本發明涉及用于識別通過透析器的液體流動方向的設備和方法,所述透析器具有由半透膜相互隔開的被血液流過的血液室和被透析液流過的透析液室。此外,本發明涉及帶有體外血液循環和液體系統的血液處理設備,所述體外血液循環包含由半透膜分為血液室和透析液室的透析器的血液室,所述液體系統包含所述透析器的透析液室,其中,體外血液處理設備具有用于識別通過透析器的液體流動方向的設備。
背景技術:
已知不同類型的血液處理設備。對于已知的血液處理設備,例如包括用于血液透析、血液過濾和血液透析過濾的血液處理設備。在血液處理期間,患者的血液在體外血液循環中流過血液處理單元。在用于血液透析、血液過濾和血液透析過濾的設備的情況中,血液處理單元是由半透膜分為血液室和透析液室的透析器或過濾器。在血液處理期間,血液流過血液室,而透析液流過透析液室。有效的血液處理的前提條件是血液和透析液沿透析器或過濾器的半透膜在相反的方向上流動。在流動方向相同時血液處理效果更低。因此,在實踐中透析器或過濾器不以同向流動而是以反向流動運行。不過,在個別情況下也可能希望降低的透析效果,例如為避免失衡綜合征。因而在透析效果不由于血液流量或透析液流量的改變而降低時可進行在反向流動中的運行。而且,在透析器存在問題(阻塞)時,也可有利地以同向流動連接。此外,在帶有包括擴散和對流的物質交換的組合的處理(血液透析過濾)的情況下,通過以同向流動運行也存在限制物質交換的擴散份額的可能性。
已知可用于表示透析器的工作能力和/或透析處理的有效性的不同的物理量和/或化學量。用于說明透析處理的有效性的一個已知的量是清除率K。物質的清除率K是通過透析器的總流動的完全不含所涉及的物質的部分流動。對于透析處理的有效性,所謂的透析劑量KT/V具有重要意義,所述透析劑量KT/V定義為對于尿素的清除率K和透析處理的有效處理時間T的乘積與對于尿素的患者的分配體積V的商。
用于在體外血液處理期間測量清除率的方法和設備從DE 39 38 662 A1(US 5,100,554)和DE 197 47 360 A1(US 6 156 002)中已知。清除率的確定基于在兩個不同的透析液離子濃度的情況下對于電解質傳遞的測量。從文獻中已知,清除率取決于透析液流量。清除率也取決于血液流量,其中,具體而言僅有效的血清流動(血清和細胞內液)是關鍵的。
已知的透析設備允許手動調節不同的透析液流速,例如300、500和800ml/min。為實現高的清除率,基本上在血液流量更高時要求更高的已用透析液流量。
血液處理設備的透析器或過濾器是與透析設備的液體系統連接的可更換的單元。已知的血液處理設備的液體系統包括管道系統,所述管道系統帶有第一和第二管道部分以用于連接透析器。為將透析器連接到液體系統,將第一管道部分與透析器的透析液室的入口連接且將第二管道部分與透析器的透析液室的出口連接。
透析器和血液處理設備的制造商設置待與入口和出口連接的管道部分在血液側和已用透析液側上的顏色編碼,以便于使用者進行同向流動或反向流動的連接。此顏色編碼當然在所有的制造商的情況中并非統一。因此,存在將連接混淆的風險。這在下文中稱為不正常連接。同樣適用于流動方向的自動換向,例如通過設置在體外血液循環內的用于流動換向的裝置的切換或通過血液泵的輸送方向的切換,因為在此也可能出現錯誤的連接。
當透析器不以同向流動而以反向流動運行時,對于患者的血液處理的有效性可能不充分。這特別地在透析器的不正常連接未被覺察的情況下更成問題。因而存在的風險是患者以帶有不充分的有效性的持續時間被處理。
連接的接反對于使用者是可容易地識別的。在以同向流動而非反向流動運行的運行中出現的效果的降低不可考慮作為同向流動的指示,因為透析效果的降低也可能由于另外的因素引起,例如由于透析器的阻塞或血管入口內的再循環,且在實踐中缺乏對于透析效果的期望值的可用參考值。
