(57)【要約】【課題】使い捨て材料のための追加の材料を必要とすることなく、又患者に追加の負担をかけることなく、患者パラメータ、特に血液のＣＯ2分圧の安全で自動的かつ連続的な監視を保証すること。【解決手段】本発明は、体外血液循環を備える血液治療装置に関し、これは体外血液循環の点滴室のガス上澄みのガス濃度を測定するガスセンサを利用する。血液治療装置は、評価ユニットを有し、これは、点滴室のガス上澄みで測定した数値から対応する血液中のガス分圧を計算する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
体外血液循環を有する血液治療装置（２５）であって、前記体外血液循環は、
血液を引き出すために第１の端部で患者（２０）に接続することができ、第２の端部で補償チャンバ（１）に接続することができる第１のライン（１６）と、前記体外循環内で血液を前記補償チャンバ（１）へ移送して内部で血液レベル（１ａ、１ｂ）を生じて前記血液の前記血液レベル上のガス空間との接触を形成するようになった第１の血液ポンプ（４）と、前記血液をさらに前記補償チャンバ（１）から血液浄化ユニット（２２）に移送するための第２のライン（１７）と、
を備え、
前記血液治療装置（２５）は、前記ガス空間内のガス濃度を測定するために前記補償チャンバ（１）に接続することができるガスセンサ（６）と、前記ガスセンサ（６）の測定データを読み出して評価するための評価ユニット（２１）とを備える、血液治療装置（２５）。
【請求項２】
前記ガスセンサ（６）は、二酸化炭素又はアンモニウム又はアセトン用のセンサである、請求項１に記載の血液治療装置（２５）。
【請求項３】
前記ガスセンサ（６）は、加熱することができる、請求項１及び／又は２に記載の血液治療装置（２５）
【請求項４】
前記血液の温度の測定値を特定するための温度センサ（８）が、前記体外血液循環の前記第１のライン（１６）、前記第２のライン（１７）、又は前記補償チャンバ（１）に配置されており、前記評価ユニット（２１）は、温度補償のために前記測定値を考慮するように設計されている、請求項１から３のいずれかに記載の血液治療装置（２５）。
【請求項５】
前記補償チャンバ（１）内の圧力に関する測定値を特定するための圧力センサ（７）を有し、前記評価ユニット（２１）は、圧力補償のために前記測定値を考慮するように設計されている、請求項１から４のいずれかに記載の血液治療装置（２５）。
【請求項６】
前記補償チャンバ（１）は、少なくとも１つの接続ライン（１８）、好ましくは接続チューブ（１８）によって前記ガスセンサ（６）に接続されている、請求項１から５のいずれかに記載の血液治療装置（２５）。
【請求項７】
疎水フィルタ（５）が、前記ガスセンサ（６）と前記補償チャンバ（１）との間で前記接続ライン（１８）に配置されている、血液治療装置（２５）。
【請求項８】
前記補償チャンバ（１）から出て前記接続ライン（１８）を通って前記ガスセンサ（６）へ向かうガス流を生成する手段を有し、前記評価ユニットは、制御及び評価ユニット（２１）として設計されている、請求項１から７のいずれかに記載の血液治療装置（２５）。
【請求項９】
前記ガス流を生じる手段は、前記体外血液循環の前記第２のライン（１７）内のバルブ（１４）又は第２の血液ポンプ（１５）として設計されており、前記バルブ（１４）又は前記第２の血液ポンプ（１５）は、前記制御及び評価ユニット（２１）によって制御され、場合によっては、低い血液流量が、前記補償チャンバ（１）の上流側の前記第１のライン（１６）よりも前記第２のライン（１７）に広がるようになっており、前記補償チャンバ（１）内の血液レベル（１ａ）の変位をもたらし得るようになっている、請求項８に記載の血液治療装置（２５）。
【請求項１０】
血液レベルの変位で生じる圧力上昇に対する補償手段（９、１０、１１、１２、１３）を有する、請求項９に記載の血液治療装置（２５）。
【請求項１１】
前記ガスセンサ（６）及び前記補償チャンバ（１）は、追加的にリターンライン（２６）に接続され、ガス移送手段（１９）が前記リターンライン（２６）に配置され、循環ガス流が、前記ガスセンサ（６）と前記補償チャンバ（１）との間に生じるようになっている、請求項８に記載の血液治療装置（２５）。
【請求項１２】
前記血液浄化ユニット（２２）は、透析フィルタ又は血液フィルタ又はプラズマフィルタである、請求項１に記載の血液治療装置（２５）。
【請求項１３】
前記評価ユニット（２１）は、前記血液中のガス分圧を特定するように設計され、前記ガス分圧の目標範囲が前記評価ユニット（２１）に記憶され、測定分圧が理想範囲以外の場合、警報装置（２４）に信号が送られ、その後、警報信号が出力される、請求項１に記載の血液治療装置（２５）。
【請求項１４】
前記血液浄化ユニット（２２）に透析液を供給するための透析調製ユニット（２３）を有し、前記評価ユニット（２１）は、評価及び制御ユニットとして設計されており、前記ガスセンサ（６）の測定値から前記ガスの分圧を定量し、その後に前記透析液調製ユニット（２３）によって供給される前記透析液の組成を前記ガス分圧に対応付けるようになっている、請求項１に記載の血液治療装置（２５）。
