(57)【要約】  本発明は、患者の治療、好ましくは血液透析、血液透析濾過、および腹膜透析の少なくとも１つを監視する方法に関する。当該方法は、治療に用いられる透析液の試料を少なくとも第１照射波長の照射光で照射するステップと、照射された試料から放射された光を第照射波長とは異なる少なくとも第１検出波長で検出するステップと、検出光に基づいて試料における少なくとも１つの被分析物の存在と濃度の少なくとも一方を特定するステップとを備えている。【選択図】図１
2014518517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の治療、好ましくは血液透析、血液透析濾過、および腹膜透析の少なくとも１つを監視する方法であって、
治療に用いられる透析液の試料を少なくとも第１照射波長の照射光で照射するステップと、
照射された試料から放射された光を第照射波長とは異なる少なくとも第１検出波長で検出するステップと、
検出光に基づいて試料における少なくとも１つの被分析物の存在と濃度の少なくとも一方を特定するステップと、
を備えている、方法。
【請求項２】
前記検出光は、蛍光を含んでおり、
前記試料における少なくとも１つの被分析物の存在と濃度の少なくとも一方は、検出された前記蛍光に基づいて特定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記試料における前記被分析物の存在と濃度の少なくとも一方は、相違する少なくとも第１波長と第２波長を有する検出光に基づいて特定され、
これに加えてあるいは代えて、
前記試料における前記被分析物の存在と濃度の少なくとも一方は、前記検出光のスペクトルに基づいて特定される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記照射光は紫外光であり、好ましくは１８０ｎｍから４００ｎｍの波長を有する光であり、より好ましくは２５０ｎｍから３００ｎｍの波長を有する光であり、最も好ましくは２８０ｎｍと２９５ｎｍの少なくとも一方であり、
これに加えてあるいは代えて、
前記試料は、少なくとも２つの分離・区別された波長、好ましくは２８０ｎｍと２９５ｎｍの波長の照射光で照射される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記試料中における前記照射光の強度が特定されるとともに、当該照射光の強度に基づいて前記試料における前記被分析物の存在と濃度の少なくとも一方の特定が補償され、
好ましくは、前記試料中における前記照射光の吸収が測定されるとともに、当該測定された吸収に基づいて前記照射光の強度が特定され、
好ましくは、前記試料中における前記照射光の吸収は、当該試料を透過した光を検出する光検出器により測定され、
これに加えてあるいは代えて、
前記試料のラマン散乱光が取得されるとともに、当該取得されたラマン散乱光に基づいて前記試料中における前記照射光の強度が特定され、
これに加えてあるいは代えて、
好ましくは、前記試料のラマンスペクトルと、水中におけるラマン散乱光の強度ピークの少なくとも一方が取得される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記検出光は時分割方式で検出され、好ましくは、前記照射光がパルス化される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記試料は偏光で照射され、好ましくは、右円偏光と左円偏光の少なくとも一方で照射される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記試料から放射される光は、少なくとも２回検出され、
１回目の検出と２回目の検出の間に、前記試料は物理的な処理と化学的処理の少なくとも一方を施されるとともに、当該１回目の検出と当該２回目の検出間の差異を考慮して、前記被分析物の存在と濃度の少なくとも一方が特定され、
好ましくは、加熱と、試薬の添加と除去の少なくとも一方と、酸の添加と除去の少なくとも一方と、塩の添加と除去の少なくとも一方のうち、少なくとも１つが前記試料に対して行なわれる、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記試料は、前記被分析物の存在と濃度の少なくとも一方を遂行するために、透析液の流れから分離され、または
前記被分析物の存在と濃度の少なくとも一方の特定は、透析液の流れにおいて連続的に遂行される、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記試料を前記照射光で照射する前に、当該試料は、好ましくは超濾過、電気泳動、クロマトグラフィ、アブソーバの追加、および蛍光マーカの添加の少なくとも１つによって分画され、
分画された前記試料の少なくとも１つは、前記照射光により照射される、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも２つの異なる被分析物の存在と濃度の少なくとも一方が、前記検出光に基づいて特定され、
好ましくは、特定の照射波長による励起後において、前記検出光ｆ(λ)を分析することにより、少なくともＮ個の被分析物の存在について当該検出光が分析され、
前記検出光ｆ(λ)は、前記Ｎ個の被分析物のスペクトルの線形重ね合わせ形式である次式で与えられ、
【数１】
2014518517.tif 000014
ｃｉは、ｉ番目の被分析物の未知の濃度であり、ｓｉ(λ)は、各放射波長λの関数としての、ｉ番目の被分析物の既知の放射感度であり、
好ましくは、上式は、次式で表わされるＮ個の未知数を含むＭ個の方程式系として考慮することにより、Ｍ個の異なる離散した放射波長λｊにおけるスペクトルを特定することによって、未知の濃度ｃｉについて解かれ、
【数２】
2014518517.tif 000015
好ましくは、上記の行列に代入したときに実測スペクトルからの二乗偏差が最小となる重ね合わせスペクトルを与える値を、上記の方程式系に対する最適解として考えることにより、上式が数値計算的に解かれる、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
