專利名稱：用于控制體外血液處理設(shè)備的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種用于控制體外血液處理設(shè)備(具體說是血液透析設(shè) 備或血液過濾設(shè)備或血液透析過濾設(shè)備)的裝置，其中，所述體外血液處
理i殳備具有由半滲透膜分成第一和第二腔的透析器或過濾器。此外，本發(fā) 明也涉及到一種具有這種控制裝置的體外血液處理設(shè)備以及一種控制體外 血液處理i殳備的方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，血液透析是一種體外血液處理過程，其中，要處理的血液 在體外血液回路中以給定的血液流速流過由半滲透膜分成血液腔和透析液 腔的透析器的血液腔，同時(shí)，透析液以給定的透析液流速流過所述透析器 的透析液腔。除了血液透析外，血液過濾也是熟知的血液處理過程。血液 透析過濾則是血液透析和血液過濾兩者的結(jié)合。
透析器中的代謝交換既有對流屬性也有擴(kuò)散屬性。在擴(kuò)散性代謝交換 中，對于所關(guān)注的物質(zhì)來說，單位時(shí)間透過半滲透膜的質(zhì)量轉(zhuǎn)移正比于血 液和透析液之間的濃度梯度；在對流性代謝交換中，所述質(zhì)量轉(zhuǎn)移取決于 過濾液的量，因?yàn)樵谘汉瓦^濾液中，可濾過物質(zhì)的濃度是相同的 (Blutreinigungsverfahren血液凈化過禾呈]，Georg畫Thieme-Verlag , Stuttgart, New York, 4th. ed. 1990，11至13頁)。
因?yàn)樵谕肝鎏幚砥陂g濃度梯度變得越來越小，所以單位時(shí)間交換的物 質(zhì)數(shù)量就沒有固定的數(shù)值。清除率構(gòu)成了不依賴于濃度的透析器性能的可 測量指標(biāo)。
物質(zhì)的清除率(clearance)是指通過透析器的總液流中完全去掉了所
9關(guān)注物質(zhì)的那部分。透析率(dialysance )是定義透析器性能的另一個(gè)術(shù)語， 在定義時(shí)也考慮了透析液中所包含的物質(zhì)。
對于超濾(ultrafiltration )為0的情形，某一給定物質(zhì)的透析率D或 清除率K的確定如下。
透析率等于血液端所關(guān)注物質(zhì)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移Qb(cbi-cbo)與所述透析器 的給定輸入中的血液和透析液之間所述物質(zhì)的濃度差cbi-cdi之比。
D=Qb ( cbi-cbo ) / ( cbi-cdi) (1)
由于質(zhì)量平衡的緣故，所以有
Qb ( cbi-cbo ) = -Qd ( cdi-cdo ) ( 2 )
對于透析液端的透析率，從(1)和(2)中可以得到下面的方程
D= -Qd ( cdi-cdo ) / ( cbi-cdi) ( 3 )
(1)到(3)中的符號如下
Qb-有效的血液流速
Qd:透析液流速
Cb二血液中所溶解的物質(zhì)的濃度 Cc^透析液中的物質(zhì)的濃度 i-透析器的入口
0=透析器的出口
EP0 428 927 Al中描述了血液透析參數(shù)的體內(nèi)確定方法，其中，在兩 個(gè)不同的透析液輸入濃度的每個(gè)濃度下測量透析液電解質(zhì)的轉(zhuǎn)移。在血液 的所述輸入濃度為常數(shù)的假設(shè)下，通過這種已知方法來確定透析率，即確 定透析器的入口端和出口端的透析液離子濃度差在第一次測量和第二次測 量之間的差異，將這個(gè)差異除以所述輸入端的透析液離子濃度在第一次測 量和第二次測量之間的差，并將所述結(jié)果乘以所述透析液的流速。
確定透析率的另一種方法見于US 6,702,774 Bl。在這種已知方法中， 將給定數(shù)量的要確定其透析率的物質(zhì)加入透析器的上游作為額外添加，并 根據(jù)加入所述透析器上游的所述物質(zhì)的數(shù)量、在所述透析器的下游所述物 質(zhì)濃度對時(shí)間的積分、以及透析液流速來計(jì)算透析率。
10DE 197 39 100 Cl也給出了 一種確定透析器的最大透析率的方法。
Sigdell和Tersteegen研究了對于沒有超濾的透析，清除率和透析率這 一方面與血'液流速和透才斤液流速這另一方面之間的關(guān)系(Sigdell, J.， Tersteegen, B.: Clearance of a dialyzer under varying operation conditions (在不同工作狀態(tài)下的透析器的清除率)；Artificial Organs (人造器官) 10(3): 219-225,1986)。 Sigdell和Tersteegen發(fā)現(xiàn),在實(shí)際中，為了增加 清除率或透析率，將透析液流速設(shè)置得大于兩倍的血液流速似乎是沒有意 義的。已經(jīng)提出了各種方法，將超濾對清除率的影響計(jì)入考慮中。然而， 在典型的流速(Qf=15 ml/min， Qd=500 ml/min， Qb=300 ml/min )下，超 濾的影響相對較小，可以忽略。Werynski和Waniewski找到了流速和相 應(yīng)清除率之間的關(guān)系的一般表達(dá)式，并處理了血液透析過濾。他們將血液 透析作為特例(Wernyski, A. and Waniewski, J.: Theoretical description of mass transport in medical membrane devices (醫(yī)療薄膜器件中質(zhì)量傳輸?shù)?理論描述)，Artificial Organs (人造器官)19， pp. 420-427(1995))。
已知的這些透析設(shè)備在某個(gè)血液流速下進(jìn)行工作，該血液流速由治療 醫(yī)生設(shè)置在預(yù)定的限制范圍內(nèi)，同樣，透析液流速也被設(shè)置在預(yù)定的限制 范圍內(nèi)，它們通常在500 ml/min到800 ml/min之間。這可以給出透析劑 量，該透析劑量可以從清除率K乘以有效處理時(shí)間T的積再除以分布體積 V得到的商(KT/V)來計(jì)算。
