JP5437235B2 - 体外血液治療装置の血液治療ユニットを監視する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は体外血液治療装置の血液治療ユニットを監視する方法に関し、前記血液治療ユニットは半透膜によって血液室と透析流体室に分割され、血液治療装置は、血液治療ユニットの血液室へ通じる動脈ブランチおよび血液室から出る静脈ブランチとを有する体外血液回路と、透析流体室が配置されている透析流体システムとを具備している。さらに、本発明は体外血液治療装置の血液治療ユニットを監視するための装置に関し、前記血液治療ユニットは半透膜によって血液室と透析流体室とに分けられ、血液治療ユニットを監視するための装置を有している。

通常は尿により除去される物質を取り除く目的および流体を引出す目的で、急性または慢性の腎臓障害における機械補助の血液治療のための種々の方法が使用されている。血液透析（ＨＤ）の場合、患者の血液は半透膜により２つの室に分離されている透析装置の１つの室を通って体外血液回路で伝送され、一方、透析流体は他の室を通って流れる。拡散物質の交換は基本的に透析装置の膜を介して行われる。血液ろ過（ＨＦ）の場合、対流物質交換だけが存在する。血液透析濾過（ＨＤＦ）は２つの方法の組合せである。

体外血液回路を流れる血液から透析装置の膜を介して引出される流体の量は限外濾過と呼ばれる。血液透析濾過の場合、透析装置の膜を通して回収される限外濾過の一部は無菌の置換流体により置換され、置換流体は透析装置の上流（事前希釈）または透析装置の下流（事後希釈）で体外血液回路へフィードバックされる。事前及び事後希釈は同時に行われることもできる。血液回路に与えられる無菌の置換物は透析流体からオンラインで準備されることができる。体外血液回路を流れる血液に特定の期間に供給される置換物の量は置換レートと呼ばれる。流体が患者から回収されるレートは実質的な回収レートおよび通常の言葉遣いでは限外濾過レートと呼ばれる。後者は置換レートと、膜を横切る流体の移動のレートとの差として生じる。

事後希釈が行われるＨＤＦ血液治療は同じ置換物レートで、事前希釈が生じる治療よりも高い効率を有することが示されている。事前希釈置換と比較して、置換流体の事後希釈の付加による高い洗浄容量は、事後希釈の場合に洗浄される血液から濾過が完全に得られ、事前希釈の場合、置換により希釈される血液は透析装置へ流れるという事実に由来する（DE 103 55 042 B3）。

透析装置の膜の流動抵抗は体外血液治療で重要である。過剰に高い流動抵抗では、体外血液回路で洗浄される血液は恐らく必要とされる転送速度で伝送されることができず、その結果血液治療の効率は減少される。透析装置の非常に増加された流動抵抗は膜の完全な遮断になりかねない。そこで治療が中断され、血液全体のホースシステムは恐らく置換される必要がある（DE 103 55 042 B3）。変化のない転送速度による血液治療自体の効率は膜の交換表面、特に膜自体の孔の影響により減少される。

DE 103 55 042 B3には体外血液治療装置による体外血液治療期間中に体外血液回路中の血液流の崩壊を検出する方法を開示されている。既知の方法は測定及び解析される体外血液回路を伝播する振動圧力信号の解析と、決定される圧力信号の少なくとも１つの高調波の位相角度に基づいている。体外血液回路中の血液流の崩壊は少なくとも１つの高調波の位相角度の変化に基づいて検出される。

方法はWO 2004/073772 A1から知られており、この方法により、透析装置の膜の目詰まりが検出されることができる。既知の方法は透析装置を介して伝送される圧力信号の周波数スペクトルの解析に基づいている。血液治療期間中、体外血液回路および／または透析流体システム中の圧力状態は連続して監視される。体外回路および／または透析流体システム中の圧力は透析装置の流動抵抗を決定するために測定されているが、置換レートおよび限外濾過レートは変更されない状態である。

米国特許出願第2002/0174721 A1号明細書と米国特許第6,623,443 B1号明細書は体外血液回路のホースラインシステム中の狭窄を検出する方法を開示している。これら２つの方法は体外血液回路で検出された圧力パルスの解析に基づいている。米国特許出願第2002/0174721 A1号明細書から知られている方法は圧力パルスの周波数スペクトルを解析し、圧力信号の少なくとも１つの高調波の減衰を決定するための準備を行い、減衰の変化が存在するならば、狭窄が存在することが結論付けられている。置換または限外濾過レートの変化は圧力パルスの解析において考慮されない。

本発明に内在する問題は、半透膜により血液室と透析流体室へ分割される血液治療ユニットを監視する方法を提供することであり、この方法は体外血液回路中の血流と血液治療ユニットの洗浄性能を維持するための情報を提供する量の決定を可能にする。

さらに本発明に内在する問題は、体外血液治療装置の血液治療ユニットを監視する装置を提供することであり、この装置は体外血液回路中の血流と血液治療ユニットの洗浄性能を維持するための情報を提供する量の決定を可能にする。さらに別の問題は血液治療ユニットを監視するための１つのこのような装置を有する血液治療装置を利用可能にすることである。

本発明によれば、これらの問題に対する解決は請求項１、１１、１８に記載された特徴によって行われる。本発明の有効な実施形態は従属請求項の主題である。

本発明による方法と本発明による装置は、置換物がゼロ以上の予め設定された置換レートで血液治療ユニットの上流または下流で体外血液回路の血液へ与えられることができ、および／または限外濾過がゼロ以上の予め設定された限外濾過レートで血液治療ユニットの半透膜を介して回収されることができ、または限外濾過は回収されない。

本発明による方法と本発明による装置は、異なる条件が透析装置又はフィルタで生成され、その条件の下で測定がそれぞれの場合に行われる事実に基本的に基づいている。これは特に透析装置又はフィルタの血液上流（事前希釈）の粘度の変更および／または透析装置またはフィルタの血液の粘度の変更によって生じる可能性がある。血液の粘度の変化は置換物が体外回路の血液に与えられおよび／または限外濾過が解析装置またはフィルタの半透膜を介して取り除かれることにより生じる可能性がある。置換レートおよび／または限外濾過レートの変化はしたがって血液の粘度の変化を生じる。

