(57)【要約】  使い捨てカートリッジと再使用透析装置を含む携帯型血液透析システムが提供される。使い捨てカートリッジは、ダイアライザ内に反対方向に流れる透析液流路と血液流路を有する。使い捨てカートリッジは、更に、透析液から老廃物を除去するためのフィルタと、透析液流路内の透析液の流れを測定するための１つ以上の流量センサとを備える。好ましい流量センサは、透析液流路内に、透析液の流れによって回転する回転可能なスポークホイールを備える。スポークホイールは、スポークホイールの回転によって回転する１つ以上の磁石を備える。流量センサは、更に、再使用透析装置内に、スポークホイールの回転を監視して透析液流路内の流体の流れを決定するためのプロセッサに接続された磁界センサを含む。
2017527390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透析液流量センサを備えた血液透析システムであって、
患者の動脈に接続して患者から血液を収集するための動脈血ラインと、
患者の静脈に接続して患者に血液を戻すための静脈血ラインと、
ダイアライザと、
前記動脈血ラインと前記静脈血ラインに接続されて、血液を患者から前記ダイアライザに送り患者に戻すための血液流路と、
透析液を蓄えるためのリザーバであって、前記リザーバの最上部より低い規準満杯レベルを有するリザーバと、
前記血液流路から分離されて、透析液を前記リザーバから前記ダイアライザに送り前記リザーバに戻すための透析液流路と、
前記透析液流路を介して透析液を送るための第１のポンプと、
前記血液流路を介して血液を送るための第２のポンプと、
前記透析液流路に接続され、透析液から尿毒症毒素を除去するためのフィルタと、
前記透析液流路内に回転可能なスポークホイールを含み、前記透析液流路内の透析液の流れと共に回転する流量センサであって、前記スポークホイールが１つ以上の磁石を含み、前記流量センサが、前記スポークホイールの回転を検出するために前記１つ以上の磁石に隣接した磁界センサを有する流量センサと、
前記流量センサの磁界センサに接続され、前記スポークホイールの回転を監視して前記透析液流路を通る透析液の流量を決定するためのプロセッサと、を備えた血液透析システム。
【請求項２】
前記磁界センサは、ホール効果センサである、請求項１に記載の流量センサを備えた血液透析システム。
【請求項３】
再使用可能透析装置と使い捨てカートリッジを備え、前記使い捨てカートリッジが、前記再使用可能透析装置に対して脱着可能であり、
前記プロセッサと磁界センサが、前記再使用可能透析装置内に配置され、前記フィルタと前記スポークホイールが、前記使い捨てカートリッジ内に配置された、請求項１に記載の流量センサを備えた血液透析システム。
【請求項４】
透析液流量センサを備えた血液透析システムであって、
患者の動脈に接続して患者から血液を収集するための動脈血ラインと、
患者の静脈に接続して患者に血液を戻すための静脈血ラインと、
ダイアライザと、
前記動脈血ラインと前記静脈血ラインに接続されて、血液を患者から前記ダイアライザに送り患者に戻すための血液流路と、
透析液を蓄えるためのリザーバであって、前記リザーバの最上部より低い規準満杯レベルを有するリザーバと、
前記血液流路から分離されて、透析液を前記リザーバから前記ダイアライザに送り前記リザーバに戻すための透析液流路と、
前記透析液流路を介して透析液を送るための第１のポンプと、
前記血液流路を介して血液を送るための第２のポンプと、
前記透析液流路に接続され、透析液から尿毒症毒素を除去するためのフィルタと、
前記ダイアライザの上流で前記透析液流路内に第１の回転可能なスポークホイールを備えた第１の流量センサであって、前記第１のスポークホイールが、前記透析液流路内の透析液の流れと共に回転し、前記第１のスポークホイールが１つ以上の磁石を備え、前記１つ以上の磁石に隣接して前記第１のスポークホイールの回転を検出するための第１の磁界センサを備えた第１の流量センサと、
前記ダイアライザの下流で前記透析液流路内に第２の回転可能なスポークホイールを備えた第２の流量センサであって、前記第２のスポークホイールが、前記透析液流路内の透析液の流れと共に回転し、前記第２のスポークホイールが１つ以上の磁石を備え、前記１つ以上の磁石に隣接して前記第２のスポークホイールの回転を検出するための第２の磁界センサを備えた第２の流量センサと、
前記第１と第２の磁界センサに接続され、前記第１と第２のスポークホイールの回転を監視して前記透析液流路を通る透析液の流量を決定するためのプロセッサと、を備えた血液透析システム。
【請求項５】
前記磁界センサが、ホール効果センサである、請求項４に記載の流量センサを備えた血液透析システム。
【請求項６】
再使用可能透析装置と使い捨てカートリッジを更に備え、前記使い捨てカートリッジが、前記再使用可能透析装置に対して脱着可能であり、
前記プロセッサ及び第１と第２の磁界センサが、前記再使用可能透析装置内に配置され、前記フィルタと前記第１と第２のスポークホイールが、前記使い捨てカートリッジ内に配置された、請求項４に記載の流量センサを備えた血液透析システム。
【請求項７】
前記プロセッサが、前記第１のスポークホイールの回転を前記第２のスポークホイールの回転と比較して、前記透析液が前記透析液流路内を適切に流れているかどうかを決定する、請求項４に記載の流量センサを備えた血液透析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透析を提供するために使用される人工腎臓システムに関する。より詳細には、本発明は、より幅広い患者に血液透析を提供し、かつ血液透析の全体コストを削減するために、血液透析安全性を大幅に改善する１つ又は複数の流量センサを内蔵する血液透析システムを対象とする。
【０００２】
本出願人は、本明細書で引用され参照されるあらゆる特許及び公開特許出願を参照により本明細書に組み込む。
【背景技術】
【０００３】
血液透析は、半透膜を介した溶質の拡散を含む、患者の血液からクレアチン、尿素及び自然水を含む老廃物の体外除去を行うために使用される医療処置である。そのような老廃物を適切に除去しないと、腎不全におちいることがある。
【０００４】
血液透析の際、患者の血液は、動脈ラインによって除去され、透析装置によって処置され、静脈ラインによって身体に戻される。透析装置は、血液が通される半透膜を構成する多数の中空繊維を含むダイアライザを含む。更に、透析装置は、適切な量の電解質や他の基本成分（グルコースなど）を含む透析液を利用し、透析液はダイアライザに通される。
【０００５】
典型的には、透析液は、水を適切な比率の酸濃縮液及び重炭酸イオン濃縮液と混合することによって調製される。好ましくは、酸濃縮液と重炭酸イオン濃縮液は、酸濃縮液中のカルシウムとマグネシウムが、重炭酸イオン濃縮液中の高レベルの重炭酸イオンと接したときに析出するので、ダイアライザで使用する直前の最終混合時まで分離される。透析液は、適正レベルのナトリウム、カリウム、塩化物及びグルコースを含むこともある。
【０００６】
膜を介した透析プロセスは、拡散と対流の組み合わせによって達成される。拡散は、高濃度領域から低濃度領域へのランダム運動による分子の移動を必然的に伴う。一方、対流は、通常は静水圧の差に応じた溶質の動きを必然的に伴う。半透膜を構成する繊維は、透析液から血漿を分離し、拡散が起こる大きい表面積を提供するため尿素、カリウム及びリン酸塩を含む老廃物が透析液に浸透することを可能にすると同時に血球、ポリペプチド、特定のタンパク質などのより大きい分子が透析液に入るのを防ぐ。
【０００７】
典型的には、透析液は、体外循環路内の血流と逆方向に流れる。向流は、透析の効率を高めるために半透膜の前後の濃度勾配を維持する。いくつかの例では、血液透析は、限外濾過とも呼ばれる流体除去を提供することがある。限外濾過は、一般に、ダイアライザの透析液隔室の静水圧を低くすることによって行われ、したがって、電解質や他の透過性物質を含む溶解溶質を含む水が、膜を通って血漿から透析液に移動する。ダイアライザの透析液流路部分内の流体が血流部分内の流体より多くなって、流体が透析液流路から血流経路に移動することも希にある。これは、一般に、逆限外濾過と呼ばれる。限外濾過と逆限外濾過は、患者のリスクを高めることがあるので、限外濾過と逆限外濾過は、典型的には、高度な訓練を受けた医療関係者が監督しているときしか行われない。
【０００８】
