(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透析治療の際に限外濾過を調節する装置（１，２）であって、限外濾過されるべき血液は、透析器（１１３）の血液チャンバ（１１０）を通って流れ、前記透析器は、半透膜（１１１）によって体外血液循環回路（１１２）内の前記血液チャンバ（１１０）と透析液チャンバ（１０８）に細分され、透析液は、透析液循環回路（１０９）内の前記透析器（１１３）の前記透析液チャンバ（１０８）を通って流れ、
前記装置（１，２）は、
前記体外血液循環回路（１１２）内の血液流量を制御する血液ポンプ（１１５）と、
前記透析液循環回路（１０９）内で前記透析器（１１３）から見て上流側に配置されていて、前記透析液チャンバへの流入路内の透析液流量を制御する透析液ポンプ（１０７）と、
前記透析液循環回路内で前記透析器から見て下流側に配置されていて、前記透析液チャンバ（１０８）からの流出路内の前記透析液流量を制御するスロットル（１１７）と、
前記透析液チャンバ（１０８）の流入路（１０６）と流出路（１０５）との間の前記透析液循環回路内の体液バランスを前記限外濾過の尺度として確立する平衡化装置（１０４）と、
前記スロットル（１１７）を調節して所定の限外濾過が達成されるように構成された調節ユニット（１０１）と、
を有する、装置（１，２）。
【請求項２】
透析治療の際に限外濾過を調節する装置（１，２）であって、限外濾過されるべき血液は、透析器（１１３）の血液チャンバ（１１０）を通って流れ、前記透析器は、半透膜（１１１）によって体外血液循環回路（１１２）内の前記血液チャンバ（１１０）と透析液チャンバ（１０８）に細分され、透析液は、透析液循環回路（１０９）内の前記透析器（１１３）の前記透析液チャンバ（１０８）を通って流れ、
前記装置（１，２）は、
前記体外血液循環回路（１１２）内の血液流量を制御する血液ポンプ（１１５）と、
前記透析液循環回路（１０９）内で前記透析器（１１３）から見て下流側に配置されていて、前記透析液チャンバからの流出路内の透析液流量を制御する透析液ポンプと、
前記透析液循環回路内で前記透析器から見て下流側に配置されていて、前記透析液チャンバへの流入路内の前記透析液流量を制御するスロットルと、
前記透析液チャンバ（１０８）の流入路（１０６）と流出路（１０５）との間の前記透析液循環回路内の体液バランスを前記限外濾過の尺度として確立する平衡化装置（１０４）と、
前記スロットルを調節して所定の限外濾過が達成されるように構成された調節ユニット（１０１）と、
を有する、装置（１，２）。
【請求項３】
前記調節ユニット（１０１）はまた、前記血液ポンプ（１１５）と前記透析液ポンプを調節して、所定の限外濾過が達成されるようになっている、請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
前記血液流量について所定の値を設定することができ、前記調節ユニットは、前記透析液チャンバの前記流入路及び／又は前記流出路内の前記透析液流量を調節するよう調整される、請求項３記載の装置（１，２）。
【請求項５】
前記透析液流量について所定の値を設定することができ、前記調節ユニットは、前記血液流量を調節するようになっている、請求項３記載の装置（１，２）。
【請求項６】
前記平衡化装置は、前記透析液チャンバ（１０８）への前記流入路内の流量と前記透析液チャンバからの前記流出路内の流量の流量差を測定する流量差測定ユニット（１０４）と、前記流入路又は前記流出路からの透析液を別の流路（２１２）中へ迂回させる前記流入路又は前記流出路からの枝路と、前記流入路、前記流出路及び／又は前記別の流路（２１２）内の流量を調整する装置（２１１）とを有し、該流量を調整する装置は、前記測定された流量差が所定の条件を満たすよう制御可能であり、前記平衡化装置は、前記別の流路内の前記流量を前記体液バランスの尺度として決定する装置（２１１）を有する、請求項１〜５のうちいずれか一に記載の装置（２）。
【請求項７】
限外濾過率のプロフィールは、前記調節ユニット（１０１）によってあらかじめ選択可能であり、正の限外濾過率を有する間隔は、負の限外濾過率を有する間隔と交互に位置する、請求項１〜５のうちいずれか一に記載の装置（１，２）。
【請求項８】
前記流量差の前記所定の条件は、所定の積分間隔にわたる前記流量差の積分に基づいている、請求項６記載の装置（２）。
【請求項９】
前記調節ユニット（１０１）は、限外濾過率及び／又は治療中に取り出されるべき限外濾過量又は血液濾過量をあらかじめ選択するようになっている、請求項１〜８のうちいずれか一に記載の装置（１，２，５１）。
【請求項１０】
前記血液ポンプは、前記血液チャンバへの入口ライン内に配置されている、請求項１〜９のうちいずれか一に記載の装置（１，２，５１）。
【請求項１１】
前記スロットル（１１７）は、クロック動作弁として設計されている、請求項１〜１０のうちいずれか一に記載の装置（１，２，５１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、治療機器を調節し、特に、透析治療の際の限外濾過を調節する方法及び装置に関する。
【０００２】
透析は、急性又は慢性腎不全の患者の血液を浄化するプロセスである。この場合、体外血液循環を用いる方法、例えば血液透析、血液濾過又は血液透析濾過と、体外血液循環を必要としない腹膜透析とは基本的に区別される。
【０００３】
血液透析では、体外血液循環回路内の血液は、半透膜によって透析液チャンバから分離された透析器の血液チャンバ中に通される。或る特定の濃度の血液電解質を含む透析液は、透析液チャンバを通って流れる。透析液中の血液電解質の物質濃度は、健常者の血液中の濃度に一致している。治療中、患者の血液及び透析液は、通常所定の流量で向流で膜の両側を通る。尿中に排出された物質は、半透膜を通って血液チャンバから透析液のためのチャンバ中に拡散し、これに対し、血液及び透析液中に存在する電解質は、濃度の高いチャンバから濃度の低いチャンバ中に拡散する。血液側から透析液側までの圧力勾配が透析膜に対して生じた場合、水は、透析膜を通って患者の血液から拡散して透析液循環、即ちいわゆる限外濾過物中に進む。この限外濾過プロセスにより、患者の血液からの所望の水の除去（除水）が行われる。