体外血液治療装置の血液治療ユニットの監視は異なる時間の２つの測定に基づいている。

第１の測定は置換物が予め設定された第１の置換レートで与えられ、または置換物が血液治療装置の上流または下流で体外血液回路に与えられず、および／または限外濾過が予め設定された第１の限外濾過レートで回収され、または限外濾過が血液治療装置の半透膜を介して回収されないときに行われ、第２の測定は置換物が第１の置換レートとは異なる予め設定された第２の置換レートで与えられ、または置換物が体外血液回路に与えられず、および／または限外濾過が第１の限外濾過レートとは異なる予め設定された第２の限外濾過レートで回収され、または限外濾過が血液治療装置の半透膜を介して回収されないときに行われる。置換レートと限外濾過レートはゼロより大きいかゼロに等しい。

第１または第２の測定のどちらが最初に行われるかは重要ではない。唯一の決定ファクターは異なる置換レートおよび／または限外濾過レートが２つの測定で設定されることである。例えば置換レートは予め設定された値により上げられるか下げられることができる。最も簡単な場合には、第１の測定において、血液治療装置がゼロよりも大きい予め設定された置換レートまたは限外濾過レートで動作され、置換物の置換または限外濾過の回収が第２の測定で中断されることである。代わりに、第１の測定で置換および／または限外濾過を中断し、第２の測定で予め設定された置換レートおよび／または限外濾過レートで血液治療装置を動作することも可能である。

置換レートおよび／または限外濾過レートの変化の前又は後の測定された振動圧力信号に基づいて、血液治療装置の流動抵抗の変化に相関する量が計算される。

好ましい実施形態では、第１及び第２の測定に対する置換レートが変化するとき、限外濾過の予め設定された量が体外血液回路から回収される予め設定された限外濾過レートの変化も実行される。これに関連して、限外濾過レートは以下、「実質的な回収レート」を意味するのではなく、流体が透析装置又はフィルタの膜を横切って変位されるレートを意味するものと理解すべきである。

置換物が予め設定された第１の置換レートで供給されるとき、第１の限外濾過レートが設定され、一方、置換物が第２の置換レートで供給されるとき、第２の限外濾過レートが設定される。限外濾過レートは好ましくは置換レートが増加又は減少されるのと同じ量だけ増加又は減少される。置換レートおよび限外濾過レートの増加又は減少は好ましくは同時に行われるべきである。しかしながらこれは絶対に必要なことではない。それ故、ある期間が置換レートと限外濾過レートの変化の間に位置させてもよい。

流動抵抗の変化に相関する量は予め設定されたしきい値と比較されることができ、流動抵抗に相関する量が予め設定された値を超過するならば、臨界状態が存在することが結論付けられる。

臨界状態が存在することが結論付けられる場合、臨界状態を無効にするために血液治療で介入が行われる可能性がある。置換レートまたは限外濾過レートは例えば変更されることができる。いずれにしても血液治療装置の膜は詰まりを防止されなければならない。

予め設定されたしきい値と比較され、超過後に音響および／または光学警報が発せられるように流動抵抗の変化に相関する量を監視することも可能である。

流動抵抗の変化に相関する量の計算が置換レートの変化前に測定された振動圧力信号と置換レートの変化後に測定された振動圧力信号の周波数スペクトルの解析に基づくように好ましい実施形態は準備を行い、置換レートの変化の前及び後に測定された振動圧力信号の基本振動の振幅の変化および／または少なくとも１つの高調波の振幅の変化が決定される。流動抵抗の変化は基本振動および／または少なくとも１つの高調波の振幅の変化に基づいて計算されることができる。実際に、基本振動のみの振幅変化は評価をされるのに十分である。

測定された圧力信号の解析は好ましくはフーリエ変換により行われる。しかしながら、例えば最小二乗方法のような技術で知られている他の方法も可能であり、その方法によって基本関数の適合された線形の組合せを通して測定された値を再生する試みが行われる。

本発明による方法及び本発明による装置において、振動圧力信号が体外血液回路で発生される態様は原理的に無関係である。体外血液回路に配置されている血液ポンプ、特に閉塞血液ポンプにより発生される振動圧力パルスが評価されるならば、有効である。

流動抵抗の変化に相関する量の決定において、流動抵抗の変化が通常縦および横コンポーネントの両者を含むので、原理的に体外血液回路または透析流体システムの振動圧力信号を測定することも可能である。

既知の治療装置では、振動圧力信号を発生する閉塞血液ポンプ、特にローラーポンプは通常、体外血液回路の動脈ブランチに配置されている。体外血液回路の血液治療ユニットの血液室を通って流れる血液ポンプの振動圧力パルスは体外回路の静脈ブランチの振動圧力信号として測定されることができる。この圧力信号は透析装置のファイバに沿った流動抵抗の変化を表している。血液治療ユニットの膜を介して伝送され、透析装置のファイバに対して直角の流動抵抗の特性である圧力パルスは透析流体システムの振動圧力信号として測定されることができる。圧力パルスは好ましくは透析流体排出ラインの血液治療ユニットの下流で検出される。しかしながら原理的に、圧力パルスは透析流体供給ライン中で測定されることもできる。

血液治療ユニットを監視するための本発明による装置は分離した装置または体外血液治療装置のコンポーネントであることができる。本発明による監視装置の個々のコンポーネントは既に既知の血液治療装置に含まれているので、血液治療装置への統合が適切である。例えば既知の透析装置は通常、体外血液回路および透析流体システム中に圧力センサを有する。これに関して、本発明による監視装置はハードウェアについての大きな支出なく既知の透析装置で構成されることができる。

本発明の実施形態の１例を図面の参照により以下さらに詳細に説明する。

体外血液治療装置の血液治療ユニットの流動状態を表す簡単な電気等価回路図である。 簡単な概略図による血液治療装置の血液治療ユニットを監視するための本発明による装置を伴った本発明による体外血液治療装置の主要なコンポーネントを示す図である。 事後希釈による血液透析濾過の場合の治療時間の関数として測定された振動圧力信号の基本振動および第１及び第２高調波の振幅の二乗を示す図である。 事前希釈による血液透析濾過の場合の治療時間の関数としての振動圧力信号の基本振動および第１及び第２の高調波の振幅の二乗を示す図である。 血液治療期間中の事後希釈による血液透析濾過（ＨＤＦ）の場合の血液治療ユニットの流動抵抗の変化が認められる表である。 血液治療期間中の事前希釈による血液透析濾過（ＨＤＦ）の場合の流動抵抗の変化が認められる表である。