DE 10 2010 032 980 A1描述了用于識別通過透析器的液體流動方向的設備,所述設備基于物理和/或化學特性的改變,例如流入到透析器的血液室內的液體的物質濃度,且基于對從透析器的血液室流出的液體的物理和/或化學特性的改變的測量。由于透析器的血液室上游的物理和/或化學特性的改變導致的血液室下游的液體的物理和/或化學特性的改變在通過血液室的液體流動方向換向之前和之后被測量。
從WO 2012/159734 A1中已知用于識別體外血液處理設備的運行狀態的設備,所述設備具有用于測量透析效果(清除率)的測量單元。清除率的測量基于在由使用者預先給定的、例如血液流量和透析液流量的透析條件下的新鮮的透析液的特性改變和在已用透析液中進行的反應。
從WO 2012/159734 A1中也已知,根據作為透析器的效果的特征量的質量傳遞系數K0A、已用透析液流量Qd和血液流量Qb計算出清除率。根據WO 2012/159734A1,描述清除率與已用透析液流速的相關性的此關系式對于以同向流動和反向流動的運行是已知的。不過,在實踐中質量傳遞系數不可知。通常在透析設備上不進行對于制造參數的告知。即便在透析器的質量傳遞系數K0A已知時,但是有效質量傳遞系數K0A是與處理有關的,其中涉及血液參數和患者參數。
在WO 2012/159734 A1中也將為以同向流動而非反向流動的透析器運行描述為錯誤的運行狀態。在300ml/min的血液流量和500ml/min的已用透析液流量的情況下,在使用已知的透析器時當透析器不以反向流動而以同向流動運行時,清除率例如降低32%。當所測量到的清除率和對于反向流動所期望的清除率之間的偏差處于對于同向流動所期望的范圍內時,可估計到透析器的聯接的接反可能是故障的原因。不過,僅在清除率降低時不能斷定以同向流動的運行,因為清除率的降低也可能由于在血管開口內的再循環或另外的原因導致。
技術實現要素:
本發明所要解決的技術問題是給出用于識別通過透析器的液體流動方向的設備和方法,以可檢驗透析器是處于同向流動還是反向流動運行。
本發明所要解決的技術問題此外在于提供一種體外血液處理設備,以所述體外血液處理設備提高了在透析時的安全性。
本發明的此技術問題的解決方案根據本發明以獨立權利要求的特征實現。本發明的有利的實施形式是從屬權利要求的對象。
本發明的第一方面在于,為識別通過透析器的液體流動方向,測量清除率或表征清除率的量,且將測量到的清除率或測量到的表征清除率的量與預先給定的極限值進行比較,其中,如果清除率或表征清除率的量大于預先給定的極限值,則斷定通過血液室的血液的流動方向和通過透析液室的透析液的流動方向為反向流動。此方面基于如下認知,即在實踐中在透析器以同向流動運行的血液處理中,不再能實現處于特定的極限值以上的清除率值。因此,對于預先給定的極限值以上的清除率值可立即斷定是反向流動的運行。因此,可立即識別是否實際設定的是在實踐中主要使用的以反向流動的透析器運行。由此,提高了血液處理的安全性。為一個特定的范圍,即對于在實踐中會出現的透析液流量和/或血液流量的變化確定預先給定的極限值。在此,也可考慮在實踐中使用的透析器的質量傳遞系數。
根據本發明的設備具有用于測量清除率或表征清除率的量的測量單元,以及用于比較所測量到的清除率與預先給定的極限值的比較的評估和計算單元。測量單元以及評估和計算單元可形成獨立的單元或也可以是血液處理設備的測量裝置和/或中央控制單元和/或計算和評估單元(微處理器)的組成部分。
本發明的第二方面在于為識別流動方向而測量清除率或表征清除率的量且改變透析液的流速。為此,根據本發明的設備具有用于在透析液流速改變之前和之后測量清除率或表征清除率的量的測量單元和用于將通過透析器的透析液室的透析液的流速改變預先給定的量值的控制單元。
根據本發明的設備和根據本發明的方法根據本發明的第二方面基于將所測量到的清除率或表征清除率的量的改變與對于透析器以反向流動或同向流動的運行所計算出的清除率或表征清除率的量的改變的期望值進行比較。如果清除率或表征清除率的量的改變的測量值與對于同向流動的運行相比更接近對于反向流動的運行的清除率或表征清除率的量的改變的期望值,則斷定透析器實際以反向流動運行,而如果清除率或表征清除率的量的改變的測量值與對于反向流動的運行相比更接近對于同向流動的運行的清除率或表征清除率的量的改變的期望值,則斷定透析器實際以同向流動運行。根據第二方面,本發明基于如下認知,即在透析液流速改變時清除率的相對改變的量值在同向流動時總是大于在反向流動時。