残念ながら、血液透析は、多くの欠点を有する。最も一般に知られている点は動静脈瘻である。フィステルを作成するために、医者は、動脈と静脈を接合する。これにより患者の毛細管がバイパスされるので、血流が急速に流れる。透析セッションごとに、血液をダイアライザに送ってダイアライザから戻すために、大きい針でフィステルを突き刺さなければならない。典型的には、この手順は、１週間に３回、治療ごとに３〜４時間行われる。患者が血液透析を家庭で行うこともある。家庭血液透析は、典型的には、２時間で１週間に６日行われる。家庭血液透析は、典型的にはカテーテルで行われるので、ストレスが少ないと見なされ、またより簡単であると見なされる。しかしながら、家庭血液透析は、より頻繁な治療を必要とする。
【０００９】
家庭血液透析は、さらなる欠点を有する。現在の家庭血液透析システムは、大きく複雑で、威圧的で、操作しくにい。機器は、かなりの訓練を必要とする。家庭血液透析システムは、現在、大きすぎて携帯できず、それにより血液透析患者の旅行の妨げとなる。家庭血液透析システムは、特に患者が装置の費用を支払わなくてもよい病院内血液透析と比べて、高価で、高い初期投資を必要とする。この家庭血液透析システムは、補給品の再利用を十分に行えず、医薬品供給業者が家庭血液透析を経済的に実現するのは難しい。以上の欠点により、苦労の多い家庭血液透析を行いたい患者は少ない。
【００１０】
現在、ほとんどの血液透析システムは、フレキシブルチューブと係合する蠕動ローラポンプを使用して、流体を透析液流路又は血流経路に送る。そのようなローラポンプは、高価で非効率的である。また、血液透析で使用されているローラポンプが故障すると、血小板の損傷が起こることがあり、また凝固の危険が生じる。
【００１１】
したがって、携帯可能で、軽量で、使いやすく、患者に優しく、したがって家庭内使用が可能な血液透析システムの大きな必要性がある。
【００１２】
更に、患者を危険にさらすことになるポンプ、モータ、チューブ又は電子回路の単一障害点のない家庭血液透析システムを提供することが望ましい。
【００１３】
更に、血流経路内の血液を圧搾せずまた蠕動ローラポンプと共に使用されるような柔軟材料を含まないポンプを使用した血液透析システムを提供することが望ましい。
【００１４】
更に追加の態様では、血液又は透析液と接触したポンプ構成要素は、１回の患者治療の後で破棄されるがポンプモータは再利用されうる血液透析システムを提供することが望ましい。
【００１５】
更に追加の態様では、透析液流路内の透析液の流量を測定するための流量センサを有するリザーバを内蔵し、また流量センサの故障状態を識別する血液透析システムを提供することが望ましい。
【００１６】
本発明の態様は、これらの要求を満たし、以下の要約に示されたようなさらなる関連利点を提供する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１の態様によれば、患者の動脈に接続して患者から血液を収集するための動脈血ライン、患者の静脈につないで患者に血液を戻すための静脈血ライン、再使用可能透析装置及び使い捨てカートリッジを含む血液透析システムが提供される。本発明の第２の態様では、本発明は、血液透析装置で使用されるカートリッジを提供する。
【００１８】
動脈血ラインと静脈血ラインは、当業者に知られた典型的な構造でよい。例えば、動脈血ラインは、患者の動脈から血液を収集するための針に接続された従来の柔軟な中空チューブでよい。同様に、静脈血ラインは、患者の静脈に血液を戻すための従来のフレキシブルチューブと針でよい。患者の血液を得るために、静脈内カテーテル、動静脈フィステル又は人工血管移植を含む様々な構造及び外科的処置が使用されうる。
【００１９】
使い捨てカートリッジは、単一患者治療のために意図され、再使用されない。使い捨てカートリッジは、当業者に知られた構造と設計のダイアライザを含む。適切なダイアライザは、Ｆｒｅｓｅｎｉｕｓ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｃａｒｅ，Ｂａｘｔｅｒ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．及びＮｉｐｒｏ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手できる。好ましくは、ダイアライザは、半透膜を構成する多数の中空繊維を含む。
【００２０】
使い捨てカートリッジは、血液流路と透析液流路を含む。血液流路は、動脈血ラインと静脈血ラインに接続することによって、血液を閉ループ系で患者からダイアライザに送ってまた患者に戻す。一方、透析液流路は、透析液を閉ループ系でリザーバからダイアライザに送りまたリザーバに戻す。血液流路と透析液流路は両方ともダイアライザを通るが、ダイアライザの半透膜によって分離される。
【００２１】
好ましくは、カートリッジは、３つのポンプアクチュエータを含む。本明細書の目的では、用語「ポンプ」は、吸引又は圧力を使用して流体を移動させるアクチュエータと、アクチュエータを機械的に動かすためのモータの両方を指す。適切なポンプアクチュエータは、インペラ、ピストン、ダイアフラム、ローブポンプのローブ、スクリュポンプのスクリュ、蠕動ポンプのローラ若しくは線形運動フィンガ、又は当業者によって決定されうるような流体を移動するための任意の他の機械構造を含みうる。一方に、モータは、アクチュエータを動かすための電気機械装置である。モータは、シャフトなどによってポンプアクチュエータに接続されてもよい。好ましい実施形態では、使い捨てカートリッジのポンプアクチュエータは、ハウジングの中央キャビティ内で回転するロータに摺動可能に取り付けられた羽根を含む摺動羽根回転ポンプ構造である。ロータは、円形で、より大きい実質的に円形のキャビティ内で回転する。ロータの中心は、キャビティの中心に対してずれて偏心する。羽根は、ロータの内外に摺動してキャビティの内部側壁と密閉して、流体を送る羽根チャンバを作成できる。後で詳しく説明されるように、好ましくは、使い捨てカートリッジは、ポンプモータを含まない。
【００２２】
第１と第２のポンプアクチュエータは、透析液流路に接続されて、透析液を透析液流路を介してリザーバからダイアライザに送りリザーバに戻す。好ましくは、第１のポンプアクチュエータは、ダイアライザから「上流」（流路における前を意味する）で透析液流路に接続され、第２のポンプアクチュエータは、ダイアライザから「下流」（流路における後を意味する）で透析液流路に接続される。一方、使い捨てカートリッジの第３のポンプアクチュエータは、血液流路に接続される。第３のポンプアクチュエータは、患者からの血液を、動脈血ライン、ダイアライザ及び静脈血ラインを通して送って患者に戻す。第３のポンプアクチュエータが、ダイアライザから上流の血液流路に接続されることが好ましい。使い捨てカートリッジが収容するポンプアクチュエータは３つより多くても少なくてもよい。例えば、透析液は、単一ポンプアクチュエータだけを利用してダイアライザに通されてもよい。しかしながら、使い捨てカートリッジは、ダイアライザから上流の第１のポンプアクチュエータと、ダイアライザから下流の第２のポンプアクチュエータとを含む２つのポンプアクチュエータを含むことが好ましい。
【００２３】
使い捨てカートリッジは、また、透析液流路に接続されて血漿から半透膜を透過した毒素を透析液中に除去するためのフィルタを含む。好ましくは、フィルタは、透析液がリザーバに送られる前にダイアライザによって透析液に送られた毒素を除去するために、ダイアライザから下流で透析液流路に接続される。カートリッジと共に使用のためのフィルタ材料は、当業者に知られている。例えば、適切な材料には、ジルコニウム系樹脂を含む樹脂床が挙げられる。好ましくは、フィルタは、酸化ジルコニウム、リン酸ジルコニウム及び炭素の層を含むハウジングを有する。許容可能な材料は、米国特許第８，６４７，５０６号明細書と米国特許出願公開第２０１４／０００１１１２号に記載されている。他の許容可能なフィルタ材料は、必要以上の実験なしに当業者によって開発され利用されうる。好ましくは、フィルタハウジングは、アンモニアを含むガスを放出できるがフィルタを通る透析液を放出できない蒸気膜を含む。
【００２４】