本発明による方法の理論的原理を半透膜によって透析流体室と血液室に分離される透析装置を参照して以下説明し、透析装置の血液室は体外血液回路中に配置され、透析流体室は透析流体システムに配置されている。

透析流体の縦方向の流動抵抗、即ち血液側の透析装置の膜のファイバに沿った流動抵抗は透析装置のファイバを通る血液の流動速度と、透析装置の局部的なヘマトクリットと等価である透析装置の血液室を通って流れる血液の粘度と、ファイバの断面及び長さに主として基づいている。

血液透析濾過治療（ＨＤＦ）により、血清は増加された対流輸送の手段によって透析装置膜を介して透析流体側へ転送され、容積バランスを維持するために置換物は事前に希釈されて即ち透析装置の上流で置換され、または事後希釈されて透析装置の下流で置換される。透析装置のファイバに沿って透析される血液の流動抵抗は対流の引出しによって強く影響される。透析装置の高い流動抵抗は血液ポンプの閉塞圧力を超過するフィルタ入口圧力になる可能性があり、それによって機械的溶血または透析装置の凝固とも呼ばれる透析装置のファイバの完全な遮断の危険性が存在する。高い対流水の除去による、透析される血液の濃化も透析装置ファイバに対して横方向の増加された流動抵抗につながりかねない。置換レートに対応する対流引出し量は理想的には、可能な限り大きな対流輸送が透析装置中で依然として安定な非発散流動抵抗で可能にされるように選択されるべきである。

本発明は血液透析治療と比較して、血液透析濾過治療の透析装置のダイナミックな縦方向又は横方向の流動抵抗の変化に対応する測定された量を提供する。

透析装置の流動状態は図１の簡単な電気回路図で説明できる。電気的な類推により透析装置中の流動状態の簡単な表示によれば、透析装置は血液ポンプにより発生される圧力パルス（Ｕ_ｉｎ）のローパスとして機能する。このローパスは積ＲＣにより規定される。同様にＲで示されている抵抗は透析装置の縦方向流動抵抗に等しい。

振動入力信号Ｕ_ｉｎは周波数依存の減衰された出力信号Ｕ_ｏｕｔにつながる。ωを入力信号Ｕ_ｉｎの周期性として、Ｕ_ｉｎとＵ_ｏｕｔとの関係は次式として読まれる。

ここでｉは単位複素数を示している。

周波数ωで振動する入力信号Ｕ_ｉｎは式（１）によれば出力信号Ｕ_ｏｕｔの振幅減衰につながる。

ここでＵの複素共役表示はＵ^＊により示される。

縦方向の透析装置の流動抵抗又は縦方向の投擲装置のインピーダンスの関係する量はＲ（ω）で表される。基本変換は以下の関係を生じる。

ここでＵ_ｉｎ ^２は入力信号Ｕ_ｉｎの振幅の絶対二乗を示し、Ｕ_ｏｕｔ ^２は入力信号Ｕ_ｏｕｔの振幅の絶対二乗を示している。

受信された信号の振幅の二乗Ｕ_ｏｕｔ ^２がΔＵ_ｏｕｔ ^２に変化するならば、抵抗Ｒは次式（３）にしたがってΔＲだけ変化する。

したがって、流動抵抗（ΔＲ＋Ｒ）／Ｒの変化は入力信号Ｕ_ｉｎの振幅の二乗に依存し、これはしかしながら一般的には知られていない。圧力信号の減衰が大きいというもっともらしい仮説において、以下の式が近似的に適用される。

それによって以下の式（４）が得られる。

それ故確認された信号強度及びそれらの変化から、励起の特定の周波数、即ち血液ポンプの速度の多数倍を有する透析ファイバに沿った相対的な流動インピーダンスの変化について結論を引出すことが可能である。血液側から透析流体側への変位における変化された信号強度は透析ファイバに対して横方向の流動インピーダンスを計算するために確認される。

先に仮定された状態（式５）が満たされないならば、Ｕ_ｏｕｔ ^２（ω）が決定されなければならない。入力信号の振幅の二乗は透析装置の上流の体外血液回路中の血液ポンプの振動圧力信号を測定し、圧力信号のスペクトル成分の実数部を計算することにより決定されることができる。しかしながらその代りに、血液ポンプの電力消費のＲＣ成分を決定することも可能である。

原理的には、本発明による教示を行うために量“Ｒ”を決定することは必要ではない。原理的に、量“Ｕ”または“Ｕ^２”は血液治療ユニットを監視するために評価されることができる。

図２は本発明による監視装置を伴った本発明による血液治療装置の主要なコンポーネントを示している、血液治療装置は血液治療ユニットとして透析装置またはフィルタ１を具備する血液透析濾過装置であり、前記透析装置又はフィルタは半透膜２によって血液室３と透析流体室４に分離される。血液室３の入口は血液供給ライン５の１端部に接続され、ここには血液ポンプ６、特に圧力パルスを発生するローラーポンプが組み込まれており、血液室の出口は血液排出ライン７の一端部に接続され、ここには点滴室８が組み込まれている。血液供給ライン５と血液排出ライン７は透析装置の血液室３と共に、血液透析濾過装置の体外血液回路９を形成する。血液供給ライン５と血液排出ライン７は血液透析濾過装置に設定される管セット（使い捨て）のラインである。