目前，在實(shí)際中，用于尿素的所述商(KT/V)要求高于預(yù)定的限制 值，具體說高于1.3。分布體積V在這種情形中取決于病人，這意味著， 當(dāng)處理血液時(shí)，醫(yī)生只能夠預(yù)定清除率K(它取決于血液和透析液的流速) 和處理時(shí)間T。于是，為了獲得所要求的透析劑量，在處理期間應(yīng)該保證 清除率或透析率具有某個(gè)給定的值，在希望的處理時(shí)間中，該值能夠通過 計(jì)算來獲得。然而，如果在處理期間血液流速或透析液流速發(fā)生了變化， 那么，就不可能確?？梢垣@得給定的清除率。
US 5，092，836中描述了一種血液透析方法，該方法希望能夠節(jié)省透析 液。這種方法并不考慮對血液流速或透析液流速預(yù)定一個(gè)固定的值。取而代之的是，預(yù)定透析液流速，使其與預(yù)定的血液流速之比恒定。
另外，WO 2004/022135 Al給出了一種透析i殳備，其中，對透析率進(jìn) 行測量，并且通過改變超濾速率，可以確保同時(shí)獲得透析劑量KT/V和病 人所希望的減重。
US A 5,744,031中描述了一種血液處理過程的控制方法，其中，為了 確定透析率，對傳導(dǎo)率進(jìn)行測量，所測得的透析率的值與希望值進(jìn)行比較， 以便使血液流速或透析液流速能夠這樣來變化，使得透析率的實(shí)際值與希 望值相對應(yīng)。這種方法的不利之處在于，在血液處理期間要求測量傳導(dǎo)率， 以《更能確定透析率。然而，傳導(dǎo)率的連續(xù)測量不僅使成本和復(fù)雜性更高， 而且對調(diào)節(jié)能夠有多快設(shè)置了限制，因?yàn)?，如果要以必需的精度來測量變 量的話，需要較多的時(shí)間來進(jìn)行各個(gè)測量。
US 2003/0230533 Al給出了流速與清除率或透析率之間的關(guān)系，既適 用于血液透析，也適用于血液過濾以及這兩個(gè)過程的結(jié)合，即血液透析過 濾。在下文中，這個(gè)印刷出版物的內(nèi)容通過引述納入這里。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是，提供一種體外血液處理設(shè)備的控制裝置，其中，所 述血液處理設(shè)備能夠以預(yù)定的清除率或透析率進(jìn)行優(yōu)化的血液處理。本發(fā) 明的另一個(gè)目標(biāo)是，提供一種具有這種控制裝置的血液處理設(shè)備。本發(fā)明 的再一個(gè)目標(biāo)是，詳細(xì)說明一種控制體外血液處理設(shè)備的方法，其中，該 血液處理設(shè)備能夠以預(yù)定的清除率或透析率進(jìn)行優(yōu)化的血液處理。最后， 本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是，提供一種用于這種控制裝置的計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品。
借助于權(quán)利要求l、 4、 13、 14、 15、 18和27的特點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明可 以實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。本發(fā)明的有利實(shí)施例構(gòu)成了各從屬權(quán)利要求的主題。
根據(jù)本發(fā)明所述的控制裝置和根據(jù)本發(fā)明所述的方法用于體外體外血 液處理設(shè)備，該設(shè)備可以具有血液透析設(shè)備和血液過濾設(shè)備的形式。此外，
才艮據(jù)本發(fā)明所述的控制裝置和方法也可以用于血液透析過濾設(shè)備。
不同的應(yīng)用中的不同之處在于，在各個(gè)處理過程中，不同的流速(每個(gè)流速都對透析率或清除率有影響)在起作用。這樣，在血液透析過濾中
所^L的規(guī)定不僅為了血液流速和透析液流速的變化，而且為了超濾液流速 或替代液流速可能發(fā)生的變化。然而，由于透析率或清除率對各個(gè)流速的 依賴關(guān)系對于所有應(yīng)用情形都是已知的，所以，根據(jù)本發(fā)明所迷的控制裝 置的各個(gè)可選實(shí)施例之間沒有根本的差異。
在體外血液處理的一般情形中(涵蓋了所有的處理過程)，要說明的 是一個(gè)交換單元，該單元在血液透析和血液過濾的特殊情形中分別具有透 析器或過濾器的形式。
所述體外血液透析設(shè)備例如(涉及到一個(gè)實(shí)施例)具有由半滲透膜分 成血液腔和透析液腔的透析器，以及用來泵浦血液使其以給定的血液流速
Qd通過所述透析液腔的透析液泵。
根據(jù)本發(fā)明所述控制裝置可以構(gòu)成獨(dú)立的組件，或者也可以是所述體 外血液處理設(shè)備的一部分。由于本發(fā)明所述的控制裝置的主要部件(諸如 控制單元(微處理器)和存儲單元)無論如何都是已知血液處理設(shè)備的部 件，所以，本發(fā)明所述的控制裝置可以置于已知的血液處理設(shè)備中，這樣 做的技術(shù)成本或復(fù)雜性都不大。如果所需要的所有硬件都齊備了，那么， 提供本發(fā)明所述的計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品就是所需的全部了 。
根據(jù)本發(fā)明所述的裝置和方法假設(shè)，在處理之前預(yù)先規(guī)定不同的流或 流速，和/或在處理期間，不同的流或流速(諸如血液流速或透析液流速) 會發(fā)生變化。