【請求項１５】
請求項１に記載の血液治療装置（２５）の体外血液循環の血液中のガス分圧を定量する方法であって、ガス濃度は、補償チャンバ（１）のガス空間内のガスセンサ（６）を用いて測定され、血液中の前記ガス分圧は、評価ユニット（２１）による測定データから計算される、方法。
【請求項１６】
前記補償チャンバ（１）から前記ガスセンサ（６）へのガス流が、前記血液治療装置（２５）内で生成される、請求項１４に記載の血液中のガス分圧を特定する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体外血液循環、ガスセンサ、及び評価ユニットを有し、体外血液循環内のガス分圧を定量及び監視することができる血液浄化装置機械、並びに血液中のガス分圧を定量するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
体外血液循環と関連している血液浄化処置を行う際に、患者パラメータ、特にバイタルパラメータの監視は非常に重要である。
透析クリニックにおいて、このことは一般に看護職員による患者の定期的な観察を通して行われている。しかしながら、長期の泊まりがけの透析又は在宅透析では、看護職員による監視が制限されるか又は全く行われない。
【０００３】
さらなる可能性は、透析機械によって自動的に行われる自動監視を通じて起こる。この例としては、血圧測定、心電図、及び酸素濃度計を用いた監視を挙げることができる。しかしながら、これらの測定に関して、追加のセンサを用いる必要があるが、これは在宅透析では困難な場合があり、患者の睡眠を邪魔することも多い。
【０００４】
バイタルパラメータを監視するために血液中のガス分圧測定が用いられる場合、これは一般に患者の呼吸気の測定を実行することで行われ、これらの物質はガス交換を通じて肺胞に入る（「Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｅｘｈａｌｅｄ  Ｂｒｅａｔｈ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  ｉｎ  Ｒｅｎａｌ  Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ  Ｔｈｅｒａｐｙ」、Ｋｅｌｌｙ他、Ｐｏｓｔｅｒ  Ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ  ＡＳＮ  ２１１３）。
【０００５】
患者の監視のための関連情報を提供する血液ガスの例としては、二酸化炭素、アセトン、及びアンモニウムを挙げることができる。
例えば、アセトンの定量は、ケトアシドーシスの診断を可能にするので、糖尿病患者の治療に役立つ情報を提供することができる。複合的治療に対する数値を記録することは、透析時に患者にインスリンを投与するのに役立つ可能性がある。
【０００６】
呼気中のアンモニウム濃度の定量は、血液尿素濃度に関連する（「ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｂｒｅａｔｈ  ａｍｍｏｎｉａ  ｗｉｔｈ  ｂｌｏｏｄ  ｕｒｅａ  ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ａｎｄ  ｃｒｅａｔｉｎｉｎｅ  ｄｕｒｉｎｇ  ｈｅｍｏｄｉａｌｙｓｉｓ」、Ｍａｒａｓｈｉｍｈａｎ他、ＰＮＡＳ、９８巻、４６１７頁以下）。従って、事実上、全ての分析は、さもなければ血液尿素濃度の定量に基づくことになり、アンモニウムセンサによって行うことができる。
【０００７】
呼吸及び／又は酸素飽和度に直接関連するので重要なバイタルパラメータである、血液のＣＯ2分圧の監視は、特に興味深く、一番広く知られてもいる。例えば、ＣＯ2分圧の増加は、睡眠時無呼吸で見られるような不適切な呼吸又は呼吸の欠如さえ示すことができる。睡眠時無呼吸は、主として高齢者及び肥満者に影響を与える（場合によっては、他の神経疾患にも関連する）。米国内での患者数は１８００万人と見積もられる。透析患者は、その人口統計学的属性及びこれらに典型的な併存疾患によって過度に影響を受ける。約６００ｐｐｍのＥＳＲＤ患者数及び正常集団に比べて２倍の想定睡眠時無呼吸患者数の増加により、米国だけで２０００以上の透析患者が睡眠時無呼吸の影響を受けている。睡眠時無呼吸は、睡眠の質の低下につながり、高血圧症、右心不全、そして突然心臓死などの心疾患をもたらす可能性がある。
【０００８】
