用于透析装置中的超滤控制的相对泵校准的制作方法 [0002] 在治疗慢性肾功能衰竭时,通过机械装置净化和处理血液的各种方法被用来代替 健康肾脏的功能。这类方法的目的是抽取流体并从血液中除去物质,并且它们还可以涉及 向血液添加流体和物质。这样的净化和处理可以通过将透析流体泵送经过血液过滤单元 (通常表示透析仪)而进行,其中经过半透膜输送流体和物质。经由膜的扩散传质在血液透 析(HD)中占主导位置,而血液滤过(HF)主要使用经由膜的对流传质。血液透析滤过(HDF) 是这两种方法的结合。 [0003] 透析仪中流体的取出,也被称为超滤,由被泵出透析仪的用过的透析流体与被泵 入透析仪中的新鲜透析流体之差给出。由于在透析处理期间大量透析流体暴露于透析仪中 的膜,因而需要对超滤进行精确控制。以血液透析为例,在处理时段期间,通常有大约200 升的透析流体通过透析仪。在处理时段期间超滤液的目标量通常为约2至3升,并且可能 需要用只有〇. 1至〇. 2升数量级的最大偏差来控制。因此,在这个示例中,超滤可能需要用 相对于透析流体的总流量的大约I :1000的最大误差来控制。 [0004] 有多种不同的用于实现透析装置中超滤的精确控制的现有技术。 [0005] US4267040公开了一种具有被动均衡设备的透析装置。该均衡设备由两个腔室构 成,每个腔室由可移位的(displaceable)元件再分隔,并具有用于新鲜透析流体的入口线 和连接到用过的透析流体的排出口的出口线。由控制单元驱动和切换的截止阀被布置在入 口和出口线中。泵设置在透析仪与均衡设备之间以传送透析流体。该均衡设备以如下方式 操作:通过入口线的截止阀的适当切换,新鲜的透析流体从透析流体源交替供应到两个均 衡腔室。同时,新鲜的透析流体从另一均衡腔室的已填充的空间供应给透析仪。来自透析 仪的用过的透析流体被泵入同一均衡腔室的第二空间,然后用过的透析流体从该第二空间 进入出口。均衡设备和透析仪之间围成的液体回路的部分就像一个封闭的、恒定容量的系 统。透析仪中的超滤,即从透析仪膜的血液侧到透析流体侧通过的流体量,由被连接为用于 控制从系统取出流体的一个专用过滤泵控制。 [0006] 配备有此类型的均衡设备的透析装置具有许多缺点。一个缺点是,均衡腔室的切 换可能产生使正在接受透析的病人以及护理员感到不适的可听见的噪音。可听见的噪声可 能在诊所环境以及在家庭环境中尤其不希望出现。另外,控制切换的截止阀随时间的推移 将受到明显的机械负荷,并且可能由于磨损和疲劳而开始泄漏透析流体。任何这样的泄漏 将在所得的超滤中产生错误。更进一步地,专用过滤泵中的错误将对超滤的精度有明显影 响,并且可能有必要采取措施来谨慎地控制和监督过滤泵的操作。 [0007] 在这种背景下,DE69007342公开了一种用于校准过滤泵的技术,该过滤泵是具有 用于置换透析流体的转子或隔膜的容积泵。该泵配备有发出脉冲的脉冲发生器,该脉冲表 示转子的特定旋转角度或隔膜的特定移位,并且对应于特定的透析流体量。在正常的操作 中,过滤泵的流量(flow rate)通过航位推算(dead reckoning),即通过计算发出的脉冲数 并应用脉冲数与泵送的液体量之间已知的对应关系来确定。这种对应关系是在校准过程中 确定的,在该校准过程中泵送的液体进入具有精确已知容量的贮液器中。通过对发出的脉 冲数计数以便填充贮液器,可以确定发出的脉冲数与泵送的液体量之间的对应关系。
[0008] 现有技术还包括US4747950,其被设计为均衡由上游泵产生的流入透析仪中的透 析流体与由下游泵产生的流出透析仪的透析流体,并通过从透析仪的上游或者下游的一位 置抽取受控量的透析流体来实现超滤。除了上游和下游泵之外,所公开的透析流体供给系 统包含大量的泵,并涉及系统中的不同容器之间和之内透析流体的复杂分布。为了保证均 衡流量(flow)而实施校准过程,其中透析仪被暂时旁路,使得透析流体从上游泵通过校准 腔室泵送到下游泵。校准腔室具有允许透析流体的液位被目视检查的观察管。上游泵的流 量与下游泵的流量相关地被控制,直到透析流体的液位在观察管中保持恒定液位。