當(dāng)在血液處理之前或處理期間例如分別預(yù)先規(guī)定了血液流速或血液流 速發(fā)生了變化，那么，透析液流速這樣來預(yù)先規(guī)定或變化，使得希望的清 除率或透析率得以維持，優(yōu)選是在預(yù)定的處理時(shí)間段內(nèi)。基本上，只需要 預(yù)先規(guī)定透析液流速，但不需要自動(dòng)設(shè)置。然而，優(yōu)選也由所述設(shè)備設(shè)置 使希望清除率或透析率得以維持的透析液流速。這可以自動(dòng)完成，或者在 用戶確認(rèn)后完成。
在血液處理期間，血液流速可以發(fā)生一次變化或多于一次的變化，但
13也可以甚至是連續(xù)地發(fā)生變化，然后總是這樣來設(shè)置透析液流速，使得所 述希望清除率或透析率得以維持，最好是在預(yù)定的處理時(shí)間段內(nèi)。相反， 當(dāng)透析液流速發(fā)生變化時(shí)，這樣來設(shè)置血液流速，使得所述希望清除率或 透析率得以維持，優(yōu)選是在預(yù)定的處理時(shí)間段內(nèi)。關(guān)鍵是，給定情形中的 流速不是基于清除率或透析率的測量(例如傳導(dǎo)率的測量)來確定，而是 基于清除率或透析率對流速的已知的依賴關(guān)系來確定。這樣，可以很快并 且連續(xù)地調(diào)節(jié)流速，以確保處理期間清除率或透析率如希望的那樣。
基本上，透析液流速和血液流速都可以發(fā)生變化。然而，在實(shí)際中， 一般造成的是血液流速的改變。然后，調(diào)節(jié)透析液流速來適應(yīng)。
優(yōu)選在血液處理之前從輸入單元輸入希望的清除率或透析率，并將之 存儲在存儲單元中。因此，所述希望的透析率或清除率就構(gòu)成了供控制系 統(tǒng)使用的希望值(即，設(shè)置點(diǎn))。
另一個(gè)可能的實(shí)施例不是輸入清除率或透析率的希望值，而是測量這 些參數(shù)。優(yōu)選在透析處理開始的時(shí)候測量清除率或透析率，然后對處理過 程進(jìn)行控制，不需要進(jìn)一步測量透析率或清除率。因此，所測量到的值就 構(gòu)成了血液處理所要達(dá)到的希望值，即使在處理期間透析液流速或血液流 速發(fā)生了變化。測量透析率或清除率的實(shí)際方法屬于現(xiàn)有技術(shù)。
希望透析率或清除率這一方面與例如血液流速或透析液流速這另一方 面之間的關(guān)系能夠通過方程來確定，該方程除了血液流速和透析液流速這
些參數(shù)外只包括一個(gè)其它項(xiàng)，即系數(shù)kOA,該系數(shù)實(shí)質(zhì)上取決于透析器半 滲透膜的表面積和透析器半滲透膜的擴(kuò)散阻力?？梢栽谘禾幚黹_始之前 為各種類型的透析器預(yù)先規(guī)定這個(gè)系數(shù)kOA并將之存儲起來。然而，也可 以通過以預(yù)定血液流速和透析液流速來測量清除率或透析率并由定義清除 率或透析率與血液流速和透析液流速之間的關(guān)系的方程計(jì)算這個(gè)系數(shù)來確 定系數(shù)kOA。


下面將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。在附圖中，
14圖l是應(yīng)用于血液透析中的液體或流體的狀態(tài)的簡化示意圖； 圖2a是先進(jìn)行稀釋的血液過濾中的液體或流體狀態(tài)的簡化示意圖； 圖2b是后進(jìn)行稀釋的血液過濾中的液體或流體狀態(tài)的簡化示意圖； 圖3是血液透析情形中的根據(jù)本發(fā)明所述的體外血液處理設(shè)備的主要 部件連同本發(fā)明所述的控制裝置的簡化示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將要說明在體外血液處理中透析率或清除率和流速之間的關(guān)系。 在US 2003/0230533 Al中詳細(xì)描述了透析率(或清除率)對流速的依賴關(guān) 系，其內(nèi)容通過引述納入這里。
圖1顯示了血液透析處理的情形。血液透析器100由半滲透膜102分 成兩個(gè)腔103和104，具有物理化學(xué)屬性Cdi的新鮮透析液以流速Q(mào)d從 透析液輸入管線107流入第一腔104。從該腔104中，加入了需要被排除 的超濾流Qf并具有物理化學(xué)屬性Cdo的液流Qd+Qf經(jīng)透析液輸出管線 108流出。具有物理化學(xué)屬性Cbi的血液以流速Q(mào)b從血液輸入管線105 流入第二腔103中。減去了超濾流Qf并具有物理化學(xué)屬性Cbo的血液流 經(jīng)過血液輸出管線106流出該腔103。所述血液由血液泵109進(jìn)行泵浦， 所述透析液由透析液泵110進(jìn)行泵浦，這些泵的泵浦速率分別決定了血液 流速和透析液流速。超濾流速由111所指的超濾裝置預(yù)先規(guī)定。具有計(jì)算 單元的控制單元112負(fù)責(zé)監(jiān)視血液處理并設(shè)置各個(gè)流速。
圖2a和2b是血液過濾設(shè)備的類似圖示，其中，由半滲透膜202分成 兩個(gè)腔203和204的血液過濾器201作為交換單元。在血液端，所用名稱 與圖1的情形相同。另外，替代液的輸入管線207或者與血液輸入管線(205 ) 直接相連(先稀釋，圖2a )或者與血液輸出管線206直接相連(后稀釋， 圖2b )。通過這條管線，具有物理化學(xué)屬性Cs并且流速為Qs的替代液被 直接(即，不經(jīng)過膜202)輸送到體外血液回路I中。此外，經(jīng)過膜202 以流速Q(mào)o=Qf+Qs從血液中抽取流體，物理化學(xué)屬性為Cf的該流體流入 第一腔204,并通過超濾液輸出管線208離開該腔。再次使用參考數(shù)字111
15和112來指示超濾裝置和控制單元。
在圖2a和2b中還顯示了由虛線指示的路徑，該路徑從替代液輸入管 線207分出來并匯入第一腔204。在血液透析過濾應(yīng)用中，沿著這條路徑 也有液流。因此，流的狀態(tài)發(fā)生了變化，因?yàn)?，除了透析液流速Q(mào)d外， 括號中的項(xiàng)也起作用了。然后，沿著超濾液輸出管線流動(dòng)的液流變?yōu)?Qo=Qf+Qs+Qd。相同的參考字母Cs和Cf仍然用來表示物理化學(xué)屬性。 對于圖2a和2b所示的路徑，由于血液透析過濾，Cs保持不變。然而， Cf的值會變化，因?yàn)槲锢砘瘜W(xué)屬性為Cs的流Qs+Qd中的Qd部分此時(shí)流 過第一腔，并與通過所述半滲透膜而與其匯合的流Qs+Qf混合，然后，這 兩部分一起通過超濾液輸出管線208離開。