患者の治療、好ましくは血液透析、血液透析濾過、および腹膜透析の少なくとも１つを監視する装置であって、
治療に用いられる透析液の試料を少なくとも第１照射波長の照射光で照射する光源（７）と、
照射された試料から放射された光を第照射波長とは異なる少なくとも第１検出波長で検出する検出器（９）と、
検出光に基づいて試料における少なくとも１つの被分析物の存在と濃度の少なくとも一方を特定する制御・分析ユニット（１１）と、
を備えている、装置。
【請求項１３】
前記光源は、前記照射光として紫外光域の光を出射し、好ましくは１８０ｎｍから４００ｎｍの波長を有する光であり、より好ましくは２５０ｎｍから３００ｎｍの波長を有する光であり、最も好ましくは２８０ｎｍと２９５ｎｍの少なくとも一方であり、
前記光源は、好ましくはＡｌＩｎＧａＮダイオードであり、
これに加えてあるいは代えて、
前記光源は、少なくとも２つの分離・区別された波長、好ましくは２８０ｎｍと２９５ｎｍの波長の照明光を提供するように構成されている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記試料中における前記照射光の強度を特定する手段が設けられており、
前記手段は、好ましくは前記試料としての透析液における前記照射光の吸収を特定するための検出器（８）と、ラマンスペクトルおよび少なくとも特定の波長におけるラマン散乱光の強度の少なくとも一方を取得する手段の少なくとも一方を備えている、請求項１２または１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記試料に物理的な処理と化学的な処理の少なくとも一方を施す手段（１６、１７）を備えており、
好ましくは、加熱と、試薬の添加と除去の少なくとも一方と、酸の添加と除去の少なくとも一方と、塩の添加と除去の少なくとも一方のうち、少なくとも１つが前記試料に対して行なわれ、
これに加えてあるいは代えて、
超濾過、電気泳動、クロマトグラフィ、アブソーバの追加、および蛍光マーカの添加の少なくとも１つによって、前記試料を分画する手段（１５）を備えている、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記制御・分析ユニット（１１）は、少なくとも２つの異なる被分析物の存在と濃度の少なくとも一方を特定するように構成されており、
好ましくは、前記制御・分析ユニット（１１）は、特定の照射波長による励起後において、前記検出光ｆ(λ)を分析することにより、少なくともＮ個の被分析物の存在について当該検出光を分析するように構成されており、
前記検出光ｆ(λ)は、前記Ｎ個の被分析物のスペクトルの線形重ね合わせ形式である次式で与えられ、
【数３】
2014518517.tif 000016
ｃｉは、ｉ番目の被分析物の未知の濃度であり、ｓｉ(λ)は、各放射波長λの関数としての、ｉ番目の被分析物の既知の放射感度であり、
好ましくは、前記制御・分析ユニット（１１）は、次式で表わされるＮ個の未知数を含むＭ個の方程式系として考慮してＭ個の異なる離散した放射波長λｊにおけるスペクトルを特定することによって、上式を未知の濃度ｃｉについて解くように構成されており、
【数４】
2014518517.tif 000017
好ましくは、上記の行列に代入したときに実測スペクトルからの二乗偏差が最小となる重ね合わせスペクトルを与える値を、上記の方程式系に対する最適解として考えることにより、上式が数値計算的に解かれる、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、患者の治療、好ましくは血液透析、血液透析濾過、および腹膜透析の少なくとも１つを監視する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な病気を治療するために長年にわたって体外治療法が用いられている。透析は、腎不全になった患者の腎機能の代替を目的とした、最もよく知られ、用いられている体外治療法である。
【０００３】
腎不全になった患者は、尿素、クレアチニン、尿毒症毒素などの老廃物を血液から除去するために透析を行なう必要がある。さらに、透析中は、通常は尿素によって排除される過剰水などの物質が患者の身体から除去される。最も広く用いられている透析法は、患者の血液を透析膜に沿って流す血液透析である。透析膜の他方側には透析液が提供されている。したがって、血液と透析液は、多孔質の膜によって隔てられている。
【０００４】
この膜を通じて、血液と透析液の間の濃度勾配により患者の血液から除去される物質が拡散する。拡散速度の非常に遅い大型分子は、膜の血液側から透析液側への液流によって対流的にも輸送されうる。
【０００５】
透析液は、特定の物質について（全ての物質についてである必要はない）血液側から透析液側へ濃度勾配が生じるように調製される。尿素やクレアチニンなどの体内老廃物の除去が望まれているのは事実であるが、カリウム、ナトリウム、重炭酸塩などの電解質の除去あるいは濃度変化は、全く望まれていないどころか、有害である。したがって、透析液は、患者の血漿中の電解質濃度と同程度の濃度の電解質を含むのが一般的であり、これらの物質については濃度勾配を有しない。
【０００６】
腹膜透析は、血液透析とは別の透析法である。腹膜透析もまた膜と透析液を使用し、膜を通じて透析液への老廃物の拡散が達成される。しかしながら、この膜は天然の膜である腹膜であり、透析液は腹腔へ直接導入される。
【０００７】
透析中においては、過剰水および小分子の尿毒症性物質（尿素やクレアチニンなど）の排除は問題なく行なわれるのが一般的である。しかしながら、多孔質膜を通じて大型分子を除去することは難しい。この問題に対処すべく、特定のハイフラックス透析膜が、血液透析濾過のような高対流法と組み合わせて用いられる。これにより、分子量が１Ｄａを超える分子（いわゆる中型分子と呼ばれる範囲）のクリアランスが向上する。血液透析濾過においては、上記のような透析液を用いる拡散法が血液濾過と組み合わされる。血液濾過においては、患者の血液がフィルタを通じて圧力勾配にさらされる。圧力勾配を利用する濾過プロセスは多くの液流を必要とするため、中型分子の相当部分の除去が可能な高対流法が考慮される。しかしながら、置換液の注入により血液成分が置き換えられるように、圧力勾配により水だけでなく電解質や糖分も患者の血液から高速で除去される。
