(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
体外血液処理装置用安全装置であって、
この血液処理装置が、半透膜によって第１室と第２室とに区分された交換ユニットと、
或る限外濾過率で交換ユニットから限外濾液を取出すための限外濾過装置とを有し、この限外濾過装置が、限外濾過率を調整するための装置を備えており、
安全装置が、
膜間圧ＴＭＰを測定するための測定装置（２４）と、
膜間圧ＴＭＰの上限界値及び／又は下限界値を決定するための装置（２５）と、
測定した膜間圧ＴＭＰを上限界値Ｌ1及び／又は下限界値Ｌ2と比較するための装置（２６）とを有するものにおいて、
膜間圧ＴＭＰの上限界値及び／又は下限界値を決定するための装置（２５）が、所定の限外濾過率ＵＦＲにおいて生じる膜間圧ＴＭＰを算出し且つ算出した膜間圧に基づいて下限界値Ｌ2及び／又は上限界値Ｌ1を算出するための計算ユニット（２５ａ）を有することを特徴とする安全装置。
【請求項２】
所定の限外濾過率ＵＦＲにおいて生じる膜間圧ＴＭＰが限外濾過係数ＵＦＫと限外濾過率ＵＦＲの商から算定可能となるように、計算ユニット（２５ａ）が構成されていることを特徴とする、請求項１記載の安全装置。
【請求項３】
特定時点に調整された限外濾過率ＵＦＲをこの時点に測定した膜間圧ＴＭＰで除することによって限外濾過係数ＵＦＫが算定可能となるように、計算ユニット（２５ａ）が構成されていることを特徴とする、請求項２記載の安全装置。
【請求項４】
算出した膜間圧ＴＭＰ及び算出した膜間圧ＴＭＰと第１係数Ｋ１との積の和から膜間圧ＴＭＰの上限界値Ｌ1が算定可能となるように、計算ユニット（２５ａ）が構成されていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項記載の安全装置。
【請求項５】
算出した膜間圧ＴＭＰと、算出した膜間圧ＴＭＰと第２係数Ｋ２との積との差から膜間圧ＴＭＰの下限界値Ｌ2が算定可能となるように、計算ユニットが構成されていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項記載の安全装置。
【請求項６】
上限界値を超え若しくは下限界値を下まわると警報を発する警報装置（２７）が設けられていることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項記載の安全装置。
【請求項７】
膜間圧ＴＭＰが限外濾過率ＵＦＲ及び限外濾過係数ＵＦＫから指数関数を介して反復して算定可能となるように、計算ユニットが構成されていることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか１項記載の安全装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、体外血液処理装置、特に血液透析器、血液濾過装置又は血液透析濾過装置用の安全装置、及び体外血液処理装置の安全性を高めるための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
慢性腎不全の場合に、腎臓から排泄されるべき物質を除去するために、また液体除去のために、手術で血液を浄化し若しくは血液を処理するさまざまな方法が利用される。血液透析（ＨＤ）では拡散性物質輸送が優勢である一方、血液濾過（ＨＦ）では膜を介して対流式物質輸送が起きる。両方の方法の組合せが血液透析濾過（ＨＤＦ）である。
【０００３】
限外濾過による過剰体液の除去は透析療法の主要構成要素である。今日の標準療法では固定限外濾過率ＵＦＲか又は限外濾過率の固定時間勾配（ＵＦ−Profil：ＵＦ特性）のいずれかが設定される。処理中に限外濾過されるべき容積の量と限外濾過率は身体の液体コンパートメントと循環器の調節とに影響を及ぼす。それ故に、限外濾過は安全性において危険である。数ｌ／ｈの液体が未制御に除去される場合、既に数分後には循環器の調節にとって危険な血液量に達していることがあり、集中治療措置を必要とする重大な血圧低下が引き起こされることがある。
【０００４】