下面將描述流速和透析率之間的關(guān)系。假設(shè)給定的透析率和至少一個(gè) 流速是預(yù)先規(guī)定了的，以允許對至少一個(gè)其它的流速進(jìn)行計(jì)算，從而維持 希望的透析率。下面所詳述的關(guān)系涵蓋了在處理期間給定透析率和至少一 個(gè)流速被預(yù)先規(guī)定了的情形。如果給定透析率在處理期間被預(yù)先規(guī)定了 ， 那么，就能計(jì)算相關(guān)的流速，從而使希望的透析率得到維持。只要一個(gè)流 速改變了，就可以進(jìn)行這個(gè)計(jì)算，不需要對傳導(dǎo)率(conductivity)進(jìn)行測 量。
透析率中的擴(kuò)散部分Ddiff通過方程4來計(jì)算
D e"非 ^-e^-(i-K妙
其中K-1為先稀釋，而K-0為后稀釋。
假設(shè)過濾器系數(shù)kOA在時(shí)刻l和2兩個(gè)點(diǎn)之間是恒定的，其計(jì)算如下:
頓—i
^ (5)
D順，是其中，一^(6)
上述方程顯示了流速Q(mào)f、 Qs、 Qd和Qb與參數(shù)kOA、 D和Ddiff之
間的關(guān)系。根據(jù)本發(fā)明，至少一個(gè)流速是預(yù)先規(guī)定的，而至少一個(gè)其它的流速可
以從上述方程中推導(dǎo)出來，從而能夠獲得所希望的透析率D。能夠采用已 知的計(jì)算方法通過數(shù)值計(jì)算從上述方程中確定所述流速。
在下文中，將參考圖2a和2b簡短地描述一種透析率D的確定方法， 該方法見于US 2003/0230533。在圖2a和2b中用虛線框出了 一個(gè)區(qū)域250。 如果將這個(gè)區(qū)域^f見為一種構(gòu)成透析器1的黑箱，那么，適用于圖l所示裝 置的那些正式規(guī)定就能被用于血液過濾的情形。如果所述物理化學(xué)屬性為 濃度的話，那么可以建立如下的方程
d考,+柳%;， (7)
其中，oc為Gibbs-Donnan系數(shù)。
Cy2-Csl AGs*
在最初確定了離子透析率D之后，可以在隨后的流速Q(mào)s、 Qf、 Qd和 Qb中的至少一個(gè)流速發(fā)生了變化的時(shí)刻進(jìn)一步計(jì)算透析率的值。然而，這 就預(yù)先假設(shè)流速Q(mào)s、 Qf、 Qd和Qb在它們發(fā)生變化之前的某個(gè)時(shí)刻是已 知的。基于傳導(dǎo)率的測量通過已知方法能夠?qū)α魉贋镼fl、 Qsl、 Qdl和 Qbl時(shí)的初始透析率進(jìn)行初始的確定。這些方法是現(xiàn)有技術(shù)的一部分，因 此，沒必要對其進(jìn)行進(jìn)一步的描述。這類方法中的一種方法見于例如EPO 428 927 Al或US 2003/0230533。
下面將參考圖3描述在血液透析的情形中清除率或透析率與各個(gè)液流 (即流速)之間的上述關(guān)系。
作為血液透析設(shè)備的體外血液處理設(shè)備具有由半滲透膜2分成血液腔 3和透析液腔4的透析器1。連接著血液泵6的動(dòng)脈血管線5從病人身上接 入血液腔3的入口，同時(shí)，靜脈血管線7從所述血液腔的出口接到病人身 上。
從透析液源頭8提供新鮮的透析液。透析液輸入管線9從所述透析液 源頭8接到透析器1的透析液腔4的入口，同時(shí)，透析液輸出管線10從透 析液腔的出口接到釋放出口 11。在透析液輸出管線10中連接著透析液泵 12。
17所述透析設(shè)備具有控制單元13，該控制單元通過控制線14、 15與血 液泵6和透析液泵12相連?？刂茊卧?3產(chǎn)生控制信號，j吏血液泵和透析 液泵6、 12以預(yù)定的泵浦速率工作，這意味著，在血液管線5中建立起預(yù) 定的血液流速Q(mào)b，在透析液管線10中建立起預(yù)定的透析液流速Q(mào)d。
傳導(dǎo)率傳感器16安裝在透析液腔4的入口處的透析液輸入管線9中，
Cdi,傳導(dǎo)率傳感器17安裝在透析液腔4的出口處的透析液輸出管線10 中，用來測量在透析處理期間透析器下游處的透析液中的所關(guān)注的物質(zhì)的 輸出濃度Cdo。
傳導(dǎo)率傳感器16、 17所測量到的值通過信號線18、 19輸入到用于確 定清除率K或透析率D的裝置21中。通過與控制單元13相連的數(shù)據(jù)線 22，用于確定清除率或透析率的裝置21接收血液泵6和透析液泵12的控 制信號，這些控制信號分別預(yù)先規(guī)定了血液流速Q(mào)b和透析液流速Q(mào)d。另 一方面，控制單元13從所述裝置21那里通過數(shù)據(jù)線22接收所述裝置21 所確定的清除率或透析率。
提供另一個(gè)裝置23，來使得可以改變透析器1的上游端的透析液中的 Na的濃度，通過該裝置可以改變流入透析器的透析液的成分。所述裝置 23通過控制線20與控制單元13相連接。
此外，透析設(shè)備具有輸入單元24,該單元通過數(shù)據(jù)線25與控制單元 13相連接。通過輸入單元24能夠輸入希望的清除率K或透析率D。也可 以輸入希望的血液流速Q(mào)b或透析液流速Q(mào)d，以l更在處理期間預(yù)定和/或 改變所述一個(gè)或另一個(gè)或兩個(gè)參數(shù)。另外也提供存儲單元26，該單元同樣 地通過數(shù)據(jù)線27與控制單元13相連接。從控制單元24所輸入的值存儲在 存儲單元26中，并能由所述控制單元從該存儲單元中讀出。
透析設(shè)備允許有下面將要詳細(xì)描述的各種操作模式。然而，測量透析 率或清除率并不是所有操作模式的先決條件。所以，對于相關(guān)的操作模式， 也能夠省略用于測量清除率或透析率的裝置(由參考數(shù)字21、 23和16和 17所指示的部件構(gòu)成)。