好ましくは、使い捨てカートリッジは、血液透析を監視するためのセンサを含む。この目的のために、好ましくは、カートリッジは、透析液流路に接続された透析液流路内の流量（体積測定及び／又は速度）を検出するための流量センサを含む。更に、使い捨てカートリッジが、透析液流路内の圧力を検出するための１つ以上の圧力センサを含むことが好ましい。好ましくは、使い捨てカートリッジは、また、血液流路内の圧力及び／又は流量を測定するための１つ以上のセンサを有する。好ましい実施形態では、カセットは、ダイアライザの上流で透析液の圧力を測定する第１の圧力センサと、ダイアライザの下流で透析液の圧力を測定する第２の圧力センサと、ダイアライザの上流で血流の圧力を測定する第３の圧力センサと、ダイアライザの下流で血流の圧力を測定する第４の圧力センサとを含む４つの圧力センサを有する。更に、好ましいカセットは、ダイアライザの上流で透析液の流量を測定する第１の流量センサと、ダイアライザの下流で透析液の流量を測定する第２の流量センサと、ダイアライザの上流で血流の流量を測定する第３の流量センサと、ダイアライザの下流で血流の流量を測定する第４の流量センサとを含む４つの流量センサを有する。圧力及び流量センサは、別個の構成要素でもよく、圧力及び流量測定は、単一センサによって行われてもよい。例えば、好ましい実施形態では、透析液流路は、圧力だけを測定する２つの圧力センサと、流量だけを測定する２つのセンサとを有し、その結果、４つのセンサが、透析液流路内の透析液の圧力又は流量を監視する。しかしながら、好ましい使い捨てカートリッジは、血液流路に接続された２つのセンサだけを含み、各センサが、圧力と流量の両方を測定できる。流量センサと圧力センサによって生成された測定値を伝えるために、使い捨てカートリッジは、流量センサと圧力センサに電気接続された外付け電気端子を有することが好ましい。
【００２５】
使い捨てカートリッジは、高級ポリカーボネート又はアクリル樹脂などの耐久性があるが高強度のプラスチックで作成されることが好ましい。ポリカーボネート及び／又はアクリル樹脂は、反射率が高く、電気抵抗がきわめて高く、誘電率が適切なので、好都合と考えられる。好ましくは、カートリッジの血液流路と透析液流路は、カートリッジのプラスチックハウジング内に形成された導管である。更に、使い捨てカートリッジはチューブがなく、即ち、血液透析システム全体内に動脈血ラインと静脈血ライン以外に患者又は臨床医が使用可能なフレキシブルチューブがないことが好ましい。具体的には、使い捨てカートリッジハウジングとポンプアクチュエータは、硬質プラスチックで作成され、蠕動ポンプで使用されるようなフレキシブルチューブを使用しないことが好ましい。
【００２６】
使い捨てカートリッジに加えて、血液透析システムは、使い捨てカートリッジに結合して使い捨てカートリッジのポンプアクチュエータにつながり制御し、使い捨てカートリッジのセンサを監視するための再使用「透析装置」を含む。この目的のため、好ましい透析装置は、カートリッジの３つのポンプアクチュエータと係合し動作させるための３つのポンプモータを含む。より具体的には、透析装置は、透析液流路に接続された第１と第２のポンプアクチュエータと係合し動作させるための第１と第２のポンプモータを含む。透析装置の第３のポンプモータは、血液流路に接続されたカートリッジの第３のポンプアクチュエータと係合し動作させて、カートリッジの血液流路内の血液のポンピングを制御する。有利には、ポンプモータとポンプアクチュエータは、工具を利用することなく、また透析装置や使い捨てカートリッジを破損させることなく、ポンプアクチュエータをポンプモータと相互に押し付けるだけで互いに容易に脱着できることが好ましい。ポンプモータとポンプアクチュエータは、当業者に知られた様々な構造を利用して機械的に接続されうる。例えば、ポンプモータ又はポンプアクチュエータは、ポンプアクチュエータ又はポンプモータ内に突出し、対応するポンプアクチュエータ又はポンプモータ内のキー付きレセプタクルと係合するように位置決めされたキー付きシャフトを備えてもよい。しかしながら、好ましい実施形態では、ポンプモータとポンプアクチュエータが、複数の磁石によって接続され、ポンプモータは、ポンプアクチュエータ内で逆極性の磁石と係合するように位置決めされた複数の磁石を有する。
【００２７】
好ましくは、透析装置は、透析液溶液を蓄えるためのリザーバを収容する。透析装置が、使い捨てカートリッジに結合されたとき、リザーバは、カートリッジの透析液流路に接続して、透析液をリザーバからカートリッジのダイアライザに送りまたリザーバに戻すための閉ループ系を構成する。リザーバは、臨床医が適切な血液透析治療を行うのに必要とされるような任意のサイズのものでよい。しかしながら、リザーバは、透析装置を容易に携帯するのに十分に小さいことが好ましい。
【００２８】
透析装置は、リザーバに熱的に接続されてリザーバ内に蓄えられた流体を加熱するためのヒータを有することが好ましい。ヒータは、電気によって活動化されることが好ましく、電流が流れることよって熱を生成する抵抗器を含む。
【００２９】
血液透析システムの適切な動作を監視するために、透析装置は、様々なセンサを有する。透析装置は、リザーバ内の流体の温度を測定するための温度センサを備える。更に、透析装置は、リザーバ内の流体レベルを検出するためのレベルセンサを有する。
【００３０】
好ましい実施形態では、レベルセンサは、静電容量の変化を使用してリザーバ内の流体レベルを決定する。好ましい実施形態では、レベルセンサは、垂直方向に互い違いに位置合せされたアレイ電極２６０を有し、所定電極における静電容量の変化が、弱導電性透析液の有無を表す。少なくとも１つの実施形態では、電極は、透析液レベルより下に位置決めされたウェット基準電極と、透析液レベルより上に位置決めされたドライ基準電極とを有し、これらの電極は、透析液の容量結合と周辺容量結合の基準として使用される。
【００３１】
更に、透析装置は、透析液流路内の透析液の流れを監視し、血液がダイアライザの半透膜を介して透析液流路内に不適切に拡散したかどうかを検出する血液漏れ検出器を備えることが好ましい。好ましい実施形態では、血液透析システムは、透析液流路を通して光を放射する光源と、透析液流路を介して放射された光を受け取る光センサとを内蔵した血液漏れセンサアセンブリを備える。好ましくは、光源と光センサは、透析装置内に配置され、したがって再使用され、各血液透析治療後に破棄されない。更に、光源は、二色を生成する２つのピーク波長の光を生成することが好ましい。二色光は、透析装置から使い捨てカートリッジに放射され、透析液流路を通る。透析液流路を通った後、光は、透析装置に戻されて光センサによって受け取られる。受け取られた光は、分析されて、透析液中にありうる血液を反映するように光が変更されたかどうが決定される。
【００３２】
透析装置は、使い捨てカートリッジの蒸気膜に隣接して位置決めされてアンモニアがカートリッジのフィルタ内に生じているかどうかを検出するためのアンモニアセンサと、静脈血ライン内の圧力を検出するための静脈血ライン圧力センサと、静脈血ラインに接続されて気泡が静脈血ライン内に生じているかどうかを検出するための泡センサとを含む追加センサを備えることが好ましい。透析装置は、また、静脈血ラインに接続されて静脈血ライン内の血液の流れを選択的に許可又は阻止するためのピンチ弁を含んでもよい。ピンチ弁は、センサのうちのどれかが安全でない状態を検出した場合に、静脈血ラインを挟んで患者への血液の流れを阻止するために提供される。
【００３３】
透析装置は、血液透析システムを制御するための専用電子回路を含むプロセッサを有する。プロセッサは、血液透析システムの適切な動作を制御するために、ポンプモータ、透析装置センサ及びピンチ弁に接続された電力管理回路を含む。更に、透析装置は、使い捨てカートリッジの電気端子と係合し電気接続するよう位置決めされた電気端子を有し、カートリッジの流量センサと圧力センサをプロセッサに接続して、プロセッサが、使い捨てカートリッジセンサも監視できるようにする。プロセッサは、血液透析治療が医療関係者によってユーザインタフェースに入力された事前プログラム手順にしたがって進んでいることを保証するために様々な各センサを監視する。
【００３４】
透析装置と使い捨てカートリッジは、携帯可能かつ軽量で、使い易く、患者に優しく、家庭内使用できる血液透析システムを提供する。
【００３５】
有利には、使い捨てカートリッジと血液ラインは、患者に提供される前に殺菌され、血液透析治療後に破棄される。血液ラインが、使い捨てカートリッジに直接接続し、再使用装置に接続していないので、汚染を受けやすい変形できないポンプ構成要素を含む全ての構成要素は、各治療後に破棄され、次の治療前に交換される。しかしながら、ポンプモータは、次の治療で再使用されうる。
【００３６】
また、有利には、血液透析システムは、患者にとって潜在的に危険の部分を減らすために、動脈血ラインと静脈血ライン以外にフレキシブルチューブを利用しない。
【００３７】
更に、追加の利点は、血液透析システムが、血液流路内の血液を圧搾しないポンプを使用することである。
【００３８】
更に、血液透析システムは、高い患者安全性を提供するために、これまで血液透析システムによって提供されなかった十二分の制御と監視を提供する。
【００３９】
本発明の他の特徴と利点は、図面に関連して以下の詳細な説明を読むことによって、当業者によって理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】少なくとも１つの実施形態による、患者の治療に使用される血液透析システムを示す斜視図である。