【０００８】
高対流法と組み合わせてハイフラックス透析膜を導入することにより、中型分子および大型分子のクリアランスが向上する。
【０００９】
典型的な大型分子は、蛋白質である。例えば、β２ミクログロブリンは、約１１ｋＤａの大きさを有する。この分子は、十分に除去されないとアミロイド症を引き起こしうる。有毒な小分子もまた、蛋白質と結合すると透析しにくい。例えば、尿素症毒素は、蛋白質と結合してｐ−クレシル硫酸およびインドキシル硫酸になる。
【００１０】
したがって、透析膜の孔径は、これらの中型分子を通過させるのに十分な大きさを有することが望まれている。一方、膜の孔径はいくらでも大きくできるわけではない。膜の孔径を大きくすると、血液成分が失われるリスクが高まるためである。したがって、膜透過性は、６０ｋＤａ程度の大きさに制限されるのが一般的である。しかしながら、この値は、約６６ｋＤａの大きさを有する血漿アルブミンの分子量をごくわずかに下回る。透析液の圧力や濃度のような方法のパラメータに顕著に依存して、臨床的に有意なアルブミンの喪失が起こりうる。とりわけ、ハイフラックス膜は、血液濾過中に加えられる圧力勾配との組合せにより、ヒトアルブミンのクリアランスが増す。ヒトアルブミンが喪失する別の理由は、膜の繰返し使用にある。治療と治療の間に必要な膜のクリーニングは、膜の孔径を大きくする傾向があるためである。これにより膜透過性は高分子側にシフトする。したがって、通常の血液透析における通常状態においてさえ、ヒト血清アルブミンが膜を通過することがある。
【００１１】
言うまでもなく、腹膜透析の場合、膜の孔径は各患者の腹膜の状態に依存する。しかしながら、例えば炎症によって腹膜の機能が損なわれると、ヒトアルブミンの透析液への喪失が起こりうる。
【００１２】
特許文献１は、透析中における被分析物のクリアランスを特定するためのラマン分光法を開示している。少なくとも１つの被分析物（尿素など）のラマン分光特性を利用するために、透析器を通過した血液に対してラマン分光測定が行なわれ、背景の血液全体における当該被分析物の特定および定量がなされる。
【００１３】
特許文献２は、血液の体外治療装置に関する。透析液中における電磁放射の吸収が測定され、Ｋｔ／Ｖの値が特定される。Ｋは清浄物質の体積流のクリアランスであり、ｔは治療時間であり、Ｖは患者の分布体積である。腎代替療法においては、治療効率を測定するための指標物質として尿素が用いられるのが一般的である。この場合、Ｋは尿酸のクリアランスである。Ｖは患者の尿素分布体積であり、基本的に患者の体液量に対応する。しかしながら、合計吸収量を測定しても、特定の分子のクリアランスは特定できないことが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許出願公開２００８／０１５８５４４Ａ１号公報
【特許文献２】国際公開２０１０／０９１８２６Ａ１号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Photoelectric Spectrometry Group, London; Institute fur Spektrochemie und Angewandte Spektroskopie, Dortmund (1968): DMS UV Atlas of Organic Compounds. 5 Volumes. Weinheim, London: Verlag Chemie; Butterworths
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
したがって、本発明の目的は、患者の治療を監視するための方法と装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によれば、患者の治療を監視する方法、好ましくは、血液透析、血液透析濾過、および腹膜透析の少なくとも１つを監視する方法が提案される。当該方法は、治療に用いられる透析液の試料に対して少なくとも第１照射波長の照射光を照射するステップと、照射された試料から放射される光を、前記第１照射波長と異なる少なくとも第１検出波長において検出するステップと、検出された放出光に基づいて、前記試料における少なくとも１つの被分析物の存在と濃度の少なくとも一方を特定するステップとを備えている。
【００１８】
透析液の試料を少なくとも第１照射波長の光で照射し、当該第１照射波長と異なる少なくとも第１検出波長の光を検出することにより、透析液中における被分析物の放射応答が特定できるようになる。患者の治療を監視するために、特定の被分析物（ヒトアルブミンなど）の存在と濃度の少なくとも一方が監視可能である。例えば、透析液におけるヒトアルブミン濃度が所定値を上回る場合、アラームが出力され、透析膜の交換が要求されうる。一方、治療様式を調整することによって治療効率の監視と最適化を行なうために、β２−ミクログロブリンのような尿素症毒素の濃度が用いられうる。
【００１９】
好ましくは、検出光は蛍光を含んでおり、当該蛍光に基づいて、前記少なくとも１つの被分析物の存在と濃度の少なくとも一方が特定される。
【００２０】
例えば、蛍光分光法においては、試料が所定波長の照射光で照射される。紫外光が一般的である照射光の光ビームは、特定の被分析物の電子をより高いエネルギーレベルに励起する。光子の吸収により、分子は、基底電子状態から励起電子状態における様々な振動状態の１つに励起される。分子がその後すぐに基底電子状態に緩和すると、光子が放出される。非放射遷移（例えば、励起分子が振動エネルギーを失う他分子との衝突）によってエネルギーの一部が消費されるため、当該プロセスにおいて放出される光子は低エネルギーを有し、よって励起光子よりも波長が長くなる。したがって、照射光と放出光が容易に分光的に区別できるように、分子を励起する光の照射波長は、放出された光子の検出波長とは異なる。
【００２１】
励起波長と放射波長は、吸収分光法と比較すると、より自由に選択可能であり、透析液中に溶解した被分析物のより詳細な情報を取得可能である。さらに、検出光の強度は、透析液中の被分析物、特に蛍光色素分子の濃度に比例することが一般的である。よって検出光の強度は、透析液中における各被分析物の実際の濃度の尺度になりうる。
