JP4373684B2

JP4373684B2 - フィルタ目詰まり状況監視装置およびベッドサイドシステム

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Publication number: JP4373684B2
Application number: JP2003041731A
Authority: JP
Inventors: 泰弘黒田; 陽介木内; 正武芥川; 稔也岡久; 芳明大西
Original assignee: Asahi Kasei Kuraray Medical Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Kuraray Medical Co Ltd
Priority date: 2003-02-19
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2023-02-19
Also published as: EP1596901A1; US7632411B2; JP2004248844A; WO2004073772A1; US20060157408A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルタ目詰まり状況監視装置及びベッドサイドシステムに関し、より詳細には、血液浄化システムにおいて使用されるフィルタの目詰まり状況に基づいてフィルタの目詰まり状況を監視する装置及びそのようなフィルタの目詰まり状況を監視する装置を備えたベッドサイドシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
血液浄化法は、２つのタイプに大別される。１つのタイプは、フィルタ中空糸内を血液が通過する際に、廃液中への移動（拡散、濾過）または膜への吸着により、血中物質の除去を行うタイプであり、血液透析、血液濾過、血液濾過透析、血漿交換、二重濾過血漿交換、血漿分離などが挙げられる。もう１つのタイプは、吸着材（布、ビーズなど）の間を血液が通過する際に、フィルタ内の吸着材への吸着により、血中物質の除去を行うタイプであり、血液吸着などが挙げられる。
【０００３】
前者の血液浄化法においては、血液を透析あるいは濾過処理するフィルタが必要であり、このフィルタの目詰まりに対して、医療現場では抗凝固剤を用いたり、あるいは流速を調整して目詰まりを防止することなどが行われている。
【０００４】
フィルタ圧力情報によってフィルタ流量を最適化する試みとして、例えば特許文献１には、膜間圧力（ＴＭＰ）を利用した制御システムが開示されている。また特許文献２には、圧情報、特に透析液経路内の圧脈拍情報を監視することによって、血液の出入り口である注射針のはずれを監視する設備を備えた透析治療装置が開示されている。
【０００５】
また、非特許文献１には、透水性の高い膜による濾過透析における濾過効率をモニタリングするために、圧力を高速フーリエ変換で周波数分析した結果を利用し、内部濾過流量を算出する方法が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平5-508584号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平11-104233号公報
【０００８】
【非特許文献１】
日本透析医学会雑誌、第３５巻、日本透析医学会、６１６頁「ＷＳ１４−６」、２００２年６月２０日発行
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、抗凝固剤を過剰に投与してフィルタの目詰まりを防止しようとすると、重篤な出血性合併症（脳出血など）をきたす危険性が生じる場合もあり得るという問題がある。
【００１０】
また、抗凝固剤は高価であるため、経済性の点からも問題がある。
【００１１】
したがって、フィルタの目詰まりを早期に発見し、抗凝固剤の投与量を適切に調整したり、流速を調整したりすることにより、目詰まりの進展を防ぐことが望ましい。
