JPH0148966B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は透析器から流出する透析排液の流量
と透析器へ流入する透析液の流量との差を限外
過量として測定する限外過量測定装置に関す
る。

＜従来技術＞ 透析装置は第１図に示すように液供給ライン１
１を通じて透析液が透析器１２へ供給され、透析
器１２からの透析排液は排液ライン１３を通じて
排出される。透析器１２には血液ライン１４を通
じて患者の血液が供給され、透析器１２内で透析
作用により老廃物が除去された血液は血液ライン
１５を通じて患者に戻される。

従来の限外過量測定装置においては液供給ラ
イン１１及び排液ライン１３にそれぞれ流量計１
６及び１７が設けられ、透析器１２に流入する透
析液の流量F_iを流量計１６で測定し測定値V_iを
得、透析器１２から排出される透析排液の流量F_p
を流量計１７で測定し測定値V_pを得、限外過
量としてV_p−V_iを求めていた。

しかしこの従来の限外過量測定装置において
は次のような問題点がある。即ち一般に流量計に
は、測定誤差があり、流量をＦ、流量計の流量セ
ンサ出力信号をＥとすると、Ｅ＝k_F＋E₀という
式が成立する。ここにｋは流量−センサ出力信号
変換係数、E₀はゼロ誤差、つまり流量Ｆがゼロ
の時のセンサ出力信号である。また、流量計出力
値をＶとすると、ＶとＥとの間には、Ｖ＝μ_E＋ε
が成立する。ここにμはセンサ出力信号−流量計
出力値変換係数、εはゼロ誤差、即ちセンサ出力
信号がゼロの場合に出力される流量計出力値であ
る。通常は、この流量計出力値Ｖを最終出力とす
る場合が殆どで、第１図に示した従来の限外過
量測定装置において、流量計１６の出力値V₁は、 V₁＝μ₁E₁＋ε₁＝μ₁（k₁F_i＋E₀₁）＋ε₁ また、流量計１７の出力値V₂は、 V₂＝μ₂E₂＋ε₂＝μ₂（k₂F_p＋E₀₂）＋ε₂ とそれぞれ表わせる。従つて限外過量は V₂−V₁＝μ₂E₂＋ε₂−（μ₁E₁＋ε₁） ＝μ₂（k₂F_p＋E₀₂）＋ε₂ −μ₁（k₁F_i＋E₀₁）−ε₁ ＝（μ₂k₂F_p−μ₁k₁F_i） ＋（μ₂E₀₂−μ₁E₀₁）＋（ε₂−ε₁） ……(1) となる。流量計１６，１７は共に誤差が全くない
ものであるならば、μ₂k₂＝μ₁k₁＝１、E₀₁＝E₀₂＝
ε₂＝ε₁＝０である。しかし現実には必ず誤差が含
まれるため、(1)式を考える上では、正確な測定は
できない。誤差ゼロの場合のセンサ出力信号−流
量計出力値変換係数、流量−センサ出力信号変換
係数をそれぞれμ₀、k₀とすると、μ₁＝μ₀＋Δμ₁、
μ₂＝μ₀＋Δμ₂、k₁＝k₀＋Δk₁、k₂＝k₀＋Δk₂と書
くことができる。これを用いると(1)式は(2)式とな
る。

