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JP2556701B2 - 限外濾過量及び透析液濃度測定装置 - Google Patents

限外濾過量及び透析液濃度測定装置

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JP2556701B2
JP2556701B2 JP62120846A JP12084687A JP2556701B2 JP 2556701 B2 JP2556701 B2 JP 2556701B2 JP 62120846 A JP62120846 A JP 62120846A JP 12084687 A JP12084687 A JP 12084687A JP 2556701 B2 JP2556701 B2 JP 2556701B2
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JP
Japan
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measuring unit
amount
inflow
dialysate
ultrafiltration
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JP62120846A
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喜代一 浅野
文隆 浅野
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GURAMU KK
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    • A61M1/00Suction or pumping devices for medical purposes; Devices for carrying-off, for treatment of, or for carrying-over, body-liquids; Drainage systems
    • A61M1/14Dialysis systems; Artificial kidneys; Blood oxygenators ; Reciprocating systems for treatment of body fluids, e.g. single needle systems for hemofiltration or pheresis
    • A61M1/16Dialysis systems; Artificial kidneys; Blood oxygenators ; Reciprocating systems for treatment of body fluids, e.g. single needle systems for hemofiltration or pheresis with membranes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、主として血液透析に際し、超音波を利用し
て限外濾過量と透析液の濃度を測定することができる限
外濾過量及び透析液濃度測定装置に関するものである。
〔従来の技術〕
近年血液透析においては、血液透析器が高性能化する
に伴い、限外濾過量、即ち、血液からの水分除去量を自
動的に制御する必要があり、そのための測定技術は不可
欠なものとなっている。然るに、毎分500mlで流入する
透析液に対し、排出側に増加する限外濾過量は500mlの
数%以下という少量であるため、その測定精度は、500m
lに対し0.1%以下である必要がある。
従来限外濾過量の測定方法としては、主として次の3
つの方法が実用化されているが、それぞれに欠点があ
る。その1つは定容室を、移動する隔壁で2つに分離し
たものを2組用意し、血液透析器への流入量と流出量が
同じになるよう切換弁を動かし、限外濾過は別の手段で
強制的に行なう方法である。この方法は精度は高いが、
システムが複雑で高価な部品を多く必要とする。また、
切換弁の動作が頻繁で消耗しやすく、この切換弁の消耗
により精度が大きく低下するが、精度の低下を知ること
は困難という欠点がある。
第2の方法は、血液透析器の流入回路と流出回路を一
時閉鎖し、トランスメンブレン圧と限外濾過量を計測
し、その関係から、閉鎖していない大半の時間の限外濾
過量をトランスメンブレン圧から推定し、計算する方法
である。この方法は簡単な構成で限外濾過量を計測でき
るが、高性能な血液透析器や、特殊な血液透析器を用い
ると精度が低下する欠点がある。また、閉鎖時の条件と
計算時の条件は種々異なり、時間的にも条件が変化する
ため、測定値の信頼性は低い。
第3の方法は、血液透析器への流入量と流出量を直接
流量計で計測し、その流量差より限外濾過量を求める方
法である。この方法は基本的なものであるが、使用に耐
えられる精度の流量計の入手が難しい事と、流出側は汚
れがひどく、長期間精度を維持できないため、実用化さ
れている例は少ない。精度の悪い流量計を切り換えて使
用する例(特公昭59−10227)もあるが、流入回路と流
出回路を共用しているため、汚染や消毒の点で問題があ
る。
一方、透析液の濃度を知る方法としては、液の電気伝
導度を金属又は炭素の電極を用いて電気的に計測するの
が一般的である。しかし、近年は患者に与える悪影響の
少ない重炭酸塩系の透析液を使用することが多く、この
透析液は、何らかの原因で組成のバランスがくずれる
と、電気的に絶縁物である炭酸塩が電極表面に析出して
しまう欠点がある。このことは、透析液の濃度制御がう
まくいかず、しかも濃度異常に対する警報も出ない場合