18該透析i殳備也有其它部件，例如，滴注器(drip chamber)、關(guān)斷部 件(shut-off members )等，這些部件對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是很熟悉 的，為了清晰起見，沒有將其顯示出來。該透析設(shè)備還可以有超濾設(shè)備。
利用輸入單元24 (該單元具有例如屏幕輸入設(shè)施或鍵盤)，用戶為血 液透析輸入所希望的清除率K或透析率D以及各種其它參數(shù)。此外，也可 以輸入處理時(shí)間長度T和希望的血液流速Q(mào)b和/或透析液流速Q(mào)d。這些 值被存儲在存儲單元26中，并能夠由控制單元13讀出。
控制單元13具有計(jì)算單元13，，該計(jì)算單元纟艮據(jù)希望的清除率或透析 率以及血液流速計(jì)算獲得希望的清除率或透析率所需要的透析液流速。如 果用戶所預(yù)先規(guī)定的不是血液流速，而是透析液流速，那么，計(jì)算單元13' 就計(jì)算獲得希望的清除率或透析率所需要的血液流速。
利用所述系數(shù)kOA，基于下述方程計(jì)算所需要的透析液流速Q(mào)d或血 液流速Q(mào)b:
z W、
1 —exp
—編」
—,6
gd — exp
尺=,——， ^ 、 (9)
擁師
,6
在這個(gè)方程中，kOA是一個(gè)本質(zhì)上依賴于透析器半滲透膜的活性表面 積A (單位m2)以及透析器的所述半滲透膜的擴(kuò)散阻力R (單位1112分鐘 /ml-l(^分鐘/cm)的系數(shù)(kOA=A/R)。
前面給出的方程所定義的關(guān)系中，透析率或清除率具有一般形式，而 方程9則定義了血液透析這種特殊情形中的這個(gè)關(guān)系。通常使用本領(lǐng)域技 術(shù)人員所熟悉的數(shù)值方法來解所述方程。
所述系數(shù)kOA是由控制單元13從存儲單元26中所讀出的透析器的一 個(gè)特性。在存儲單元26中可以存儲多個(gè)與各個(gè)不同類型的透析器相關(guān)的系 數(shù)kOA。利用輸入單元24，用戶能夠在處理開始之前輸入給定類型的透析 器，從而使控制單元13能夠從存儲單元26中讀出適用于所述給定情形的 系數(shù)。
因?yàn)橛蟹匠?9 )所給出的血液流速以及透析液流速與清除率或透析率之間的關(guān)系，所以，如果要獲得希望的清除率或透析率的話，那么，血液 流速的減小會導(dǎo)致透析液流速的增加。相反，如果要獲得預(yù)定的清除率或 透析率的話，那么，血液流速的增加會導(dǎo)致透析液流速的減小。另一方面， 如果發(fā)生變化的不是血液流速而是透析液流速的話，那么，透析液流速的 增加會導(dǎo)致血液流速的減小，而透析液流速的減小會導(dǎo)致血液流速的增加。 如果在處理期間使透析液流速或血液流速發(fā)生變化的話(該變化可以 在若干單個(gè)步驟中或者甚至可以連續(xù)地產(chǎn)生)，那么，在各個(gè)情形中，總
是由控制單元13來調(diào)節(jié)血液流速或透析液流速，使得在預(yù)定的處理時(shí)間中 能夠維持希望的清除率或透析率。
在控制血液泵6和透析液泵12的泵浦速率時(shí)，控制單元13會考慮到 下面的事實(shí)，即，對于血液流速和透析液流速來說，各自都有某個(gè)不能低 于或不能高過的最小或最大流速。具體說，血液流速不應(yīng)該超過某個(gè)取決 于血管通路(vascular access)的上限值。如果獲得希望清除率或透析率需 要使血液或透析液各自的流速高于或低于極P艮值，那么，控制單元13就將 這個(gè)錯(cuò)誤狀態(tài)通知用戶。為此目的而提供的裝置為例如報(bào)警裝置(未顯示)， 該裝置可以發(fā)出音頻和/或視頻警報(bào)。然后，控制單元13能夠預(yù)先規(guī)定較 長或較短的處理時(shí)間，使所述流速被設(shè)置在血液流速和透析液流速的預(yù)定 極限內(nèi)。
下面將描述所述控制裝置的另一個(gè)實(shí)施例，該實(shí)施例利用該裝置來測 量透析率。
測量透析率的基本原理是，由裝置23在短時(shí)間內(nèi)改變透析器1的上游 處透析液中的例如Na的輸入濃度cdi，以便改變透析液的成分，并由測量 裝置16、 17在透析器上游和下游處測量透析液的輸入濃度cdi和輸出濃度 cdo。裝置21對所測量的值進(jìn)行處理，以確定清除率或透析率，該裝置具 有計(jì)算單元21，來計(jì)算清除率或透析率。
基本上，能夠利用方程(1)到(3)對給定的血液流速和透析液流速 來計(jì)算清除率K或透析率D。確定清除率或透析率的這個(gè)方法在EP 0 428 927Al中有詳細(xì)描述，其內(nèi)容通過引述納入這里。
20US 6，702，774 Bl給出了另一個(gè)確定清除率或透析率的方法，其特別之 處在于，測量時(shí)間特別短，其內(nèi)容同樣通過引述納入這里。由于測量時(shí)間 短，所以，使用本發(fā)明所述的控制裝置時(shí)，優(yōu)先使用這個(gè)方法。
控制單元13在處理開始時(shí)控制用來確定清除率或透析率的裝置21， 然后，裝置21確定對于在處理開始時(shí)所預(yù)定的血液流速和透析液流速的清 除率或透析率。然后，所述控制單元讀出確定了的清除率或透析率的值， 基于方程9計(jì)算系數(shù)kOA，該系數(shù)然后可以用于從方程9繼續(xù)計(jì)算流速。 這個(gè)實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，不需要從輸入單元輸入透析器的類型，不需要在存 儲單元中存儲這樣一張表，在該中，不同的系數(shù)被分配給不同的透析器類 型。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在處理開始時(shí)，希望的清除率或透析率不從輸入 單元24輸入，而是由控制單元13預(yù)先規(guī)定?？刂茊卧?3可以將用于確定 清除率或透析率的裝置21在例如處理開始時(shí)所確定的值預(yù)先規(guī)定為清除 率或透析率。