對于本發明不關鍵的是清除率的實際測量值。為此可使用全部從現有技術中已知的方法。在此方面,如果由測量到的量計算清除率,則清除率的測量也理解為清除率的確定。
根據本發明的設備的計算和評估單元構造為:根據由于將透析液流速改變以預先給定的量值導致的清除率的改變或表征清除率的量的改變,斷定血液流過血液室的方向和透析液流過透析液室的方向為同向流動還是反向流動。
本發明的優選的實施形式建議:基于描述清除率或表征清除率的量與透析液流速的相關性的關系式,對于透析液的反向流動和同向流動計算由于透析液流速的改變所導致的清除率或表征清除率的量的期望的改變的量值,且根據透析液流速改變之前和之后測量到的清除率或表征清除率的量計算清除率或表征清除率的量的實際改變的量值。基于清除率或表征清除率的量的實際改變的量值與對于反向流動和同向流動的清除率或表征清除率的量的改變的期望值的比較,斷定流動為反向流動還是同向流動。對于清除率的實際改變的量值和計算出的改變的量值的比較,可使用不同的評估方法。
在優選的實施形式中,計算清除率或表征清除率的量的實際改變的量值和對于反向流動的清除率或表征清除率的量的改變的期望值之間的差的量值,和計算清除率或表征清除率的量的實際改變的量值和對于同向流動的清除率或表征清除率的量的改變的期望值之間的差的量值。如果對于同向流動的差的量值小于對于反向流動的差的量值則斷定流動以同向流動進行,而如果對于反向流動的差的量值小于對于同向流動的差的量值則斷定流動以反向流動進行。因此,檢驗測量到的清除率的改變是更接近同向流動運行還是反向流動運行的期望值。
用于測量清除率或表征清除率的量的測量單元優選地具有用于改變流入到透析液室內的透析液的物理和/或化學特性的裝置和用于測量從透析液室流出的透析液的物理和/或化學特性的裝置。物理和/或化學特性優選地是透析液內的物質的濃度,其中,用于測量物理和/或化學特性的裝置是用于測量物質濃度的裝置。為識別透析器的流動通過方向,基本上不重要的是改變哪個物理和/或化學特性。優選地,改變Na濃度。
物質量的改變可容易地在體外血液處理設備的已用透析液準備中進行。對物質濃度的測量可使用已知的傳感器進行,所述傳感器在已知的血液處理設備中一般地總是存在。因此,根據本發明的方法和根據本發明的設備可容易地實施到已知的血液處理設備內。
作為改變物質濃度的替代,也可使用測量單元測量清除率,所述測量單元測量表征清除率的量,例如可處于UV范圍、可見光范圍或IR范圍內的電磁輻射在血液內的吸收。
另外的優選的實施形式建議計算和評估單元在確定流動方向后產成指示以反向流動的運行狀態還是與同向流動的運行狀態的信號(數據)。此信號(數據)可傳遞到外部單元處。在特別優選的實施形式中,信號傳遞到顯示運行狀態的顯示單元處。但信號也可以是控制信號,所述控制信號由血液處理設備的中央控制單元接收,以對于機器控制進行干預。對于機器控制的干預可以是阻止血液處理的執行。由此保證血液處理僅在透析器的正常連接時才可能進行。但也可作為對于機器控制的干預將流動方向換向,使得透析器然后正常運行。信號也可以是警報信號,以在透析器錯誤連接時給出警報。
本發明的第一和第二方面可用作檢驗流動方向的獨立標準,或可組合地使用。優選地,對于檢驗流動方向將兩個方面相互組合。首先,可根據第一方面檢驗清除率是否處于預先給定的極限值以上。當情況為是時,可取消根據第二方面的檢驗。但根據第二方面的檢驗可用于驗證根據第一方面的檢驗,或反之。
附圖說明
在下文中通過參考附圖詳細解釋本發明的實施例。
各圖為:
圖1以明顯簡化的示意性圖示出體外血液處理設備的關鍵部件,和