があることを意味する。このような異常な濃度の透析液
は、患者に対して極めて危険である。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の限外濾過量測定方法及び透析液濃度測定方法
は、それぞれ上述したような欠点があるため実用に適さ
ない。そこで本発明は、それらの欠点を除去すべくなさ
れたものであって、高価な部品や消耗部分がなく、簡単
な構成にて、透析液の流入量と流出量を直接測定して連
続的に限外濾過量を知ることができ、種々の条件下にお
いても測定精度が低下せず、しかも全体的にコンパクト
に構成できる限外濾過量測定装置を提供することを課題
とする。
また、本発明は、限外濾過量測定装置と同一の構成で
あって、炭酸塩が析出しても影響を受けず、安全に使用
できる透析液濃度測定装置を提供することを課題とす
る。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、下端部に流入回路を有していて上端部が透
析器の入口側に連結される流入量測定部と、下端部が前
記透析器の出口側に連結されていて上端部に排出回路を
有する前記流入量測定部と同じ長さの流出量測定部とを
並設し、前記流入量測定部と流出量測定部の上部にそれ
ぞれ超音波振動子を設置し、また、前記流入量測定部と
流出量測定部の下端部を反射器で連結して成り、前記反
射器は、前記流入量測定部と流出量測定部の一方の測定
部から出た超音波を他方の測定部に逆方向に進行するよ
うに導く反射面を有すると共に、その反斜面に、透析液
を通さず、超音波を通過させる分離壁を定着したことを
特徴とする限外濾過量及び透析液濃度測定装置、を以て
上記課題を解決した。
〔作 用〕
超音波流量計で透析液の流量を計測すると、液の温度
や濃度により超音波の伝播速度が換わり、影響を受け
る。この変化量は、目的とする限外濾過量と比べ数千倍
も大きなものである。そこで本発明で、液温度や濃度の
影響を受けず、透析液の流入流量と流出流量を打ち消す
よう構成し、限外濾過量のみを測定できるようにしてあ
る。
先ず、本発明において利用する超音波による流量測定
法の原理を第1図によって説明すると、測定すべき液
は、流入回路1より流量測定部3を流速v6で通過し、流
出回路2より出ていく。この時超音波振動子4より超音
波を出すと、流量測定部3における伝播速度V7は、静止
した液中を超音波が伝播する速度をVとすると、(1)
式で得られる。
V7=V+v6 …(7) (1)式より、超音波が振動子4より振動子5まで伝
播する時間T4は、流量測定部の距離をl3とすると
(2)式となる。
同様にして、超音波が振動子5から振動子4に伝播す
る時間T5は、(3)式となる。
(2)と(3)式より、T5とT4の時間差ΔT
を求めると、(4)式となる。
(4)式よりΔTを計測すれば、l3とVは既知である
ところから、液の流速v6が分る。更に、測定部断面とv6
より、液の流量も知ることができる。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例を第2図によって説明する。そ
こに示されたものは、反射器25の反射角を180度に設定
したもので、その場合が最もコンパクトで、且つ、気泡
が通過しやすい構成となる。即ち、反射器25の反射角
は、使用目的と構成態様とによって任意に選定できる
が、流入量測定部15と流出量測定部16の開度(図では0
度)が拡がれば拡がる程、大きな構成となり、扱いにく
くなっていく(測定精度を出すためには、測定管にある
程度の長さが要求される。)。また、透析液中には微小
な気泡が含まれているが、図示した構成の場合透析液
は、各測定部を下から上へ通流するので、気泡も各測定
部をスムーズに通過することができる。
透析液は、流入回路14より流入量測定部15を流速v15
で通過し、血液透析器入口12より血液透析器11内に入
り、透析器11内で血液より老廃物と水分の除去、つまり
限外濾過を行ない、その分増加した透析液が血液透析器
出口13を出て、流出量測定部16を下方から流速v16で通
過し、排出回路17より出ていく。
流入量測定部15と流出量測定部16は、それぞれ上部に
超音波振動子19、20を備えている。また、それらの下部
は、超音波のみ透過し透析液は通さない分離壁18で離隔
され、両測定部間の液体通流が阻止されていて、超音波
振動子19、20から出た超音波のみが、この分離壁18を透
過して反射器25で反射し、各々反対側の測定部に導かれ
るように構成される。分離壁18の素材としては、透析液
と分離壁18の境界面での超音波の損失をできるだけ少な
くするという意味において、固着音響インピーダンス、
即ち、素材の密度と伝播速度の積が、透析液に近いもの
を選択する。具体的には、医療用シリコン樹脂やウレタ
ン樹脂等が採用される。金属であっても、チタン箔のよ
うに密度が小さくても薄いものであれば利用可能であ
る。また、反射器25の素材としては、超音波の入射する
角度で全反射する物質であれば何でもよく、具体的に
は、透析液より音速の速いステンレス鋼、アルミ材等の
金属や、アクリル等の樹脂を採用しうる。
流入量測定部15と流出量測定部16は、流量に対する流
速が同じになるように、測定部の流路断面を等しくす
る。更に、流入と流出の流れの方向を反射器に対して対
称にし、各測定部の距離l15とl16を等しくして、流入量
と流出量が超音波の伝播速度を与える影響を打ち消し合
うようにする。以上の構成において、超音波の両方向の
伝播時間の差を計測すれば、流入量測定部15と流出量測
定部16の流速の差が分り、更に、測定部の流路断面よ
り、流量の差を知ることができる。つまり限外濾過量を
測定できる。上記構成における血液透析の条件では、液
の温度や濃度の変化幅が小さく、影響は無視できる。