通過引述血液透析情形而描述過的那些正式規(guī)定也能適用于血液過濾 情形。所以，血液過濾設(shè)備的控制裝置與上述控制裝置的不同之處僅在于， 除了血液流速外，在估計(jì)流速時(shí)還要考慮超濾流速和/或替代液流速，但不 需要考慮透析液流速。在血液透析過濾情形中，不僅要考慮血液流速和透 析液流速，還要考慮超濾流速和/或替代液流速。如果這些流速中的一個(gè)流 速，比如透析液流速，發(fā)生了改變，那么，控制單元13中的計(jì)算單元13' 基于方程4到6中所定義的關(guān)系計(jì)算一個(gè)其它的流速，比如血液流速或超 濾流速或替代液流速，使得在這樣的流速下可以確保在血液處理期間獲得 希望的清除率或透析率，但不需要連續(xù)地進(jìn)行傳導(dǎo)率的測量。在這種情形 中，所需要的只是，對于一組流速Q(mào)fl和/或Qsl和/或Qdl和/或Qbl，測 量一次清除率或透析率，如果某個(gè)流速發(fā)生了變化，那么，可以只基于參 數(shù)的計(jì)算以適當(dāng)?shù)姆绞秸{(diào)整另一個(gè)流速。這個(gè)測量由用于確定清除率或透 析率的裝置21在透析液或替代液的成分發(fā)生的短暫變化之后測量傳導(dǎo)率 來進(jìn)行。無論何時(shí)一個(gè)流速發(fā)生了變化，就對無論哪一個(gè)其它的流速進(jìn)行
21計(jì)算，該另一個(gè)流速用于抵消所述一個(gè)流速的變化，以確保獲得預(yù)定的清 除率或透析率。
權(quán)利要求
1. 用于控制體外血液處理設(shè)備的裝置，所述血液處理設(shè)備具有由半滲透膜分成第一腔和第二腔的交換單元，所述第一腔是體外血液回路的一部分，在該回路中安裝了血液泵，用來以給定的血液流速Q(mào)b泵浦血液，和/或用來泵浦透析液使其以給定的透析液流速Q(mào)d流過所述交換單元的第二腔的裝置，和/或用來使替代液以給定替代液流速Q(mào)s輸入所述體外血液回路的裝置，和/或用來以對應(yīng)著所述替代液流速Q(mào)s和給定的超濾流速Q(mào)f之和的液體流速從所述交換單元的第一腔經(jīng)所述半滲透膜抽取超濾液并使之進(jìn)入所述交換單元的第二腔的裝置，用來控制所述血液處理設(shè)備的所述裝置具有控制單元(13)，對于存儲預(yù)定清除率K或透析率D的存儲單元(26)，該控制單元(13)用來產(chǎn)生用于將所述血液泵的泵浦速率設(shè)定為給定的血液流速Q(mào)b的控制信號，以及產(chǎn)生控制信號，從透析液流速Q(mào)d、超濾流速Q(mào)f和替代液流Qs所構(gòu)成的一組流速中設(shè)置至少一個(gè)給定流速，其特征在于，提供計(jì)算單元(13’)，該計(jì)算單元設(shè)計(jì)為使得對于血液流速Q(mào)b、透析液流速Q(mào)d、超濾液流速Q(mào)f和替代液流速Q(mào)s所構(gòu)成的一組流速中的至少一個(gè)預(yù)定流速，只基于清除率K或透析率D對各所述流速的預(yù)定依賴關(guān)系來計(jì)算血液流速Q(mào)b、透析液流速Q(mào)d、超濾液流速Q(mào)f和替代液流速Q(mào)s所構(gòu)成的一組流速中的至少一個(gè)無論哪個(gè)其它流速，其中，在所述依賴關(guān)系中維持所述預(yù)定的清除率K或透析率D不變。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，如果所述控制單元(13 ) 所預(yù)定的至少一個(gè)流速發(fā)生了變化，那么，所述計(jì)算單元(13，)對所iijfii 液處理所用時(shí)間中的至少一部分時(shí)間連續(xù)地計(jì)算血液流速Q(mào)b、透析液流速ru招、:老、凌、:古；去rw ^扶乂V 、法、:右；去6^J h $ AA、、,古；杏士 AA ;s ,1/ ^/v *論哪個(gè)其它流速。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述控制單元與所述計(jì) 算單元(13，)相互協(xié)作，使得所述控制單元(13)產(chǎn)生控制信號，用于設(shè) 置血液流速Q(mào)b、透析液流速Q(mào)d、超濾液流速Q(mào)f和替代液流速Q(mào)s所構(gòu)成 的一組流速中的至少一個(gè)計(jì)算出來的流速，從而使所述至少一個(gè)流速確定 下來。
4. 用于控制血液透析設(shè)備的裝置，所述血液透析設(shè)備具有 由半滲透膜分成血液腔和透析液腔的透析器，以及用來泵浦血液使其以給定的血液流速通過所述血液腔的血液泵，用來 泵浦透析液使其以給定的透析液流速通過所述透析液腔的透析液泵， 用于控制所述血液透析設(shè)備的所述裝置具有控制單元(13)，用來產(chǎn)生控制信號，將所述血液泵的泵浦速率設(shè)置 為給定的血液流速Q(mào)b，以及用來產(chǎn)生控制信號，將所述透析液泵的泵浦速 率設(shè)置為給定的透析液流速Q(mào)d，以及存儲單元(26),用來存儲預(yù)定的清除率K或透析率D，其特征在于提供計(jì)算單元(13，)，該計(jì)算單元設(shè)計(jì)為使得對于預(yù)定的血液流速Q(mào)b，只基于清除率或透析率對所述血液流速和透 析液流速的預(yù)定依賴關(guān)系來確定所述透析液流速Q(mào)d，預(yù)定的清除率K或 透析率在所述預(yù)定的血液流速下得以保持不變，和/或?qū)τ陬A(yù)定的透析液流速Q(mào)d，只基于清除率或透析率對所述血液流速和 透析液流速的預(yù)定依賴關(guān)系來確定所述血液流速Q(mào)b，預(yù)定的清除率K或 透析率D在所述預(yù)定的透析液流速下得以保持不變。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，如果所述控制單元所預(yù) 定的所述透析液流速Q(mào)d或血液流速Q(mào)b發(fā)生了變化，那么，所述計(jì)算單 元(13，)對所iii6i液處理所用時(shí)間中的至少一部分時(shí)間連續(xù)地計(jì)算血液流 速Q(mào)b或透析液流速Q(mào)d。