JPH064093B2 - 限外濾過量及び透析液濃度測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、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、500ml
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、精度の低下を知るのは困難
である。

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、何らかの原因で組織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、しかし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。

本発明はそれらの欠点を除去すべくなされたものであ
る。即ち、本発明は、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しない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も
のである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上下に超音波振動子を配設した測定管を設
け、前記測定管の中間に超音波は透過するが透析液は通
さない隔壁を設置して、前記測定管を超音波通過距離と
流路断面を等しくした流入量測定部と流出量測定部とに
区分し、前記各測定部における超音波振動子設置側端部
にそれぞれ流入路又は流出路を設けると共に、前記隔壁
設置側端部にそれぞれ流出路又は流入路を設け、前記流
入量測定部における前記流入路と流出路間の距離と、前
記流出量測定部における前記流入路と流出路間の距離と
が等しくなるようにし、前記流入量測定部の流出路を血
液透析器の流入回路に接続し、前記血液透析器の流出回
路を前記流出量測定部の流入路に接続し、前記流入量測
定部と前記流出量測定部とで流れの方向が逆になるよう
に設定して成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〕

超音波が、一方の振動子から他方の振動子に到達するま
での時間と、逆に前記他方の振動子から前記一方の振動
子に到達するまでの時間の差と、振動子間の距離と、限
外濾過量によって流出量測定部において増加した流速
と、流入液が静止している場合の超音波の伝播速度との
間の相関関係から、限外濾過により増加した流速を算出
できる。その数値と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。

透析液の濃度は、超音波の伝播速度と、液温度と、液の
濃度との間の相関関係により算出できる。

〔実施例〕

以下本発明につき更に詳述する。

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変わり、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。そこで本発明では、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、超音波による流量測定法を第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Ｖとすると、(1)式で得られる。

Ｖ₇＝Ｖ＋ｖ₆ …(1) (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→₅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→₄は、(3)式となる。

(2)と(3)式より、Ｔ₅→₄とＴ₄→₅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。

次に、本発明の構成を第２図によって説明する。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、超音波のみ透過し液は通さない隔壁18で上下に二
分され、隔壁18を挟んで超音波の通過軸上に位置する。
隔壁18の素材としては、透析液と隔壁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、固有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
薄いものであれば利用可能である。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
の流れの方向を反対にし、即ち、隔壁18を挟んで逆行又
は対向方向に選び、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に与える影響を
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Ｖ
_sとすると、流入量測定部15の超音波の伝播速度Ｖ
₂₁は、Ｖ_sに液の流速ｖ₁₅が加わり(5)式となる。

Ｖ₂₁＝Ｖ_s＋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Ｔ_F15は、(6)式となる。

また、流出量測定部16における超音波の伝播速度Ｖ
₂₃は、上記Ｖ_s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±
△Ｖ_sとすると、流出量測定部16を通過する伝播時間Ｔ
_F16は、(6)式と同様にして(7)式となる。

隔壁18を通過する時間をＴ_F18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Ｔ_Fは(8)式とな
る。

Ｔ_F＝Ｔ_F15＋Ｔ_F18＋Ｔ_F16 …(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Ｔ_R16
は、(9)式となる。

同様に、流入量測定部15における伝播時間Ｔ_R15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Ｔ
_Rは、(11)式となる。

Ｔ_R＝Ｔ_R16＋Ｔ_R18＋Ｔ_R15 …(11) 以上の(8)と(11)式より超音波の伝播時間の差ΔＴを求
めると、Ｔ_F18とＴ_R18は等しいので打ち消し合い、(12)
式となる。

ΔＴ＝Ｔ_R−Ｔ_F＝Ｔ_R16＋Ｔ_R15 −（Ｔ_F15＋Ｔ_F16） …(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)に代入する。
(12)式に(6)、(10)式も代入すると(13)式となる。

ｌ₁₅とｌ₁₆は等しいので、共にｌとしてまとめると(14)
式となる。

(14)式において±ΔＶ_sとΔｖとｖ₁₅は、Ｖ_sに比べ小さ
いので、分母内の項を無視すれば(15)式となる。

以上よりΔＴを測定すれば、(15)式より限外濾過のより
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うことにより、
より高精度な限外濾過量を求めることができる。

続いて、透析液濃度の測定方法につき説明する。超音波
の水溶液中における伝播速度は、その水溶液の濃度が高
い程速くなる。換言すれば、水溶液の濃度が高い程超音
波が伝播されやすいということは周知の事実である。そ
して、超音波の伝播速度と水溶液の温度、圧力及び濃度
との間に相関関係があることも知られている。

ところで、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、透析液の温度を知ることは透析に当って
不可欠の事項であって、透析用の装置であれば必ず温度
測定機能を備えているので、透析液の温度を知ることも
容易である。圧力の変化はこの場合無視し得る。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
の相関関係より、透析液の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。

更に本装置は、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
測定装置と併用すれば、きわめて安価に透析液濃度測定
装置を得ることができる。

〔発明の効果〕

本発明は上述した通りであるので、構成簡易にして、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…隔壁 19、20…超音波振動子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上下に超音波振動子を配設した測定管を設
   け、前記測定管の中間に超音波は透過するが透析液は通
   さない隔壁を設置して、前記測定管を超音波通過距離と
   流路断面を等しくした流入量測定部と流出量測定部とに
   区分し、前記各測定部における超音波振動子設置側端部
   にそれぞれ流入路又は流出路を設けると共に、前記隔壁
   設置側端部にそれぞれ流出路又は流入路を設け、前記流
   入量測定部における前記流入路と流出路間の距離と、前
   記流出量測定部における前記流入路と流出路間の距離と
   が等しくなるようにし、前記流入量測定部の流出路を血
   液透析器の流入回路に接続し、前記血液透析器の流出回
   路を前記流出量測定部の流入路に接続し、前記流入量測
   定部と前記流出量測定部とで流れの方向が逆になるよう
   に設定して成る限外濾過量及び透析液濃度測定装置。