次に、上記構成において、限外濾過量を算出する方法
を具体的に説明する。超音波を超音波振動子19より送り
出し、流入液が静止している場合の超音波の伝播速度を
VSとすると、流入量測定部15の超音波の伝播速度V
21は、VSに対し液の流速v15を減じて、(5)式とな
る。
V21=VS−v15 …(5) 流入量測定部15の距離をl15とすれば、超音波の流入
量測定部15を通過する伝播時間TF15は、(6)式とな
る。
また、流出量計測部16における超音波の伝播速度V23
は、上記VSと、流入量測定部15に対する流出量測定部16
の液温や濃度の差によって生じる伝播速度の差を±ΔVS
とすると、流出量測定部16を通過する伝播時間TF16は、
(6)式と同様にして(7)式となる。
分離壁18を透過する時間をTF18とすると、超音波が振
動子19から振動子20に達するまでの時間TFは(8)式と
なる。
TF=TF15+TF18+TF16 …(8) 逆に、超音波振動子20から振動子19の方向に超音波を
伝播させた場合の流出量測定部16における伝播時間TR16
は、(9)式となる。
同様に流入量測定部15における伝播時間TR15は、(1
0)式となる。
超音波が、振動子20から振動子19に到達する時間TR
(11)式となる。
TR=TR16+TR18+TR15 …(11) 以上の(8)と(11)式より超音波の伝播時間の差Δ
Tを求めると、TF18とTR18は等しいので打ち消し合い、
(12)式となる。
ΔT=TR−TF=TR16+TR15−(TF15+TF16) …(12) 限外濾過量によって流出量測定部16において増加した
流速をΔvとすれば、v16=v15+Δvとなり、これを
(7),(9)式に代入し、それらを更に(12)式に代
入する。(12)式に(6)、(10)式も代入すると(1
3)式となる。
l15とl16は等しいので、共にlとしてまとめると(1
4)式となる。
(14)式において±ΔVSとΔvとv15は、VSに比べ小
さいので、分母内の項を無視すれば(15)式なる。
以上よりΔTを測定すれば、(15)式より限外濾過に
より増加した流速Δvが分り、流量測定部の断面積より
限外濾過量を知ることができる。このことは、透析液の
如く使用温度範囲が狭く、流入液と流出液の温度や濃度
の差が小さいという条件の下では、全体の流量に対して
極めて少ない限外濾過量を簡単な構成で高精度に測定で
きることを示している。なお、超音波の伝播時間の測定
は、通常の超音波の伝播時間の測定法であるシングアラ
ウンド法やPLL法で行ない、測定した時間差より、マイ
クロコンピュータを用いて気泡の混入等による異常デー
タの除去と、オフセットの打ち消しを行ない、より高精
度な限外濾過量を求めている。
続いて、透析液濃度の測定方法につき説明する。上述
した構成及び構造において超音波の伝播速度の絶対値
は、限外濾過量の測定において知ることができる。ま
た、透析液の温度は、透析用の装置であれば必ず必要な
ものであるので、容易に知ることができる。これらのデ
ータから超音波の伝播速度と、液温度と、液の濃度の関
係より、濃度を算出することができる。透析液の如く使
用温度範囲が狭い場合でも、伝播速度と温度と濃度の関
係は非線型ではあるが、マイクロコンピュータを用いれ
ば容易に濃度を計算することができる。
よって上述した限外濾過量測定装置に、何らの構成も
付加することなく、信頼性の高い透析液濃度測定装置を
構成できる。
更に本発明は、炭酸塩の析出による影響を受けないた
め、動作不良の虞れがなく、安全性が高く、限外濾過量
測定装置と並用すれば、きわめて安価に透析液濃度測定
装置が得られる。
なお、本発明は血液透析に関してのみ利用できるとい
う訳ではなく、その他種々の流体の流量変化、濃度変化
等の測定にも応用できるこというまでもない。
〔発明の効果〕
本発明は上述した通りであるので、コンパクトに構成
でき、汚れや使用条件に影響されず、可動部や消耗部分
がなく、安全で信頼性の高い限外濾過量測定装置を安価
に供給しうるものである。また、限外濾過量測定装置と
同一の構成にて、炭酸塩の析出による影響を受けず、動
作不良の虞れがなく、安全性も高い透析液濃度測定装置
その他の装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は超音波流量計の概略構成図、第2図は本発明の
実施例を示す概略構成図である。 符号の説明 11……血液透析器 14……流入回路 15……流入量測定部 16……流出量測定部 17……排出回路 18……分離壁 19、20……超音波振動子 25……反射器

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下端部に流入回路を有していて上端部が透
    析器の入口側に連結される流入量測定部と、下端部が前
    記透析器の出口側に連結されていて上端部に排出回路を
    有する前記流入量測定部と同じ長さの流出量測定部とを
    並設し、前記流入量測定部と流出量測定部の上部にそれ
    ぞれ超音波振動子を設置し、また、前記流入量測定部と
    流出量測定部の下端部を反射器で連結して成り、前記反
    射器は、前記流入量測定部と流出量測定部の一方の測定
    部から出た超音波を他方の測定部に逆方向に進行するよ
    うに導く反射面を有すると共に、その反射面に、透析液
    を通さず、超音波を通過させる分離壁を定着したことを
    特徴とする限外濾過量及び透析液濃度測定装置。
JP62120846A 1987-05-18 1987-05-18 限外濾過量及び透析液濃度測定装置 Expired - Lifetime JP2556701B2 (ja)

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