V₂−V₁＝（μ₀＋Δμ₂）（k₀＋Δk₂）F_p −（μ₀＋Δμ₁）（k₀＋Δk₁）F_i＋C₀ ＝μ₀k₀（F_p−F_i）＋μ₀（Δk₂F_p−Δk₁F_i） ＋k₀（Δμ₂F_p−Δμ₁F_i）＋（Δμ₂Δk₂F_p −Δμ₁Δk₁F_i）＋C₀ ……(2) ただしC₀＝μ₂E₀₂−μ₁E₀₁＋ε₂−ε₁ ここで、μ₀・k₀＝１であり、限外過量の真の
値は第１項のみで、他の項は誤差分である。この
誤差分はΔk₁、Δk₂、Δμ₁、Δμ₂、E₀₁、E₀₂、ε₁、
ε₂の値により決まるが、これは流量計により異
る。例えば、透析器１２に流入する流量（以下入
口側流量と記す）が500ml／min、流量計１６の
誤差が＋１％、透析器１２から流出する流量（以
下出口側流量と記す）が505ml／min、流量計１
７の誤差が−１％と仮定した場合（通常の流量計
の誤差は±１％以上であるものが多い）、流量計
１６の出力値は505ml／minとなり、流量計１７
の出力値は449.95ml／minとなる。従つて実際の
限外過量は５ml／minであるのに対し、測定値
は−5.05ml／minとなり、全く信じられない値と
なる。通常、限外過量の測定は、真の値の±10
％程度の誤差範囲であれば実用上問題ないが、入
口側流量500ml／min、出口側流量505ml／minの
場合、限外過量の測定誤差が±10％以内になる
ためには、（505−500）×±0.1／２＝±0.25ml／
min以上の分解能を有する流量計が必要となる。
これは500ml／min程度の流量の測定に対し誤差
が±0.25／500以下、即ち±0.05％以下という高
い精度ということになり、この様な高精度の流量
計は非現実的である。

つまり、２つの流量計１６，１７を用い、その
出力値の差を限外過量として計測を行う従来技
術においては前記のΔk₁、Δk₂、Δμ₁、Δμ₂、E₀₁、
E₀₂、ε₁、ε₂による誤差分が必ず生じ、正確な限
外過量の測定を行うことは不可能である。

＜発明の概要＞ この発明の目的は流出透析排液の流量と流入透
析液の流量との差から限外過量を測定する装置
において、特に高精度の流量計を用いることな
く、正確に限外過量を測定できるようにしよう
とするものである。

この発明によれば、透析器を用いて透析を行い
限外過量の測定を行う測定モードと、流出透析
排液の測定を行う流量計の特性を較正する較正モ
ードとをモード切替え手段で切替えられるように
構成される。その較正モードに切替えた状態では
流入透析液の測定を行う流量計と、流出透析排液
の測定を行う流量計とに同一流量の液体を流すこ
とができるようにされ、その時のそれぞれの流量
計のセンサ出力信号と、流入透析液の測定を行う
流量計の特性値を用いて、流入透析液を測定する
流量計の特性を基準として流出透析排液の測定を
行う流量計の特性が較正される。

＜実施例＞ 第２図はこの発明による限外過量測定装置の
実施例を示し、第１図と対応する部分には同一符
号を付けてある。この発明においては制御部２１
の制御により限外過量を測定する測定モード
と、流量計１７を較正する較正モードとに切替え
ることができるようにされる。その較正モードに
おいては流量計１６及び１７に同一流量の液体を
同時に流すことができるようにされる。このため
この実施例では流量計１６と透析器１２との間の
液供給ライン１１に切替弁２２が、透析器１２と
流量計１７との間の排液ライン１３に切替弁２３
がそれぞれ挿入され、切替弁２２及び２３間に側
路２４が連結される。

測定モードにおいては液供給ライン１１の透析
液は、流量計１６の流量センサ１６ａ−切替弁２
２のポートａ−ｂ−透析器１２−切替弁２３のポ
ートｂ−ａ−流量計１７の流量センサ１７ａを流
れ、排液ライン１３より排出される。一方、較正
モードにおいては透析液は流量センサ１６ａ−切
替弁２２のポートａ−ｃ−側路２４−切替弁２３
のポートｃ−ａ−流量センサ１７ａを流される。

流量センサ１６ａについては、既に較正済みで
あり、その特性を示す係数k₁、E₀₁が既知である
が、もし未較正の場合は予め、流量Ｆとセンサ出
力信号Ｅについての較正実験で得られたデータを
基に直線回帰を行い、その回帰式を変換式とし、
これにより、求められた係数k₁、E₀₁を用いれば
よい。流量センサ１６ａの出力信号をE₁、流量
をＦとすると前記により E₁＝k₁F＋E₀₁ ……(3) である。また、流量センサ１６ａの出力信号は通
常微少信号であるため、この出力信号E₁を流量
に対応した流量計出力値V₁に変換する必要があ
り、この変換は(3)式のＦをV₁とおいてV₁につい
て解いた式で行う。この変換は流量計１６の信号
処理回路１６ｂで行うが、この信号処理回路１６
ｂでの変換で固有の誤差が生ずるため、一般的に
は、 V₁＝μ₁E₁＋ε₁ ……(4) なる関係となる。