例えば、呼吸気のＣＯ2含有量は、従来の無呼吸監視に用いられている。そのために、呼吸気のＣＯ2含有量は、呼吸マスクを通過する又は鼻に挿入されたチューブを通過する空気を分析することで定量することができる（吸気終末ＣＯ2監視＝ＥＴＣＯ2監視）。もしくは、経皮的ＣＯ2測定又はさらには血液サンプルに基づいた血液ガス分析による血液定量を用いることができる。これら全ての方法は、追加の機器、患者に取り付けたセンサ、及び特によく訓練された人材を必要とする。これらは、血液ガス分析に供される血液サンプルに対して、追加センサの取り付けに起因する制限された快適性及び経皮的ＣＯ2監視においてセンサを加熱することに起因する可能性のある皮膚炎に及ぶ、透析患者などの患者の負担に関連する。また、ＣＯ2監視の非侵襲的方法は、誤りが生じやすい。鼻呼吸の代わりの口呼吸は、ＥＴＣＯ2監視において測定結果を歪曲する可能性があるが、経皮的ＣＯ2監視において皮膚直下の領域での循環不全で、センサは間違った結果をもたらす可能性がある。
【０００９】
特に透析患者におけるＣＯ2濃度定量の他の適用例は、アシドーシスを検出するための血液のｐＨ状態の監視である。
【００１０】
国際公開第２０１３／１５６４３５号には、体外血液治療装置が記載されており、重炭酸塩濃度及び血液ｐＨを測定することでＣＯ2分圧が直接定量される。ここでは、結果として得られた測定データに応じて透析液中の重炭酸塩濃度を調整することで血液ｐＨを調節するためのデータが使用される。これは、患者の血液と直接接触するセンサを必要とし、このことは相互汚染のリスクを伴う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１５６４３５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明の目的は、使い捨て材料のための追加の材料を必要とすることなく、又は患者に追加の負担をかけることなく、患者パラメータ、特に血液のＣＯ2分圧の安全で自動的かつ連続的な監視を保証することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的は、請求項１に記載の血液治療装置及び請求項１５に記載の方法によって達成される。本発明の特別な実施形態は、従属請求項の主題である。
【００１４】
１つの実施形態において、体外血液循環を備える血液治療装置は、血液配管系の標準的な構成要素を有する。この血液配管系は、血液を引き出すために第１の端部で患者に接続することができ、第２の端部で補償チャンバに接続される第１のラインを備える。患者から引き出した血液を体外循環内の補償チャンバへポンプ送給する第１の血液ポンプがこの第１のラインに設けられる。その結果、この補償チャンバ内で血液レベルが生じ、血液は血液レベルの上に位置付けられたガス空間と接触する。血液は、補償チャンバから第２のラインを通って血液浄化ユニットに送られる。加えて、本発明の血液治療装置は、補償チャンバのガス空間内のガス濃度を測定するために補償チャンバに接続することができる、少なくとも１つのガスセンサを有する。体外循環の補償チャンバ内の血液レベルの上のガスチャンバ内で確立される平衡濃度が、肺胞の濃度と等しいと想定することができる。加えて、血液治療装置は、ガスセンサによって測定されたデータを読み出して評価するための評価ユニットも含む。
【００１５】
ガスセンサの位置決めは、非接触で大部分がメンテナンスフリーの測定を可能にするような方法であり、相互汚染を避けることが利点でもある。また、血液治療の標準として使用される使い捨て材料を体外配管系として使用することもできることは好都合である。
【００１６】
パラメータ及び／又は監視する必要があるパラメータに応じて、二酸化炭素又はアンモニウム又はアセトン用のセンサをガスセンサとして使用することがでる。また、種々のガスセンサを組み合わせることも想定される。
【００１７】
例えば、適切な濃度範囲の二酸化炭素用のガスセンサは市販されており、例えば、赤外領域内の放射の特異的吸収の決定に基づく。これらのセンサは、非凝結状態の下で最大１００％の相対湿度で使用することができる。
ガスセンサ上の凝結を防ぐために、センサは加熱可能に設計される。
【００１８】
測定データの分析において、血液温度を考慮することはより正確な結果につながるので、評価ユニットに測定結果を供給する温度センサを体外循環内に、例えば入口ライン、出口ライン、又は補償チャンバ内に設けることができ、評価ユニットは、ガスセンサからの測定データを評価するのにこれらを考慮する。
【００１９】
測定データの分析において測定結果の精度の改善につながり得る他のパラメータは、現行ガスセンサ上に広がる圧力である。本発明による血液治療装置の実施形態は、圧力センサを有することができ、圧力センサは、ガスセンサが配置されるガス空間内の圧力を測定して測定結果を評価ユニットに供給することができ、評価ユニットは、ガスセンサからの測定データを評価するのにこの測定結果を考慮する。
【００２０】
補償チャンバは有利には血液配管系の一部であるが、ガスセンサ及び評価ユニットは、血液治療装置に組み込むことができる。代替的な実施形態において、ガスセンサ及び評価ユニットは、血液治療装置に接続することができる個別モジュールとして具体化することができる。補償チャンバのガスセンサへの接続は、接続ライン、特に接続チューブによって提供することができる。血液による血液治療装置の汚染を防止するために、接続チューブとガスセンサとの間に疎水フィルタを設けることができる。