透析器の限外濾過率ＵＦＲは現存の膜間圧ＴＭＰに比例して増加し、その際、膜間圧は血液側平均圧と透析物側平均圧との間の圧差である。その場合、限外濾過係数は、時間及び膜間圧ｍｍＨｇ当りに達成することのできる除水量（限外濾過量）を示す（ディメンジョン：ｍｌ／ｈ×ｍｍＨｇ）。こうして限外濾過係数ＵＦＫと希望する除水量とから、調整されるべき膜間圧ＴＭＰが得られる。
【０００５】
患者の安全性を高めるために公知の血液処理装置は、血液処理中に測定した膜間圧が、窓範囲を限定する上限界値を超え若しくは下限界値を下まわるか否かを監視する安全装置を備えている。窓範囲から外れると警報が発せられる。上限界値の到達は透析器の閉塞を、下限界値の到達は液体系の漏れを、示唆することがある。一定した限外濾過率ＵＦＲで血液処理する場合、窓範囲は血液処理開始前に膜間圧の測定値に基づいて手で調整される。しかし血液処理中に限外濾過率が変化する場合、窓は追従制御（nachgefuehrt）されねばならない。段階的限外濾過特性を設定する血液処理装置では、新たな測定値に基づいて窓の自動追従制御が行われる。その場合、限外濾過率急変後の窓のセンタリングは一般に１分よりも長くかかる。
【０００６】
限外濾過率の調節を連続的に行わねばならない場合、窓を絶えず追従制御することが必要である。しかし窓のセンタリングが１分よりも長くかかる場合、保護機能は完全に、又は少なくとも一部、無効となっていることがある。
【０００７】
ＤＥ３４１６０５７Ａ１に述べられた血液透析装置は変更可能な透析液組成を生成するためのプログラム制御式装置を備えている。監視のために、処理中、透析液の伝導率が所定の窓内にあるか否かが点検される。透析液の組成が変化すると伝導率監視窓が移動される。
【０００８】
患者にとって危険な限外濾過率を防止するという血液透析装置用監視装置がＤＥ４２３９９３７Ｃ２からも公知である。この保護システムは、誤りのとき典型的に変化する膜間圧を監視することに基づいている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、限外濾過率を連続的に調節する場合でも高い信頼性で膜間圧の監視を可能とする体外血液処理装置用安全装置を提供することである。この課題は、本発明により、請求項１に明示した特徴で解決される。
【００１０】
本発明の課題は更に、限外濾過率を連続的に調節する場合でも高い信頼性で膜間圧の監視を可能とする、体外血液処理装置の安全性を高めるための方法を明示することである。この課題は、本発明により、請求項８の特徴で解決される。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
患者の安全性は、測定した膜間圧にかかわりなく膜間圧の上限界値及び／又は下限界値が決定されることによって高められる。上限界値及び／又は下限界値は算出した膜間圧に基づいて算定される。こうして限界値は限外濾過率変化後に時間的遅れなしに新たに決定することができる。時間的遅れに基づいて保護機能が完全に、又は少なくとも一部、無効となる危険はない。
【００１２】
膜間圧の上限界値も下限界値も決定されると有利である。上限界値と下限界値が窓を限定し、この窓は処理中に限外濾過率に基づいて追従制御される。基本的に、上限界値のみ又は下限界値のみ決定することもできる。
【００１３】
所定の限外濾過率ＵＦＲにおいて生じる膜間圧ＴＭＰは限外濾過係数ＵＦＫと限外濾過率ＵＦＲの商から算定することができる。限外濾過係数ＵＦＫは、有利には、特定時点に調整された限外濾過率ＵＦＲを、この時点に測定した膜間圧ＴＭＰで除算することによって算出される。特定の限外濾過率ＵＦＲにおける膜間圧の測定は、望ましくは、血液処理開始前若しくは開始時に行われる。しかし、交換ユニット製造業者によって明示される限外濾過係数ＵＦＫを計算の基礎とすることも基本的に可能である。
【００１４】
窓を限定する限界値は、算出した膜間圧と膜間圧の百分率の分担分との和若しくは差から算出することができる。例えば、算出した膜間圧は１０％を超えて上まわり若しくは下まわってはならないであろう。処理中、窓は限外濾過率に基づいて一層大きい値又は一層小さい値の方に移動され、窓の幅が変更されることはない。