圖2示出了在透析器以同向流動和反向流動運行時在透析液流速改變時的清除率的相對改變。
具體實施方式
圖1以明顯簡化的示意性圖僅示出對于本發明關鍵的體外血液處理設備的部件。在本實施例中,用于識別通過體外血液處理設備的透析器的液體流動的方向的設備是血液處理設備的組成部分。但用于識別透析器的流動通過方向的設備也可形成獨立的單元。
在本實施例中是血液透析設備的體外血液處理設備具有透析器1,所述透析器1由半透膜2隔成血液室4和透析液室3。血液室4具有第一連接部4A和第二連接部4B,而透析液室3具有第一連接部3A和第二連接部3B。
液體系統具有僅示意性地圖示的裝置5,由所述裝置5由水和濃縮物制成新鮮的透析液。用于準備新鮮的透析液的裝置5允許短期改變特別是提高濃縮物成分,以產生濃縮物膠塊。
用于準備新鮮透析液的裝置5通過第一透析液管道6與透析液室3的第一連接部3A連接。第二透析液管道7從透析液室3的第二連接部3B向流出口9引導,在所述第二透析液管道7中接入透析液泵8。血液處理設備的此部分是透析液系統I。
動脈血管道10從患者向血液室4的第一連接部4A引導,在所述動脈血管道10內接入血液泵11,而靜脈血管道12從血液室4的第二連接部4B發出并返回到患者。血液處理設備的此部分是體外血液循環II。
在體外血液處理期間,透析液室3被透析液流過且血液室4被血液流過。透析液和血液在此沿透析器1的膜2流動。為提高處理的效果,透析器1一般地以反向流動運行。在此,透析液和血液沿膜在相反的方向上流動。但透析器原則上也可以同向流動運行。
血液處理設備具有中央控制單元13,所述中央控制單元13通過控制導線8’、11’與透析液泵8和血液泵11連接。
第一透析液管道6和第二透析液管道7是軟管管道,透析器1連接在所述軟管管道上。為將軟管管道6、7連接到透析器1的連接部3A、3B上,使用未圖示的連接件,特別是一般地被以顏色編碼的漢森(Hansen)連接器。
在本實施例中作為血液處理設備的組成部分的用于識別透析器1的流動通過方向的設備具有計算和評估單元14,所述計算和評估單元14通過數據導線15與血液處理設備的中央控制單元13連接。但計算和評估單元14也可以是中央控制單元13的組成部分。此外,用于識別流動方向的設備具有用于將透析液流速以預先給定的量值改變的控制單元,所述控制單元在實施例中是血液處理設備的中央控制單元13的組成部分,但也可以是獨立的單元。
透析液系統I可包括用于將流動方向換向的裝置16,所述裝置16具有閥16A、16B、16C、16D。閥優選地是可電磁促動或可氣壓促動的閥,所述閥通過控制導線16A’、16B’、16C’、16D’由血液處理設備的中央控制單元13控制。
第一閥16A布置在第一透析液管道6內,且第二閥16B布置在第二透析液管道7內。在第一閥16A的上游從第一透析液管道6分支出第一管道支管6A,所述第一管道支管6A在第二閥16B的上游通向第二透析液管道7。在第一管道支管6A中接入第三閥16C。在第一管道支管6A的下游從第一透析液管道6分支出第二管道支管6B,所述第二管道支管6B在第二閥16B的下游通向第二透析液管道7。在第二管道支管6B中接入第四閥16D。在此,閥的上游和下游的概念是指當液體流動未被換向時的流動方向。
在正常運行中,透析器1以反向流動運行。為此,中央控制單元13將第一閥16A和第二閥16B打開且將第三閥16C和第四閥16D關閉。因此,第一連接部3A是透析液室3的流入口且第二連接部3B是透析液室3的流出口。為將流動方向換向,控制單元13將第一閥16A和第二閥16B關閉且將第三閥16C和第四閥16D打開。因而,第一連接部3A是透析液室3的流出口且第二連接部3B是透析液室3的流入口。
用于識別透析器的流動通過方向的設備具有用于測量清除率的測量單元,所述測量單元具有用于測量透析液的物理和/或化學特性的裝置。在本實施例中,透析液的物理和/或化學特性是透析液內的物質的濃度,例如鈉濃度。為測量物理和/或化學特性設置了包括第一傳感器17A和第二傳感器17B的裝置17。第一傳感器17A為確定Na濃度測量透析器1的上游的第一透析液管道6內的透析液的電導率,而第二傳感器17B測量透析器1的下游的第二透析液管道7內的透析液的電導率。傳感器17A、17B通過數據導線17A’、17B’與計算和評估單元14連接。