【００２１】
単純拡散による移送は、接続ラインの長さ次第で非常に遅い可能性があるので、補償チャンバ内で血液レベルの真上で確立されたガス濃度は、ガスセンサに能動的に移送される必要がある。そのために、本発明による血液治療装置は、ガス流を発生させる手段を有することができる。これらの手段は、体外血液循環の第２のライン内の流量制限部を用いて補償チャンバ内の血液レベルの上昇を引き起こして補償チャンバから出るガス容積の変化をもたらし、代替的にこれらの手段は直接的なガス移送手段として設けることができる。
【００２２】
補償チャンバ内の血液レベルを変化させるために、体外循環の第２のライン内にバルブを設けることができる。このバルブは、制御及び評価ユニットによって制御することができ、体外循環の第２のライン内で特定の時点で第１のラインよりも低い血液流を確立し、結果的に、補償チャンバ内で血液レベルが上昇する、すなわち血液レベルの上昇が引き起こされる。血液レベルの上昇により、あるガス容積が、補償チャンバを出てガスセンサへ移動する。補償チャンバ内で確立されたガス濃度が同様にガスセンサに到達するのを確実にするために、移動容積は、好ましくは、補償チャンバとガスセンサとの間の接続部内の容積の少なくとも２倍大きい必要がある。血液浄化プロセスで標準的に使用される配管系を用いて、補償チャンバ内の血液レベルを約１−２ｃｍ上昇させて、このガス容積を補償チャンバからガスセンサに移送させることができる。
【００２３】
もしくは、レベル状態の変位は、第２のライン内の第２の血液ポンプによって達成することができ、第２の血液ポンプは、制御ユニットで作動され、体外循環の第１のライン内の補償チャンバの上流側に配置された第１の血液ポンプとは異なる吐出量で動作する。第２の血液ポンプの吐出量が第１の血液ポンプの吐出量よりも小さい場合、補償チャンバ内の血液レベル（第２の血液ポンプが第１の血液ポンプよりも大きな吐出量で動作する場合の）が上昇する。
【００２４】
レベルの上昇に伴ってガスセンサ上の又は補償チャンバの圧力が増加するのを防止するために、本発明の血液治療装置は、ガスセンサの下流に配置された補償手段、詳細には圧力補償手段を有することができる。これらの補償手段は、周囲又はコンプライアインス容器に開放するバルブとすることができる。圧力補償は、この開放によってガスセンサで達成される。
【００２５】
また、本発明による血液治療装置は圧縮機を有することができ、圧縮機は、外気を導入することで血液レベルの低下を引き起こすことができ、結果的に補償チャンバ内の血液レベルを回復させることができる。
【００２６】
補償チャンバ内のガス濃度の新たな測定のために、その後、血液レベルを上昇させることができる。
【００２７】
好ましくは、ガス濃度の断続的な測定はこの構成を用いて行うことができる。時間間隔は、濃度特性の短い間隔の検査を可能にするように十分に短く選択することができる。
【００２８】
もしくは、本発明の血液治療装置は、連続ガス流を能動的に生成するガス移送手段、例えば小型ベローズを有することができる。従って、補償チャンバは、第１の接続チューブに加えて、リターンチューブとしての追加の接続チューブによってガスセンサに接続するように設計される。血液治療装置の制御ユニットは、循環ガス流が生成されてガス濃度を連続的に測定できるようガス移送手段が制御されるように設計される。
【００２９】
血液中の測定されたガス濃度又はガス分圧の理想範囲は評価ユニットに格納することができ、評価ユニットは、ガスセンサからの測定データから血液中のガス分圧を計算する。ガス濃度測定時に数値がこの目標範囲以外である場合、評価ユニットは信号を出力することができる。
この信号は、例えば、警報システムに伝えることができ、警報システムは、追加の測定がもたらされるように警報信号を出力する。
【００３０】
加えて、測定データは、透析液組成を調製する、例えば透析治療の場合に透析溶液の重炭酸塩濃度を調製するのに用いることができる。
【００３１】
本教示の血液治療装置は、血液透析、血液濾過、又は血液透析濾過法もしくは血漿交換法の原理に従って作動することができる。従って、使用される血液治療ユニットは、透析濾過器又は血液濾過器又はプラズマ濾過器として設計することができる。
【００３２】
本教示の方法は、ガスセンサを用いて補償チャンバ内のガス濃度を測定し、制御及び評価ユニットを用いてガスセンサの測定データを分析することで血液中の分圧、例えば血液中のｐCO2を計算することによって、請求項１の血液治療装置の体外血液循環内の血液中のガス分圧を定量する。
【００３３】
補償チャンバとガスセンサとの間の空間距離を埋めるために、補償チャンバからガスセンサへのガス流を生成することができる。
【００３４】