一方、流量センサ１７ａについても、未知であ
るが、固有の流量−センサ出力信号変換式があ
り、これは E₂＝k₂F＋E₀₂ ……(5) と表わせる。この係数k₂及びE₀₂はセンサ固有の
ものであるため、これを補正することは不可能で
ある。しかし流量計１６におけると同様、信号処
理回路１７ｂで流量センサ１７ａの出力信号E₂
を流量計出力値V₂に変換する式は、 V₂＝μ₂E₂＋ε₂ ……(6) と表わされるが、このときの変換係数μ₂及びε₂に
ついては補正が可能である。

そこで較正モードにおいては流量計１６の特性
を基準として流量計１７の特性を次のようにして
較正する。

較正モードでの流量をF_c、流量センサ１６ａ及
び１７ａの出力信号をそれぞれE_c1及びE_c2、流量
計１６及び１７の出力値をそれぞれV_c1及びV_c2、
流量計１７のμについての出力値変換係数をμ_c2
とすると、較正モードでは同一の流量F_cを流すの
で、V_c2＝V_c1、つまり(4)及び(6)式より、μ_c2E_c2＋
ε₂＝μ₁E_c1＋ε₁でなければならない。そこで、μ_c2
E_c2＝μ₁E_c1、ε₂＝ε₁と設定し、演算部２５は、制
御部２１の制御のもとにE_c1及びE_c2を直接取り込
みその値と流量計１６についての既知の出力値変
換係数μ₁及びε₁を用いて、流量計１７の出力値変
換係数μ_c2及びε₂を次のように求める。

μ_c2＝μ₁E_c1／E_c2 ……(7) ε₂＝ε₁ ……(8) そして測定モードでの信号処理回路１６ｂ及び
１７ｂにおけるセンサ出力信号E₁及びE₂から流
量計出力値V₁及びV₂への変換式を、 V₁＝μ₁E₁＋ε₁ ……(4) に対し、 V₂＝μ_c2E₂＋ε₁＝（μ₁E_c1／E_c2）E₂＋ε₁ ……(9) と較正する。例えば、E_c＝500ml／min、k₁＝
0.0105、E₀₁＝0.12、μ₁＝95、ε₁＝−5.15、E_c2＝
5.02の場合を例示すると、(3)、(7)及び(8)式から、 μ_c2＝95×（0.0105×500＋0.12）／5.02 ＝101.6235 ε₂＝−5.15となり、測定モードでの信号処理回
路１６ｂ及び１７ｂにおけるセンサ出力信号から
流量計出力値への変換式は、 V₁＝95×E₁−5.15 に対し、 V₂＝101.6235×E₂−5.15 と較正される。

以上の様に較正モードで、流量計１６の特性
μ₁、E_c1、ε₁を基準として流量計１７の特性μ₂、
ε₂が較正される。この後、測定モードに入る訳で
あるが、以下に測定モードにおける測定誤差につ
いて述べる。

測定モード時の流量センサ１６ａを流れる透析
液流量をF_i、流量センサ１７ａを流れる透析排液
流量をF_pとし、その時の流量センサ１６ａ、及び
１７ａの出力電圧をそれぞれF_i、F_p、流量計出力
値をそれぞれV_i、V_pとすると、(3)及び(5)式から E_i＝k₁F_i＋E₀₁、E_p＝k₂F_p＋E₀₂で、 信号処理回路１６ｂ及び１７ｂにおける流量計出
力値への変換式はそれぞれ(4)及び(9)式から V_i＝μ₁E_i＋ε₁ ……(10) V_p＝μ_c2E_p＋ε₁ ……(11) となる。従つて限外過量の測定値U_pbは以下の
様になる。

U_pb＝V_p−V_i＝μ_c2（k₂F_pE₀₂）− μ₁（k₁F_iE₀₁）＝μ_c2k₂F_p −μ₁k₁F_i＋（μ_c2E₀₂−μ₁E₀₁） ……(12) 先の較正モードで述べたように、μ_c2E_c2＝μ₁E_c1
なので(3)及び(5)式から μ_c2（k₂F_cE₀₂）＝μ₁（k₁F_cE₀₁） よつてμ_c2E₀₂−μ₁E₀₁＝−（μ_c2k₂F_c−μ₁k₁F_c）とな
り、この式を(12)式に代入すると、限外過量の測
定値U_pbは次のようになる。