【００２２】
好ましい実施形態においては、検出光の波長は、各照射光の波長と異なる。これにより光検出の設定が単純化される点において有利である。検出が常に照射光と異なる波長においてなされるため、周知の装置によって照射光が検出器に進入することを阻止できるからである。
【００２３】
例えば、蛍光強度は、励起波長における吸収係数εと量子収率ΦＦの積に比例する。量子収率は、吸収された光子の数に対する蛍光によって放出された光子の数の比率を表す。
【００２４】
検出光に基づいて（例えば、各被分析物の蛍光に基づいて）、試料における少なくとも１つの被分析物の存在と濃度の少なくとも一方が決定されることにより、特定分子の存在と濃度の少なくとも一方が決定されうる。従来の吸収測定法と比較すると、透析液中に存在する少数の分子のみが光放射（例えば、蛍光）に対して活性となる点において有利である。とりわけ、透析液中に高濃度で存在する尿酸のような物質は蛍光を生じないため、特定分子の測定を阻害しない。しかしながら、蛋白質および上述の尿素症毒素は、蛍光測定によって特に良好に特定されうる。
【００２５】
吸収分光法と比較すると、蛍光分光法は非常に感度が高い。事実、吸収がわずかで試料を通過する光の減衰が非常に小さい特定の成分が非常に低い濃度である条件において本方法を吸収分光法と比較すると、本方法は、蛍光強度が試料中における各被分析物の濃度に直接比例するため、センサや検出器の感度を最適な手法で使用できる点において有利である。
【００２６】
蛍光活性な蛋白質群の例としては、フェニルアラニン、チロシン、およびトリプトファンといった芳香族側鎖アミノ酸が挙げられる。
【００２７】
これらアミノ酸の蛍光活性を考慮すると、チロシンとトリプトファンが蛋白質の蛍光を支配している。十分に長い励起波長（λｅｘ≧２９５ｎｍ）では、トリプトファンが唯一の蛍光活性なアミノ酸である。トリプトファンは比較的希少なアミノ酸であるが、アルブミン分子は１つのトリプトファンユニットを含んでいる。トリプトファンの高い蛍光効率により、アルブミンは十分な効率で検出されうる。
【００２８】
本方法の正確性を高めるため、検出光は、少なくとも第１検出波長と第２検出波長で検出されることが好ましい。ここで第１検出波長と第２検出波長は相違している。好ましくは、試料からの放射光のスペクトルの少なくとも一部を検出することにより、検出光が検出される。複数波長の放射光を検出することにより、検出光とこれに対応する特定の被分析物の放射特性（特に蛍光特性）の相関がさらに正確となる。特定の照射波長に対する放射スペクトルは、適当な被分析物が有する特定の放射特性、とりわけ体外治療法において監視対象とする特定分子の放射特性と比較されうる。事実、透析液におけるアルブミン、インドキシル硫酸、および他の蛍光尿素症毒素の遊離蛍光アミノ酸の存在と濃度の少なくとも一方を監視することは、分子のクリアランスを特定する上で関心が高い。
【００２９】
蛍光の分析に代えてあるいは加えて、試料における特定被分析物の存在と濃度の少なくとも一方を特定するために、ラマン散乱光が用いられうる。これを達成するために、試料のラマン放射が測定される。測定は、ラマンスペクトル全体またはその一部、あるいは特定の検出波長について行なわれ、検出強度あるいはスペクトルが、対象である各被分析物のラマン特性と比較される。
【００３０】
被分析物の存在と濃度の少なくとも一方の特定精度を上げるために、紫外域の照射光で試料が照射されることが好ましい。好ましくは１８０ｎｍと４００ｎｍの間の波長を有する照射光であり、より好ましくは２５０ｎｍから３００ｎｍの範囲であり、最も好ましくは、２８０ｎｍと２９５ｎｍの少なくとも一方である。好ましくは、分離・区別された少なくとも２つの照射光（好ましくは２８０ｎｍと２９５ｎｍ）で試料が照射される。２つの照射波長によって誘起される２つの異なる放射スペクトルが比較可能であり、被分析物の特定効率と精度がかなり向上する。
【００３１】
試料中における照射光の吸収を補償するために、試料中における照射光の強度が特定されることが好ましい。これにより、試料中の被分析物の存在と濃度の少なくとも一方の特定が、照射光の強度に基づいて補償される。好ましくは、試料中における照射光の吸収が測定され、当該測定された吸収に基づいて照射光の強度が特定される。ここで好ましくは、試料を透過する照射光を検出する光検出器によって試料中における吸収が測定される。
【００３２】
あるいは、試料のラマン散乱光強度が測定され、照射光強度の特定に用いられる。このラマン散乱光の測定は、水中におけるラマン散乱光の強度ピークにおいて行なわれうる。
【００３３】
試料中における光の吸収を補償するステップは、各患者によって異なる容体に基づく透析処理の効率に依存して透析液の吸収率が異なるという事実に鑑みている。事実、透析治療の開始時において透析液は、尿酸、クレアチニン、その他の老廃物を高い比率で含んでおり、これらは透析処理の後の方と比較すると高い励起光の吸収率を有している。試料中における被分析物の存在と濃度の少なくとも一方を確実に特定するためには、試料の吸収率を特定し、実際の励起強度がどのくらいであるかを明確にすることが重要である。励起強度は、蛍光スペクトルや蛍光強度として現れる。
【００３４】
試料中における被分析物の存在と濃度の少なくとも一方に係るさらなる情報は、好ましくは時分割方式で蛍光を検出することにより取得できる。好ましくは、照射光がパルス化される。
【００３５】
被分析物の分析は、試料を偏光で照射することによって行なわれてもよい。好ましくは、左円偏光と右円偏光の少なくとも一方で照射される。
【００３６】
方法をさらに改善するために、試料の蛍光は少なくとも２回検出されることが好ましい。１回目の検出と２回目の検出の間において試料に対して物理的処理と化学的処理の少なくとも一方がなされ、両検出間の差異に基づいて被分析物の存在と濃度の少なくとも一方が特定される。好ましくは、試料の処理は、加熱、試薬の添加と除去の少なくとも一方、酸の添加と除去の少なくとも一方、および塩の添加と除去の少なくとも一方の、少なくとも１つが行なわれる。
【００３７】
より複雑な測定を行なうためには、試料を透析液の流れから分離して被分析物の存在と濃度の少なくとも一方の特定を行なってもよい。