ガス流は、補償チャンバ内の血液レベルを上昇させることで確立することができる。補償チャンバ内の血液レベルが上昇すると、補償チャンバ内のガスの接続ラインへのガスセンサへ向けての移動が引き起こされる。明白に、補償チャンバ内で確立されたガス濃度はガスセンサに到達し、好ましくは、移動容積は、接続チューブの容積の少なくとも２倍大きいことが必要である。従来の市販の血液配管系では、補償チャンバ内の１−２ｃｍの上昇は、補償チャンバ内のガスをガスセンサに移送するのに十分であろう。この上昇は、補償チャンバの下流の血液循環内の断続的な流量制限で実現することができる。そのために、評価及び制御ユニットは、第２のライン内に配置されたバルブを、短期間、部分的に又は完全に閉じるように作動させることができる。同時に、ガスセンサ上に過度の圧力が存在しないよう圧力を補償するために、対応する手段、例えばスロットルバルブ又はコンプライアインス容器へのバルブを開放することができる。それに続くレベルの低下は、圧縮機による圧力サージによって逆にすることができる。
【００３５】
もしくは、補償チャンバ内のレベルの変位は、第２のライン、ドレインライン内の第２の血液ポンプを用いて達成することができる。評価及び制御ユニットを作動させることで第１及び第２の血液ポンプ用の様々な吐出量を確立することができる。血液ポンプが第２の血液ポンプよりも大きな吐出量の血液を送出する場合、補償チャンバ内の血液レベルが上昇する。逆に、第１の血液ポンプの吐出量が第２の血液ポンプよりも小さい場合、補償チャンバ内の血液レベルの低下がもたらされる。
【００３６】
しかしながら、ガス流は、ガス送出手段による能動的な移送によって得ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による血液治療装置の第１の実施形態の概略図である。
【図２】本発明による血液治療装置の第２の実施形態の概略図である。
【図３】透析前ｐCO2と重炭酸塩との間の相関を示す。
【図４】無呼吸による長期透析時のシミュレーションｐCO2カーブを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１は、本教示による血液治療装置（２５）の第１の実施形態を示す。血液は、血液ポンプ（４）によって患者（２０）から運ばれ、第１のライン（１６）、動脈ラインを通り、接続部（２ａ）を通って補償チャンバ（１）に流入する。血液レベル（１ａ）は、補償チャンバ（１）内に現れる。接続部（２ａ）は、血液レベル（１ａ）の上又は下に定めることができ（すなわち接続部（２ｂ）の近くであっても）、補償チャンバから外への出口を形成する。次に、血液は、さらに補償チャンバ（１）の出口（２ｂ）から外に流出し、第２のライン（１７）を通って血液浄化ユニット（２２）、例えば透析装置に流れ、その後、患者に戻る。また、血液浄化ユニット（２２）は、透析液調製ユニット（２３）に接続され、ここでは透析溶液を所望の重炭酸塩濃度に調製することができる。
【００３９】
補償チャンバ（１）内の血液レベルより上で、血液中に溶解したガスは、補償チャンバ（１）のガスチャンバ内の対応するガス濃度と平衡状態にある。補償チャンバ（１）内のガスチャンバは、接続チューブ（１８）によってガスセンサ（６）に接続する。ガスセンサは、血液浄化装置の固定部位、例えば透析機械に配置される。ガスセンサが血液によって汚染されるのを防ぐために（故障時に接続チューブに生じ得る可能性がある）、接続チューブ（１８）の端部に疎水フィルタ（５）が設けられている。疎水フィルタの下流では、１５−８０ｍｍＨｇのＣＯ2分圧に対応する約２−１０容積％ＣＯ2の範囲の濃度測定用に最適化されたＣＯ2センサ（６）にガス混合気が送られる。ＣＯ2センサから記録された測定データは、制御及び評価ユニット（２１）によって読み取られ、ＣＯ2分圧が、制御及び評価ユニットからの以下の式に基づいて計算される。
【００４０】
血液中のＣＯ2濃度ｃCO2とガス空間内のＣＯ2分圧ｐCO2との間の関係は、ヘンリーの法則で説明される。
【数１】
2018528018.tif 000003
ＣＯ2に関するヘンリー定数は温度の関数であり、
【数２】
2018528018.tif 000004
であり、ここで
【数３】
2018528018.tif 000005
であり、
Ｔx＝２９８．１５Ｋ
であり、
【数４】
2018528018.tif 000006
である。
【００４１】
加えて、血液中のＣＯ2濃度ｃCO2は、以下のヘンダーソン・ハッセルバルヒの式に従って重炭酸塩濃度ｃＨＣＯ３に関連する。
【数５】
2018528018.tif 000007
【数６】
2018528018.tif 000008
【数７】
2018528018.tif 000009
【数８】
2018528018.tif 000010
ここで、ｐＫｓ≒６．１である。
【００４２】
血液レベルより上のガス空間内で確立されたたＣＯ2分圧ｐCO2は、血液ガス分析器で同じ温度で測定されたＣＯ2分圧に対応する。
【００４３】
所定の時間で広がる温度は、ライン（１７）に配置された温度センサ（８）によって測定される。
温度と同様に、標準圧力は、分圧を正確に特定するために考慮する必要がある。ガス混合気の標準圧力ｐnormに等しくない圧力ｐへの圧縮において、標準状態でのＣＯ2分圧は、以下のように得られる。
【数９】
2018528018.tif 000011
【００４４】