血液透析濾過装置の透析流体システム10は透析流体を利用可能にするための装置11を具備し、この装置は透析流体供給ライン12の第１のセクションを介して平衡装置35の第１の室の半分35aの入口へ接続されている。透析流体供給ライン12の第２のセクションは第１の平衡室の半分35aを透析流体質４の入口へ接続する。透析流体室４の出口は透析流体排出ライン13の第１のセクションを介して第２の平衡室の半分35bの入口に接続されている。透析流体ポンプ14は透析流体排出ライン13の第１のセクションに組み込まれている。第２の平衡室の半分35bの出口は透析流体放出ライン13の第２のセクションを介してドレイン15へ接続されている。透析流体放出ライン13から透析流体ポンプ14の上流で限外濾過線16が分岐しており、これもドレイン15に通じている。平衡装置35は循環しないで動作される２つの平行な平衡室を具備する市販の装置からなる。しかしながら簡単にする理由で、この時点でこのことにさらに立ち入る必要はない。

透析治療期間中、患者の血液は血液室３を通って流れ、透析流体は透析装置の透析流体室４を通って流れる。平衡装置35は透析流体が透析流体排出ラインを通って流れることができるのと同じ程度だけ透析流体は透析流体供給ラインを介して流れることができることを確実にする。限外濾過ポンプ17によって、流体（限外濾過）の予め設定された量が予め設定された限外濾過レートで患者から回収されることができる。限外濾過ポンプ17はそれ故、透析装置１の膜２を通して体外回路９で流れる血液から液体を引出すための装置の一部であり、これは限外濾過装置18と呼ばれる。

図２に示されている構成の代わりに、他の平衡装置も共通して使用される。決定的なファクターは透析装置１または血液回路への流体の供給および透析装置からの流体の排出が制御されることである。

流体を患者へ戻すために、血液透析濾過装置は置換装置19を有し、これによって置換流体（置換物）が体外血液回路９の動脈ブランチ20（事前希釈）と静脈ブランチ21（事後希釈）の少なくとも一方を通って流れる血液に供給されることができる。置換装置19は置換装置を利用可能にする装置37を具備し、この装置から第１の置換ポンプ22が組み込まれている第１の置換ライン36は血液ポンプ６と血液室３との間の血液供給ライン５のセクションに通じる。第２の置換ポンプ24が組み込まれている第２の置換ライン23は置換物を利用可能にする装置37から点滴室８へ通じる。血液透析濾過装置が事後希釈または事前希釈のみにより動作されるならば、一方又は他方の置換ポンプはそれぞれ置換ラインと共に省かれることができる。

さらに血液透析濾過装置は中央制御及びコンピュータユニット25を具備し、これは制御ライン26乃至30を介して血液ポンプ６、透析流体ポンプ14、限外濾過ポンプ17、第１及び第２の置換ポンプ22、24に接続される。

血液治療装置は既に必要なハードウェアを有するので、透析装置を監視するための本発明による装置を血液治療装置のコンポーネントとして以下説明する。しかしながら本発明による装置は原理的に分離されたユニットであることもできる。

監視装置は振動圧力信号を測定する手段と、圧力信号を解析する手段を有し、これらの手段は中央制御及び計算ユニット25のコンポーネントでもあることができる計算及び評価ユニット32と、血液放出ライン７上の血液室３の下流に構成された圧力センサ33と、透析流体ライン13の透析流体ポンプ14の上流の透析装置１の透析流体室４の下流に構成された圧力センサ34とを具備している。圧力センサ33と34はデータ線35、36を介して計算及び評価ユニット32へ接続され、計算及び評価ユニット32は必要なデータをデータ線37を介して中央制御及び計算ユニット25と交換する。中央制御及び計算ユニット25は計算及び評価ユニット32が誤動作を検出したとき機械制御に介入できる。監視装置の機能を以下詳細に説明する。

計算及び評価ユニット32はフーリエ変換装置32Aを有し、これは血液回路９に配置される圧力センサ33または透析流体回路10の圧力センサ34の出力信号を解析する。

血液ポンプ６は振動圧力パルスを発生し、これは一方では透析装置１の膜２のファイバの縦方向で血液供給ライン５および血液放出ライン７を介して伝播され圧力センサ33により測定され、他方では透析装置の血流に対して横方向で拡散し、透析流体放出ライン13を介して伝播され圧力センサ34により測定される。

フーリエ解析装置32Aは圧力センサ32または圧力センサ33の振動圧力信号をフーリエ解析手段により基本振動と幾つかの高調波、例えば第１及び第２高調波を解析する。

第１に、血液透析濾過装置は事後希釈により動作され、置換ポンプ24が作動し、置換ポンプ22は静止していると仮定する。制御及び計算ユニット25は、全体的な血液治療期間中に置換物の予め設定された置換レート、例えば201で置換物の予め設定された量が血液回路の血液に供給されるように置換ポンプ24の転送速度を設定する。限外濾過ポンプ17は転送速度で制御及び計算ユニット25により動作され、それによって限外濾過レートが置換レートのレベル、例えば単位治療当り１６１に対応するように設定され、即ちポンプ17により透析流体システムから回収される限外濾過の量はポンプ24により血液回路に与えられる置換物と同量により補償される。全体として、例えば4ｌの液体が治療中に患者から引出される。

血液ライン７の圧力パルスは静脈圧力センサ33により測定され、静脈圧力信号は計算及び評価ユニット32のフーリエ解析装置32Aによって基本振動と第１及び第２の高調波に分解される。計算及び評価ユニット32は基本振動と第１及び第２高調波の振幅を計算し、それぞれの場合に基本振動と第１及び第２の高調波の振幅から振幅の二乗（Ｕ^２ _ｏｕｔ（ω））を計算する。

置換ポンプ24はその後一時的に停止され、それによって置換物は血液回路に供給されない。しかしながら、一時的に置換ポンプの転送量を増加又は減少することも可能である。置換ポンプ24が停止されるか置換ポンプの転送量が増加又は減少される一方で、限外濾過ポンプ17は置換レートが増加又は減少される量と同量だけ限外濾過レートが増加または減少されるように動作される。評価及び計算ユニット32は静止した置換ポンプ24により圧力センサ33の圧力信号を基本振動と第１及び第２の高調波に分解する。

図３は治療時間の関数として圧力センサ33の圧力信号の基本振動と第１及び第２のより高い調波の振幅の二乗Ｕ_ｏｕｔ ^２を示しており、置換ポンプ24は全体的な治療期間中に予め設定された時間セグメントで一時的に停止されている。置換ポンプが停止されているとき、圧力信号の基本振動と高調波の振幅は増加する。これは図３で明白に見られることができる。評価及び計算ユニット32は置換レートと限外濾過レートの変化前と変化後の差を取ることによって振幅変化のレベルを決定し、振幅変化の二乗ΔＵ_ｏｕｔ ^２を計算する。