【図２】少なくとも１つの実施形態による血液透析システムを示す分解斜視図である。
【図３】少なくとも１つの実施形態による血液透析システムを示す追加の分解斜視図である。
【図４】少なくとも１つの実施形態による血液透析システムを示す斜視図である。
【図５】少なくとも１つの実施形態による、透析装置のトレイの上の血液透析システムの使い捨てカートリッジの分解斜視図である。
【図６】少なくとも１つの実施形態による、血液透析システムと共に使用するためのポンプアクチュエータとポンプモータを含む好ましいポンプを示す分解斜視図である。
【図７】少なくとも１つの実施形態による、血液透析システムと共に使用するリザーバとフィルタを示す分解斜視図である。
【図８】少なくとも１つの実施形態による、血液透析システムのリザーバに接続するフィルタを含む血液透析システムの使い捨てカートリッジを示す斜視図である。
【図９】少なくとも１つの実施形態による血液透析システムの使い捨てカートリッジの上面図である。
【図１０】少なくとも１つの実施形態による血液透析システムの使い捨てカートリッジの下面図である。
【図１１】少なくとも１つの実施形態による、使い捨てカートリッジを収容する透析装置のトレイを示す上面図である。
【図１２】少なくとも１つの実施形態による、圧力センサ、泡センサ及びピンチ弁を含む血液透析システムの安全機能を示すフローチャートである。
【図１３】少なくとも１つの実施形態による、血液透析システムを通る血液と透析液の流れを示すフローチャートである。
【図１４】少なくとも１つの実施形態による、血液透析システムの様々な電子回路と電気機械構成要素の接続を示す図である。
【図１５】少なくとも１つの実施形態による、血液透析システムを通る血液と透析液の流れを示すより詳細なフローチャートである。
【図１６】少なくとも１つの実施形態によるアンモニアセンサの例示的ヒータの回路図である。
【図１７】血液漏れセンサアセンブリを示す使い捨てカートリッジのカセットと透析装置のトレイの断面図である。
【図１８】少なくとも１つの実施形態による例示的レベルセンサによって提供される電極の配列を示す図である。
【図１９】リザーバ内の透析液レベルを測定するためのレベルセンサを示す側面図である。
【図２０】透析液流路内の透析液の流量を測定するための好ましい流量センサスポークホイールの上断面図である。
【図２１】透析液流路内の透析液の流量を測定するための好ましい流量センサスポークホイールと磁界センサの上断面図である。
【図２２】透析液流路内の透析液の流量を測定するための好ましい流量センサスポークホイールの斜視図である。
【図２３】スポークホイールの回転により作動するホール効果スイッチによって生成された波形を示すグラフである。
【図２４】ホイール磁石が不十分な磁場強度を有するか取り外された場合にホール効果スイッチによって生成される波形を示すグラフである。
【図２５】センサが故障した場合にホール効果センサによって生成される波形を示す２つのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明は、図面に示されたような様々な形の実施形態で可能であり、以下に本発明の現在好ましい実施形態が述べられるが、本開示が、本発明の実例と見なされるべきであり、示された特定の実施形態に本発明を限定するものでないことを理解されたい。
【００４２】
図１〜図２５を参照すると、本発明の血液透析システム１は、再使用透析装置２０１、使い捨てカートリッジ１１、患者の動脈に接続する針７を有する動脈血ライン３、及び患者の静脈に接続する針７を有する静脈血ライン５を備える。特に図１〜図５及び図１５を参照すると、使い捨てカートリッジ１１は、血流流路１５を提供する導管１７と、透析液流路１９を提供する導管２１とを備えたハウジング１３を有する。好ましくは、カートリッジの血液流路と透析液流路は、約０．１５６インチ（３〜５ミリメートル）の内径を有する導管である。使い捨てカートリッジ１１は、一体構造でよい。しかしながら、好ましくは、本明細書で述べるように、使い捨てカートリッジは、複数部品に分解してダイアライザ２５とフィルタ７９の切り離しを可能にしうるが、複数部品を組み立てて使い捨てカートリッジ１１を構成してもよい。好ましくは、カートリッジのハウジングは、連邦医薬品局認可の材料から作成される。カートリッジのハウジングの現在好ましい材料は、ポリカーボネートプラスチックである。
【００４３】
使い捨てカートリッジの血液流路１５は、一端が動脈血ライン３につながり、他端が静脈血ライン５につながる。血液流路１５と透析液流路１９が両方とも、ダイアライザ２５内を通って、それぞれの流体を閉ループ系に送り、透析液流路は、半透膜（図示せず）によって血液流路から分離される。好ましくは、透析液は、ダイアライザ２５内の血流と反対方向に流れ、ダイアライザ２５は、透析液を受け取るための入口３１、透析液を排出するための出口３３、患者から血液を受け取るための入口２７、及び患者に血液を戻すための出口２９を有する。
【００４４】
より詳細には、図１、図３及び図９に示されたように、使い捨てカートリッジのハウジング１３は、ダイアライザの入口２７を動脈血ライン３に接続するための継手３７と、ダイアライザの血液出口２９を静脈血ライン５に接続するための継手３９を有する。更に、使い捨てカートリッジのハウジング１３は、透析液をリザーバ２０９に送りリザーバ２０９から戻すための導管２１を含むカセット部分２３を有する。このため、カセット２３は、ダイアライザの入口３１と出口３３を、継手４７及び４３を介して接続する。透析液は、カセットの継手４７を通ってカセット２３内に収容される。その後、透析液は、（導管２１内で）透析液流路１９を通り、その後でダイアライザの入口３１でダイアライザ２５に入る。次に、透析液は、ダイアライザの出口３３でダイアライザ２５から出て、引き続き導管２１を通って透析液流路１９を流れ、継手４３でカセット２３を出る。
【００４５】
好ましくは、カートリッジのカセット２３は、２つのポンプアクチュエータ５１及び５３を有する。第１のポンプアクチュエータ５１は、透析液を透析液流路１９によってダイアライザ２５に送るためにダイアライザ２５の上流に位置決めされる。第２のポンプアクチュエータ５３は、ダイアライザ２５から透析液を送るためにダイアライザ２５のほぼすぐ下流に位置決めされる。第１のポンプアクチュエータ５１の動作を第２のポンプアクチュエータ５３に対して独立に制御することによって、ダイアライザ２５内の透析液の圧力を増減可能である。好ましくは、使い捨てカートリッジのハウジング１３は、動脈血ライン３に接続するハウジングの継手３７内に位置決めされた第３のポンプアクチュエータ５５を有する。この第３のポンプアクチュエータ５５は、血液流路１５を通して血液を送り、ダイアライザ２５の好ましくは上流に位置決めされる。
【００４６】
図２、図７及び図８に最も示されたように、使い捨てカートリッジ１１は、フィルタ７９を含む。フィルタ７９は、透析液から毒素を除去するためのフィルタ部材を封入するためのハウジング８１を有する。フィルタ部材は、血液から様々な老廃物、主に尿素とクレアチンを除去するための既知又は当業者によって決定されうる組成と構造のものでよい。フィルタ７１は、入口８３と出口８５を有する。フィルタの入口８３は、カセットの継手４３に接続し、フィルタの出口８５は、後でより詳しく述べるように、リザーバの入口２１１に接続する。好ましい実施形態では、フィルタのハウジング８１は、図７と図８に示された蒸気膜８７を有する。蒸気膜８７は、アンモニアを含むガスを放出できるが、液体、特にフィルタ７９内を流れる透析液を放出しない半透膜である。
【００４７】
後で詳細に述べるように、使い捨てカートリッジ１１は、ダイアライザ２５内で行われる透析を監視するための様々なセンサを有する。図５〜図１０に示されたように、好ましい使い捨てカートリッジ１１は、カセット内に、透析液流路１９内の透析液の流量と圧力を測定するための２対の流量センサ９３と圧力センサ９５を含む。好ましくは、流量センサ９３は、ダイアライザ２５のそれぞれ上流と下流に位置決めされる。流量センサは、流量を決定するプロセッサ２４９に電気信号を送る。流量が不適切であることをプロセッサが決定した場合、プロセッサは、適切な流量になるようにポンプの速度を修正するか、プロセッサは、透析システム全体を停止する。例えば、プロセッサは、２つの透析液流路流量センサ９３の流量を比較してもよい。流量センサが異なる流量を報告した場合に、プロセッサは、故障状態を示し、さらなる透析治療を停止してもよい。
【００４８】