次に、温度補償及び圧力補償された血液中のＣＯ2分圧（ｐCO2（Ｔ，ｐnorm））は、式１及び４を用いて血液レベルより上のガス空間内のＣＯ2濃度から計算される。
【数１０】
2018528018.tif 000012
【００４５】
体外配管系の血液透析における従来の使い捨て材料の使用は、ここでは特に好都合である。好ましくは、ガスセンサは、信頼性が高く大部分はメンテナンスフリーでありかつ相互汚染から保護された非接触測定を可能にするように血液治療装置内に配置される。
【００４６】
ガスセンサを補償チャンバ内に直接ではなく血液治療装置内に配置することは、標準で用いられる配管系の変更の必要がないという利点を伴う。ガスセンサは、血液治療装置のハードウェアの一部である。配管接続部の長さからの限定的範囲に由来する（例えば、１０−３０ｃｍ）、補償チャンバのガスセンサからの距離に応じて、血液レベルの上で確立されたガス濃度のガスセンサへの能動的移送が必要である。血液レベル上の直接的なガス空間から測定センサへの流れを生成する補助手段無しで、血液／空気の接触点に位置するガス濃度、特に二酸化炭素濃度のガスセンサへの移送は、拡散だけで決まる。ガスの空間（事前に考慮されるガスを含有していない）への一次元拡散に関して、拡散前面の最大濃度は以下の通りである。
【数１１】
2018528018.tif 000013
【００４７】
典型的な拡散定数はＤ〜１．６＊１０-5ｍ2／ｓであり、ガスは、数センチメートルの拡散のために数分を必要とする（例えば、ｘmax＝２０ｃｍは２０分を上回る）。
【００４８】
図１に示す本発明の実施形態において、第２のライン（１７）内のガスセンサ（６）にガスを移送する目的で、種々の代替手段、バルブ（１４）及び／又は第２の血液ポンプ（１５）（点線で示す）が設けられる。
【００４９】
代替的に使用される２つの手段（１４、１５）は、評価及び制御ユニット（２１）で制御することができるので、補償チャンバ（１）の下流で流量制限をもたらすことができる。バルブ（１４）の場合、この流量制限は、バルブを閉じることで行われる。第２の血液ポンプ（１５）の場合、流量制限は、第１の血液ポンプ（４）の吐出量よりも少ない第２のポンプ（１５）の吐出量の設定値に起因する。第２のライン（１７）の流量制限の生成に起因して、補償チャンバ（１）内のフローレベルが位置（１ａ）から（１ｂ）に上昇する。従って、ガスは、補償チャンバ（１）のガス空間から追い出され、結果的にガスセンサ（６）を通る流れがもたらされる。確かに補償チャンバ（１）で確立されたガス濃度はガスセンサ（６）に到達するが、追い出された容積は、好ましくは、補償チャンバ（１）への接続ライン（１８）の接続部（３ａ）とガスセンサ（６）との間のリンクの容積の少なくとも２倍大きな容積である。血液透析に従来から使用される血液配管系に関して、このためには約１−２ｃｍの上昇で十分である。
【００５０】
血液レベル上昇における空気圧の増大は、出口バルブ（１２）を開いて空気が絞り弁（１０）を通って周囲に出るのを可能にすること、もしくは代替的にコンプライアンスバルブ（１３）を開いた後にコンプライアンス容器（９）（点線で示す）内での圧力補償を可能にすることのいずれかによって低減することができる。両方の代替的可能性において、ガスセンサ（６）を通る空気流が引き起こされ、補償チャンバ（１）のガス空間に広がるガス濃度は、このガスセンサで測定することができる。
【００５１】
血液レベル（１ｂ）を（１ａ）に戻すために、バルブ（１４）を再度開く及び／又は第２の血液ポンプ（１５）を高吐出量で作動させる。次に、圧縮機（１１）を用いて、及び／又はコンプライアインス容器（９）を用いて周囲空気を取り込むことで圧力補償を達成することができる。
【００５２】
もしくは、図２に示す補償チャンバ（１）を使用する場合、ガスセンサを通る連続流を達成することができる。この場合、ガスセンサ（６）を通ってリターンライン（２６）を経由して接続部（３ｂ）に戻る接続部（３ａ）からの循環は、ガス移送手段（１９）を用いて補償チャンバ（１）のガス空間を通って達成することができる。疎水フィルタ（５）は、ここでは接続ライン（１８）及びリターンラインに設けられ、汚染からの保護を行う。ガス移送手段（１９）は、低汚染空気流を生じることができる何らかのタイプとすることができる。例えば、脚の動きが圧電素子によって達成される小型バルーンベローズを用いることができる。
【００５３】
ガスセンサ（６）が取り込んだ測定値は、評価ユニット（２１）が読み込み、式５を用いて血液中の二酸化炭素分圧を定量する。
この分圧は、様々な病理学的状態を提示することができる。
【００５４】
透析前ｐCO2の定量
血液治療開始時に測定した二酸化炭素の分圧値は、透析前分圧とは僅かに異なる。特に正常範囲３５−４５ｍｍＨｇを下回る低い値は、通常、呼吸性代償を伴う代謝性アシドーシスに起因する。従って、所定の閾値を下回るｐCO2が測定された場合、透析機械（ユーザインタフェース／警報ユニット（２４））からユーザに対して警報が出力される。この閾値は、絶対値（例えば、臨床正常範囲）とすること、又はこの患者用に個別に決定されてメモリユニットに記憶された値、例えばこの患者用の過去の測定値の平均値から決定した値とすることができる。