計算及び評価ユニット32は式（５）にしたがって、振幅の二乗Ｕ_ｏｕｔ ^２から流動抵抗（Ｒ＋ΔＲ）／Ｒの変化と振幅の二乗ΔＵ_ｏｕｔ ^２の変化とを計算する。

計算及び評価ユニット32は比較ユニット32Bを有し、これは流動抵抗（Ｒ＋ΔＲ）／Ｒの変化の計算された値と予め設定されたしきい値とを比較する。流動抵抗の変化がしきい値を超過するならば、計算及び評価ユニット32は透析装置の制御及び計算装置25をトリガーし、これは透析装置１の膜２の詰まりを防止するために音響および／または光学的警報を発するか機械制御によって介入することができる。可能な対抗策は例えば限外濾過レートの減少であり、その結果として血液の濃縮が妨げられる。

図５に示された表は事後希釈の場合の基本振動と第１及び第２高調波についての血液治療の開始時、血液治療の中間時、血液治療の終了時における計算された量Ｕ_ｏｕｔ ^２とΔＵ_ｏｕｔ ^２および流動抵抗（Ｒ＋ΔＲ）／Ｒの変化を示している。

血液治療期間中の静脈圧力信号のスペクトル的に分解された影響は透析装置のファイバに沿った透析装置の流動抵抗の直接測定である。流動抵抗を増加すると、治療期間中のファイバの閉塞と溶血の危険性が増加する。透析装置のファイバに沿った流動抵抗は、特に事後希釈を有する血液透析濾過の場合には治療期間中に気づかずにしばしば急峻に増加し、それによって透析装置は詰まり始め、透析装置の入口圧力は臨界値に達する可能性がある。本発明による方法は流動抵抗の増加が血液透析濾過治療中に評価されることを可能にし、それによって流動抵抗を一定に維持するかそれを減少するための対抗策が取られることができる。

血液透析濾過装置が事前希釈で動作され、置換ポンプ24が依然として静止し置換ポンプ22が作動し、それによって置換物が透析装置１の上流の血液回路９に与えられることが以下仮定される。計算及び評価ユニットは圧力センサ33の圧力信号の解析を続ける。

図４は事前希釈による血液透析濾過の場合の治療時間の関数として基本振動と第１及び第２高調波の振幅の二乗Ｕ_ｏｕｔ ^２を示している。置換ポンプ22が一時的に停止されたとき基本振動と第１及び第２高調波の圧力信号の振幅は増加することが分かる。しかしながら、透析装置１の血液室３へ流れる血液は既に低い粘度を有し、それ故、結果的な濃度は流動する血液の粘度にこのような大きな影響をもつことがないので効果は事後希釈の場合のように明らかではない。

図６の表は、基本振動と第１及び第２高調波についての事前希釈による血液透析濾過の開始時、治療の中間時、治療の終了時における計算された量ΔＵ_ｏｕｔ ^２とＵ_ｏｕｔ ^２および流動抵抗（Ｒ＋ΔＲ）／Ｒの変化を示している。
以下に、本願出願時の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］体外血液治療装置の血液治療ユニットを監視する方法であって、前記血液治療ユニットは半透膜によって血液室と透析流体室とに分離され、血液治療装置は血液治療ユニットの血液室に連通している動脈ブランチと血液室と連通している静脈ブランチとを有する体外血液回路と、透析流体室が配置される透析流体システムを具備し、
限外濾過は体外血液回路中を流れる血液から血液治療ユニットの半透膜を介して予め設定された限外濾過レートで回収されることができ、置換物は予め設定された置換レートで血液治療ユニットの上流または下流で体外血液回路の血液へ与えられることができる方法において、
振動圧力信号は、置換物が予め設定された第１の置換レートで与えられ、または置換物が血液治療装置の上流または下流で体外血液回路に与えられず、および／または限外濾過が予め設定された第１の限外濾過レートで回収され、または限外濾過が血液治療装置の半透膜を介して回収されないときに測定され、
振動圧力信号は、置換物が第１の置換レートとは異なる予め設定された第２の置換レートで与えられ、または置換物が体外血液回路に与えられず、および／または限外濾過が第１の限外濾過レートとは異なる予め設定された第２の限外濾過レートで回収され、または限外濾過が血液治療装置の半透膜を介して回収されないときに行われ、
置換レートおよび／または限外濾過の変化の前及び後において測定された振動圧力信号に基づいて、血液治療ユニットの流動抵抗の変化に相関する量が計算されることを特徴とする方法。
［２］置換物が予め規定された第１の置換レートで供給されるとき、限外濾過の予め設定された量が予め設定された第１の限外濾過レートで体外血液回路から回収され、置換物が予め設定された第２の置換レートで供給されるか或いは置換物が供給されないとき、限外濾過の予め設定された量が第１の限外濾過レートとは異なる予め設定された第２の限外濾過レートで体外血液回路から回収されることを特徴とする前記［１］に記載の方法。
［３］限外濾過レートは置換レートが増加または減少される量と同量だけ増加されるか減少されることを特徴とする前記［２］に記載の方法。
［４］流動抵抗の変化と相関する量は予め設定されたしきい値と比較され、これは流動抵抗の変化に相関する量が予め規定されたしきい値を超過するならば臨界状態が存在することが結論付けされることを特徴とする前記［１］乃至［３］のいずれか１つに記載の方法。
［５］置換レートの変化の前に測定された振動圧力信号と置換レートの変化の後に測定された振動圧力信号の周波数スペクトルが解析され、置換レートの変化の前及び後に測定された振動圧力信号の基本振動の振幅の変化および／または少なくとも１つの高調波の振幅の変化が決定され、流動抵抗の変化は振幅の変化に基づいて計算されることを特徴とする前記［１］乃至［４］のいずれか１つに記載の方法。
［６］測定された振動圧力信号の基本振動および／または高調波の振幅の二乗Ｕ ^２ （ω）が置換レートの変化の前に測定され、測定された振動圧力信号の基本振動および／または高調波の振幅の変化の二乗ΔＵ ^２ （ω）は置換レートの変化の後に計算され、流動抵抗Ｒの変化は次式、即ち、