図５、図８〜図１０、図２０〜図２３に示されたように、好ましい実施形態では、透析液流路内の各流量センサ９３が、使い捨てカセット２３内に配置された円形チャンバ９１とそのチャンバ９１内の回転式スポークホイール２７１とを含む。好ましいスポークホイール２７１は、成型プラスチックで作成され、透析物の流れによって回転される軸２７４と半径方向に延在するスポーク２７３とを有する。好ましくは、スポーク２７３は、軸２７４に対して少し斜めに配置されている。斜めのスポークは、円形チャンバ９１内の軸２７４の低公差の捕捉によって生じるチャタリングを最小にする。この少しの傾きがないと、ある特定の速度で、スポークホイール２７１が、乱流により「チャタリング」することがある。これと反対に、傾きがあると、スポークホイールは、一定方向の流体流によって、チャタリングしにくくされる。
【００４９】
図２０〜図２１に関して、スポークホイール２７１は、プロセッサが流体流を決定するために使用されるホイールの回転位置と回転速度を明らかにする２つの磁石２７５を有することが好ましい。好ましい流量センサ９３は、少なくとも１つの磁石２７５を備え、より好ましくは、スポークホイールの回転と共に回転するようにスポークホイール２７１に一体化された２つの磁石を備える。磁石は、センサを作動させるために、磁石と磁界センサの隙間をカバーするのに十分な磁界強度を維持するための十分な強度の小さい希土類磁石でよい。スポークホイール２７１が、２つ以上の磁石２７５を備える場合、磁石は、使用される磁界センサにより同じ極性又は異なる極性を有するように位置合わせされてもよい。
【００５０】
また図１１と図２１を参照すると、流量センサ９３は、再使用可能透析装置２０１内に、スポークホイールの１つ以上の磁石２７５に隣接配置された、スポークホイールの回転を検出するための磁界センサ２７７を備える。好ましいセンサは、作動するのに±６．９ｍＴを必要とするＴｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．部品番号ＤＲＶ５０３３などの小型オムニポーラホール効果スイッチである。センサがオムニポーラなので、スポークホイール内の磁石の向きは任意でよく、製造が単純になる。有利には、ホール効果スイッチは、磁界の検出に基づいて立ち下がり電気信号を出力し、この電気信号がプロセッサ２４９に送られる。例えば、図２３は、スポークホイールの回転により作動するホール効果スイッチによって生成された波形を示す。
【００５１】
プロセッサ２４９は、以下の式を適用して透析液流路内の透析液の流量を決定する。
【００５２】
【数１】
2017527390.tif 000003
【００５３】
【数２】
2017527390.tif 000004
【００５４】
ここで、
Ａｃｒｏｓｓは、流路の断面積であり（ｍｍ２）
ｋｍｅｔｅｒは、流量とロータの間の結合係数であり（１ｍｌ／分当たりのｍｌ／分）
Ｑｍｅｔｅｒは、流量計によって測定された流量であり（ｍｌ／ｍｉｎ＝１０００ｍｍ３／分）
ｒｈｕｂは、ロータハブの半径であり（ｍｍ）
ｒｃｈａｎｎｅｌは、流路の外径であり（ｍｍ）
ｔは、１回転にかかった時間である（分／回転）。
【００５５】
図２１に示されたように、各流量センサ９３は、直角でかつ軸から磁石２７５と同じ半径に配置されたホール効果スイッチなどの２つの磁界センサ２７７を有することが好ましい。２つの磁界センサ２７７を含む流量センサ９３によって、プロセッサ２４９は、磁石欠落、磁石の１つが磁界を引き起こすのに不十分な磁界を有すること、又は磁界センサのうちの１つが故障したことなどの故障状態を検出できる。磁石の脱落又は弱まりは、図２４に示された波形によって示され、磁石の脱落は、ｔＡＡ≠２ＴＡＢによって決定される。一方、図２５は、ホール効果スイッチがスポークホイール２７１の回転と一緒に移行しない結果として生じる故障磁界センサの波形を示す。
【００５６】
好ましくは、また、透析液圧力を測定するためのカセット圧力センサ９５は、それぞれダイアライザ２５の上流と下流に位置決めされて、透析液がダイアライザ２５に入る前と透析液がダイアライザ２５を出た後の透析液の圧力を測定する。カセットの圧力及び流量センサは、当業者によって選択できるように連邦医薬品局認可のセンサでよい。
【００５７】
好ましくは、使い捨てカートリッジは、更に、血液を患者から受け取った直後と血液が患者に戻る前の両方で、血液流路１５を通る血液の圧力と流量を測定するための追加センサ９７を有する。好ましい実施形態では、血液の圧力及び流量測定は両方とも、単一センサによって行われる。図５、図９、図１０、図１３及び図１５に最もよく示されたように、好ましいカートリッジ１１は、継手３７内に、血液がダイアライザ２５に入る前に動脈血ライン３が受け取った血液の圧力と流量を測定するための第１の圧力／流体センサ９７を有する。更に、好ましくは、カートリッジは、継手３９内に、血液が静脈血ライン５を通して患者に戻される前の血液の圧力と流量を測定するための第２の圧力／流体センサ９７を有する。カセット流量センサと圧力センサによって生成された測定値を伝えるために、使い捨てカートリッジ１１は、電気端子１０１を有する。
【００５８】
血液透析システムの透析装置２０１は、図１〜図５に最もよく示される。好ましくは、透析装置２０１は、透析装置２０１と使い捨てカートリッジ１１の様々な構成要素を封入し保護するためのキャビティ２０７を有するケース２０５を有する。好ましくは、ケース２０５は、民間航空機の荷物入れ内での移動に適したサイズのものである。透析装置２０１は、血液透析処置中に透析液を蓄えるためのリザーバ２０９を有する。好ましいリザーバは、リザーバの取外し式キャップ２１５を介してリザーバに導入可能な１ガロン（３．７８５リットル）の透析液を蓄える。更に、リザーバ２０９は、入口２１１と出口２１３を有する。図７に最もよく示されたように、リザーバの入口２１１は、使い捨てカートリッジのフィルタの出口８５に接続する。一方、リザーバの出口２１３は、使い捨てカートリッジのコネクタ４７に接続する。好ましくは、透析装置は、透析液の温度を所望温度に加熱し維持するためにリザーバ２０９に熱的に結合されたヒータ２２１（図１５に示された）を有する。
【００５９】
好ましくは、透析装置２０１は、使い捨てカートリッジのハウジング１３、ダイアライザ２５、動脈ライン継手３７、及び静脈ライン継手３９を支持し結合するためのトレイ２１９を有する。トレイ２１９は、使い捨てカートリッジ１１を透析装置２０１と係合させロックするためのラッチ２２５を備えてもよい。好ましい実施形態では、トレイ２１９は、また、使い捨てカートリッジの３つのポンプアクチュエータ（５１、５３及び５５）に結合するための３つのポンプモータ（２２７、２２９及び２３１）を有する。図５、図６及び図１１を参照すると、透析装置は、使い捨てカートリッジの第１のポンプアクチュエータ５１と結合するための第１のポンプモータ２２７と、使い捨てカートリッジの第２のポンプアクチュエータ５３と結合するための第２のポンプモータ２２１と、使い捨てカートリッジの第３のポンプアクチュエータ５５と結合するための第３のポンプモータ２３１とを備える。好ましくは、ポンプモータは、当業者によって選択されうるような従来の市販の電気回転モータである。
【００６０】
図６に示されたように、各ポンプアクチュエータ（５１、５３及び５５）は、ポンピング動作を提供するために、動脈ライン又は静脈ラインと係合する共通ローラポンプと共に使用されているような、変形可能な部材を使用しないことが好ましい。その代わりに、好ましいポンプアクチュエータは、摺動羽根構造を有する。この目的のため、各ポンプアクチュエータは、流体をキャビティ６３に導入するための入口５７と、そのような流体を排出するための出口５９とを有する。更に、各ポンプアクチュエータは、半径方向に動く羽根６９を収容するためのスロット６７を有する円形ロータ６５を有する。ばねやプッシュロッドなどの遠心力、油圧及び／又は付勢手段が、羽根をキャビティ６３の壁に押し付けて、ロータ、羽根及びキャビティ側壁によって構成されたチャンバを構成する。図６に示された好ましい実施形態では、ロータの回転によって生じた遠心力が、羽根をキャビティ側壁に押し付ける。好ましくは、キャビティ６３とロータ６７は、実質的に円形であり、ロータは、より大きいキャビティ内に位置決めされる。しかしながら、ロータの中心とキャビティの中心は、互いから軸方向にずらされる（偏心）。動作において、ロータ６５と羽根６９は、インペラを構成する。ロータが回転するとき、流体は、入口５７からポンプアクチュエータに入る。ロータと羽根の回転によって、流体がポンプアクチュエータの出口５９から排出される。好ましくは、各ポンプアクチュエータは、連邦医薬品局認可のプラスチックを含む実質的に非変形可能な材料で作成される。本明細書で使用されるとき、用語「非変形可能」は、ポンプアクチュエータ構成要素がポンプ動作中に少しも変形しないことを意味しない。しかしながら、非変形可能なポンプアクチュエータ構成要素は、現在の血液透析治療に一般に使用されるような、血液ラインなどのフレキシブルチューブと係合した蠕動ローラポンプによって提供されるようなポンピング動作を提供するようには変形しない。好ましい実施形態では、ポンプアクチュエータのハウジングとロータは、ポリカーボネートで作成され、ポンプアクチュエータの羽根は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）で作成される。