【００１２】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、正確かつ詳細に把握されるフィルタの目詰まり状況に基づいて、フィルタの目詰まり状況を監視する装置、及びフィルタの目詰まり状況を監視する装置を備えたベッドサイドシステムを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、フィルタの目詰まり状況を正確にかつ詳細に把握するために、フィルタ圧力情報を用いることによりフィルタの目詰まり状況を正確に把握できると考え発明をなし、その発明を特許出願した（特願２００２−１８７９４９）。
【００１４】
図１（ａ）は送液手段の一例としてのローラポンプの動作を概念的に示す図である。血液浄化装置は、図１（ａ）に示すようにロータ４０２によって回路のチューブ４０４をしごくローラポンプにより血液や濾過液などの液体を流しているため、図１（ｂ）に示すようにＡ点の回路内圧は脈波形を呈する。このロータ４０２の回転数を設定することにより、一定時間で一定量の液体を流すことができ、ロータ４０２のしごく回数によって回路内圧波の周波数が決定される。フィルタが目詰まりを起こした状態とは、フィルタの中空糸の内面や中空糸の側孔にタンパク質や血球成分などの血中物質が付着し、血液や濾過液などの液体の流路の狭窄を生じて、液体が流れにくくなった状態である。
【００１５】
図２は、流路の狭窄の程度による圧波形の変化を示す図で、（ａ）は狭窄のない状態、（ｂ）は狭窄が軽度〜中等度、（ｃ）は狭窄が強度の場合における圧波形をそれぞれ示す。本発明者らは、ローラポンプで液体の流路（フィルタや回路）２０２に狭窄が生じると、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように狭窄の程度によって回路内圧の平均値の上昇を認めるのみでなく、回路内圧の圧波の形（振幅など）の変化が生じ得ることに着目し、回路内圧の脈波の波形成分の１箇所の測定部での変化を計測することによって、フィルタの目詰まりの程度を評価できないかと考え検討した。
【００１６】
さらに、図３（ａ）に示す液体の流路２０２内のＡ地点及びＢ地点の圧波形が図３（ｂ）に示すように異なることからもわかるように、圧波が伝わる際に流路の状態によって波の振幅の減少や位相のずれが生じ得ることに着目し、２箇所の測定部での振幅の変化や位相差を計測して圧波の伝わり易さを調べることによって、フィルタの目詰まりに関する有効な情報を見つけることができないかと考え検討した。その結果、本発明者らは回路内の圧波の形を解析することにより、フィルタの目詰まりの状況を把握できることを見出し、本発明をするに至った。
【００１７】
即ち、本発明の骨子は、血液流入部の圧力、血液流出部の圧力、濾過液流入部の圧力、及び濾過液流出部の圧力のうち少なくとも１つの圧力を経時的に測定し、この経時的変化（圧波形）を解析し、その解析結果を用いることにより、フィルタの目詰まりを検出することである。それによって、フィルタの目詰まりを早期に発見し、過剰になることなく抗凝固剤の投与量を適切に調整し、血液の流速の設定を変更して、フィルタの目詰まりの進展を防ぐことが可能となる。
【００２５】
本発明の第１の側面によれば、本発明に係るフィルタ目詰まり状況監視装置は、血液の流入部、血液の流出部、濾過液の流入部、及び濾過液の流出部を備えた中空糸膜で構成されており、血液を通過させることにより前記血液をフィルタリングするフィルタの目詰まり状況を監視するフィルタ目詰まり状況監視装置であって、１）前記血液の流入部の圧力、前記血液の流出部の圧力、前記濾過液の流入部の圧力、及び前記濾過液の流出部の圧力からなる群より選ばれた少なくとも１つの圧力を経時的に測定する測定手段と、２）前記測定手段において測定された圧力の経時変化を高速フーリエ解析して変換値の算出を行う解析手段と、３）前記フーリエ解析により算出された変換値のうち、前記血液の流入部、及び前記濾過液の流出部の少なくとも一方を含み、前記血液の流入部、前記血液の流出部、前記濾過液の流入部、及び前記濾過液の流出部の少なくとも２箇所における脈動周波数に対応する変換値の振幅及び／またはパワーの比を利用して前記フィルタの目詰まり状況を検出する検出手段と、４）前記検出手段の検出結果に基づいて、前記フィルタの目詰まり状況を表示する表示手段と、５）前記検出手段の検出結果に基づいて前記フィルタの目詰まり状況を監視する監視手段とを具備する。