【０００４】
血液濾過では、透析液が患者の血液側と反対側に位置した透析器の半透膜の側を通過することがないようにした状態で、膜間圧力を透析器又は血液濾過器内に加えることによって限外濾過物が患者の血液から取り出される。加うるに、滅菌且つ発熱物質なしの置換溶液も又、患者の血液に添加するのが良い。この置換溶液が透析器又は血液濾過器から見て上流側に添加されるか下流側に添加されるかに応じて、事前希釈又は事後希釈と呼ばれる。質量交換は、血液濾過の際、対流によって生じる。
【０００５】
置換液が透析治療中に同時に患者の血液に添加されたときに血液透析と血液濾過の組み合わせが起こる。血液透析濾過とも呼ばれているこの形式の治療は、以下の説明にある血液透析、透析又は透析治療という概念によっても扱われる。
【０００６】
透析治療においては、除液量を高い精度で測定して平衡化することが極めて重要である。と言うのは、除液量がほんの僅かに多すぎた場合であっても患者にとって重篤な結果が生じる場合があるからである。
【０００７】
これは、透析液チャンバ内への透析物又は透析液の流入量と透析液チャンバからの透析液の流出量が互いに別々に制御されるということによって保証される。透析液チャンバに添加される体液の量とそれと同時に透析液チャンバから取り出される体液の量のバランスは、患者の血液から取り出される限外濾過物又は限外濾過液の尺度を提供する。
【０００８】
平衡化のための考えられる一手段は、透析液チャンバへの流入の状態で供給される体液の量が透析液チャンバからの流出の状態で取り出される体液の量に一致するという原理に基づくバランスチャンバポンプを用いることである。
【０００９】
患者からの体液の追加の取り出しのため、送り出し装置、いわゆる限外濾過ポンプを備えた別の流路が血液チャンバと並列に配置される。取り出されるべき体液は、バランスチャンバを越えて延びる並列流路に通され、そして限外濾過ポンプによって測定され、かくして、かかる体液は、体液バランスの尺度となる。
【００１０】
バランスチャンバは、複雑な構造を有しており、製造公差について高い要求をもたらす。
【００１１】
変形例として、限外濾過は、透析液チャンバへの入口ライン内の流量及び透析液チャンバからの出口ライン内の流量を、互いに別個独立に制御可能であると共に入口ライン及び出口ライン内に配置されたポンプによって制御することによって制御されても良い。この場合、平衡化は、入口ライン及び出口ライン内に配置された流量センサによって又はカートによって実施され、このことは、これらセンサ又はカートの較正を行うための複雑さが大きいことと関連している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、本発明の目的は、上述の問題のうちの少なくとも１つを解決すると共に限外濾過を調節するための単純な装置及び対応の方法を利用できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的は、限外濾過されるべき血液が透析器の血液チャンバを通って流れる透析治療の際の限外濾過を調節する装置であって、透析器は、半透膜によって体外血液循環回路内の血液チャンバと透析液チャンバに細分され、透析液は、透析液循環回路内で透析器の透析液チャンバを通って流れる形式の装置によって達成される。本発明の装置は、体外血液循環回路内の血液流量を制御する血液ポンプと、透析器から見て上流側で透析液循環回路内に配置されていて、透析液チャンバへの流入路内の透析液流量を制御する透析液ポンプと、透析器から見て下流側で透析液循環回路内に配置されていて、透析液チャンバからの流出路内の透析液流量を制御するスロットルと、透析液チャンバの流入路と流出路との間の透析液循環回路内の体液バランスを限外濾過の尺度（measure）として作り出す平衡化装置と、血液ポンプ、透析液ポンプ及び／又はスロットルを調節して所定の限外濾過が達成されるようにする調節ユニットとを有する。
【００１４】
変形実施形態では、スロットルは、透析液チャンバへの流入部内で透析器から見て上流側に配置され、透析液ポンプは、透析液チャンバからの流出部内において透析器から見て下流側に配置される。
【００１５】
加うるに、本発明の目的は、透析治療の際の限外濾過を調節するための請求項１及び請求項２記載の装置並びに請求項１２又は１３記載の方法によって達成される。さらに、本発明の目的は、血液濾過治療の際に血液濾過を調節するための請求項８記載の装置及び請求項１７記載の方法によって達成される。有利な実施形態は、従属形式の請求項に記載されている。
【００１６】
透析液ポンプを透析液チャンバへの流入部内で透析液循環回路内に配置するということは、透析液ポンプが透析液調製部の近くに配置されるということを意味している。
【００１７】
本発明者が認識したところによれば、透析液流量を調節するためのこの構成では、透析液チャンバから見て下流側に位置する追加の透析液ポンプは不要である。これは、構造的複雑さの減少と関連している。この状況は、透析液ポンプが透析液チャンバからの流出部内に配置されている場合にもほぼ同じである。この構成では、透析液チャンバから見て上流側で透析液流量を調節するための追加の透析液ポンプは不要である。
【００１８】
血液ポンプは、有利には、血液チャンバへの入口ライン内で血液循環回路内に配置される。このように、血液ポンプにより供給される圧力は、透析液チャンバと比較して、血液チャンバ内の過剰な圧力に寄与する。
【００１９】
限外濾過は、血液ポンプによって提供される血液流量又は圧力について所定の値を設定することができるよう調節されるのが良く、調節ユニットは、透析液ポンプ及び／又はスロットルが測定された限外濾過率の関数として調節されると共に制御され、透析液チャンバへの入口ライン内の圧力又は容積流量が透析液循環回路内で調節され、スロットル抵抗がそれに応じて調節されるという点で、限外濾過を調節する。