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1到5之一所述的裝置，其特征在于， 所述控制單元(13)產(chǎn)生控制信號，用于操作所述透析液泵以某個(gè)泵浦速率工作，從而建立起所確定的透析液流速Q(mào)d，和/或所述控制單元(13)產(chǎn)生控制信號，用于操作所述血液泵以某個(gè)泵浦 速率工作，從而建立起所確定的血液流速Q(mào)b。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1到6之一所述的裝置，其特征在于，用來輸入希望 的清除率K或透析率D的輸入單元(24 )與所述存儲單元(26 )相互協(xié)作， 使得輸入的所述清除率或透析率被存儲在所述存儲單元中，所述控制單元(13)將輸入的所述清除率或透析率作為預(yù)定的清除率或透析率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1到7之一所述的裝置，其特征在于，用來輸入希望 的血液流速和/或透析液流速的輸入單元(24)與所述控制單元(13)相互 協(xié)作，使得能夠產(chǎn)生控制信號以使所述血液泵和/或所述透析液泵以所述輸 入的血液流速Q(mào)b和/或透析液流速Q(mào)d來工作。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l到8之一所述的裝置，其特征在于，所述計(jì)算單元 (13，)的設(shè)計(jì)使得如果所述血液流速Q(mào)b增加了 ，那么就充分地減小所述透才斤液流速Q(mào)d，而如果所述血液流速Q(mào)b減小了，那么就充分地增加所述 透析液流速Q(mào)d，以便維持預(yù)定的清除率或透析率，和/或，如果所述透析 液流速Q(mào)d增加了，那么就充分地減小所述血液流速Q(mào)b，而如果所述透析 液流速Q(mào)d減小了 ，那么就充分地增加所述血液流速Q(mào)b,以便維持預(yù)定的 清除率或透析率。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4到9之一所述的裝置，其特征在于，所述預(yù)定清 除率K或透析率D這一方面與所述血液流速Q(mào)b和透析液流速Q(mào)d這另一方面之間的關(guān)系由下述方程來確定'<formula>formula see original document page 4</formula>其中，kOA為系數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，在所述存儲單元(26)中，對于不同類型的透析器存儲有所述系數(shù)kOA的不同的值，這些不同的 值由所述控制單元(13)獲取。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的裝置，其特征在于，所述控制單元(13) 與所述測量單元(21)相互協(xié)作，使得利用所述測量單元所確定的清除率 K或透析率D，對于所述控制單元所預(yù)定的血液流速Q(mào)b和透析液流速Q(mào)d 來計(jì)算所述系數(shù)kOA。
13. 血液處理設(shè)備，具有由半滲透膜分成第 一腔和第二腔的交換單元，所述第 一腔是體外血液 回路的一部分，在該回路中安裝了血液泵，用來以給定的血液流速Q(mào)b泵 浦血液，和/或用來泵浦透析液使其以給定的透析液流速Q(mào)d流過所述交換單元 的第二腔的裝置，和/或用來使替代液以給定替代液流速Q(mào)s輸入所述體外血液回路的裝置，和/或用來以對應(yīng)著所述替代液流速Q(mào)s和給定的超濾流速Q(mào)f之和的液 體流速從所述第一腔經(jīng)所述半滲透膜抽取超濾液并使之進(jìn)入所述第二腔的 裝置，其特征在于，所述血液處理設(shè)備具有根據(jù)權(quán)利要求1到3之一所述的 控制裝置。
14. 血液透析設(shè)備，具有由半滲透膜(2)分成血液腔(3)和透析液腔(4)的透析器(1)， 用來泵浦血液使其以給定的血液流速Q(mào)b通過所述血液腔(3 )的血液泵(6)，用來泵浦透析液使其以給定的透析液流速Q(mào)d通過所述透析液腔 (4)的透析液泵(12)，其特征在于，所^液透析設(shè)備具有根據(jù)權(quán)利要求4到12之一所述的控制裝置。
15. 體外血液處理設(shè)備的控制方法，所述體外血液處理設(shè)備具有由半滲透膜分成笫 一腔和第二腔的交換單元，所述第 一腔是體外血液回路的一部分，在該回路中安裝了血液泵，用來以給定的血液流速Q(mào)b泵 浦血液，和/或用來泵浦透析液使其以給定的透析液流速Q(mào)d流過所述交換單元 的第二腔的裝置，和/或用來使替代液以給定替代液流速Q(mào)s輸入所述體外血液回路的裝置，和/或用來以對應(yīng)著所述替代液流速Q(mào)s和給定的超濾流速Q(mào)f之和的液 體流速從所述第一腔經(jīng)所述半滲透膜抽取超濾液并使之進(jìn)入所述第二腔的 裝置，所述方法具有下述步驟 存儲預(yù)定的清除率K或透析率D，對于血液流速Q(mào)b、透析液流速Q(mào)d、超濾液流速Q(mào)f和替4戈液流速Q(mào)s 所構(gòu)成的一組流速中的一個(gè)預(yù)定流速，只基于清除率K或透析率D對各所 述流速的預(yù)定依賴關(guān)系來計(jì)算血液流速Q(mào)b、透析液流速Q(mào)d、超濾液流速 Qf和替代液流速Q(mào)s所構(gòu)成的一組流速中的至少一個(gè)無論哪個(gè)其它流速， 其中，在所述依賴關(guān)系中維持所述預(yù)定的清除率K或透析率D不變。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，如果至少一個(gè)所述預(yù) 定流速發(fā)生了變化，那么，對所述血液處理所用時(shí)間中的至少一部分時(shí)間 連續(xù)地計(jì)算血液流速Q(mào)b、透析液流速Q(mào)d、超濾液流速Q(mào)f和替代液流速 Qs所構(gòu)成的一組流速中的至少一個(gè)無論哪個(gè)其它流速。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，設(shè)置血液流速Q(mào)b、 透析液流速Q(mào)d、超濾液流速Q(mào)f和替代液流速Q(mào)s所構(gòu)成的一組流速中的 至少一個(gè)計(jì)算出來的流速。
