代謝老廃物（例えば、クレアチニン及び尿酸）をその溶液から除去することができる一連の層を用いることによって、水を浄化して、使用済み透析溶液を再生することができる。
【０１３４】
幾つかの実施形態では、前述の機能を実行する吸着剤カートリッジの構成要素は、活性炭を含む浄化層と、重合リン酸塩結合剤又はイオン交換吸着剤を含むイオン交換層と、強酸カチオン交換樹脂及び塩基性樹脂（複数の場合もある）又は尿素分解酵素及びイオン交換吸着剤を、カチオンを拒絶する組成物（例えば、本明細書において更に説明される平膜／中空繊維、イオン交換膜、又は尿素除去成分を囲む被包）とともに含む尿素除去層とを含む。
【０１３５】
或る特定の実施形態では、吸着剤カートリッジは、次の層及び材料、すなわち、炭酸ジルコニウムナトリウム又は他のアルカリ金属−第ＩＶ族金属−炭酸塩；リン酸ジルコニウム又は他のアンモニア吸着剤；アルミナ又は他の類似材料；アルミナ担持ウレアーゼ若しくは他の固定化酵素層、又は珪藻土若しくは酸化ジルコニウム等の、尿素をアンモニアに
変換する他の材料；及び炭等の粒状活性炭、又は他の吸着剤を含む。炭酸ジルコニウムナトリウム成分は、リン酸塩吸着剤として働くことができる。酸化ジルコニウムは、リン酸塩を除去するカウンターイオン又はイオン交換体として働くことが可能であり得るとともに、含水酸化ジルコニウム（例えば、酢酸塩を含有する含水酸化ジルコニウム）の形態とすることができる。酸化ジルコニウムは、カートリッジ内に配置されたとき、炭酸ジルコニウムナトリウムと混合することもできる。
【０１３６】
吸着剤カートリッジのいずれかの実施形態において用いることができる尿素分解酵素の非限定的な例には、天然に存在する酵素（例えば、タチナタマメ、他の種子又は細菌由来のウレアーゼ）、（例えば、尿素分解酵素を発現及び／又は分泌する細菌、真菌、昆虫又は哺乳類の細胞における）組換え技術によって生成される酵素、又は人工的に生成される（例えば、合成される）酵素が含まれる。幾つかの実施形態では、酵素はウレアーゼである。
【０１３７】
或る特定の実施形態では、吸着剤カートリッジは、中空繊維を更に含む。これらの中空繊維は、正荷電イオンを拒絶することができるとともに、カートリッジの容量を増加させることができる。中空繊維は、イオン拒絶材料で被覆することができる。このイオン拒絶材料は、水浄化様機構によって、尿素が通ることを可能にするが、カルシウム及びマグネシウム等の正荷電イオンを拒絶する。この中空繊維を被覆する材料は、カルシウム及びマグネシウムを効果的に拒絶することができ、したがって、透析溶液中にイオンを保持することができるような、当業者に知られている任意の材料（例えば、脂肪酸又はポリマー鎖様ポリスルホン）とすることができる。一般に、この効果を得るために、材料自体が、正に荷電される。幾つかの実施形態では、例えば、中空繊維を被覆するのに用いられる材料は、酢酸セルロース（例えば三酢酸セルロース）である。被覆される中空繊維は、市販されており（例えば、Fresenius Medical Care North America）、当業者に入手可能な任意の所望のイオン拒絶材料で被覆することできる。
【０１３８】
代替的に、中空繊維は、イオン選択性ナノ濾過膜を含むことができる。そのような膜は、複数の供給元（例えば、Amerida、Koch、GE、Hoechst、及びDow Chemical）から市販されている。これらの膜は、イオン物質が膜を通って拡散することを防止する細孔径を有する。例えば、２価以上の負電荷を有するイオン（例えば、硫酸塩及びリン酸塩）を拒絶する能力を有する一方で単一荷電イオンが通過することを可能にするナノ濾過膜があり、その逆のものもある。いずれの場合も、中空繊維装置は、様々な寸法で利用可能であり、家庭内システムでの使用向けのサイズとすることができる交換可能カートリッジに納まるほどの小型でありさえすればよい。
【０１３９】
或る特定の実施形態において、吸着剤カートリッジは、上述したような正荷電材料で覆われた平膜を更に含むことができる。さらに、この膜は、正荷電イオンの通過を制限するイオン交換（例えばアニオン）膜とすることができる（例えば、Ａｓｔｒｏｍ（商標）、Ｎｅｏｓｅｐｔａ（商標）、ＡＦＸアニオン交換膜、ＰＣＡ  ＧｍｂＨ  ＰＣ−ＳＡアニオン交換膜）。有利なことに、このイオン交換膜は、リン酸塩を吸着する能力も有する。
【０１４０】
カートリッジ及び／又はその成分若しくは層は、必要な場合には（例えば、飽和、損傷、消耗）、交換（例えば、膜、尿素分解酵素）し、再生（例えば、樹脂、吸着剤）し、及び／又は再利用のために滅菌することができる。さらに、カートリッジ全体は、交換可能とすることができ、したがって、例えば、カートリッジの再生効率が（例えば、層の飽和によって）低下するか、又はカートリッジが摩耗若しくは損傷してきた場合に、透析システムから除去することができる。
【０１４１】
吸着剤カートリッジの更なる例は、米国特許第６，８７８，２８３号；米国特許第７，
０３３，４９８；マサチューセッツ州ウォルサムにあるFresenius Medical Care North Americaの全額出資子会社である、オクラホマ州オクラホマシティにあるSorb Technologyから入手可能なＲＥＤＹカートリッジ；並びに「Sorbent Dialysis Primer」（COBE Renal Care、Inc. September 4, 1993 Edition）及び「Rx Guide to Custom Dialysis」（COBE Renal Care Inc. Revision E. September 1993）に記載されている。これらは全て、その全開示内容が引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【０１４２】
様々なユニットを接続するチューブ、様々な圧力変換器、システムの他の水圧構成要素を含み、また、温度センサー、圧力センサー、光学式アンモニアセンサー、超音波流量センサー、気泡検出器、ヘパリンポンプ及び注入液ポンプを含む、図１のシステムにおける他のユニットが、コンプライアントに挙動することができる。現在のシステムでは、コンプライアント挙動を示す水圧変換器を、過度の圧力スパイクを防止する安全機構として用いることができる。限界を超えた圧力状態が確認されたとき、処置を停止することができ、可視アラーム又は可聴アラームを起動することができる。
【０１４３】
しかしながら、吸着剤カートリッジ３０が示すコンプライアンスの量、及び吸着剤カートリッジ３０に含まれる流体の体積に対して、システム内の他の構成要素のコンプライアント挙動は、合計しても、移動した透析流体の小さな割合、例えば、数分の１ミリリットル程度にしかならず、一般に、合計しても、吸着剤カートリッジが示すコンプライアンスよりも少なくとも１桁少ない。本発明の実施形態は、これらの他のユニットにおけるコンプライアンス挙動を補償することにも等しく有効である。
【０１４４】
当業者であれば、上述した実施形態に基づいて本発明の更なる特徴及び利点を理解するであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲によって示されている場合を除いて、特に図示及び説明されたものによって限定されるべきではない。本明細書で引用された全ての刊行物及び参考文献は、その全体が引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【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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