【００１５】
上限界値を超え若しくは下限界値を下まわると、望ましくは警報が発せられる。更に、患者の危険を防止する他の予防措置をなお講じることができる。
【００１６】
体外血液処理装置用安全装置は、膜間圧ＴＭＰの上限界値及び／又は下限界値を決定するための装置と、測定した膜間圧を上限界値及び／又は下限界値と比較するための装置とを有する。膜間圧の上限界値及び／又は下限界値を決定するための装置が計算ユニットを有し、この計算ユニットは所定の限外濾過率において生じる膜間圧を算出し、算出した膜間圧に基づいて下限界値及び／又は上限界値を算定する。計算は、公知の体外血液処理装置に元々設けられているマイクロプロセッサで行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、血液透析装置の主要コンポーネントを安全装置と一緒に略示図で示す図面を参考に本発明の１実施例を詳しく説明する。
【００１８】
安全装置は血液透析装置の構成要素、又は既存の血液透析濾過装置に接続される別のユニットとすることができる。
【００１９】
血液透析装置が透析器１を含み、この透析器は半透膜２によって血液室３と透析液室４とに仕切られている。血液室３が体外血液循環路５中に介設され、透析液室４が透析液循環路６中に介設されている。患者から血液供給管路７が透析器１の血液室３の入口へと通じ、血液室の出口から血液排出管路８が患者へと戻っている。血液供給管路中に血液ポンプ９が介設されている。
【００２０】
透析液源１０から透析液供給管路１１が平衡ユニット１３の第１平衡室１２の入口へと通じ、その出口から透析器１の透析液室４の入口へと通じている。透析液排出管路１５は透析液室４の出口から平衡ユニット１３の第２平衡室１６へと通じ、その出口から排出口１７へと通じている。透析液排出管路１５中に平衡ユニット１３の上流で透析液ポンプ１４が介設されている。
【００２１】
平衡ユニット１３の第２平衡室１６の上流で透析液排出管路１５から限外濾過管路１８が分岐して限外濾液容器１９へと通じている。限外濾液を取出すために限外濾液管路１８中に限外濾液ポンプ２０が介設されている。
【００２２】
限外濾液ポンプ２０が停止している限り、平衡ユニット１３は血液循環路５と透析液循環路６との間の液体の正味交換を防止する。この事情のもとでは限外濾過は起きない。限外濾過は限外濾液ポンプのスイッチをいれることによってはじめて開始され、この限外濾液ポンプが透析器１の透析液室４から適切に液体を取出す。限外濾過率ＵＦＲは、制御線２１を介して制御装置２２に接続された限外濾液ポンプ２０の送出量に依存している。制御装置２２は、例えば患者の血液量に基づいて、限外濾過率ＵＦＲを変更する。限外濾過装置に付属したコンポーネントは符号２３とされている。
【００２３】
安全装置は、膜間圧ＴＭＰを測定するための測定装置２４と、膜間圧ＴＭＰの上限界値及び下限界値を決定するための装置２５と、測定した膜間圧ＴＭＰを上限界値及び下限界値と比較するための装置２６と、警報装置２７とを含む。安全装置に付属したコンポーネントは符号２８とされている。
【００２４】
測定装置２４は第１データ線２９を介して、透析器の透析液室４の入口で圧ＰDiを測定するための圧力計３０に接続され、またデータ線３１を介して、透析液室４の出口で圧ＰDoを測定するための圧力計３２に接続されている。データ線３３を介して測定装置２４は透析器１の血液室３の入口で圧ＰBiを測定するための圧力計３４に接続され、またデータ線３５を介して、血液室３の出口で圧ＰBoを測定するための圧力計３６に接続されている。透析器１の血液側若しくは透析液側入口若しくは出口での圧測定値から、測定装置は血液処理中の膜間圧を以下の如くに算出する：
【数１】
0004254913.tif 000002
【００２５】
前記量の算定用に４つの別々の圧センサが設けられてはいない場合、膜間圧ＴＭＰは以下の如くに算出することもできる：
【数２】
0004254913.tif 000003
【００２６】