18. 血液透析設(shè)備的控制方法，所述血液透析設(shè)備具有 由半滲透膜分成血液腔和透析液腔的透析器，以及 用來泵浦血液使其以給定的血液流速Q(mào)b通過所述血液腔的血液泵，用來泵浦透析液使其以給定的透析液流速Q(mào)d通過所述透析液腔的透析液 泵，所述方法具有下述步驟 存儲預(yù)定的清除率K或透析率D，對于預(yù)定的血液流速Q(mào)b，只基于清除率或透析率對所述血液流速和透 析液流速的預(yù)定依賴關(guān)系來確定所述透析液流速Q(mào)d，使預(yù)定的清除率K 或透析率D在所述預(yù)定的血液流速Q(mào)b和在這樣確定的透析液流速Q(mào)d下 得以保持不變，和/或?qū)τ陬A(yù)定的透析液流速Q(mào)d,只基于清除率或透析率對所述血液流速和 透析液流速的預(yù)定依賴關(guān)系來確定所述血液流速Q(mào)b,使預(yù)定的清除率K 或透析率D在所述預(yù)定的透析液流速Q(mào)d和在這樣確定的血液流速Q(mào)b下 得以保持不變。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，如果預(yù)定的所述透析 液流速Q(mào)d或血液流速Q(mào)b發(fā)生了變化，那么，對所述血液處理所用時(shí)間 中的至少一部分時(shí)間連續(xù)地計(jì)算所述血液流速Q(mào)b或透析液流速Q(mào)d。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的方法，其特征在于，設(shè)置所確定的 透析液流速Q(mào)d或血液流速Q(mào)b。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18到20之一所述的方法，其特征在于，輸入希望 的清除率K或透析率D，所輸入的清除率或透析率就是預(yù)定的清除率或透 析率。
22. 根據(jù)權(quán)利要求18到21之一所述的方法，其特征在于，輸入希望 的血液流速Q(mào)b和/或透析液流速Q(mào)d，所述血液泵或透析液泵以某個(gè)泵浦 速率工作，從而建立起所輸入的血液流速或透析液流速。
23. 根據(jù)權(quán)利要求18到22之一所述的方法，其特征在于，如果所述 血液流速Q(mào)b增加了，那么就充分地減小所述透析液流速Q(mào)d，而如果所述 血液流速Q(mào)b減小了，那么就充分地增加所述透析液流速Q(mào)d，以便維持預(yù) 定的清除率K或透析率D，和/或，如果所述透析液流速Q(mào)d增加了 ，那么 就充分地減小所述血液流速Q(mào)b，而如果所述透析液流速Q(mào)d減小了，那么 就充分地增加所述血液流速Q(mào)b，以便維持預(yù)定的清除率或透析率。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定清除率K或透析率D這一方面與所述血液流速Q(mào)b和透析液流速Q(mào)d這另一方面之間的關(guān)系由下述方程來確定' g"W、l一exp脂」e柳gd - 2& exp其中，kOA為系數(shù)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，從所述存儲單元中，為不同類型的透析器讀出所述系數(shù)kOA的不同的值。
26. 4艮據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，在預(yù)定的血液流速Q(mào)b和預(yù)定的透析液流速Q(mào)d下測量所述清除率K或透析率D，并計(jì)算所述系數(shù)kOA。
27. 用于體外血液處理設(shè)備的控制裝置的計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品，其特征在于，當(dāng)所述軟件操作所述控制裝置時(shí)，執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求18到26之一所述的方法步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于體外血液處理設(shè)備，尤其是血液透析設(shè)備的控制裝置和控制方法，該血液透析設(shè)備具有由半滲透膜(2)分成血液腔(3)和透析液腔(4)的透析器(1)，并具有用來將血液以給定的血液流速Q(mào)b傳送通過所述血液腔(3)的血液泵(6)，用來傳送透析液使其以給定的透析液流速Q(mào)d通過所述透析液腔(4)的透析液泵(12)。根據(jù)本發(fā)明的用于血液透析設(shè)備的該控制裝置和控制方法是基于這樣的事實(shí)，在血液處理的每種預(yù)定的情況中，對于不同的血液流速，確定透析液流速，使得不同血液流速的預(yù)定清除率或透析率得以保持，和/或?qū)τ谘禾幚淼拿糠N預(yù)定的情況中的不同的透析液流速，確定血液流速，使得預(yù)定的清除率或透析率得以保持。在血液處理期間，例如血液流速的減小，導(dǎo)致透析液流速的增加，使得仍然能夠達(dá)到希望的清除率。根據(jù)本發(fā)明的控制裝置和控制方法，還用于血液透析過濾設(shè)備，其中，除了血液和透析液流速，還要考慮超濾流速和替換液流速。
文檔編號A61M1/16GK101466419SQ200780021259
公開日2009年6月24日 申請日期2007年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月8日
發(fā)明者J·約納斯, P·希爾格斯 申請人:弗雷澤紐斯醫(yī)療保健德國有限公司