[0009] 通过均衡新鲜的透析流体和用过的透析流体的流量而进行超滤控制的其它 技术例如从 US2012/0193290、US2011/0132838、US2008/0105600、US2002/0088752、 US2012/0279910 和 US2010/0016777 得知。
[0010] 控制透析期间的超滤的另一个方法是在透析流体供给系统中透析仪的上游安装 一个或多个泵以及在透析仪下游安装一个或多个泵,并相对控制上游和下游泵的流量以达 到期望的超滤速率。这种类型的控制需要精确且连续地测量流入和流出透析仪的透析流 体的流量,并且一个或多个高级流量计安装在透析流体供给系统中以提供该信息。根据 US4585552已知一种能够连续测量流入和流出透析仪的透析流体之间的差的流量计的一个 例子。基于这种方法的透析装置可以产生比使用均衡设备的透析设备明显更少的可听见噪 声。另外,由于基于一个或多个流量计的读数来控制超滤,因此超滤可以基本上不受透析 流体供给系统中泄漏的影响,只要(多个)流量计正确操作即可。然而,具有所要求的准 确度和精度的流量计可能是相当昂贵和复杂的。同样至关重要的是,流量计应当在使用很 长一段时间后仍能正确工作。用于在这种情况下校准流量计的技术例如从US6331252和 US2012/0145615 得知。
[0011] 现有技术还包括US2007/0243990,其与超滤控制无关,公开了一种血液分离系统, 其中血液从供体取出,被引到血液成分分离装置(例如离心机),该血液成分分离装置收集 一个或多个血液成分(如红血细胞、白血细胞、血小板或血浆),而其余部分返回到供体。 US2007/0243990提出了一种用于相对校准血液分离系统中的对泵的校准过程。在校准过程 期间,泵被交替激活,使得一个泵被操作为使得贮液器中的流体液位从初始液位起增大,然 后其它泵被操作以将流体液位降低回贮液器中的初始液位。泵与泵之间的泵容积比由填充 和清空贮液器时各个泵执行的行程次数给定。泵容积比被声称为对于捐赠过程的有效性和 效率的增加有用。另一种用于在血浆过滤和/或血小板分离的血液分离情况下进行相对泵 校准的技术从US4769001已知。
[0012] 本发明的目的是至少部分地克服现有技术中的一个或多个局限性。
[0013] -个目的是提供一种控制透析装置中的超滤的替代技术。
[0014] 另一个目的是提供一种控制透析装置中的超滤的简单、准确和健壮的技术。
[0015] 还有一个目的是能够实现静音透析装置。
[0016] -个或多个这些目的以及可能从下面的描述进一步呈现出的目的至少部分地由 根据独立权利要求的透析装置、校准透析流体分配系统的方法、计算机可读介质以及控制 单元来实现,其实施例由从属权利要求限定。
[0017] 本发明的第一方案是一种透析装置,包括:透析仪;透析流体分配系统,其被连接 用于与所述透析仪流体连通,并包括第一泵和第二泵,所述透析流体分配系统可被操作为 选择性地建立在所述第一泵和所述第二泵之间经由所述透析仪延伸的主流动路径,以及绕 过所述透析仪并在所述第一泵和所述第二泵之间延伸的旁通流动路径;以及控制单元,电 连接到所述透析流体分配系统,并可操作以控制所述第一泵和所述第二泵各自的频率,其 中所述第一泵和所述第二泵被配置为通过以各自的频率重复排出透析流体的各自行程容 积来产生各自的流量。所述控制单元被配置为在校准模式下,操作所述透析流体分配系统 以建立所述旁通流动路径,控制所述第一泵在第一校准频率下操作以及所述第二泵在第二 校准频率下操作,以平衡由所述第一泵和所述第二泵产生的流量,并基于所述第一校准频 率和所述第二校准频率来确定代表所述第一泵和所述第二泵的行程容积之间关系的相对 校准数据。所述控制单元还被配置为在处理模式下,操作所述透析流体分配系统以建立所 述主流动路径,并基于所述相对校准数据来控制所述第一泵和所述第二泵在各自的处理频 率下操作,从而在所述透析仪中产生所选的超滤速率。