式（２）に従って膜間圧ＴＭＰは透析器１の血液室３若しくは透析液室４の出口の圧ＰBo、ＰDoと血液及び透析液の流量ＱB、ＱDとから算出することができる。関数offsetは前記流量にのみ依存しており、透析器の室に沿った圧低下を考慮したものである。
【００２７】
測定装置２４はデータ線３７を介して比較装置２６に接続されている。比較装置２６は血液処理中の膜間圧の測定値を、窓を限定する上限界値及び下限界値と比較する。上限界値を超え、若しくは下限界値を下まわると、比較装置２６が警報信号を発生し、この警報信号を警報装置２７はデータ線３８を介して受信する。すると警報装置が音響警報及び／又は視覚警報を発し、患者にとって耐え得る状態を生じるために必要な予防措置を講じることができる。
【００２８】
膜間圧ＴＭＰの上限界値と下限界値は、処理中、装置２５によって限外濾過率に基づいて決定される。限外濾過率ＵＦＲが変化すると、窓が追従制御される。装置２５は制御装置２２によって設定された限外濾過率ＵＦＲを、データ線３９を介して受信する。装置２５が計算ユニット２５ａを備えており、この計算ユニット内で上限界値と下限界値が算出される。限界値の算出を以下に詳しく述べる。
【００２９】
処理開始時、計算ユニット２５ａ内で、限外濾過係数ＵＦＫは、測定装置２４で測定した膜間圧ＴＭＰと制御装置２２によって設定された限外濾過率ＵＦＲとから以下の如くに算出される：
【数３】
0004254913.tif 000004
【００３０】
処理中、計算ユニット２５ａは、制御装置２２によって設定された限外濾過率ＵＦＲにおいて予想される膜間圧ＴＭＰを、事前に算出した限外濾過係数ＵＫＦと限外濾過率ＵＦＲとから以下の如くに算出する：
【数４】
0004254913.tif 000005
【００３１】
こうして算出した膜間圧は特定の百分率だけ上まわる若しくは下まわることが許される。上限界値Ｌ1と下限界値Ｌ2を計算ユニット２５ａは測定した膜間圧ＴＭＰと第１係数Ｋ１若しくは第２係数Ｋ２とから以下の如くに算出する：
【数５】
0004254913.tif 000006
【数６】
0004254913.tif 000007
【００３２】
上限界値Ｌ1と下限界値Ｌ2を比較装置２６はデータ線３８を介して受信し、測定装置２４で測定した膜間圧値を上限界値及び下限界値と比較することができる。窓限界の算出は、処理中に、好ましくは極力短い時間間隔で行われる。予想される膜間圧を算定するために複数の算出値を利用することもでき、これらの算出値は、公知の方法により、統計的に分析されて評価される。
【００３３】
式（４）による膜間圧ＴＭＰの算出は、限外濾過率ＵＦＲの変化後に膜間圧が時間的遅れなしに新たな値となることを前提とする。しかし新たな膜間圧ＴＭＰは、実際には、限外濾過係数ＵＦＫと密閉液体系（包囲されたガススペース、弾性チューブ）のコンプライアンス（“Nachgiebigkeit（追従）”）とに依存した時定数をもって生じる。膜間圧の追従制御関数は微分方程式の解としての指数関数であり、ＵＦ率と限外濾過係数ＵＦＫにのみ依存している。コンプライアンスに基づく時間的緩和を考慮して、膜間圧は指数関数により以下の如くに反復して算定される：
【数７】
0004254913.tif 000008
【００３４】
ＴＭＰの変化は不連続の時間段階Ｔにわたって、例えば５秒間、積分される。緩和定数τは、さまざまな処理モードについて装置内に蓄えられた（事前に測定されたが故に）既知の系コンプライアンスと、限外濾過係数ＵＦＫとに基づいて算出される。式（７）の第１項はＵＦ率の変化時に一定値を提供し、本来の指数的時間展開を含む第２項と結合する。第２項は固定値に収斂する。この収斂において静的膜間圧が生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】血液透析装置の主要コンポーネントを安全装置と一緒に略示図で示す。
【符号の説明】
２４  膜間圧ＴＭＰの測定装置
２５  膜間圧ＴＭＰの上限界値及び／又は下限界値の決定装置
２５ａ  上限界値Ｌ1及び／又は下限界値Ｌ2を算出する計算ユニット
２６  測定膜間圧ＴＭＰと上限界値Ｌ1及び／又は下限界値Ｌ2との比較装置
２７  警報装置
【図１】
0004254913.tif 000009