にしたがって計算されることを特徴とする前記［５］に記載の方法。
［７］測定された圧力信号を解析するためにフーリエ変換が行われることを特徴とする前記［５］又は［６］に記載の方法。
［８］体外血液回路の血液は体外血液回路の動脈ブランチ中に配置され、振動圧力信号を発生する血液ポンプ、特に閉塞血液ポンプによって伝送されることを特徴とする前記［１］乃至［７］のいずれか１つに記載の方法。
［９］体外血液回路の静脈ブランチ中の圧力が測定されることを特徴とする前記［８］に記載の方法。
［１０］透析流体システムは血液治療ユニットの透析流体室へ通じる透析流体供給ラインと、透析流体室から排出する透析流体排出ラインを具備し、透析流体排出ラインの圧力が測定されることを特徴とする前記［１］乃至［９］のいずれか１つに記載の方法。
［１１］半透膜により血液室（３）と透析流体室（４）とに分割されている体外血液治療装置の血液治療ユニット（１）の監視装置であって、
体外血液治療装置は、
血液治療ユニットの血液室へ通じる動脈ブランチ（20）および血液室から流体を排出する静脈ブランチ（21）とを有する体外血液回路（９）および透析流体室が配置されている透析流体システム（10）と、
血液治療ユニット（１）の半透膜（２）を介して体外血液回路を流れる血液から予め設定された限外濾過レートで限外濾過を回収する限外濾過装置（18）と、
予め設定された置換レートで血液治療ユニットの上流または下流で置換物を体外血液回路を流れる血液に供給する装置（19）とを具備し、
血液治療ユニットを監視する装置は、
体外血液回路または透析流体システム中の振動圧力信号を測定する手段（33、34；32）と、
体外血液回路または透析流体システムで測定された圧力信号を解析する手段（32）とを具備している血液治療ユニットの監視装置において、
振動圧力信号を測定する手段（33、34；32）は、
体外血液回路又は透析流体システムにおいて、振動圧力信号は置換物が予め設定された第１の置換レートで供給されるかまたは置換物が血液治療ユニットの上流または下流で体外血液回路に供給されないか、および／または限外濾過が予め設定された第１の限外濾過レートで回収されるか、または限外濾過が血液治療ユニットの半透膜を介して回収されないときに測定され、
体外血液回路又は透析流体システムにおいて、振動圧力信号は置換物が第１の置換レートとは異なる予め設定された第２の置換レートで体外血液回路へ供給されるかまたは置換物が体外血液回路に供給されないか、および／または限外濾過が第１の限外濾過レートとは異なる予め設定された第２の限外濾過レートで回収されるかまたは限外濾過が血液治療ユニットの半透膜を介して回収されないときに測定されるように構成され、
解析手段(32)は、置換レートおよび／または限外濾過レートの変化の前又は後において測定された振動圧力信号に基づいて、血液治療ユニットの流動抵抗の変化に相関する量が計算されるように構成されている血液治療ユニットの監視装置。
［１２］振動圧力信号を測定するための手段（33、34；32）はさらに、置換物が予め設定された第１の置換レートで供給されるとき、限外濾過の予め設定された量が予め設定された第１の限外濾過レートで体外血液回路（９）から回収され、置換物が予め設定された第２の置換レートで供給されるか置換物が供給されないとき限外濾過の予め設定された量が第１の限外濾過レートとは異なる予め設定された第２の限外濾過レートで体外血液回路から回収されるように構成されている前記［１１］に記載の装置。
［１３］限外濾過レートは置換レートが増加又は減少されるのと同じ量だけ増加又は減少されることを特徴とする前記［１２］に記載の装置。
［１４］振動圧力信号を解析する手段（32）は、流動抵抗の変化が予め設定されたしきい値と比較され、流動抵抗の変化に相関する量が予め設定された値を超過するならば、臨界状態が存在することが結論付けられることを特徴とする前記［１１］乃至［１３］のいずれか１つに記載の装置。
［１５］振動圧力信号を解析する手段（32）は、置換レートの変化の前に測定された振動圧力信号と置換レートの変化後に測定された振動圧力信号の周波数スペクトルが解析され、置換レートの変化の前及び後に測定された振動圧力信号の基本振動の振幅の変化および／または少なくとも１つの高調波の振幅の変化が決定され、流動抵抗の変化が振幅の変化に基づいて計算されるように構成されていることを特徴とする前記［１１］乃至［１４］のいずれか１つに記載の装置。
［１６］振動圧力信号を解析するための手段（32）は、測定された振動圧力信号の基本振動および／または高調波の振幅の二乗Ｕ ^２ （ω）が置換レートの変化の前に測定され、基本振動および／または高調波の振幅の変化の二乗ΔＵ ^２ （ω）は置換レートの変化の後に計算され、流動抵抗Ｒの変化は次式、即ち、

にしたがって計算されることを特徴とする前記［１５］に記載の装置。
［１７］振動圧力信号を解析するための手段（32）はフーリエ変換を実行するための手段（32A）を具備することを特徴とする前記［１５］又は［１６］に記載の装置。
［１８］血液治療ユニット（１）の血液室（３）に通じる動脈ブランチ（20）と血液室から流体を取り出す静脈ブランチ（21）とを有する体外血液回路（９）および透析流体室（４）が配置される透析流体システム（10）と、
体外血液回路中を流れる血液から血液治療ユニット（１）の半透膜（２）を介して予め設定された限外濾過レートで限外濾過を回収する限外濾過装置（18）と、
血液治療ユニットの上流または下流で体外血液回路中を流れる血液へ予め設定された置換レートで置換物を供給する装置（37）とを具備している前記［１１］乃至［１７］のいずれか１つに記載の装置を有する血液治療装置。
［１９］血液治療装置は体外血液回路（９）の動脈ブランチ（20）中に配置され、振動圧力信号を発生する血液ポンプ（６）、特に閉塞血液ポンプを具備していることを特徴とする前記［１８］に記載の血液治療装置。
［２０］振動圧力信号を測定するための手段（33、34；32）は体外血液回路の静脈ブランチ（21）の圧力を測定する圧力センサ（33）を具備している前記［１８］または［１９］に記載の血液治療装置。
［２１］透析流体システム（９）は血液治療ユニット（１）の透析流体室（４）へ通じる透析流体供給ライン（12）と、透析流体室から流体を取出す透析流体排出ライン（13）を具備し、振動圧力信号を測定するための手段（33、34；32）は透析流体排出ライン（13）の圧力を測定する圧力センサ（34）を具備していることを特徴とする前記［１８］乃至［２０］のいずれか１つに記載の血液治療装置。