U_pb＝μ_c2k₂F_p−μ₁k₁F_i−（μ_c2k₂F_c−μ₁k₁F_c）
……（13） さて、限外過量の真の値をU_reとすると、
U_reは透析排液流量F_pから透析液流量F_iを引いた
もので次のようになる。

U_re＝F_p−F_i ……（14） よつて、限外過量の測定誤差δは、（13）式
から（14）式を引いて、 δ＝U_pb−U_re＝μ_c2k₂F_p−μ₁k₁F_i −（μ_c2k₂F_c−μ₁k₁F_c）−（F_p−F_i） ＝μ_c2k₂（F_p−F_c） −μ₁k₁（F_i−F_c）−（F_p−F_i） となり、従つてその誤差率Δは次のようになる。

Δ＝δ／U_re＝（U_pb−U_re）／U_re ＝｛μ_c2k₂（F_p−F_c）−μ₁k₁（F_i−F_c） −（F_p−F_i）｝／（F_p−F_i） ……（15） さて、較正モードにおける流量F_cに対して、測
定モードにおける入口流量F_iを考えると、実際の
透析においては、透析液流量を変更することは殆
どない。またもし、流量変動があつたとしても、
数時間以上という長い透析時間を考えると、これ
は中心値F_iのまわりで変動し、平均値はF_iであ
る。従つて、F_i＝F_cと考えて実用上はさしつかえ
ない。従つて（15）式は、 Δ＝μ_c2k₂−１ ……（16） となる。

ところで(7)式及び(5)式より、 μ_c2＝μ₁E_c1／E_c2、k₂＝E_c2−E₀₂／F_c なのでこれらを（16）式に代入すると次のように
なる。

Δ＝μ₁E_c1／E_c2・E_c2−E₀₂／F_c−１ ＝μ₁E_c1・（１−E₀₂／E_C2）／F_c−１ また(4)式よりμ₁E_c1＝V_c1−ε₁なので、結局限外
過量の測定誤差は次のようになる。

Δ＝V_c1／F_c（V_c1−ε₁）（１−E₀₂／E_C2）／V_c1−１ ＝V_c1／F_c（１−ε₁／V_c1）（１−E₀₂／E_c2）−１ ＝（１＋α）（１−β）（１−γ）−１ ……（17） ここに、１＋α＝V_c1／F_c、β＝ε₁／V_c1、γ＝
E₀₂／E_c2で、α、β及びγはそれぞれ較正時の流
量を流したときの流量計１６の誤差、流量計１６
の出力値に対するそのゼロ誤差率及び流量センサ
１７ａの出力信号に対するそのゼロ誤差率であ
る。

すなわち限外過量の測定誤差は、流量計１７
については、そのセンサ出力信号に対するゼロ誤
差率のみに依存する。

ここで、先の例の場合について説明すると、(3)
及び(4)式からV_c1＝95×（0.0105×500＋0.12）−
5.15＝505、ε₁＝5.15なのでβ＝−5.15／505＝− 0.0102、E_c2＝5.02で、E_c2は、流量をゼロにした
場合の流量センサ１７ａの出力値を実測してE₀₂
＝0.24なのでγ＝0.24／5.02＝0.0478、従つて較正済み の流量計１６の誤差が例えば＋５％としても、α
＝0.05なので、これらの数値を（17）式に代入し
て Δ＝（１＋0.05）×（１＋0.0102）（１−0.0478）−
１＝0.01となり、限外過量の測定誤差は＋１％
にすぎない。

ところで（17）式におけるβおよびγは、通常
の流量計では、±３％以内と考えられる。従つて、
誤差±５％の流量計１６を用いてα＝±0.05の場
合でも、（17）式から （１−0.05）（１−0.03）（１−0.03） −１≦Δ≦（１＋0.05）（１＋0.03）（１ ＋0.03）−１ すなわち、−0.11≦Δ≦0.11で、最悪の場合でも
±11％の測定誤差に留まる。