【００５５】
代謝性アシドーシスの補正
透析治療の間に代謝性アシドーシスが生じた場合、これは透析溶液を通じて重炭酸塩を加えることで補正することができる。図３は、血液中の透析前ｐCO2と重炭酸塩濃度ＨＣＯ3−との間の補正を示す。ｐCO2レベルの測定後、透析液中の重炭酸塩濃度ｃDは、透析機械の透析液調製ユニット（２３）によって自動工程で調節することができる。このため、１プールモデルを使用することができ、これは、患者の分布容積Ｖ、オンラインクリアランス測定によって定量された透析投与量Ｋｔ／Ｖ、及びｐCO2測定から推定された血液重炭酸塩濃度ｃB,Oを使用することができる。
【数１２】
2018528018.tif 000014
【００５６】
係数αは、尿素と比較して重炭酸塩の低いクリアランスを考慮するもので〜０．７である。
【数１３】
2018528018.tif 000015
【００５７】
係数ａ0及びａ1は、図３に示す値ペアの線形調整によって決定することができる。代謝過程は患者に依存するので、推定レベルと実レベルとの間の良好な対応関係は、ｐCO2及び重炭酸塩が基準計器（血液ガス分析器）を用いて一定期間にわたって定量されかつ個々の患者用の係数ａ0及びａ1が特定された場合に得ることができる。
【００５８】
時間ｔ1で得られたＫｔ／Ｖが透析設定値（血液、透析液、及び置換（ｓｕｂｓｔｉｔｕａｔｅ）流、透析特性）に基づいて推定できる場合、時間ｔ1で血液重炭酸塩濃度を得るために調整されることになる透析液重炭酸塩は、式８から計算することができる。
【数１４】
2018528018.tif 000016
【００５９】
これまで得られたｐCO2及び透析投与量の測定を繰り返すことによって、透析の間に透析液重炭酸塩の調整を補正することもできる。
【００６０】
無呼吸監視
導入部分で説明したように、不完全な呼吸は、生理的調節メカニズムのエラーによって、又は気道の部分的な閉塞に起因して、特に長期の夜間透析で起こる場合がある。これはｐCO2の増加につながる。閉塞性睡眠時無呼吸の患者に関する研究は、これらの患者のｐCO2が就寝する前よりも朝目覚めた時に１１ｍｍＨｇ以上高いことを示している（「Ｃｈａｎｇｅｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ａｒｔｅｒｉａｌ  ＣＯ２  Ｄｕｒｉｎｇ  ａ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｎｉｇｈｔ’ｓ  Ｓｌｅｅｐ  ｉｎ  Ｐａｔｉｅｎｔｓ  ｗｉｔｈ  Ｏｂｓｔｒｕｃｔｉｖｅ  Ｓｌｅｅｐ  Ａｐｎｅａ」、Ｃｈｉｎ他、Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ、３６巻、４５４頁以下）。１分間続く場合がある過渡呼吸停止において、図４のｐCO2シミュレーションカーブに示すように、無呼吸での長期透析の間に、ｐCO2がより上昇することが判明するであろうことが予期される。従って、これらの呼吸の危機的な中断は、本明細書に記載のｐCO2の連続的な監視によって検出することができる。
【００６１】
無呼吸は、ｐCO2カーブを記録することで診断することができ、治療を計画する際に考慮することができる。
【００６２】
しかしながら、より長期の無呼吸を防ぐためのオンライン監視を考えることもできる。従って、例えば、濃度絶対閾値を上回ること、先の経過（ｃｏｕｒｓｅ）で計算された濃度閾値を超えるｐCO2の増大、又は先の治療の典型的な経過である、様々な警報基準を血液治療装置（２５）及び／又は評価ユニット（２１）内に格納することができる。他の基準、例えば、閾値を超える一定期間、又はｐCO2の時間的経過の変化、例えば先の経過と比べて急速進行性の変化を考慮することもできる。
【００６３】
基準として評価されるこれらの状態が現れる場合、患者又は看護職員に警報を発する警報信号を発生することができる。患者に弱い電気的刺激をもたらすことで患者を起こすか又は呼吸を促すことが考えられるであろう。呼吸マスクを使用する場合、呼吸圧力及び／又は空気流の増大を生じることができる。
【００６４】
糖尿病監視
代謝性疾患の経過、例えば糖尿病におけるケトアシドーシスはアセトンセンサを使用して診断することができ（Ｍａｓｓｉｃｋ他、Ｐｒｏｃ．  ＳＰＩＥ  ６３８６，  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｌｉｆｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，  ６３８６０Ｏ（２００６年１０月１７日））、この経過は複数の治療に対する値を記録することで観察することができる。これは透析時の糖尿病患者へのインスリンの投与に役立つ場合がある。
【００６５】
透析効率の決定