【００２０】
変形例として、限外濾過は又、透析液ポンプの透析液流量又は送り出し圧力及びスロットル値について所定の値を設定できるよう調節されても良く、調節ユニットは、体外血液循環回路内の血液チャンバへの入口ライン内の圧力又は容積流量を調節することによって、調節ユニットが測定された限外濾過率の関数として血液ポンプを調節するという点で限外濾過を調節する。
【００２１】
しかしながら、限外濾過の任意他の調節も又、透析器内の圧力条件を血液循環回路内の血液ポンプにより且つ透析液循環回路内の透析液ポンプ及びスロットルを介して制御すると共に／或いは調節することができ、その結果、所望の限外濾過が行われるようにする限り、可能である。
【００２２】
スロットルは、可変調整可能な断面を備えたスロットル、貫流弁、クロック動作弁又は経時的に平均を取るだけで得られる可変調整可能な流れ抵抗を含む流れ抵抗が可変調整可能な別のコンポーネントとして設計可能である。
【００２３】
本装置の改造例では、平衡化装置は、透析液チャンバへの流入部内の流量と透析液チャンバからの流出部内の流量の流量差を測定する流量差測定ユニットと、流入部又は流出部から、流入部又は流出部から別の流路中への透析器の枝路までの枝路と、流入路、流出路及び／又は追加の流路内の流量を調整する装置とを有し、測定ユニットは、測定された流量差が所定の条件を満たすよう制御可能である。この改造例では、平衡化装置は、追加の流路内の流量を体液バランスの尺度として決定する装置を有する。
【００２４】
追加の流路内の流量をこの流路内に配置されたポンプ又はスロットルにより近似的に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】限外濾過を調節するための装置を備えた透析機器のブロック図である。
【図２】限外濾過を調節するための別の装置を備えた別の透析機器のブロック図である。
【図３】透析機器の基本的線図のブロック図である。
【図４】透析機器のための単純化された電気回路線図のブロック図である。
【図５】血液濾過を調節するための装置を備えた血液濾過機械のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、本発明の教示による限外濾過を調節する装置を備えた治療機器１を概略的に示している。処置されるべき血液は、アクセス１１４を介して患者から取り出され又は脱血され、そして体外血液循環路又は回路１１２内のポンプ１１５によってアクセス１１４及び透析器１１３内の血液チャンバを通って患者に送り返され又は返血される。アクセス１１４は、血液を脱血したり返血したりするのに適した血液循環路又は回路１１２を患者の適当な血管に連結している。アクセス１１４は、血液を脱血したり返血したりするための別個の流入路及び流出路を有しても良く（「複針」法）又は流入路及び流出路が一要素として具体化されても良い（「単針」法）。
【００２７】
透析器１１３内に設けられている半透膜１１１が透析液チャンバ１０８を血液チャンバ１１０から分離している。血液チャンバ１１０から透析液チャンバ１０８中への体液交換及び質量交換は、半透膜を介して行われる。透析液循環回路１０９内の透析液は、透析液チャンバから見て上流側の入口ライン１０６内に設けられた透析液ポンプ１０７によって濾過器１１３の透析液チャンバ１０８を通って運ばれる。さらに、透析液チャンバ１０８からの出口ライン１０５内の透析液流量は、可変調整可能なスロットル１１７によって制御される。変形例として、透析液ポンプ１０７は、透析液チャンバ１０８から見て下流側で出口ライン１０５内に配置されていても良く、入口ライン１０６内の透析液流量の制御は、可変調整可能なスロットル１１７によって達成される。平衡化装置１０４が透析液チャンバ１０８に供給されて透析器１１３から流出する透析液を平衡化する（透析液のバランスを取る）ために透析液源１０３からの供給を受ける透析液循環回路１０９内に配置されている。この目的のため、透析液チャンバ１０８への流入部内の流量及び透析液チャンバ１０８からの流出部内の流量を別々に検出することができ又は流量差を体液バランスの尺度として求めることができる。体液バランスは、透析器１１３内の半透膜１１１を通って取り出される限外濾過率に対応している。透析器１１３から流出するいわゆる使用済み透析液は、通常、透析液流出部１０２で破棄される。変形例として、使用済み透析液の再生を行うことができる。
【００２８】
加うるに、血液循環回路１１２内の透析器１１３から見て上流側又は下流側での血液濾過の場合、置換液が置換液ライン（図示せず）を通って添加されるのが良い。この場合、置換液の追加の量も又、全体液バランスに関して考慮に入れられるべきである。
【００２９】
主として透析器１１３の半透膜１１１に関する圧力条件は、透析液チャンバ１０８と比較して過剰な圧力が血液チャンバ１１０内で生じるよう血液ポンプ１１５の制御、透析液ポンプ１０７の制御及び／又は可変調整可能なスロットル１１７の制御によって影響を受ける。したがって、体液は、半透膜を通って血液チャンバ１１０から透析液チャンバ１０８内に運ばれる。
【００３０】
血液ポンプ１１５は、動作パラメータとして、例えば一実施形態では、蠕動ポンプとして、或る特定のポンプ回転速度又は或る特定の体液重量を達成するよう制御可能であるのが良い。変形例として、血液ポンプ１１５は、動作パラメータとして、例えばインペラポンプとして或る特定の送り出し圧力を達成するよう制御可能であっても良い。
【００３１】
同様に、透析液ポンプ１０７は、或る特定の送り出し量又はポンプ回転速度を達成するよう蠕動ポンプ、ダイヤフラムポンプ、ピストンポンプ等として設計されても良く、或いは、透析液ポンプ１０７は、例えば或る特定の送り出し圧力を発生させるようインペラポンプとして設計されても良い。
【００３２】