この程度の誤差は、限外過量の様な微少流量
の測定においては、実用上問題はない。以上の様
に較正モードで、流量計１６の特性を基準として
流量計１７の特性を較正し、その後に測定モード
とすることにより、実質的にほぼ同一の特性をも
つ流量計を２つ使用して限外過量を測定する場
合と等価になり、流量計の特性の相違による誤差
を大幅に抑えることができる。

なお測定モードでは透析液流量としてV_iを、透
析排液流量としてV_pをそれぞれ(10)および（11）
式で算出し、更に演算部２５でV_p−V_iを演算し
てその結果を限外過量として表示部２６に表示
する。

この発明による限外過量測定装置を透析装置
に内蔵し、もしくは併置し、透析装置としての準
備モードに入つた場合に、前述した較正モードも
自動的に行われ、その後透析モードに移り、透析
モードでは測定モードのみが行われるようにして
も良いし、透析モードにおいて、周期的に較正モ
ードが自動的に行われるようにしても良い。また
必要に応じて手動で較正モードに設定して前述し
た較正を行い、その後、測定モードに手動で切替
えてもよい。透析モードでは測定モードのみが行
われるようにした場合、通常、透析時間は数時間
程度なので、この程度の透析時間では、流量セン
サ１７ａが透析排液により、汚れ等が付着し、セ
ンサの変換係数k₂、E₀₂が変化することはまず考
えられない。しかし、１回の透析から次の透析ま
での期間が長い場合は、水あか等の付着が考えら
れる。従つて、準備モードと同時に、または、定
期点検時に較正モードを設けることにより、流量
センサ１７ａを清浄な透析液で洗浄する。

第３図はマイクロコンピユータを用いたこの発
明の実施例を示し、第２図と対応する部分には同
一符号を付けてある。マイクロコンピユータ２７
の中央処理装置（以下CPUと記す）２８は読出
し専用メモリ（以下ROMと記す）２９内に記憶
されているプログラムを解読実行することにより
各種処理を行い、その処理に必要とするデータ、
処理途中のデータを必要に応じて読み書き可能な
メモリ（以下RAMと記す）３１内に記憶する。
CPU２８は入出力部３２を介して、弁制御信号
を弁制御回路３３へ与え、弁制御回路３３の出力
により切替弁２２，２３を切替え制御し、また、
入出力部３２を通じて流量計１６，１７の流量計
出力値V₁、V₂および較正モードでの流量センサ
１６ａ及び１７ａの出力信号を取込むことがで
き、更にV₂−V₁を演算し、表示部２６の表示回
路２６ａにその結果を供給し、これを表示器２６
ｂに表示する。流量計１６については予め行つて
ある較正により、そのセンサ出力信号E₁と流量
Ｆとの間の変換式E₁＝k₁F＋E₀₁（サンプル点の流
量とセンサ出力信号との間で直線回帰を行い、回
帰直線を変換式とする）及びセンサ出力信号E₁
と流量計出力値V₁との変換式V₁＝μ₁E₁＋ε₁が既
知であつて、これらの係数k₁、E₀₁、μ₁、ε₁の値
がROM２９内に格納されている。

この実施例においては、起動されるとROM２
９内に固定されたプログラムにより、切替弁２
２，２３は共にポートａ及びｃ間が連結されるよ
うに制御され、供給装置（図示せず）からの透析
液は流量センサ１６ａを通つた後、透析器１２を
通ることなく、側路２４を通つて流量センサ１７
ａに流される。つまり較正モードとされる。較正
モードでは流量計１６の特性を基準として流量計
１７の特性を次のようにして較正する。

先例におけると同様、較正モードでの流量セン
サ１６ａ及び１７ａの出力信号をそれぞれE_c1及
びE_c2、流量計１７のμについての出力値変換係
数をμ_c2とすると、第４図のフローチヤートに示
すように、ステツプS₁でまずCPU２８がE_c1、E_c2
ならびに基準となる流量計１６の出力値変換係数
μ₁及びε₁の各値を取り込む。次にステツプS₂で
μ_c2＝μ₁E_c1／E_c2よりμ_c2を求める。そしてステツ
プS₃で、流量計１７の測定モードにおける出力値
変換係数μ₂及びε₂として、それぞれμ₂＝μ_c2ε₂＝ε
₁
の較正値をRAM３１に格納する。