[0018] 第一方案基于如下认识:如果泵的行程容积之间的关系已知,则能够改进对透析 仪中超滤速度的控制。因此,第一方案涉及在确定或估计泵的实际行程容积之间关系的意 义上,用于相对校准透析流体分配系统中的泵的技术。该相对校准实现简单,因为它仅涉及 建立旁通流动路径,然后控制第一和第二泵以平衡由泵产生的透析流体的流量。泵是容积 泵,其被配置为通过以各自的频率重复排出透析流体的各自行程容积来产生各自的流量。 利用这种类型的泵,泵的行程容积之间的关系可以基于各个泵的流量平衡时它们的频率而 确定。
[0019] 校准模式期间流量的平衡可以通过控制单元基于安装在透析流体分配系统中的 相对简单、可靠和便宜的流量差计的输出信号来实现。流量差计可以例如被实施为压力传 感器,该压力传感器通过测量与旁通流动路径流体连通连接的腔室中的透析流体的液位的 液位传感器,或通过测量流入这种腔室或从这种腔室流出的透析流体的流量的流量计来测 量旁通流动路径中的流体压力。人们意识到,腔室的确切容量对于泵的相对校准精度来说 并不重要。
[0020] 第一方案还涉及通过基于在相对校准中所确定的行程容积之间的关系建立主流 动路径并设定泵的频率,在透析仪中产生所选的超滤速率的技术。与用于控制超滤的现有 技术相比,第一方案能够通过设定各个泵的频率,在处理模式下直接并精确地控制泵之间 的流量差。这意味着可以摒弃非常高级、复杂且昂贵的流量计以及有噪声、复杂且昂贵的平 衡设备。由此,第一方案能够简化透析装置的设计。在没有平衡腔室和高级流量计时,也可 以增加透析装置的鲁棒性。另外,第一方案的透析装置可以在任何时间切换到校准模式,以 重新校准泵的行程容积之间的关系。因此,通过第一方案,透析装置可以补偿泵的行程容积 中的变化或漂移。在没有平衡设备时,透析装置可被设计成产生明显更少的可听噪音。
[0021] 然而应当强调,如果需要,本发明也可与用于测量透析流体的流量的常规高级流 量计或用于平衡从透析仪流出和流入透析仪的透析流体的流动的常规平衡设备结合使用。
[0022] 还应当指出的是,第一泵可以位于透析仪的上游或下游,从而第二泵位于透析仪 的下游或上游。如本文所用的,"上游"和"下游"是指相对于透析流体在主流动路径中流动 的方向。
[0023] 第一方案的透析装置可被操作为通过直接设定位于主流动路径中透析仪上游和 下游的泵的处理频率,使得由泵产生的流量之间的差等于所选超滤速率来控制透析仪中的 超滤。可替代地,第一方案的透析装置可被操作为通过设定泵的处理频率使得它们的流量 是平衡的,并通过控制连接到透析仪的主流动路径的专用过滤泵以产生等于所选的超滤速 率的流量,来控制透析仪中的超滤。
[0024] 在一个实施例中,所述控制单元还被配置为在校准模式下,将所述相对校准数据 存储在电子存储器中,用于后续在所述处理模式中由所述控制单元取出。
[0025] 在一个实施例中,所述控制单元还被配置为在所述处理模式下,将预定的额定行 程容积分配给所述第一泵并设定所述第一泵的处理频率以基于所述预定的额定行程容积 产生透析流体的第一流量,并假定所述第二泵的行程容积相对于所述预定的额定行程容积 满足所述关系,设定所述第二泵的处理频率以产生透析流体的第二流量,所述第二流量与 第一流量相差所选的超滤速率。所述控制单元可被配置为设定所述第一泵和所述第二泵的 处理频率,使得所述第一流量或第二流量之一等于从所述透析仪流出或进入所述透析仪的 透析流体的所选流量,并且控制单元可进一步配置为接收代表从所述透析仪流出或进入所 述透析仪的透析流体的所选流量的第一设定值和代表所选的超滤速率的第二设定值。
[0026] 在一个实施例中,所述控制单元被配置为在所述处理模式下根据如下等式设定所 述第一泵和所述第二泵(PI,P2)的处理频率:
用于透析装置中的超滤控制的相对泵校准制作方法
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