可変調整可能なスロットル１１７は、可変調整可能な断面を備えたスロットル、貫流弁、クロック動作弁又は経時的に平均を取るだけで得られる可変調整可能な流れ抵抗を含む流れ抵抗が可変調整可能な別のコンポーネントとして設計可能である。
【００３３】
測定ラインを経て平衡化装置１０４に連結された制御・調節ユニット１０１が制御ライン１３を経て血液ポンプ１１５に連結されると共に制御ライン１４を経て透析液ポンプ１０７に連結されると共に制御ライン１１６を経て可変調整可能なスロットル１１７に連結されている。血液処置中、現時点で測定された限外濾過のパラメータ、例えば、限外濾過量又は限外濾過率が連続的又は定期的に平衡化装置から制御・調節ユニット１０１に送られる。制御・調節ユニット１０１は、現時点において測定されたパラメータを用いて血液ポンプ１１５、透析液ポンプ１０７及び可変調整可能なスロットル１１７のための制御信号を導き出す。次に、透析液ポンプ１０７は、血液ポンプ１１５及び可変調整可能スロットル１１７の制御が達成されるべき限外濾過、例えば治療中全体にわたって達成されるべき或る特定の限外濾過率又は或る特定の限外濾過量に関して起こる。
【００３４】
調節は、血液ポンプ１１５及び透析液ポンプ１０７が一定の回転速度又は一定の送り出し圧力で作動されるように起こるのが良く、可変調整可能スロットル１１７は、平衡化装置１０４によって送られた限外濾過値が調節された変数としての役目を果たすよう制御される。例えば、限外濾過率の送られた測定値が対応の設定値を上回っている場合、可変調整可能スロットル１１７を絞るべきであり、或いは、換言すると、その流れ抵抗を増大させるべきである。限外濾過率がその設定値を下回っている場合、可変調整可能スロットル１１７を広げ又は換言するとその流れ抵抗を減少させる。
【００３５】
変形例としての制御方式は、血液ポンプ１１５を一定の回転速度で又は一定の送り出し圧力で作動させ、可変調整可能スロットル１１７を或る特定の流れ抵抗に設定し、透析液ポンプ１０７を平衡化装置１０４により送られた限外濾過値が制御変数であるように制御するようなものである。例えば、限外濾過率の送られた値が対応の設定値を上回っている場合、透析液ポンプ１０７を加速させるべきであるが、限外濾過率がその設定値を下回っている場合、透析液ポンプ１０７を絞る。
【００３６】
別の変形例としての制御方式は、透析液ポンプ１０７を一定の回転速度で又は一定の送り出し圧力で作動させ、可変調整可能スロットル１１７を或る特定の流れ抵抗に設定し、そして血液ポンプ１１５を制御して平衡化装置１０４によって送られる限外濾過値を調節するようにすることであっても良い。例えば、限外濾過率の送られた値が対応の設定値を上回っている場合、血液ポンプ１１５を絞るべきであるが、限外濾過率がその設定値を下回っている場合、血液ポンプ１１５を加速させるべきである。
【００３７】
これら制御方式の組み合わせが、例えば、内部制御ループ内において、最初に、血液ポンプ１１５及び／又は透析液ポンプ１０７を一定のレベルで作動させ、可変調整可能スロットル１１７を制御するような仕方で可能である。スロットルを完全に開いた場合にのみ、血液ポンプ１１５及び／又は透析液ポンプ１０７をそれに応じて制御する。
【００３８】
限外濾過は、限外濾過率について或る特定の値があらかじめ選択されるように調節されるのが良い。変形例として、或る特定の限外濾過率は、血液処置中に取り出されるべき限外濾過量についてあらかじめ決定されても良い。
【００３９】
限外濾過率の所定の値は、限外濾過率について一定の又は連続して変化する値であっても良い。
【００４０】
変形例として、限外濾過率又は限外濾過量についてプロフィールをあらかじめ選択して正の限外濾過率を備えた間隔と負の限外濾過率を備えた間隔がこのプロフィールにおいて交互に位置するようにしても良い。このように、堆積物を透析器半透膜から放出し又は透析器半透膜上における物質の堆積を減少させ又は阻止するいわゆるプッシュ‐プルモードを達成することができる。これにより、透析器半透膜の透過性が向上すると共に薬剤分子についての対応の清浄化性能（除去）が向上する。本発明の構成は、僅かな機器複雑さで、例えば、振動圧力パルスを加えるための追加のポンプなしでこれを達成する。かくして、もっぱら可変調整可能スロットル１１７の適度にクロック動作の制御によってプッシュ‐プルモードを達成することができる。
【００４１】
限外濾過の調節は、この場合、限外濾過率について上述した調整方式で類推によって起こることができ、その結果、限外濾過率についての設定値との比較ではなく、限外濾過プロフィールとの対応の比較が存在するようになる。
【００４２】
血液濾過の場合、治療中に置換液ラインを介して体液バランスに追加される置換液の量を調節するのが良く、その結果としての全限外濾過率、即ち透析器により取り出される流体の量と置換液の重さの差を調節された変数として用いる。
【００４３】
図２は、限外濾過を調節するための別の装置を備えた別の透析機器を概略的に示している。図２に示された透析機器は、本質的には、図１の限外濾過装置の設計に対応している。その説明をここで繰り返す代わりに、対応の要素の説明について参照されたい。限外濾過装置の説明は、基本的には、以下に詳細に説明する平衡か装置１０４の実施形態について異なっている。
【００４４】
平衡化装置１０４は、流量測定セル２０５，２０６を有し、流量測定セル２０５，２０６は、透析液循環回路１０９内において、流量測定セル２０５が透析液チャンバ１０８から見て上流側に位置し、流量測定セル２０６が透析液チャンバ１０８から見て下流側に位置するよう流量差センサ２０１に接続されている。
【００４５】
限外濾過ポンプ２１１が流路２１２内に位置し、この流路２１２は、流量測定セル２０６と並列であり、この流路内において、流体運搬量が限外濾過ポンプ２１１によって制御される。
【００４６】
限外濾過ポンプ２１１に代えて、並列流路２１２内の流量を制御するためにスロットルが更に設けられるのが良い。
【００４７】