【００６１】
更に図６を参照すると、ポンプアクチュエータのロータ６３は、当業者が知る様々な構造物によって電気モータ６７に接続されてもよい。例えば、ロータは、ロータ内に形成された対応するレセプタクルとのプレスばめをなすようにキー加工されたシャフトを含んでもよい。しかしながら、図６に示された好ましい実施形態では、モータ２２７とロータ６５は、磁石７１を利用して結合される。図示されたように、好ましいロータは、隣接磁石７１ごとに極性（北南方向）が交互にされた６個の磁石を有する。同様に、モータ２２７は、各磁石の極性が交互にされた６個の追加の磁石７１を含む。使い捨てカートリッジ１１が、透析装置２０１に結合されたとき、モータ磁石は、ロータ磁石と近接するように位置決めされ並べられる。磁力が、ポンプモータをポンプアクチュエータに結合し、それにより、ポンプモータの制御された動きがロータを回転させ、したがってポンプアクチュエータを動作させる。
【００６２】
後で詳細に述べるように、使い捨てカートリッジ１１にあるセンサに加えて、好ましい透析装置２０１は、また、血液透析システム１の適切な動作を監視するために様々なセンサを有する。例えば、透析装置は、好ましくは、リザーバ２０９内の透析液の温度を測定するための温度センサ２２３を有する。更に、透析システムは、フィルタの蒸気膜８７に隣接して位置決めされフィルタ７９内のアンモニアを検出するためのアンモニアセンサ２３７（図１５を参照）を有する。図２、図３及び図１２に示されたように、好ましくは、透析装置２０１は、また、静脈血ライン５に接続されて患者にさらなる冗長安全性を提供するための１対のセンサ（２３９と２４１）と弁２４５を備える。追加センサは、静脈血ライン５内の血液の圧力を測定するための圧力センサ２３９と、静脈血ライン５内に望ましくない空気泡があるかどうかを決定する泡センサ２４１とを備える。血圧が所定の範囲内にない場合又は望ましくない空気泡が検出された場合は、ピンチ弁２４５が閉じられる。
【００６３】
図１４を参照すると、透析装置２０１は、プロセッサ２４９、ユーザインタフェース２５１、並びにプロセッサ２４９、ユーザインタフェース２５１、ポンプモータ及びセンサに電力を提供するための電源２５３を備える。プロセッサ２４９は、従来の電気回路によって、透析装置センサ（リザーバレベル検出器２１７、血液漏れセンサ２３５、アンモニアセンサ２３７、静脈血ライン圧力センサ２３９及び静脈血ライン泡センサ２４１を含む）、３つのポンプモータ２２７、２２９及び２３１、並びにピンチ弁２４５に接続される。更に、透析装置は、プロセッサ２４９を使い捨てカートリッジのセンサ（流量及び圧力センサを含む）に接続するために、使い捨てカートリッジの電気端子１０１に接続するための電気端子２４７（図１１を参照）を有する。プロセッサは、様々なセンサを監視しかつヒータ、ポンプ及びピンチ弁の自動化又は指示された制御を提供するために、当業者によって決定されうるようなハードウェアとソフトウェアを含む汎用コンピュータ又はマイクロプロセッサでよい。プロセッサは、回路基板の電子回路内又は複数の回路基板の集合処理機構内に配置されてもよい。
【００６４】
動作において、プロセッサ２４９は、ポンプモータの活動化と回転速度を制御するために第１、第２及び第３のポンプモータに電気的に接続され、ポンプアクチュエータを制御し、血液流路内の血液と透析液流路内の透析液の圧力と流速を制御する。第１及び第２のポンプアクチュエータの動作を独立に制御することによって、プロセッサは、ダイアライザ内の透析液流路内の圧力及び／又は流量を維持、増加又は減少できる。更に、３つのポンプアクチュエータを全て独立に制御することによって、プロセッサ２４９は、ダイアライザの半透膜の両側の圧力差を制御して、所定の圧力差（ゼロ、正又は負）を維持するか所定の圧力範囲を維持できる。例えば、ほとんどの血液透析は、半透膜の両側の圧力差がゼロ又はほぼゼロの状態で行われ、この目的のため、プロセッサは、ポンプを監視し制御してこの望ましいゼロ又はほぼゼロの圧力差を維持できる。あるいは、プロセッサは、圧力センサを監視し、ポンプモータを制御し、ポンプアクチュエータを制御して、ダイアライザ内の血液流路内の正圧をダイアライザ内の透析液流路の圧力より高く維持してもよい。有利には、プロセッサは、この圧力差を利用して血液から透析液への自由水と溶解溶質の限外濾過と移動を提供できる。
【００６５】
更に、プロセッサは、様々なセンサを全て監視して、血液透析装置が、効率的かつ安全に動作していることを保証し、安全でないか指定されていない状態が検出された場合、プロセッサは、不備を修正するかそれ以上の血液透析治療を止める。例えば、静脈血ライン圧力センサ２３９が、安全でない圧力を示すか、泡センサ２４１が、静脈血ライン内の気泡を検出した場合、プロセッサは警告を出し、ポンプが非活動化され、ピンチ弁２４５が閉じて、患者への更なる血流を阻止する。同様に、血液がダイアライザの半透膜を透過したことを血液漏れセンサ２３５が検出した場合、プロセッサ２４９は、警告を示し、更なる血液透析治療を止める。
【００６６】
透析装置のユーザインタフェース２５１は、患者又は医療関係者が治療に関する命令を入力するか、患者又は医療関係者が血液透析システムの性能を監視することを可能にするためのキーボード又はタッチスクリーンを備えてもよい。更に、プロセッサは、情報又は制御を遠隔地に伝えるためのＷｉ−Ｆｉ接続機能を有してもよい。
【００６７】
前述のように、血液透析システム１は、これまで血液透析装置に内蔵されていなかった多数の改善されたセンサを内蔵する。改善されたセンサには、アンモニアセンサ２３７、流体レベル検出器２１７及び血液漏れセンサ２３５が含まれる。これらのセンサのそれぞれについては、後で詳しく述べる。
【００６８】
アンモニアセンサシステム
前にも述べたように、少なくとも１つのアンモニアセンサ２３７が、フィルタの蒸気膜８７に隣接して配置され、フィルタ７９内のアンモニアを検出するように構成される。より詳細には、少なくとも１つの実施形態では、各アンモニアセンサ２３７は、以下のパラメータを有するヒータ（図示せず）を内蔵する。
【００６９】
【表１】
2017527390.tif 000005
【００７０】
少なくとも１つの実施形態では、アンモニアセンサ２３７上の化学的感知膜の性質によって、ヒータからの温度上昇が、アンモニアセンサ２３７の寿命全体にわたって再現可能で一貫していることが重要である。この目的のため、ヒータに加えられる電力をできるだけ一貫して制御すること、特に、ヒータの抵抗がアンモニアセンサ２３７の寿命全体にわたって変化することを知ることが重要である。少なくとも１つの実施形態では、アンモニアセンサ２３７は、ヒータと直列に単一の負荷抵抗器を使用する。この構成は、ＶＣＣ並びにＲＨの変化にきわめて敏感である。公称ＶＣＣ＝３．３Ｖ±３．０％とＲＬ＝３６．５Ω±１．０％を使用すると、以下の表に示したように、ＰＨ＝０．０６６９Ｗ±１０．３％（設計中心ＰＨ＝０．０６６７Ｗ）となる。
【００７１】
【表２】
2017527390.tif 000006
【００７２】
少なくとも１つの実施形態では、ヒータの電力損をより厳密に制御するために、図１６に示された回路が使用される。ＬＤＯは、ＲＬに一定電流を流すために使用され、ＲＰは、ＲＨに流れる電流を釣り合わせるために使用される。ＶＦＢ＝０．８Ｖ±１．２５％、ＲＬ＝１３．０Ω±１％、ＲＰ＝６９．８Ω±１％を使用すると、以下の表に示したように、ＰＨ＝０．０６５８Ｗ±１．６５％（設計中心ＰＨ＝０．０６６１Ｗ）となる。
【００７３】
【表３】
2017527390.tif 000007
【００７４】
最大電力損は、Ｐ（ＲＬ）＝０．０５０ＷとＰ（ＲＰ）＝０．０７６Ｗであり、これらは、十分に１／１０Ｗ、０６０３抵抗の正常な動作パラメータの範囲内にある。ＬＤＯによって必要とされる最大ＶＯＵＴは、３．１２Ｖ（Ｖ（ＲＨ）＋ＶＦＢ）である。６２ｍＡでのドロップアウト電圧は、約８０ｍＶである。ＶＣＣ（ｍｉｎ）＝３．１２＋０．０８＝３．２０Ｖであり、これは、３．３Ｖ±３％のＶＣＣ電源を必要とする。
【００７５】