【００３８】
あるいは、被分析物の存在と濃度の少なくとも一方の特定は、透析液の流れにおいて連続的に行なわれてもよい。
【００３９】
さらに別の好ましい形態においては、試料を照射光で照射する前に、限外濾過、電気泳動、クロマトグラフィ、吸収剤の添加、蛍光マーカの添加の少なくとも１つによって試料が分画されることが好ましい。分画された試料の少なくとも１つが、照射光によって照射される。
【００４０】
透析液中の被分析物の監視中、特にアルブミンの存否の監視中において、約２８０ｎｍで励起されたヒトアルブミンが最大３４０ｎｍの蛍光を放射するのが観測されうる。
【００４１】
トリプトファンの老廃物であるインドキシル硫酸（インジカン）は、尿毒症患者の血清中に顕著な濃度で現れることが知られている。インドキシル硫酸は、尿素症毒素であることが知られている。トリプトファンとインドキシル硫酸の蛍光スペクトルは非常によく似ているため、蛋白質の透析に加え、インドキシル硫酸のクリアランスは診断的観点から関心を集めている。あるいは、特定の分子に結合されて蛍光マーカが、各分子の存在と濃度の少なくとも一方を特定するために用いられうる。
【００４２】
使用済み透析液の組成をさらに正確に特定するために、少なくとも２つの異なる被分析物の存在と濃度の少なくとも一方が、検出光に基づいて特定されうる。
【００４３】
好ましくは、試料を照射光で照射することにより特定の波長で励起した後、少なくともＮ個の異なる被分析物の存在に関して、検出光が分析されうる。これは検出されたスペクトルｆ(λ)、すなわち各波長λの放射強度を分析することにより行なわれる。検出スペクトルは、Ｎ個の被分析物の放射スペクトルの線形重ね合わせである次式で与えられる。
【００４４】
【数１】
2014518517.tif 000003
【００４５】
ｃｉは、ｉ番目の被分析物の未知の濃度である。ｓｉ(λ)は、各放射波長λの関数としての、ｉ番目の被分析物の既知の放射感度である。この方程式は、Ｍ個の異なる離散した放射波長λｊにおけるスペクトルを特定することによって、未知の濃度ｃｉについて解かれることが好ましい。上式は、次式で表わされるＮ個の未知数を含むＭ個の方程式系として考慮すればよい。
【００４６】
【数２】
2014518517.tif 000004
【００４７】
この系は、好ましくは、上記の行列に代入したときに実測スペクトルからの二乗偏差が最小となる重ね合わせスペクトルを与える値を、上記の方程式系に対する最適解として考えることにより、数値計算的に解かれる。この手法によれば、検出された放射光、とりわけそのスペクトルを分析することにより、分析液の成分の特定が容易になる。特に、未知の濃度ｃｉが特定されることにより、各被分析物の濃度ｃｉに関して使用済み透析液の成分が特定されうる。
【００４８】
この方法は、複数（Ｐ個）の照射波長λｉｒｒの場合に拡張可能である。この場合、各照射波長λｉｒｒに対して別々に、各放射波長λについて放射スペクトルｆ(λｉｒｒ, λ)が検出される。したがって、ある照射波長λｉｒｒについての検出スペクトルｆ(λｉｒｒ, λ)は、Ｎ個の被分析物の放射スペクトルの線形重ね合わせである次式で与えられる。
【００４９】
【数３】
2014518517.tif 000005
【００５０】
ｃｉは、ｉ番目の被分析物の未知の濃度である。ｓｉ(λｉｒｒ, λ)は、各放射波長λｉｒｒにおける放射波長λの関数としての、ｉ番目の被分析物の既知の放射感度である。
【００５１】
各方程式を前述の線型方程式系に加えることにより、次式が得られる。
【００５２】
【数４】
2014518517.tif 000006
【００５３】
好ましくは上記と同じ手法で上記の方程式系を解くことにより、濃度ｃｉについての解が特定されうる。これにより、使用済み透析液中の各被分析物の濃度が特定されうる。
【００５４】
上記の目的は、患者の治療（好ましくは血液透析、血液透析濾過、および腹膜透析の少なくとも１つ）を監視する装置によっても解決される。当該装置は、請求項１２に記載の特徴を備えている。
【００５５】
したがって、患者の治療（好ましくは血液透析、血液透析濾過、および腹膜透析の少なくとも１つ）を監視する装置は、光源、検出器、および制御・分析ユニットを備えている。光源は、治療に使用される透析液の試料を、少なくとも第１照射波長の照射光で照射するためのものである。検出器は、照射された試料から放射される光を、少なくとも第１検出波長で検出するためのものである。検出波長は、照射波長とは異なる。制御・分析ユニットは、試料中における少なくとも１つの被分析物の存在と濃度の少なくとも一方を、検出光に基づいて特定するためのものである。
【００５６】
装置のさらなる好適な実施形態は、装置に係る独立請求項１２を引用する請求項群により記載される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
開示の内容は、以降の詳細な説明を参照することによって、また添付の図面と併せて考慮されることによって、より容易に理解される。
【００５８】
【図１】体外治療における被分析物を監視する装置を模式的に示す図である。
【図２】図１の装置の一部を詳細に示す模式図である。
【図３】２８０ｎｍの照射波長において励起を行なった後の、濃度の異なるヒトアルブミンの蛍光スペクトルを模式的に示す図である。
【図４】２つの異なる照射波長（２８０ｎｍと２９５ｎｍ）に対し、３４０ｎｍの検出波長において検出されたアルブミンの蛍光強度を模式的に示す図である。
【図５】尿酸の吸収スペクトルを模式的に示す図である。
【図６】図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
添付の図面を参照しつつ、開示の内容についてより詳細に以下説明する。図面においては、同様の要素は同一の参照番号で指示され、冗長性を避けるために繰り返しとなる説明は省略する。
【００６０】
図１は、患者を治療するシステム、特に透析用装置を模式的に示す図である。当該システムは、患者の治療を監視する装置を含んでいる。
【００６１】