呼気中の尿素濃度とアンモニウム濃度との間には相関関係がある（「Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｂｒｅａｔｈ  ａｍｍｏｎｉａ  ｗｉｔｈ  ｂｌｏｏｄ  ｕｒｅａ  ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ａｎｄ  ｃｒｅａｔｉｎｉｎｅ  ｄｕｒｉｎｇ  ｈｅｍｏｄｉａｌｙｓｉｓ」Ｎａｒａｓｉｍｈａｎ他、ＰＮＡＳ、９８巻、４６１７頁以下）。従って、事実上、さもなければ血液中の尿素濃度の特定に基づく全ての分析は、アンモニウムセンサを用いて可能になるので（例えば、「Ｈｉｇｈ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ  ａｍｍｏｎｉａ  ｓｅｎｓｏｒ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ  ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ／ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｃｏ−ｇｌｙｃｉｄｙｌ  ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）  ｎａｎｏｆｉｂｒｏｕｓ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅ」Ｃｈｅｎ他、ＡＣＳ  Ａｐｐｌ  Ｍａｔｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ、２４巻、６４７３頁以下）、タンパク質換算（ＰＣＲ＝タンパク異化率）は、連続的透析の開始時にアンモニウム濃度カーブから推定することができる。透析効率Ｋｔ／Ｖは、アンモニウム濃度の透析中変化（ｉｎｔｒａｄｉａｌｙｔｉｃ  ｃｈａｎｇｅ）から計算することができる。
【数１５】
2018528018.tif 000017
透析液側での測定とは対照的に、ここでは、流量に対する測定値の補正を必要としない（参照  ＢＢｒａｕｎ：Ａｄｉｍｅａ）。
【００６６】
疎水フィルタの機能試験
本発明の１つの実施形態において、圧力センサ（７）は、ガスセンサ（６）に加えて血液治療装置（２５）の血液配管系の圧力を監視するために設けることができ、接続チューブ（１８）は、ガスセンサ（６）につながり、圧力センサ（７）へもつながる。従って、ガスセンサ（６）の測定データは、疎水フィルタ（５）の機能試験を行うために利用することもできる。図１に示す装置を使用する場合、圧力補償は環境大気に対して行われ、ガスセンサ（６）及び評価ユニット（２１）を用いて疎水フィルタ（５）の透過性を試験することができる。血液又は透析流体による疎水フィルタ（５）の湿潤に起因して、これはガスに対して不透過性になるので、信頼できる力測定がもはや不可能である。補償チャンバ（１）のガス空間内の血液ｐCO2に基づいて確立されたＣＯ2濃度は、総計約５％に達するが、外気の標準ＣＯ2含有量はわずかに約４００ｐｐｍ＝０．００４％であり、補償チャンバ（１）のレベルを上昇及び降下させる場合に、補償チャンバ（１）とガスセンサ（６）との間にガス接続があるかを確認することができる。血液で満たされた配管系の場合、レベルを上昇させると１％を超えるＣＯ2濃度の増加が期待され、レベルを降下させると、０．１％未満へのＣＯ2濃度の低下が期待される。これが生じない場合、疎水フィルタ（５）が閉塞されていると結論を下すことができる。
【００６７】
本明細書に記載の実施形態は、追加のセンサ又は血液採種及び分析を用いることなく、体外血液治療の間に血液中に溶解したガスの濃度を特定及び監視する可能性を提供する。ガス濃度の測定は、従来の血液配管系を利用して、汚染なしの非接触操作で行うことができ、患者に対する追加のストレス又は危険性がない。測定値は、治療効率を求めるために又は体外循環の構成要素の機能試験に使用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１  補償チャンバ
１ａ  液体レベル
１ｂ  液体レベル
２ａ  チャンバ接続部
２ｂ  チャンバ接続部
３ａ  チャンバ接続部
４  血液ポンプ
５  疎水フィルタ
６  ガスセンサ
７  圧力センサ
８  温度センサ
９  コンプライアインス容器
１０  スロットルバルブ
１１  圧縮機
１２  出口バルブ
１３  コンプライアインスバルブ
１４  バルブ
１５  血液ポンプ
１６  血液配管系の動脈部
１７  血液配管系の静脈部
１８  接続チューブ
１９  ガス移送手段
２０  患者
２１  評価ユニット
２２  血液浄化ユニット
２３  透析液調製ユニット
２４  ユーザインタフェース／警報ユニット
２５  血液治療装置
２６  リターンライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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