少なくとも１つの実施形態では、アンモニアセンサ２３７の感知層は、耐化学特性を有する。感知層の製造により、基準抵抗Ｒｏ（周囲条件，合成空気）を厳密に制御できない。ＳｎＯ２ガス検出層が、高温時にバイアス状態で導電性が高いときにＮＨ３を（他のガスと同様に）減少させるので、ガス検出は、電流検出抵抗Ｒｓを取得しそれを周囲抵抗で割ることによって行われる。Ｒｓ／Ｒｏ比は、ガス濃度を示し、較正としきい値検出のために使用される。感知層の特性を以下の表に示す。
【００７６】
【表４】
2017527390.tif 000008
【００７７】
アンモニアセンサ２３７の出力は、ＲＬの両側で読み取られるので（差分）、Ｖ（ＲＬ）は、適切な制限内変換のためにコンバータ（０．５Ｖ）の差分フルスケール入力範囲より低く維持されなければならない。Ｒｏのダイナミックレンジが広いので、アンモニアセンサ２３７の読み取りを管理するには、複数の抵抗を切り替える必要があることは明らかである。以下に、少なくとも１つの実施形態の構成を示す。低電流が流れる態で、ＧＰＩＯ信号をＧＮＤと仮定することが可能である（又は、繰り返し可能にＧＮＤに近い）。ＧＰＩＯ端子は、高Ｚ状態（浮動）にされるかゼロに駆動される。
【００７８】
【表５】
2017527390.tif 000009
【００７９】
この構成は、感知層利得境界での適切な減少を保証するために、感知層の両側で最高電圧を実際的にするために使用される。感知層を流れる最大電流及び電力は、以下の式によって定義される
【００８０】
【数３】
2017527390.tif 000010
【００８１】
【数４】
2017527390.tif 000011
【００８２】
ベースラインＲｏがウォームアップ後に決定された後でコンバータの内部利得を使用してダイナミックレンジを高めることが可能なことに注意されたい。
【００８３】
血液漏れセンサ
また前述のように、血液漏れセンサ２３５は、血液がダイアライザ２５の半透膜を透過したかどうかを検出するように位置決めされ構成される。より詳細には、少なくとも１つの実施形態では、血液漏れセンサ２３５は、光吸収原理を使用して透析液中の血液の存在を決定する。
【００８４】
特に図９、図１１及び図１７で示されたように、血液透析システム１は、光源２６１と光センサ２３５の形の血液漏れセンサ２３５の両方を備えた血液漏れセンサアセンブリ２３３を備える。光源２６１と光センサは、再使用されるように透析装置のトレイ２１９内に配置され、各血液透析治療後に破棄されない。一方、使い捨てカートリッジのカセット２３は、光源２６１から放射された光２６５を受け取り、光２６５を透析液流路１９に導き、光を光センサ２３５に戻すように構成される。光センサ２３５は、光を受け取り、その光を、分析のためにプロセッサ２４９に送られる電気的信号に変換する。
【００８５】
光源２６１によって生成された光が透析液流路１９を通ることを可能にするために、カセットの透析液導管２１の少なくとも１区分２６３が、半透明材料で作成される。本明細書で使用されるとき、用語「半透明」は、全ての波長の光に透明であることを意味しない。例えば、透析液導管は、透析液を損傷させる可能性のある波長の光を遮る材料で作成されてもよい。しかしながら、本明細書で使用されるとき、「半透明」は、光源２６１と光センサ２３５に隣接する透析液導管区分２６３が、透析液中に血液が漏れたかどうかを光センサとプロセッサ２４９が決定できるように、光源からの所定波長の十分な光の通過を可能にすることを意味する。好ましい実施形態では、導管区分２６３を含むカセットハウジングは、半透明ポリカーボネートで作成される。
【００８６】
光を光源２６１から半透明透析液導管区分２６３を通って光センサ２３５まで送るために、当業者によって様々な構造が使用されることがある。例えば、使い捨てカセット２３と使い捨てでない透析装置トレイ２１９が、光源２６１と光センサ２３５を半透明透析液区分２６３の両側に内向きになるよう位置決めするように構成されてもよい。しかしながら、図１７に示されたように、好ましい実施形態では、カセット２３は、第１のプリズム２５９を備え、第１のプリズム２５９は、光源２６１から光を受け取り、その光を透析液流路１９の半透明区分２６３を介して別の方向に送る。次に、光２６５は、第２のプリズム２５９を介して光センサ２３５に戻される。好ましい実施形態では、プリズム２５９は、光を所望の方向に反射させるように反射面が研磨されたポリカーボネートから構成される。
【００８７】
周囲光などによる誤りを防ぎかつ透析液透明性の変化を補償するために、好ましくは、光センサ２３５は、可視光又は不可視（赤外線又は紫外線）光の少なくとも２つのピーク波長を有する光を放射する。好ましい実施形態では、光源は、２つの異なるピーク波長を生成する２つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える。好ましくは、第１のピーク波長は、６００ナノメートル（ｎｍ）未満であり、第２のピーク波長は、６００ｎｍを超える。許容可能な光源は、ローム株式会社によって製造された部品番号ＳＭＬ−０２０ＭＬＴＴ８６を有する二色半導体である。この表面実装チップは、実質的に５７０ｎｍと実質的に６６０ｎｍにそれぞれピーク波長を有する緑色及び赤色光を生成する２つのＬＥＤを備える。
【００８８】
光源２６１からの光は、プリズム２５９と透析液流路１９の半透明区分２６３に通された後で光センサ２３５によって受け取られる。許容可能な光センサは、Ｆａｉｒｃｈｉｌｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって販売されており、部品番号ＫＤＴ０００３０Ａを有する。この光センサ２３５は、人間の目に類似のスペクトル応答と、好ましい光源（ローム株式会社の部品番号ＳＭＬ−０２０ＭＬＴＴ８６）によって生成された波長の中間であると有利な６３０ｎｍのピーク感度を提供するフォトトランジスタ検出器チップを内蔵する。光センサ２３５は、光をプロセッサ２４９による分析のための電気的信号に変換する。次に、プロセッサは、光センサ２３５によって生成された電気信号を分析して、光の量と、したがってどちらかのピーク波長が、透析液中の血液の可能性を示すように変更されたかどうかを決定する。光センサの信号が透析液流路内の血液の可能性を示すとプロセッサ２４９が判断した場合、プロセッサは、更なる血液透析治療を終える。
【００８９】
レベルセンサ
前述のように、少なくとも１つのレベルセンサ２１７が、透析液リザーバ２０９（図１３と図１５）内に透析液のレベルを監視し測定するように位置決めされ構成される。少なくとも１つの実施形態では、流体は、リザーバ２０９内に収容され、レベルセンサ２１７は、リザーバ２０９に外接して位置決めされる。レベルセンサ２１７は、透析液リザーバ２０９の流体レベルの増減を監視するので、セーフティクリティカルな機能を提供する。破滅的な流体損失（即ち、リザーバ２０９又は流路１９の破壊）を別にして、透析液の増大又は減少は、ダイアライザ２５の両側の圧力平衡が間違っており調整されなければならないことを示す。
【００９０】
図１８と図１９に関して、好ましい実施形態では、レベルセンサ２１７は、静電容量の変化を使用してリザーバ２０９内の流体レベル２７０を決定する。一連の電極２６０と接地面２６２は、リザーバ２０９内又は隣りに位置決めされ、所定の電極２６０における静電容量の変化は、弱導電性透析液３５の有無を表す。少なくとも１つの実施形態では、図１８に示されたように、電極２６０は、垂直方向に互い違いパターンで配列され、電極２６０間に重なりが提供される。この重なりは、また、重なりのない電極２６０よりも優れたレベル分解能を可能にする。電極２６０と接地面２６２（「ＧＮＤ」）の間の容量結合は、透析液の存在により変化する。この静電容量の変化は、全ての電極２６０にわたる流体レベル２７０を決定するために測定され使用される。電極２６０の間に、レベルセンサ２１７は、透析液３５の容量結合と周囲容量結合の基準として使用される、ウェット基準電極２６４とドライ基準電極２６６を有する。少なくとも１つの実施形態では、ウェット基準電極２６４は、常に透析液レベルより低くなるように位置決めされ、ドライ基準電極２６６は、正常動作中に透析液レベルより高くなるように位置決めされる。プロセッサは、上「ドライ」電極と下「ウェット」電極から受け取った電気信号を分析してリザーバ内の透析液の静電容量を決定する。第１の実施形態では、リザーバレベルセンサは、少なくとも３つの電極と接地経路とを含み、この３つの電極は、電極アレイが構成されるようにリザーバ内に垂直に位置決めされる。電極アレイは、上部電極、中間電極及び下部電極を備え、上部電極は、規準満杯レベルより上に位置決めされ、中間電極と下部電極は、定格満杯レベルより下に位置決めされる。
【００９１】