流量差センサ２０１は、各流量測定セル２０５，２０６に関する別個の測定値から成る１対の測定値を決定し、これら測定値は、それぞれの流量測定セルを通る体液の流量を指示している。１対の測定値は、好ましくは、毎秒１回又は２回求められ、そして測定ライン２０２，２０３により制御・調節ユニット１０１に送られる。制御・調節ユニット１０１は、１対の容積流量値を各測定値の対に割り当て、その結果、容積流量に対する測定値のプロットを用いることができ、このプロットは、先に実施された較正に基づいている。変形例として、質量流量に対するプロットも又使用できる。制御・調節ユニット１０１は、それにより近似的に求められた容積流量対からポンプ２１１のための制御信号を導き出し、その結果、流量差センサの２つの流量測定セル２０５，２０６を通る容積流量が各時点で一致するようポンプ２１１を作動させる。例えば、制御・調節ユニット１０１は、容積流量対の２つの容積流量から差信号を生じさせ、そして差信号に応じて適当な仕方で限外濾過ポンプ２１１の流量を増大させ又はこれを減少させることによって限外濾過ポンプ２１１の流量を変更し、その結果、差信号がゼロに近く無視できるようになる。流量測定セル２０５を通る流量が流量測定セル２０６を通る流量よりも少ない場合、これにより、流量測定セル２０６と流量測定セル２０５の測定値の差について正の値が生じる。すると、制御・調節ユニット１０１は、限外濾過ポンプ２１１を通る流量を増大させ、流量測定セル２０６を通る流量を減少させるよう限外濾過ポンプ２１１のための制御信号を変更することができ、他方、透析器からの流出部内の流量の変化がなく、ついには、同じ流量が流量測定セル２０５を通る流量として定められるようになる。すると、限外濾過ポンプ２１１を通る流量は、透析液チャンバから出る透析液流量と透析液チャンバに流入する透析液流量の流量差を指示する。この場合、限外濾過ポンプ２１１を通る流量は、透析器１１３から抜き出されている限外濾過物の量の尺度である。
【００４８】
一実施形態では、限外濾過ポンプ２１１を通る流量は、所定の値に設定され、血液ポンプ１１５、透析液ポンプ１０７及び可変調整可能スロットル１１７の制御は、上述したように行われ、その結果、流量差センサ２０１で測定された流量差は、所定の条件例えば「ゼロに近く無視できるようになる」条件を満たすようになる。
【００４９】
限外濾過ポンプ２１１を通る流量は、透析器１１３への流入路と透析器１１３からの流出路との間の体液バランスの尺度、即ち、透析器１１３から取り出される限外濾過物の量についての尺度である。
【００５０】
差信号の消失は、或る特定の時点における差流量又は差流量の積分の消失に関連している場合がある。
【００５１】
別の実施形態では、容積流量又は質量流量への測定値対の割り当ては、両方のチャネルを通る同じ容積流量での測定値相互の差が既知である場合、省かれても良い。この場合、制御・調節ユニット１０１は、２つの測定値の差を求め、この差が同一の容積流量であらかじめ知られている差に一致するようになるまで適当な仕方で可変調整可能スロットル１１７の透過度を近似的に変更する。
【００５２】
流量差センサ２０１は、有利には、流れを向流状態で通す２つの流量測定セル２０５，２０６が長方形の断面を有し、且つ磁界に対して直角に配置された磁気誘導原理に従って機能するのが良い。磁界は、流量差センサ２０１の制御により調整され、かかる磁界は、同一サイズの一様な磁界が両方の流量測定セル２０５，２０６を通って生じるような特性のものである。これは、例えば、流量測定セル２０５，２０６のチャネルが磁界に対して互いに上下に配置されることによって達成される。各チャネル内において、電極が磁界と反対側で且つ直角に、しかもそれぞれのチャネル内の流れの方向とは逆に且つ直角になるよう磁界に沿って延びる内壁に取り付けられている。体液がチャネルを通って流れる場合、体液中に存在するイオンの電荷分離が磁界によって引き起こされ、その結果、電圧が電極に印加されるようになる。この電圧は、流速に比例すると共に磁界の強さで決まる。２つの流量測定セル２０５，２０６内の磁界の強さが同じサイズのものである場合、相対流量差信号に関する磁界強さ依存性は、有利には、２つのチャネルから差信号を形成する際になくなる。
【００５３】
換言すると、差信号がなくなることは、流量測定セル２０５，２０６内の磁界の絶対サイズとは無関係に流量測定セル２０５を通る流量及び流量測定セル２０６を通る流量が同じサイズのものであることを意味している。
【００５４】
正の限外濾過率を備えた間隔と負の限外濾過率を備えた間隔が交互に位置するプロフィールが限外濾過率又は限外濾過量についてあらかじめ選択されている実施形態では、所定の条件は、有利には、限外濾過量の積分及び／又は差信号の積分がゼロに近く無視できるようになる。
【００５５】
限外濾過ポンプ２１１は、好ましくは、容積形ポンプ、より好ましくはダイヤフラムポンプ、チューブローラポンプ（tube roller pump）、ピストンポンプ若しくは歯車ポンプ又は体液の送り出し量を決定することができる任意他のポンプから成る群から選択される。例えば、チューブローラポンプで送り出される量は、公知の方法を用いてポンプ管容積及びチューブローラポンプのロータの回転角度から良好な精度で決定できる。体液の送り出し量を決定する対応の方法は、容積形ポンプの群から他のポンプについて技術の現状から知られている。
【００５６】
この場合、測定される液体の量は、限外濾過物の量に一致することが有利である。この量は、典型的には、透析治療１回当たり又は１日当たり３〜５リットルであり、流量センサを通って流れる透析液の量は、その倍数、典型的には６０〜２４０リットルに上る。したがって、本発明の教示に一致して、流量差に関する測定装置又は測定方法を利用することは今や有利に可能であり、かかる測定方法は、流入中及び流出中の透析液の量を別々に検出し、しかる後に差を求めるに過ぎない測定方法よりも著しく低い公差を備えなければならない。
【００５７】