Claims (21)

1. 体外血液治療中における体外血液治療装置の血液治療ユニットの流動インピーダンスの変化を監視する装置を作動する方法であって、
   前記血液治療ユニットは、半透膜によって血液室と透析流体室とに分割され、
   前記体外血液治療装置は、
   前記血液治療ユニットの血液室へ通じている動脈ブランチと、前記血液室から出ている静脈ブランチとを有する体外血液回路と、
   前記透析流体室が配置されている透析流体システムと、
   を具備し、
   限外濾過液は、前記体外血液回路中を流れる血液から、前記血液治療ユニットの前記半透膜を介して、予め設定された限外濾過レートで回収されることができ、
   置換物は、前記血液治療ユニットの上流または下流で、前記体外血液回路中の血液へ、予め設定された置換レートで与えられることができ、
   ここで、前記血液治療ユニットの上流か下流で、前記体外血液回路に、置換物が予め設定された第１の置換レートで与えられるか、または置換物が与えられない、並びに／或いは、前記血液治療ユニットの前記半透膜を介して、限外濾過液が予め設定された第１の限外濾過レートで回収されるか、または限外濾過液が回収されないときに、前記体外血液回路または前記透析流体システムにおいて振動圧力信号を測定する手段により、振動圧力信号が測定され、
   前記体外血液回路に、置換物が前記予め設定された第１の置換レートと異なる予め設定された第２の置換レートで与えられるか、または置換物が与えられない、並びに／或いは、前記血液治療ユニットの前記半透膜を介して、限外濾過液が前記予め設定された第１の限外濾過レートと異なる予め設定された第２の限外濾過レートで回収されるか、または限外濾過液が回収されないときに、前記体外血液回路または前記透析流体システムにおいて前記振動圧力信号を測定する手段により、振動圧力信号が測定され、
   それぞれ、体外血液治療の異なる瞬間における、前記予め設定された置換レートおよび／または前記予め設定された限外濾過レートの変化の前及び後において測定された振動圧力信号に基づいて、前記体外血液治療中における前記血液治療ユニット（１）の流動インピーダンスの増加を評価するために、前記予め設定された置換レートおよび／または前記予め設定された限外濾過レートの変化の結果としての、前記血液治療ユニットの流動インピーダンスの変化に相関する量が、測定された振動圧力信号を解析する手段により計算されることを特徴とする、方法。
2. 置換物が予め設定された第１の置換レートで与えられたときに、限外濾過液の予め設定された量が、予め設定された第１の限外濾過レートで前記体外血液回路から回収され、
   置換物が予め設定された第２の置換レートで与えられたか、または置換物が与えられないときに、限外濾過液の予め設定された量が、前記予め設定された第１の限外濾過レートと異なる予め設定された第２の限外濾過レートで前記体外血液回路から回収されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記予め設定された限外濾過レートは、前記予め設定された置換レートが増加または減少される量と同じ量だけ、増加または減少されることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 前記流動インピーダンスの変化に相関する量が、予め設定されたしきい値と比較され、前記流動インピーダンスの変化に相関する量が、前記予め設定されたしきい値を超えている場合に、臨界状態が存在することが結論付けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の方法。
5. 前記予め設定された置換レートの変化の前に測定された前記振動圧力信号の周波数スペクトルと、前記予め設定された置換レートの変化の後に測定された前記振動圧力信号の周波数スペクトルとが解析され、
   前記予め設定された置換レートの変化の前及び後に測定された前記振動圧力信号の、基本振動の振幅の変化および／または少なくとも１つの高調波の振幅の変化が決定され、
   前記流動インピーダンスの変化が、前記振幅の変化に基づいて計算されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の方法。
6. 前記測定された振動圧力信号の基本振動および／または高調波の振幅の二乗Ｕ^２（ω）が、前記予め設定された置換レートの変化の前に計算され、
   前記測定された振動圧力信号の基本振動および／または高調波の振幅の変化の二乗ΔＵ^２（ω）が、前記予め設定された置換レートの変化の後に計算され、
   前記流動インピーダンスＲの変化が、次式、即ち、
   

   