此外設置有顯示單元18A和警報單元18B,所述顯示單元18A和警報單元18B通過數據導線19A和19B與計算和評估單元14連接。顯示單元18A顯示透析器以同向流動或是以反向流動運行。警報單元18B在確定了透析器1的運行不正常時發出警報。
首先,解釋識別透析器的流動通過方向的理論基礎。
在反向流動運行中,在已知已用透析液流量Qd,0和血液(血清)流量Qbw時可從擴散清除率Kdiff,1的第一測量計算出有效透析器參數(質量傳遞系數)K0A(Sargent/Gotch的”Replacement of Renal Function by Dialysis”中的”principlies and Biophysics of Dialysis”):
在反向流動運行中,相應的關系式為:
通過假定在已用透析液流量Qd改變時質量傳遞系數K0A保持恒定,現在在已用透析液流量以ΔQd改變時為同向流動運行和反向流動運行計算擴散清除率的期望值
根據本發明的設備和根據本發明的方法不僅可用于識別血液透析(HD)的流動方向,而且可用于識別血液透析過濾(HDF)的流動方向。對于帶有預稀釋和后稀釋的HDF的處理的情況,從通過測量確定的總清除率Km中抽取清除率的擴散份額。這以如下等式可實現,使得等式(1)至(4)也可用于HDF方法。
在HDF預稀釋時κ=1
在HD及HDF后稀釋時κ=0
Qbw表示血清流量,Qb表示血液流量,Qd表示透析液流量,Qf表示濾液流量,且Qs表示補液流量。
血液透析過濾(HDF)的一般情況在Gross,Maierhofer等人的”Online clearance measurement in high-efficiency hemodiafiltration”(Kidney International(2007)72,1550-1553)中詳細描述。
在已用透析液流量為Qd,0+ΔQd時第二次確定擴散清除率Kdiff,2之后,現在可對于同向流動運行和反向流動運行將擴散清除率的真實改變ΔKdiff=Kdiff,2-Kdiff,1與對于同向流動運行和反向流動運行的期望的改變進行比較。
或
圖2示出,對于血液透析處理(HD),在透析液流速Qd從在透析器1以反向流動運行時↓↑的預先給定的500ml/min的原始的透析液流速Qd和從在透析器1以同向流動運行時↑↑的預先給定的300ml/min的原始的透析液流速Qd改變了-200ml/min、-100ml/min(降低)和+300ml/min(升高)時的清除率的相對改變。在x軸上繪出了在原始透析液流速500ml/min時的清除率K。所確定的清除率K的值處在60ml/min至200ml/min之間。可見,在實踐中的在透析器以同向流動運行的血液處理中,不再達到高于185ml/min的極限值的清除率值。此外可見,在透析液流速改變時清除率的相對改變的量值在以同向流動運行時總是比在以反向流動運行時更大。
對于典型地用于血液透析的帶有300至1200ml/min的質量傳遞系數K0A的透析器,即使在同向流動中在透析液流速Qb改變前也期望至少150ml/min的清除率。因此,在本示例中在透析液流速Qb改變-200或+300ml/min(到300或800ml/min)時,同向流動和反向流動之間的清除率改變的差在基于電導率的清除率確定的誤差范圍之外。
中央控制單元13以及計算和評估單元14構造為執行根據本發明的用于識別流動方向的方法的各個方法步驟。
在實施例中從透析器1應以反向流動運行出發。反向流動運行因此是正常運行。應在本實施例中檢驗所述正常運行。