続いて図１８と図１９を参照すると、少なくとも１つの実施形態で、レベルセンサ２１７は、更に、各電極２６０と接地面２６２間の静電容量を測定する静電容量−デジタル変換器（図示せず）を提供する。レベルセンサ２１７は、また、被駆動電極２６０と同相でかつ電極２６０を浮遊接地結合から分離するために使用される交流遮蔽出力２６８を提供する。交流遮蔽２６８は、電極２６０の後ろの平面内で電極２６０を浮遊接地から遮蔽し、電極位置で各電極２６０に等しい負荷を保証するために使用される。少なくとも１つの実施形態では、各電極２６０は、９０度回転された対称的な正方形であり、全体高さが１２ｍｍで全体幅が１２ｍｍ（全ての辺の長さが８．４９ｍｍの回転正方形）で７２ｍｍ２の面積を有する。電極２６０は、電極２６０の中心間で７．５ｍｍ垂直方向に離間されている。許容可能な電極アレイは、Ａｎａｌｏｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃから、垂直方向に互い違いパターンで配列された８つの電極を有する部品番号ＡＤ７１４８として入手可能である。好ましくは、電極アレイは、上「ドライ」電極を含む４つの電極が、好ましい規準満杯レベル２７０より上に位置決めされ、下部「ウェット」電極を含む４つの電極が、好ましい規準満杯レベル２７０より下に位置決めされるように、リザーバ内に位置決めされる。規準満杯レベルは、透析液がリザーバ内に満杯になり維持される位置に関する可視標識を提供するために、リザーバの内側に水平線などによってマークされてもよい。
【００９２】
リザーバ内の透析液の体積は、流体レベルにおける断面積に比例する。例示的実施形態では、リザーバ２０９の断面積は、３，１０２ｍｍ２である。レベルのずれによって表される体積は、以下の式を使用して計算される
【００９３】
【数５】
2017527390.tif 000012
【００９４】
例示的実施形態では、レベルセンサ２１７は、±５８ｍｌの基本スパン（±１８．７５ｍｍ）を有する。リザーバが１０００ｍｌの規準容積を有すると仮定すると、レベルセンサは、透析物流体の５．８％を監視することが可能である。電極を有するレベルセンサは、リザーバ内に適正量の透析液があることを確認するために分析される電気信号をプロセッサに送る。リザーバ内の透析液の量が多すぎるか少なすぎることが決定された場合、プロセッサは、リザーバ内の透析液のレベルが所定のしきい値より低いことをレベルセンサが検出した場合に、血液透析システムを停止する。
【００９５】
本発明の例示的な実施形態を本明細書に図示し述べた。したがって、携帯型血液透析装置と使い捨てカートリッジが開示されたことを理解さよう。本発明の原理が、図示され記述された構成以外のいくつかの構成で実施されうるので、本発明が、例示的実施形態によって限定されずかつ一般に携帯型血液透析装置と使い捨てカートリッジを対象とし、本発明の趣旨と範囲から逸脱することなく多くの形態を取ることができることを理解されたい。また、当業者は、本発明が、開示された構造の特定の形状及び材料に限定されず、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、その代わりに現在既知又は今後開発される他の機能的同等の構造物又は材料を含みうることを理解するであろう。更に、前述の各実施形態の様々な特徴は、任意の論理的手法で組み合わされてもよく、また本発明の範囲に含まれるように意図される。
【００９６】
本発明の代替実施形態、要素又は工程の組は、限定として解釈されるべきない。各組の部材は、個別にあるいは本明細書に開示された他の組の部材と任意の組み合わせで参照され請求されうる。組の１つ以上の部材が、利便性及び／又は特許性のために組に包含されるかその組から削除されうることを理解されたい。そのような包含又は削除が行われるとき、明細書は、修正された組を含むと考えられる。
【００９７】
特に示さない限り、本明細書と特許請求の範囲で使用される特徴、品目、量、パラメータ、特性、項などを表す数は全て、全ての例において、用語「約」によって修正されることを理解されたい。本明細書で使用されるとき、用語「約」は、そのように修飾された特徴、品目、量、パラメータ、特性又は項が、述べた特徴、品目、量、パラメータ、特性又は項の上下の±１０パーセントの範囲を含むことを意味する。したがって、特に示されない限り、本明細書と添付特許請求の範囲に示された数値パラメータは、変化することがある近位値である。少なくとも特許請求の範囲に対する均等論の適用を限定する試みとしてではなく、各数値表示は、少なくとも、報告された有効数字の数に照らし、通常の丸め手法を適用することによって解釈されるべきである。本発明の広い範囲を示す数値範囲と値は近似であるにも関わらず、特定の例で示された数値範囲と値は、できるだけ正確に報告される。しかしながら、数値範囲又は値は、本質的に、それぞれの試験測定で見られる標準偏差に必然的に起因する特定の誤差を含む。本明細書における値の数値範囲の列挙は、単に、範囲内にあるそれぞれ個々の数値を別々に参照する簡潔な方法の役割をするものである。本明細書で特に示さない限り、数値範囲の個々の値は、あたかも本明細書で個々に参照されたかのように本明細書に組み込まれる。
【００９８】
本発明について述べる文脈（特に、以下の特許請求の範囲の文脈）で使用される用語「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」及び類似の指示語は、本明細書で特に指示されるか文脈によって明らかに否定されない限り、単数と複数の両方を対象として含むように解釈されるべきである。本明細書に記載された全ての方法は、本明細書で特に指定されるか文脈によって特に明らかに否定されない限り、任意の適切な順序で行われうる。本明細書に提供されたあらゆる例又は例示的文言（例えば、「など」）の使用は、単に、本発明をより適切に解明するものであり、他の方法で請求された本発明の範囲を限定するものではない。本明細書内の文言は、本発明の実施に不可欠な非請求要素を示すように解釈されるべきでない。
【００９９】
本明細書に開示された特定の実施形態は、更に、特許請求の範囲において「consisting of」又は「consisting essentially」の文言を用いて限定されることがある。特許請求の範囲で使用されたとき、出願か補正による追加かにかかわらず、接続句「consisting of」は、特許請求の範囲で指定されない如何なる要素、工程又は構成要素も除外する。接続句「consisting essentially of」は、特許請求の範囲を、指定された材料又は工程、並びに基本的かつ新規な特徴に実質的に影響を及ぼさないものに限定する。そのように請求された本発明の実施形態は、本明細書で本質的又は明確に示され可能にされる。
【０１００】
各方法のそれぞれの要素が実行されるロジックコード、プログラム、モジュール、プロセス、方法及び順序は、純粋に例示的であることを理解されたい。実施態様により、これらは、本開示で特に指定されない限り任意の順序又は並列に実行されてもよい。更に、ロジックコードは、特定のプログラミング言語に関連付けられもせず限定もされず、また分散、非分散又は多重処理環境における１つ以上のプロセッサで実行する１つ以上のモジュールを含みうる。
【０１０１】
本発明のいくつかの形態を示し述べてきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに様々な修正が可能なことは明らかである。したがって、本発明は、以下の特許請求の範囲以外では限定されない。
【符号の説明】
【０１０２】
１  血液透析システム
３  動脈血ライン
５  静脈血ライン
７  針
１１  使い捨てカートリッジ
１３  使い捨てカートリッジハウジング
１５  血液流路
１７，２１  導管
１９  透析液流路
２３  カセット
２５  ダイアライザ
２７，３１  ダイアライザ入口
２９，３３  ダイアライザ出口
３７，３９，４３，４７  継手
５１，５３  ポンプアクチュエータ
５７  ポンプアクチュエータ入口
５９  ポンプアクチュエータ出口
７９  フィルタ
８１  フィルタハウジング
８３  フィルタ入口
８５  フィルタ出口
８７  蒸気膜
９３  流量センサ
２０９  リザーバ
２１１  リザーバ入口
２１３  リザーバ出口
２３５  血液漏れセンサ
２３７  アンモニアセンサ
２７１  スポークホイール
２７３  スポーク
２７４  軸
２７５  磁石
２７７  センサ
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2017527390.tif 000032
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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