特に図１は、多孔質かつ半透過性の膜３を備える透析装置を示している。図１の右側には、患者の血液循環が膜３に接続されている。図１の左側には、透析液循環が膜３に接続されている。血液透析の原理は公知であり、半透過性の膜３における血液に溶解した物質の拡散を伴う。当該拡散は、膜３における特定物質の濃度勾配によって誘起される。
【００６２】
患者より管路１を通じて膜３に輸送された血液は、膜３をその一方側から管路２に向かって通過する。血液は管路２を通じて患者へ送り返される。
【００６３】
透析液は、管路４を通じて膜３へ輸送され、管路５を通じて排出される。図１から明らかなように、この実施形態においては、血液循環と透析液循環は、膜３において逆向きの液流となる。本方法は、逆流を利用することにより、患者に運び戻される血液に新鮮な透析液が接するとともに、排出される透析液に患者から到来した新鮮な血液が接する。これは透析プロセスの効率を上げるための標準的な手法である。逆流が膜３における濃度勾配を最大に維持して透析の効率が上がるからである。しかしながら別の手法として、患者の治療必要性に応じ、血液と透析液で平行流を形成することもできる。
【００６４】
膜３は、透析装置において通常用いられる多孔質かつ半透過性の膜である。膜３の患者側と透析液側の間の濃度勾配により、分子は、半透過性の膜３を通じて患者側から透析液側へ拡散し、血液から除去される。
【００６５】
患者の実際の容体、および達成すべき効果に応じて、透析液中に含まれる複数の物質の濃度は、血液中における当該濃度に一致し、濃度勾配が存在しないように定められている。例えば電解質の場合は、膜３を通じて拡散しない。しかしながら、新鮮な透析液中には存在しない他の物質については、大きな濃度勾配が誘起される。この大きな濃度勾配は、尿酸、クレアチニン、尿素症毒素のように通常は尿を通じて排出される物質について特に必要とされる。血液中の過剰水もまた除去が求められる。しかしながら、膜３の孔径に応じて、例えば、ヒトアルブミンのような大型分子の拡散が生ずることもある。これは望ましいことではない。
【００６６】
管路５を通じて排出される使用済み透析液の試料は、セル６において、少なくとも１つの被分析物の存在と濃度の少なくとも一方について分析される。この目的のために、セル６中の透析液試料を励起光で照射する光源７が設けられる。光源７は、少なくとも１つの波長の光（第１波長）を出射することが好ましい。第１波長は、好ましくは紫外域（すなわち１８０ｎｍから４００ｎｍの範囲）である。図１に示した実施形態においては、光源７は、紫外光を発する半導体光源（例えば、波長２８０ｎｍの光を出射するＡｌＩｎＧａＮダイオード）である。しかしながら、その他の適当な光源が用いられうる。
【００６７】
セル６中の透析液試料は、光源７より出射され、当該試料に影響を与える光によって照射を受ける。当該光の光子は、透析液中に存在する特定の分子を励起し、当該試料中において蛍光の放射が誘起されうる。蛍光の存在、波長、および強度は、分光計９の形態をとる検出器によって検出される。分光器９は、光源７から出射された光の照射方向と直交する向きに配置される。光源７の照射方向と同軸でなければ、セル６中の透析液に含まれる特定の分子の蛍光検出を、別の方向において行なってもよい。分光計を同軸に配置すると、照射光により強い歪みがもたらされるのが一般的である。しかしながら、フィルタ、反射型回折格子、または波長依存性ビームスプリッタを用いて、試料から放射される検出光を照明光から分離してもよい。照射光と検出光の波長が相違している限りにおいて、複数の光ビームを分離する多くの装置が知られている。
【００６８】
好ましい実施形態においては、放射された蛍光の強度、および蛍光スペクトルの少なくとも一部が、分光器９によって検出される。あるいは、ある特定の放射波長のみを対象とする場合、強度について分析に供される特定の波長を選択するために、分光器９の代わりにフィルタや他の波長選択素子を用いることもできる。
【００６９】
好ましい実施形態においては、検出波長が各照射波長と異なる限りにおいて、周知の装置によって単に照射光が検出器に入射するのを阻止することにより、試料から放射される光が容易に検出されうる。
【００７０】
放射光および検出光の強度データは、制御・分析ユニット１１へ通信される。制御・分析ユニット１１においては、セル６中の試料に含まれる少なくとも１つの被分析物の存在と濃度の少なくとも一方が、照射光の波長と強度、および分光器９により検出される蛍光の波長と強度に係る情報に基づいて特定される。各蛍光分子は、特定の照射光波長について特定の特性（蛍光スペクトル）を有する。
【００７１】
上記の特定は、別の手法によっても行なわれうる。その１つについて以下説明する。
【００７２】
図１に示す装置においては、さらに光検出器８が設けられている。光検出器８は、光源７から出射された照射光ビームと同軸に配置されている。光検出器８は、セル６を挟んで光源７と反対側に配置されており、光源７から出射されてセル６を通過した照射光を受ける。すなわち、光検出器８は、セル６を透過し、その一部がセル６中の試料によって吸収・減衰された光の強度を検出するためのものである。光検出器８により受光された光の強度も、制御・分析ユニット１１に通信される。
【００７３】
光源７と光検出器８および分光器９の関係の較正を行なうために、バイパス弁１０が設けられている。バイパス弁１０は、制御・分析ユニット１１によって制御されうる。バイパス弁１０を開放することにより、新鮮な透析液がセル６に供給され、セル６内には新鮮な透析液のみが存在するようになる。バイパス弁１０が再び閉塞されると、直ちに透析液がフィルタ３を通じて循環し、セル６は再び使用済み透析液を受け入れる。
【００７４】
制御・分析ユニット１１は、分光器９によって受光された蛍光に基づいて、透析液中の特定の被分析物（ヒトアルブミンなど）の存在と濃度の少なくとも一方を特定しうる。当該特定は、例えば、分光器９により測定された蛍光スペクトルを、特定分子の蛍光スペクトル（いわゆる蛍光特性）と比較することにより行なわれうる。蛍光特性は、図１に示す記憶装置１２に保存されている。測定された蛍光スペクトルを特定分子の特性と比較することにより、特定の被分析物の存在が特定されうる。
【００７５】
被分析物の濃度を特定するために、スペクトラムの実際の強度もまた重要である。
【００７６】