この較正モードの処理を行つた後CPU２８は
ROM２９内のプログラムにより、切替弁２２，
２３を共にポートａ−ｂをそれぞれ連結するよう
に切替えて測定モードに入る。測定モードでは、
流量計１６及び１７のセンサ出力信号E_i及びE_pは
それぞれ信号処理回路１６ｂ及び１７ｂで、先の
実施例におけると同様、較正モードで求めた出力
値変換係数を用いた(10)及び(11)式によりそれぞれ流
量計出力値V_i及びV_pに変換され、入出力部３２
を通じてCPU２８に取り込まれる。そしてこれ
から更にV_p−V_iが演算され、その結果が限外
過量として表示回路２６ａを介して表示器２６ｂ
に表示される。

以上のようにこの発明によれば、流量計１６の
誤差αおよびその出力値に対するゼロ誤差率βが
それぞれ±５％および±３％以内で、流量計１７
のセンサ出力信号に対するゼロ誤差率γが±３％
以内であれば、流量計１６及び１７は同種のもの
でなくても良く、例えば１６を電磁式流量計、１
７を超音波式流量計という具合に別種のものでも
良い。

また、基準となる流量計１６に例えば測定誤差
αと出力値に対するゼロ誤差率βがそれぞれ±１
％以内という高精度のものを用いた場合、限外
過量の測定誤差の許容範囲を例えば±５％として
も、｜α｜≦0.01、｜β｜≦0.01、｜Δ｜≦0.05で、
（17）式から流量計１７についてのγの許容範囲
は −0.029≦γ≦0.031 となるので、通常の流量計で間に合う。つまり流
量計１７にとくに高精度のものを用いなくても、
±５％の誤差で限外過量を測定できる。流量計
１６の精度は、マイクロコンピユータ等を用いた
リニアライズ手段により向上させることが可能な
ので、このようにすれば、流量計１７の誤差の許
容範囲を一層広くすることができる。

なお切替弁２２，２３、側路２４を省略して、
較正モードにおいて透析器１２を通じて同一流量
の透析液を流量計１６，１７に通すようにしても
よい。この場合は較正モード時に透析器１２の血
液流路側圧力と透析液流路側圧力とを等しくし、
双方から水分の移動がないように制御する。また
較正モードにおいて透析液でなく、他の液体を流
量計１６，１７へ通して行つてもよい。

＜効果＞ 以上の様に、この発明によれば限外過量の測
定において、通常の測定モードに加えて、較正モ
ードを設けることにより、流量計のばらつきによ
る誤差を最少に抑え、とくに高精度の流量計を用
いることなく高精度の測定が可能になると共に、
透析排液にさらされている流量センサ１７ａの流
路を清浄な透析液にて洗浄することができる。加
えて、流量計出力値の較正については、入口側流
量測定用の流量計１６のみで済み、調整の手間を
著しく減少させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの従来の限外過量測定装置を示す
概略図、第２図はこの発明による限外過量測定
装置の一例を示すブロツク図、第３図はマイクロ
コンピユータを用いた場合のこの発明の限外過
量測定装置の例を示すブロツク図、第４図は第３
図に示した装置の較正モード時の動作例を示す流
れ図である。 １１：液供給ライン、１２：透析器、１３：排
液ライン、１６，１７：流量計、２１：制御部、
２２，２３：切替弁、２４：側路、２５：演算
部、２７：マイクロコンピユータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 透析器へ流入する透析液の流量を第１流量計
   で測定し、上記透析器から流出する透析排液の流
   量を第２流量計で測定し、これら透析排液の流量
   と透析液の流量との差を限外過量として測定す
   る限外過量測定装置において、上記透析器を用
   いて透析を行い限外過量の測定を行う測定モー
   ドと、上記第２流量計の特性を較正する較正モー
   ドとに切替えるモード切替え手段と、上記較正モ
   ードにおいて上記第１流量計及び第２流量計に同
   一流量の液体を流し、その時得られたそれぞれの
   流量計の出力信号と上記第１流量計の特性値を用
   い、上記第１流量計の特性を基準として上記第２
   流量計の特性を、較正する較正手段とを具備する
   限外過量測定装置。