   にしたがって計算されることを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 前記測定された振動圧力信号を解析するためにフーリエ変換が行われることを特徴とする請求項５又は６記載の方法。
8. 前記体外血液回路中の血液は、血液ポンプ、特に閉塞血液ポンプによって運ばれ、
   前記血液ポンプは、
   前記体外血液回路の前記動脈ブランチ中に配置され、
   振動圧力信号を発生することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の方法。
9. 前記体外血液回路の前記静脈ブランチにおける圧力が測定されることを特徴とする請求項８記載の方法。
10. 前記透析流体システムは、
    前記血液治療ユニットの前記透析流体室へ通じている透析流体供給ラインと、
    前記透析流体室から出ている透析流体排出ラインと、
    を具備し、
    前記透析流体排出ラインにおける圧力が測定されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の方法。
11. 体外血液治療中における体外血液治療装置の血液治療ユニット（１）の流動インピーダンスの変化を監視する装置であって、
    前記血液治療ユニットは、半透膜によって血液室（３）と透析流体室（４）とに分割され、
    前記体外血液治療装置は、
    前記血液治療ユニットの前記血液室へ通じている動脈ブランチ（20）と、前記血液室から出ている静脈ブランチ（21）とを有する体外血液回路（９）、および前記透析流体室が配置されている透析流体システム（10）と、
    前記体外血液回路中を流れる血液から、前記血液治療ユニット（１）の前記半透膜（２）を介して、予め設定された限外濾過レートで限外濾過液を回収する限外濾過装置（18）と、
    前記血液治療ユニットの上流または下流で、前記体外血液回路中を流れる血液に、予め設定された置換レートで置換物を供給する装置（19）と、
    を具備し、
    前記血液治療ユニットの流動インピーダンスにおける変化を監視する装置は、
    前記体外血液回路または前記透析流体システムにおいて振動圧力信号を測定する手段（33、34）と、
    前記体外血液回路または前記透析流体システムで測定された前記振動圧力信号を解析する手段（32）と、
    を具備しており、
    前記振動圧力信号を測定する手段（33、34）は、
    前記血液治療ユニットの上流か下流で、前記体外血液回路に、置換物が予め設定された第１の置換レートで与えられるか、または置換物が与えられない、並びに／或いは、前記血液治療ユニットの前記半透膜を介して、限外濾過液が予め設定された第１の限外濾過レートで回収されるか、または限外濾過液が回収されないときに、前記体外血液回路又は前記透析流体システムにおいて、振動圧力信号が測定され、
    前記体外血液回路に、置換物が前記予め設定された第１の置換レートと異なる予め設定された第２の置換レートで与えられるか、または置換物が与えられない、並びに／或いは、前記血液治療ユニットの前記半透膜を介して、限外濾過液が前記予め設定された第１の限外濾過レートと異なる予め設定された第２の限外濾過レートで回収されるか、または限外濾過液が回収されないときに、前記体外血液回路または前記透析流体システムにおいて、振動圧力信号が測定される、
    ように構成され、
    前記解析する手段(32)は、
    それぞれ、体外血液治療の異なる瞬間における、前記予め設定された置換レートおよび／または前記予め設定された限外濾過レートの変化の前及び後において測定された振動圧力信号に基づいて、前記体外血液治療中における前記血液治療ユニット（１）の流動インピーダンスの増加を評価するために、前記予め設定された置換レートおよび／または前記予め設定された限外濾過レートの変化の結果としての、前記血液治療ユニットの流動インピーダンスの変化に相関する量が計算される、
    ように構成されていることを特徴とする、装置。
12. 前記振動圧力信号を測定する手段（33、34）は、
    置換物が予め設定された第１の置換レートで与えられたときに、限外濾過液の予め設定された量が、予め設定された第１の限外濾過レートで前記体外血液回路（９）から回収され、
    置換物が予め設定された第２の置換レートで与えられたか、または置換物が与えられないときに、限外濾過液の予め設定された量が、前記予め設定された第１の限外濾過レートと異なる予め設定された第２の限外濾過レートで前記体外血液回路から回収される、
    ようにさらに構成されていることを特徴とする請求項１１記載の装置。
13. 前記予め設定された限外濾過レートは、前記予め設定された置換レートが増加または減少される量と同じ量だけ、増加または減少されることを特徴とする請求項１２記載の装置。
14. 前記振動圧力信号を解析する手段（32）は、
    前記流動インピーダンスの変化に相関する量が、予め設定されたしきい値と比較され、前記流動インピーダンスの変化に相関する量が、前記予め設定されたしきい値を超えている場合に、臨界状態が存在することが結論付けられる、
    ように構成されていることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項記載の装置。
15. 前記振動圧力信号を解析する手段（32）は、
    前記予め設定された置換レートの変化の前に測定された前記振動圧力信号の周波数スペクトルと、前記予め設定された置換レートの変化の後に測定された前記振動圧力信号の周波数スペクトルとが解析され、
    前記予め設定された置換レートの変化の前及び後に測定された前記振動圧力信号の、基本振動の振幅の変化および／または少なくとも１つの高調波の振幅の変化が決定され、
    前記流動インピーダンスの変化が、前記振幅の変化に基づいて計算される、
    ように構成されていることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項記載の装置。
16. 前記振動圧力信号を解析する手段（32）は、
    前記測定された振動圧力信号の基本振動および／または高調波の振幅の二乗Ｕ^２（ω）が、前記予め設定された置換レートの変化の前に計算され、
    基本振動および／または高調波の振幅の変化の二乗ΔＵ^２（ω）が、前記予め設定された置換レートの変化の後に計算され、
    前記流動インピーダンスＲの変化が、次式、即ち、
    

    

    にしたがって計算される、
    ように構成されていることを特徴とする請求項１５記載の装置。
17. 前記振動圧力信号を解析する手段（32）は、フーリエ変換を実行するための手段（32A）を具備することを特徴とする請求項１５又は１６記載の装置。
18. 前記血液治療ユニット（１）の前記血液室（３）へ通じている動脈ブランチ（20）と、前記血液室から出ている静脈ブランチ（21）とを有する体外血液回路（９）、および前記透析流体室（４）が配置されている透析流体システム（10）と、
    前記体外血液回路中を流れる血液から、前記血液治療ユニット（１）の前記半透膜（２）を介して、予め設定された限外濾過レートで限外濾過液を回収する限外濾過装置（18）と、
    前記血液治療ユニットの上流または下流で、前記体外血液回路中を流れる血液へ、予め設定された置換レートで置換物を供給する装置（37）と、
    を具備している請求項１１乃至１７のいずれか１項記載の装置を有する血液治療装置。
19. 前記血液治療装置は、血液ポンプ（６）、特に閉塞血液ポンプを具備しており、
    前記血液ポンプは、
    前記体外血液回路（９）の前記動脈ブランチ（20）中に配置され、
    振動圧力信号を発生することを特徴とする請求項１８記載の血液治療装置。
20. 前記振動圧力信号を測定する手段（33、34）は、前記体外血液回路の前記静脈ブランチ（21）における圧力を測定する圧力センサ（33）を具備している請求項１８または１９記載の血液治療装置。
21. 前記透析流体システム（９）は、
    前記血液治療ユニット（１）の前記透析流体室（４）へ通じている透析流体供給ライン（12）と、
    前記透析流体室から出ている透析流体排出ライン（13）と、
    を具備し、
    前記振動圧力信号を測定する手段（33、34）は、前記透析流体排出ライン（13）における圧力を測定する圧力センサ（34）を具備していることを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれか１項記載の血液治療装置。

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