好適な実施形態に係る本説明においては、検出光としての蛍光の分析に重点が置かれているが、励起された試料の光放射をその他の方式で分析してもよい。例えば、使用済み透析液中における少なくとも１つの被分析物の存在と濃度の少なくとも一方を特定するために、ラマン散乱光が分析されうる。この特定法の原理は、蛍光の分析について先に説明した原理と同等である。
【００７７】
これに関連して、図３は、波長２８０ｎｍの光で励起された場合におけるヒトアルブミンの蛍光スペクトルを、様々な濃度について示している。４通りの濃度のヒトアルブミンについて測定がなされている。すなわち、７mg/l、２３mg/l、４５mg/l、および９８mg/lである。図３から直ちに明らかなように、約３４０ｎｍにおいて蛍光スペクトルは極大値を持ち、濃度によって強度が変化する。
【００７８】
図４は、ヒトアルブミンの３４０ｎｍにおける蛍光強度を、２通りの励起波長（２８０ｎｍと２９５ｎｍ）について示している。
【００７９】
図１の装置においては、特定分子（ヒトアルブミンなど）の存在をより正確に特定するために、またセル６内の透析液中における当該分子の実際の濃度を特定するために、セル６内の試料を複数の波長（例えば２波長）の光で励起する場合を考えている。
【００８０】
透析のメカニズムを考慮すると、アルブミンだけでなく、その他多くの老廃物（尿酸など）もまた、半透過性の膜３を通過して管路５内の透析液中に存在するはずである。
【００８１】
しかしながら尿酸は、図５に模式的に示すように、特定の吸収スペクトルを有している（非特許文献１を参照）。
【００８２】
図５を考慮すると、尿酸のある吸収ピークは、図３に示したヒトアルブミンの蛍光強度を測定するための励起波長に対応する約２８０ｎｍである点が明らかとなる。よって、透析液中の尿酸濃度が高いほど、照射光の吸収が大きくなる。励起波長が２８０ｎｍに設定されると、セル６内におけるある体積の透析液に対して実際に適用される強度は、透析液中の尿酸によって強く減衰される。しかしながら、尿酸は全く蛍光を発しない。放射される蛍光の強度を光源７から出射される光に基づいて高い信頼性で特定するために、実際の減衰が特定されなければならない。
【００８３】
図２は、セル６内に存在する試料における励起光の吸収を補償するための構成を示している。光源７の強度は、セル６内における光強度を測定することにより、容易に特定されうる。しかしながら、透析液中の尿酸濃度は透析処置中に大きく変化するため、補償が必要となる。
【００８４】
したがって、励起体積における光強度は、ランバート−ベールの法則に基づいて計算されうる。当該法則は、物質中を光が進行する際に受ける吸収を取り扱うものであり、次式で表わされる。
【００８５】
【数５】
2014518517.tif 000007
【００８６】
ここでＩ０は、セルに入射する光の初期強度である。Ｉ(ｘ)は、セル６内を光が距離ｘだけ進行した後の強度を表している。係数αは、吸収の強さを示す尺度である。
【００８７】
したがって、長さＬのセル６全体を通過した後の光強度は、次式で表わされる。
【００８８】
【数６】
2014518517.tif 000008
【００８９】
これにより、蛍光が放射される試料が、セルへの光入射位置から距離ｌだけ離れていたとすると、試料中における光強度は、次式で表わされる。
【００９０】
【数７】
2014518517.tif 000009
【００９１】
光検出器８は、連続的に光強度Ｉ(Ｌ)、すなわちセル６全体を通過した光の強度を測定する。光源の初期光強度Ｉ０が一定であれば、係数αが特定されうるため、いつでも蛍光が放射される試料における光強度Ｉ(ｌ)が計算されうる。したがって、全ての蛍光スペクトルまたは蛍光が、セル６中に存在する透析液における吸収に基づいて補償されうる。換言すると、照射光の強度Ｉ(ｌ)が既知であるため、各被分析物の濃度が特定されうる。
【００９２】
吸収の測定に加えてあるいは代えて、セル６内の試料中に存在する水分子によるラマン散乱を分析することにより、光源７から出射される光の励起強度が特定されうる。これを実行するために、好ましくは、試料のラマンスペクトルが取得される。あるいは、各照射光について水によるラマン散乱光のピーク強度を測定することができれば十分である。換言すると、照射光の水中における減衰を特定するためには、各照射光について水のラマンピークを測定すれば十分である。
【００９３】
ラマン散乱の強度は、励起光の強度と試料中の水分子密度に実質的に比例する。しかしながら、試料中の水分子濃度は、透析液中においては実質的に一定である。したがって、蛍光も放射する試料のラマンスペクトルを取得することにより、試料中における励起強度を特定することが可能となる。ラマンスペクトルは、分光器９を用いることによっても取得できる。
【００９４】
使用される分光器９は、市場で容易に入手可能な従来の分光器でよい。一般的にそのような分光器は、入力レンズ、回折格子、および（ライン型の）ＣＣＤカメラを備えている。入力レンズは、入射した光を集光する。ＣＣＤカメラは、その光を検出する。
【００９５】
しかしながら、現実の透析液の蛍光スペクトルは、単一の蛍光分子によって放射されるのではなく、少なくとも２つのスペクトルが重なり合っているのが一般的である。ここでは少なくともアルブミンとインドキシル硫酸の分子を考慮しなければならない。
【００９６】
患者の処置を確実に監視するためには、使用済み透析液中に存在する複数の被分析物について存在と濃度の少なくとも一方を知る必要がある。例えば、医療従事者の関心がヒトアルブミンとインドキシル硫酸の少なくとも一方が使用済み透析液中に存在するかであり、いずれかが存在するのであれば、当該医療従事者は、その濃度を知ろうとする。
【００９７】
以下の分析を行なうにあたっては、特定の照射波長における励起後に試料から放射される蛍光スペクトルが、分光器９によって実際に測定されるものと仮定する。ｆ(λ)で示す蛍光スペクトルは、Ｎ個の単一蛍光色素分子からの異なる蛍光スペクトルの線形重ね合わせとして、次式で表現される。
【００９８】
【数８】
2014518517.tif 000010
【００９９】
この式において、ｃｉは、ｉ番目の被分析物の未知の濃度である。ｓｉ(λ)は、各放射波長λの関数としての、ｉ番目の被分析物の既知の放射感度である。スペクトルがＭ個の異なる波長において記録された場合、上式は、Ｎ個の未知数を含むＭ個の方程式系として次式で表わされる。