図３は、透析液ポンプ１０７、血液ポンプ１１５及び透析器１１３を備えた図１に示されている透析機器についての等価回路図を示しており、透析液回路、血液循環回路及び透析器内の流れ抵抗は、電気均等図の抵抗として示されている。詳細に説明すると、動脈針抵抗３１３、動脈ライン抵抗３１２、静脈針抵抗３１４、静脈ライン抵抗３１１が体外血液循環回路内に示されており、動脈フィルタ長手方向抵抗３０９及び静脈フィルタ長手方向抵抗３１０が透析器１１３内に示されている。透析液循環回路内の流れ抵抗は、透析器の入力端部の流れ抵抗３０７、透析器の出力端部の流れ抵抗３０６、透析液循環回路の透析液の流れ抵抗３０４、透析液循環回路の透析液出力側の固定的にあらかじめ定められた流れ抵抗３０３及び可変スロットル抵抗３１５、即ち調節可能なスロットル１１７の可変抵抗によってモデル化される。透析器内の半透膜は、膜間抵抗３０８によってモデル化される。個々の抵抗、これらの参照表記及び微分で用いられる公式が以下に与えられるような透析液循環回路、体外血液循環回路及び膜間抵抗についての微分に関して表１に示されている。
0006552108.tif 000002
表１
【００５８】
図４は、図３に示された電気回路図の単純化された等価回路図である。図４に示されている単純化回路図では、体外血液循環回路内の動脈針抵抗（記号：ＲaN）、体外血液循環回路内の動脈ライン抵抗（記号：ＲaL）並びに動脈フィルタ長手方向抵抗（記号：ＲaF）は、組み合わされて、次のように全動脈抵抗４０１（記号：Ｒa）になる。
Ra = RaN + RaL + RaF          (式１)
【００５９】
同様に、体外血液循環回路内の静脈針抵抗（記号：ＲvN）、体外血液循環回路内の静脈ライン抵抗（記号：ＲvL）及び静脈フィルタ長手方向抵抗（記号：ＲvF）は、組み合わされて、次のように全静脈抵抗４０２（記号：Ｒv）が生じる。
Rv = RvN + RvL + RvF          (式２)  
【００６０】
透析器循環回路内の抵抗の対応の組み合わせにより、以下が生じる。透析液循環回路内の入力端部のところの流れ抵抗３０４（記号：ＲDin）及び透析器の入力端部のところの流れ抵抗３０７（記号：ＲDFin）を組み合わせると、以下のように入力抵抗４０５（記号：Ｒin）が得られる。
Rin = RDin + RDFin               (式３)
【００６１】
透析液循環回路内の出力端部のところの流れ抵抗３０３（記号：ＲDout）及び透析器の出力端部のところの流れ抵抗３０６（記号：ＲDFout）を組み合わせると、以下のように出力抵抗４０４（記号：Ｒout）が生じる。
Rout = RDout + RDFout +  RDr      (式４).
【００６２】
以下の表２は、図４に示されている抵抗の名称、これらの参照符号及びこの微分で用いられている記号をまとめて示している。
0006552108.tif 000003
表２
【００６３】
血液ポンプ及び透析液ポンプを電流源又は電圧源としてモデル化することができ、その結果、適当なモデル化は、ポンプの設計によって影響を受ける。かくして、容積形ポンプを例えばダイヤフラムポンプ、チューブロールポンプ、ピストンポンプ又は歯車ポンプを透析液ポンプとして用いる場合、電流源としての透析液ポンプのモデル化が有利である。この状況は、血液ポンプが容積形ポンプ、例えばチューブロールポンプとして設計されている場合にも同様である。定圧ポンプ、例えばインペラポンプが好ましくは電流源としてモデル化される。血液ポンプ又は透析液ポンプが対応の内部抵抗を持つ非理想電圧源又は電流源としてモデル化される場合、それぞれの内部抵抗は、透析液循環回路及び／又は体外血液循環回路内の抵抗を増すに違いない。かくして、透析液ポンプを例えば非理想電圧源としてモデル化する際、透析液ポンプの流れ抵抗は、入力抵抗４０５に含まれなければならない。この状況は、体外血液循環回路について同様である。当業者であれば、これに対応した所要の検討事項を知っている。当業者は又、非理想電圧源がモデル化される等価回路図が非理想電流源を備えた対応の等価回路図にどのように変換されるべきかを知っているであろう。
【００６４】
以下の検討事項は、体外血液循環回路及び透析液循環回路内の抵抗の量定並びに関与するポンプの内部抵抗の量定及び所望の限外濾過率を達成するために関与するポンプの制御において役に立つ場合がある。
【００６５】
対応の電流ＩUFが等価電気回路図内の限外濾過率について仮定される場合、電圧源としてのポンプのモデル化の場合、限外濾過率についての以下の式を透析液ポンプが電圧ＵDの電圧源を備えた状態でモデル化されると共に血液ポンプが電圧ＵBの電圧源を備えた状態でモデル化された場合の電圧源としてのポンプのモデル化の場合に与えることができる。
0006552108.tif 000004
【００６６】
電流源としてのポンプのモデル化の場合、以下の公式を透析液ポンプが電流ＩDの電流源を備えた状態でモデル化されると共に血液ポンプが電流ＩBの電流源を備えた状態でモデル化された場合に限外濾過率について与えることができる。
0006552108.tif 000005
【００６７】
以下の検討事項は、出力抵抗４０４（記号：Ｒout）の６８について役立つ。或る特定の限外濾過率を達成するのに必要な出力抵抗４０４（記号：Ｒout）についての式６の変形により、以下の式が得られる。
0006552108.tif 000006
【００６８】
式７は、膜間抵抗ＲTMが高すぎる場合、これが透析液循環回路内の出力抵抗Ｒoutの量定に対して望ましくない影響を及ぼすことを示している。したがって、膜間抵抗ＲTMは、高い比スループット係数を備えたフィルタ（「ハイカットオフフィルタ（high cutoff filter）」）又は十分に広い由宇港フィルタ面積を備えたフィルタとしてできるだけ小さく選択されるべきである。検討されるべき一ポイントは、膜間抵抗ＲTMが静脈フィルタ長手方向抵抗ＲvFのように、体外血液処置中に増大することになるということにある。体外血液循環回路内における静脈フィルタ長手方向抵抗ＲvFの増大は、代表的には、血液処置中におけるヘマトクリットの増大、体外血液循環回路内のいわゆる血液濃縮及び考えられる狭窄の発生に基づいている。透析器半透膜上の堆積物に起因して血液処置中に膜間抵抗ＲTMの増大が生じる場合が多い。血液処置中に定期的に起こるこれら作用効果は、体外血液循環回路内及び透析器循環回路内の抵抗の量定並びに血液ポンプ、透析液ポンプ及び可変調整可能スロットルの制御の際に考慮に入れられるべきである。