在對于血液處理預先給定的確定的血液流速Qb和確定的透析液流速Qd,0的情況下,測量單元測量擴散清除率Kdiff,1。為此,通過在用于在透析液循環I中在透析器上游處提供新鮮的透析液的裝置5內的濃度成分的短期改變產生濃度膠塊,所述濃度膠塊以測量單元的在透析器1的上游和下游的傳感器17A和17B被測量。如果膠塊的尺寸已知,則透析器1的上游的傳感器17A也可取消。測量單元然后由所獲得的測量值計算清除率Kdiff,1。由測量值計算清除率屬于現有技術(DE 39 38 662 A1,DE 197 47 360 A1)。
首先,計算和評估單元14將測量的清除率Kdiff,1與處于160ml/min以上、優選地處于175ml/min以上、特別地優選地處于185ml/min以上的預先給定的值進行比較。如果清除率Kdiff,1處于極限值以上,則計算和評估單元14斷定以同向流動的運行,因為如此的高的值對于不以同向流動的運行無法實現,但這在隨后可再次檢驗。否則,斷定是同向流動運行,這也可再次檢驗。
透析液流速Qd現在被以預先給定的量值改變,即升高或降低透析液流速Qd,其中血液流速Qb保持不變。在改變透析液流速Qd之后,以測量單元重新測量清除率Kdiff,2。
測量值Kdiff,1和清除率Kdiff,2存儲在未圖示的計算和評估單元14的存儲器內。計算和評估單元14由測量值Kdiff,1和清除率Kdiff,2計算出由于對于透析器1的以同向流動的運行的假定情況在保持血液流量Qb的同時透析液流速Qd以預先給定的量值ΔQd改變到Qd,0+ΔQd而導致的清除率的改變的量值Δ(Kdiff)↓↑:
Δ(Kdiff)↓↑=Kdiff,1-Kdiff,2
在基于在透析液流速Qd改變之前和之后的清除率測量而確定了清除率的改變的量值Δ(Kdiff)↓↑之后對于反向流動的情況和對于同向流動的情況計算清除率改變的期望值(反向流動)、(同向流動)。
為此,首先根據對于反向流動的等式(1)和對于同向流動的等式(2)從先前測量的清除率Kdiff,1、調節的透析液流速Qd,0和血液流速Qb以及血清流量Qbw計算透析器1的質量傳遞系數K0A。
然后,根據以預先給定的量值ΔQd提高到Qd,0+ΔQd的透析液流速、未改變的血液流速Qb、血清流量Qbw和先前確定的質量傳遞系數K0A根據等式(3)計算對于反向流動的在已用透析液流量改變之后的清除率的期望值且根據以預先給定的量值ΔQd提高到Qd0+ΔQd的透析液流速、未改變的血液流速Qb、未改變的血清流量Qbw和先前確定的質量傳遞系數K0A根據等式(4)計算對于同向流動的在已用透析液流量改變之后的清除率的期望值
計算和評估單元14然后計算對于反向流動中在透析液流速改變之后和之前測量到的清除率的清除率期望值之間的差的量值,以對于反向流動確定清除率的期望的改變的量值,且計算對于同向流動中在透析液流速改變之后和之前測量的清除率的清除率期望值之間的差的量值,以對于同向流動確定清除率的期望的改變的量值。
然后,計算和評估單元14對于反向流動的情況計算清除率的測量到的改變和清除率的改變的期望值之間的差的量值,且對于同向流動的情況計算清除率的測量到的改變和清除率的改變的期望值之間的差的量值。
然后將兩個差值相互比較。當對于反向流動的差的量值小于對于同向流動的差的量值時,計算和評估單元14斷定是以反向流動運行,這在本實施例中是希望的運行。而當對于同向流動的差的量值小于對于反向流動的差的量值時,斷定是以同向流動的運行,這在本實施例中不是希望的運行,即是錯誤的狀態。
計算和評估單元14由此產生指示運行狀態的控制信號,所述控制信號被顯示單元18A接收,因此顯示反向流動或是同向流動運行。
當透析器1不正常地連接到透析液管道6、7上時,即當連接接反時,計算和評估單元14產生控制信號,所述控制信號被警報單元18B接收。警報單元18B然后生成警報。此外,計算和評估單元14生成控制信號,所述控制信號被中央控制單元13接收。然后控制單元13進行對于機器控制的干預。此干預可以是中斷血液處理的執行。替代地,可通過操作相應的閥16A至16D將流動方向換向,使得透析器實際上以反向流動運行。