【０１００】
【数９】
2014518517.tif 000011
【０１０１】
したがって、既知の行列要素ｓｉ(λｊ)を考慮して、測定されたスペクトル強度ｆ(λ)から未知の濃度が計算されうる。行列要素は、各被分析物の「蛍光特性」を表すものとして考慮される。
【０１０２】
上記の方程式系は、特に数値計算的に解かれうる。例えば、上記の方程式系に対する最適解は、上記の行列に代入したときに実測スペクトルからの二乗偏差が最小となる（理論上の）重ね合わせスペクトルを与える値と考えられる。この分析によれば、検出された放射光、とりわけその各スペクトルを分析することにより、分析液の成分の特定が容易になる。特に、未知の濃度ｃｉが特定されることにより、各被分析物の濃度ｃｉに関して使用済み透析液の成分が特定されうる。
【０１０３】
あるいは、複数の照射波長が照射光に用いられる。例えば、複数の異なる光照射ダイオードを設けることにより、Ｐ個の異なる照射波長λｉｒｒが本方法に用いられる。各照射波長λｉｒｒに対して別々に、各放射波長λについて強度ｆ(λｉｒｒ, λ)が記録される。ある照射波長λｉｒｒについての検出スペクトルｆ(λｉｒｒ, λ)は、Ｎ個の被分析物の放射スペクトルの線形重ね合わせである次式で与えられる。
【０１０４】
【数１０】
2014518517.tif 000012
【０１０５】
ｃｉは、ｉ番目の被分析物の未知の濃度である。ｓｉ(λｉｒｒ, λ)は、各放射波長λｉｒｒにおける放射波長λの関数としての、ｉ番目の被分析物の既知の放射感度である。
【０１０６】
各方程式を前述の線型方程式系に加えることにより、次式が得られる。
【０１０７】
【数１１】
2014518517.tif 000013
【０１０８】
好ましくは上記と同じ手法で上記の方程式系を解くことにより、濃度ｃｉについての解が特定されうる。これにより、使用済み透析液中の各被分析物の濃度が特定されうる。
【０１０９】
さらなる好適な実施形態においては、蛍光スペクトルは、分光器９によって時分割方式で測定される。これを実現するために、光源７から出射される励起光は、非連続的に（例えばパルス方式で）提供されることが好ましい。例えば、試料を調べるためにパルスレーザが使用されうる。時分割された蛍光スペクトルを提供することにより、特定の被分析物の存在と濃度の少なくとも一方が試料より取得されうる。
【０１１０】
透析液中に存在する幾つかの蛍光色素分子を分離するために、先に説明した蛍光スペクトルの数値分析に加えて、試料を複数の部分（フラクション）に分画する技術を用いうる。分画は、例えば、蛋白質の限外濾過によって行なわれうる。蛋白質は、その高い質量数によって、より質量数の小さい物質（インドキシル硫酸など）から分離されうる。分画を遂行するために、分析に供されようとしている透析液は、適当な孔径を有するフィルタを通じて供給される。次いで濾過物や濃縮物を少なくとも第１波長の光で照射し、各フラクションから放射される蛍光を検出することにより、当該濾過物や濃縮物が分析されうる。
【０１１１】
試料中の透析液を分析するにあたっては、透析装置の分岐路において透析液の分析を行なうか、離れたスペースに透析液を収容して処置を行なってから、測定セル６を通じて再供給を行なうことが考えられる。
【０１１２】
図６は、使用済み透析液の本流から分離された一部に対する分析を遂行するように構成された装置のレイアウトを模式的に示している。これを行なうために、使用済み透析液の大部分が流れるバイパス管路１３が設けられている。これにより、膜３を通過して流れ出る使用済み透析液の一部だけがセル６を通過して流れる。
【０１１３】
好ましくは、セル６の上流にバルブ１４が設けられることにより、一定に流れる使用済み被分析物から試料を分離できる。分離された流れは、十分に長い時間をかけて分析されうる。これにより、排出前に同一試料の時分割分析を遂行することも可能である。バルブ１４によって、一定流モードと試料分離モードとの間で切替えも可能である。前者は、セル６内の流れを一定にするために、バルブ１４が常に開放される。後者は、使用済み被分析物をセル６に流れ込ませる場合のみバルブ１４が開放され、各試料がセル６内で分析されている場合に閉塞される。
【０１１４】
セル６の内部または上流において、電気泳動、クロマトグラフィ、カスケードフィルタリングを行なうことにより、特定のアブソーバを用いることにより、あるいは蛍光活性マーカで特定の物質や分子をマーキングすることにより、試料の分画が遂行されうる。試料に対する各種処理を、当該試料がセル６内で分析される前に遂行するための各種装置は、参照符号１５で模式的に示されている。
【０１１５】
さらなる好適な実施形態においては、試料は少なくとも２回測定されうる。ここで２回目の測定は、当該試料が物理的処理と化学的処理の少なくとも一方が行なわれた後に遂行される。実際には、加熱や、試薬（酸、化学塩基、塩など）の添加と除去の少なくとも一方などの適当な処理が行なわれる。次いで特定の被分析物の存在と濃度の少なくとも一方が、少なくとも２回の測定（すなわち処理前後の測定）間の差異を考慮して特定される。２つの蛍光スペクトルの差異と蛍光スペクトルそれ自体の組合せは、透析液中の各被分析物または複数の被分析物の組成について、さらなる情報を提供しうる。
【０１１６】
図６においては、試料を処理する各種の装置が参照符号１６と１７で示されている。符号１６は、例えば化学物質を試料に添加する投与装置であり、符号１７は、例えば加熱器などの物理的処理装置である。
【０１１７】
好ましい実施形態においては、光源７に関し、試料を励起するために偏光（特に右円偏光と左円偏光の少なくとも一方）を用いることが考えられる。
【図１】
2014518517.tif 000018
【図２】
2014518517.tif 000019
【図３】
2014518517.tif 000020
【図４】
2014518517.tif 000021
【図５】
2014518517.tif 000022
【図６】
2014518517.tif 000023
【国際調査報告】
2014518517.tif 000024
2014518517.tif 000025
2014518517.tif 000026