【００６９】
以下の数値による実施例は、関与する流量の考えられる量定の指示値を与えることができ、即ち、最小値ＩBmin＝６０ｍＬ／ｍｉｎ及び最大値ＩBmax＝３００ｍＬ／ｍｉｎが血液流量ＩBについて仮定され、最大値ＩUFmax＝ＩB／１０、即ち、約２０ｍＬ／ｍｉｎ及び最小値ＩUFmin＝０ｍＬ／ｍｉｎが限外濾過率ＩUFについて仮定され、最小値ＩDmin＝ＩB／３及び最大値最小値ＩDmax＝２００ｍＬ／ｍｉｎが透析液流量ＩDについて仮定される。
【００７０】
血液流量ＩBは、血液ポンプ１１５を通る流量として設定され、透析液流量ＩDは、透析液ポンプ１０７を通る流量に対応し、限外濾過率ＩUFは、膜間抵抗３０８を通る流量に対応する。
【００７１】
一般に、以下の式が透析液流量ＩDについて当てはまる。
0006552108.tif 000007
【００７２】
基本的には、流量ＩBが所与の場合、最大限外濾過率は、透析液流量ＩDが最小値にあるときに達成されることが分かる。
【００７３】
変形後、式８により以下の式が得られる。
0006552108.tif 000008
【００７４】
ＩB＝５０ｍＬ／ｍｉｎが最小血液流量について部悦の数値として用いられると共にＩUF＝５ｍＬ／ｍｉｎが限外濾過率についての別の数値として用いられる場合、これにより抵抗ＲV、Ｒout及びＲTMの変数を互いに関連させる以下の式が得られる。
0006552108.tif 000009
又は
0006552108.tif 000010
【００７５】
膜間抵抗ＲTM及び透析器循環回路内の出力抵抗の或る特定の比で始まって、全静脈抵抗ＲVに対する透析器循環回路内の出力抵抗Ｒoutを量定するために以下の式が得られる。漸増する値が治療中全体にわたる増加の上述の作用効果を反映して膜間抵抗ＲTMについて得られる。
0006552108.tif 000011
【００７６】
計算のこの実施例は、膜間抵抗ＲTMが大きい場合、出力抵抗Ｒoutが小さく選択されなければならないことを示している。透析器循環回路及び体外血液循環回路内の流れ抵抗の解釈について上述したように、膜間抵抗ＲTMが高すぎる場合、これは不利益である。例えば、膜間抵抗ＲTMがその最大値として、透析液循環回路内の出力抵抗Ｒoutの４倍を有する場合があると仮定した場合、上記において与えられた数値の例により、ＲoutよりもＲVよりも小さくなければならないという単純な要件が生じる。透析液循環回路内の出力抵抗Ｒout及び全静脈抵抗ＲVの解釈に関し、全静脈抵抗ＲVを血液処置の開始時に公式化すれば十分である。というのは、式９は、全静脈抵抗が血液処置期間中に上昇すると、まもなく満たされるからである。
【００７７】
図１及び図２の例示の実施形態における出力抵抗Ｒoutは、スロットル１１７の対応の調整によって制御される。
【００７８】
透析液流量ＩD、血液流量ＩB及び限外濾過率ＩUFの一例として以下に与えられた値に関し、治療の開始時における出力抵抗Ｒoutの値が全静脈抵抗ＲVに対応し、治療の開始時における膜間抵抗ＲTMが出力抵抗Ｒoutに対応しているものと仮定する。
【００７９】
最大血液流量ＩB＝２００ｍＬ／ｍｉｎの場合、最大限外濾過率ＩUF  ＝２０ｍＬ／ｍｉｎが以下のように、式９から始まって透析器流量で達成される。
0006552108.tif 000012
【００８０】
最小限外濾過率ＩUF＝０ｍＬが次のように透析液流量に対応している。
0006552108.tif 000013
【００８１】
両方の値は、透析液流量ＩD＜２００ｍＬ／ｍｉｎという許容範囲、受け入れることができる範囲又は好ましい範囲内に収まる。
【００８２】
以下の数値の実施例に関し、残りの血液処置中、膜間抵抗ＴMは、上述した作用効果の結果として、４倍以上の値まで上昇する。最大限外濾過率ＩUF＝２０ｍＬ／ｍｉｎを達成するため、次式、即ち、
0006552108.tif 000014
への透析液流量の絞りが必要な場合がある。
【００８３】
次式、即ち、
0006552108.tif 000015
の透析液流量は、依然として、最小限外濾過率ＩUF＝０ｍＬについて確立されなければならない。
【００８４】
上述の作用効果の結果として、全静脈抵抗ＲVが血液処置中に２倍になったと仮定した場合、これにより、２０ｍＬ／ｍｉｎという最大限外濾過率を達成するためには、次式、即ち、
0006552108.tif 000016
という所要の透析液流量が得られる。
【００８５】
最小限外濾過率ＩUF＝０ｍＬの場合、その結果は、次式、即ち、
0006552108.tif 000017
という透析液流量である。
【００８６】
この場合、０〜２０ｍＬ／ｍｉｎの範囲全体にわたって限外濾過率を調節することができるようにするためには、透析液流量の範囲を拡張する可能性が受け入れることができ、許容可能であり又は好ましく考えられ、或いは、血液流量ＩBを減少させることが考えられる。かくして、例えば、最大許容透析液流量ＩD＝２００ｍＬ／ｍｉｎでは、最大限外濾過率ＩUF＝２０ｍＬ／ｍｉｎは、血液流量ＩB＝１７０ｍＬ／ｍｉｎで達成でき、最小限外濾過率ＩUF＝０ｍＬ／ｍｉｎは、血液流量ＩB＝１００ｍＬ／ｍｉｎで達成される。
【００８７】
以下の実施例としての計算は、膜間抵抗ＲTMを低く保つことがどのように有利であるかを示しているはずである。透析器及び透析液循環回路の寸法決めにより、膜間抵抗ＲTMがその最大値にあるときに透析液循環回路内の出力抵抗Ｒoutに一致していることが確かめられた場合、又、透析液循環回路内の出力抵抗ＲoutがＲout＝３／２ＲVと全静脈抵抗の比の状態にあるように透析液循環回路及び体外血液循環回路が設計されている場合、２０ｍＬ／ｍｉｎという最大限外濾過率が流量ＩB＝２００ｍＬ／ｍｉｎ及び次式、即ち、
0006552108.tif 000018
という透析液流量で得られ、０ｍＬ／ｍｉｎという最小限外濾過率が同一の血液流量ＩB及び次式、即ち、
0006552108.tif 000019
という透析液流量で得られる。
【００８８】
かくして、０ｍＬ／ｍｉｎから２０ｍＬ／ｍｉｎまでの限外濾過率ＩUFの範囲を透析液流量ＩDの僅かな変化で制御することができる。
【００８９】
図５は、本発明の教示に従って血液濾過を調整するための装置を備えた血液濾過装置５１を概略的に示している。処置されるべき血液がアクセル５１４を経て患者から抜き取られ、そして透析器又は血液濾過器５１３の血液チャンバを通り、そしてアクセス５１４を通って体外血液循環回路５１２内に設けられた血液ポンプ５１５によって患者に戻される。アクセス５１４は、血液循環回路５１２を血液を採取してこれを戻すのに適した患者の血管に連結している。アクセス５１４は、血液を採取したり血液を戻すための別々の出口及び入口（「複針」法）を有するのが良く、或いは、流入部及び流出部が一要素（「単針」法）として設計されても良い。透析器又は血液濾過器５１３から見て上流側又は下流側において、置換液が置換液ライン（図示せず）を通って血液循環回路５１２に添加される。
【００９０】
透析器又は血液濾過器５１３内において、半透膜５１１は、濾液チャンバ５０８を血液チャンバ５１０から分離している。血液チャンバ５１０から濾液チャンバ５０８内への液体交換又は質量交換は、半透膜５１１を介して起こる。濾液チャンバ５０８からの出口ライン５０５内の濾液流量は、可変調整可能なスロットル５１７によって制御される。透析器又は血液濾過器５１３から流出した濾液は、濾液流量に関して設けられた流量計５０４によって検出され、かかる濾液は、一般に、濾液ドレーン５０２中に廃棄される。
【００９１】
血液濾過器５１３内の半透膜５１１に加わる圧力条件は、血液ポンプ５１５の制御又は可変調整可能スロットル５１７の制御によって影響を受け、その結果、過剰の圧力が濾液チャンバ５０８と比較して、血液チャンバ５１０内で生じるようになる。したがって、半透膜を通って血液チャンバ５１０から濾液チャンバ５０８内の液体の輸送が生じる。
【００９２】
例えば、蠕動ポンプとしての一実施形態では、血液ポンプは、或る特定のポンプの回転速度又は或る特定の血液流量を達成するために動作パラメータとして制御可能であるのが良い。変形例として、血液ポンプは又、動作パラメータとして或る特定の送り出し圧力を達成するよう制御可能であっても良く、例えば、インペラポンプとして制御可能であっても良い。
【００９３】
可変調整可能なスロットル５１７は、可変調整可能な断面を備えたスロットル、貫流弁、クロック動作弁又は経時的に平均を取るだけで得られる可変調整可能な流れ抵抗を含む流れ抵抗が可変調整可能な別のコンポーネントとして設計可能である。
【００９４】
測定ラインによって流量計５０４に連結された制御・調節ユニット５０１が制御ライン５１３を経て血液ポンプ５１５に連結されると共に制御ライン５１６を経て可変調整可能なスロットル５１７に連結されている。血液処置中、現時点で測定された血液濾過のパラメータ、例えば、濾過量又は濾過率が連続的又は定期的に流量計５０４によって制御・調節ユニット５０１に送られる。制御・調節ユニット５０１は、現時点において測定されたパラメータを用いて血液ポンプ５１５及び可変調整可能なスロットル５１７のための制御信号を導き出す。血液ポンプ５１５及び可変調整可能スロットル５１７は、制御が達成されるべき血液濾過、例えば治療中全体にわたって達成されるべき或る特定の濾過率又は或る特定の濾過量に関して制御される。
【００９５】
調節は、血液ポンプ５１５が一定の回転速度又は一定の送り出し圧力で作動されるように起こるのが良く、可変調整可能スロットル５１７は、流量計５０４によって送られた測定値が操作された変数としての役目を果たすよう制御される。例えば、濾過率の送られた測定値が対応の設定値を上回っている場合、可変調整可能スロットル５１７を絞るべきであり、或いは、換言すると、その流れ抵抗を増大させるべきである。濾過率がその設定値を下回っている場合、可変調整可能スロットル５１７を広く開け又は換言するとその流れ抵抗を減少させる。
【００９６】
変形例としての制御方式は、可変調整可能スロットル５１７を或る特定の流れ抵抗に設定すると共に血液ポンプ５１５を流量計５０４により送られた濾過値が操作変数として役立つよう制御するようなものである。濾過率の送られた値が対応の設定値を上回っている場合、血液ポンプ５０７を絞るべきである。濾過率がその設定値を下回っている場合、血液ポンプ５０７を加速させる。
【００９７】
血液濾過は、血液濾過率について或る特定の値があらかじめ選択されるように調節されるのが良い。変形例として、或る特定の濾過プロフィールは、血液処置中に取り出されるべき濾過量についてあらかじめ決定されても良い。
【００９８】
濾液量に代えて、治療中における置換液ラインを通って添加される置換液の量を抜き出される濾液の量及びその結果としての限外濾過率と一緒に平衡状態で調整することができ、即ち、濾過量と置換液量の差を制御変数として用いることができる。
【００９９】
限外濾過率のあらかじめ選択された値は、限外濾過率について一定の値であっても良く、或いは連続的に可変の量であっても良い。
【０１００】
限外濾過は、この場合、限外濾過率について上述した制御方式により類推によって調節でき、その結果、限外濾過率の設定値と比較するのではなく、限外濾過プロフィールとの対応の比較が実施されるようになる。
【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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