本発明の第２の側面によれば、本発明に係るフィルタの目詰まり状況監視装置は、血液の流入部、血液の流出部、濾過液の流入部、及び濾過液の流出部を備えた中空糸膜で構成されており、血液を通過させることにより前記血液をフィルタリングするフィルタの目詰まり状況を監視するフィルタ目詰まり状況監視装置であって、１）前記血液の流入部の圧力、前記血液の流出部の圧力、前記濾過液の流入部の圧力、及び前記濾過液の流出部の圧力からなる群より選ばれた少なくとも１つの圧力を経時的に測定する測定手段と、２）前記測定手段において測定された圧力の経時変化を高速フーリエ解析して変換値の算出を行う解析手段と、３）前記フーリエ解析により算出された変換値のうち、前記血液の流入部、及び前記濾過液の流出部の少なくとも一方を含み、前記血液の流入部、前記血液の流出部、前記濾過液の流入部、及び前記濾過液の流出部の少なくとも２箇所における、脈動周波数に対応する変換値の位相の差tan ^-1 b/aを利用して前記フィルタの目詰まり状況を検出する検出手段と、４）前記検出手段の検出結果に基づいて、前記フィルタの目詰まり状況を表示する表示手段と、５）前記検出手段の検出結果に基づいて前記フィルタの目詰まり状況を監視する監視手段とを具備する。
ここで、ａは前記脈動周波数の高速フーリエ変換から求まる信号の実軸成分であり、ｂは前記脈動周波数の高速フーリエ変換から求まる信号の虚軸成分である。
【００２６】
本発明の第３の側面によれば、本発明に係るベッドサイドシステムは、上記のフィルタ目詰まり状況監視装置を備える。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
まず、フィルタの目詰まりの態様について図４を用いて説明する。血液浄化に用いるフィルタ１は、図４（ａ）に示すように、筐体１０内部に配設された数千から１万数千本の中空糸１１により構成され、各中空糸１１の有効長は約１５０〜２５０ｍｍであり、湿潤時の内腔径は約２００μｍである。このフィルタ１には、血液などの体液を循環する循環路２が接続されている。また、図４（ｂ）に示すように、中空糸１１の側面には、直径数十オングストロームの多数の細孔１２が形成されている。このような中空糸の血液浄化における目詰まりは、中空糸内腔の目詰まりによる血液流れ方向の目詰まり（血液の流れ易さの低下を示す縦方向の目詰まり）と、中空糸膜の細孔の目詰まりによる血液から濾過液（あるいは透析液）方向の目詰まり（濾過による廃液中への除去能の低下を示す横方向の目詰まり）という２つのタイプに大別することができる。
【００２９】
中空糸の膜表面に物質が付着すると、図５に示すように、中空糸１１の中空糸膜１１１の細孔１１２の目詰まり（横方向の目詰まり）Ａを起こすだけでなく、中空糸内腔１１３の狭窄による中空糸内腔１１３の目詰まり（縦方向の目詰まり）Ｂを同時に起こす。中空糸内腔１１３の目詰まり（縦方向の目詰まり）Ｂは、中空糸膜１１１表面への物質（例えば、蛋白質、フィブリン、血小板、血球成分、薬剤など）１１４の付着のみにより生じる。これに対し、中空糸膜１１１の細孔１１２の目詰まり（横方向の目詰まり）Ａは、中空糸膜１１１表面だけでなく、中空糸膜１１１の細孔１１２内部への物質１１４の付着によっても生じる。なお、中空糸外側には、廃液（濾液、透析液）が存在する。
【００３０】
中空糸内腔の目詰まり（縦方向の目詰まり）Ｂが生じると、血流速度の低下を招き、拡散による物質除去能の低下を招く。また、血流速度の低下は、膜への物質の付着を容易とし、より目詰まりを起こし易くする。完全な内腔の閉塞は、閉塞部から出口側の中空糸の物質除去が不可能となるだけでなく、血液浄化終了時にフィルタ内に血液の残存（残血）を生ずることになり、患者の失血につながる可能性がある。
【００３１】
中空糸膜の細孔の目詰まり（横方向の目詰まり）Ａは、物質除去能（クリアランス）の低下を招き、さらには大きさが細孔の径よりも大きくて細孔を通過しない血球成分を強い陰圧により吸着し、血球の破壊（溶血など）を引き起こす危険性がある。濾過や透析による廃液中への除去能とは、基準となる分子量の物質をフィルタに通過させたときのその物質の廃液側へのとおり易さをいい、フィルタ目詰まり状況が悪化すると低下する。
【００３２】
これらの膜の目詰まりの部位及びその程度は、１）フィルタの種類、流速設定、抗凝固剤の種類・投与量、置換液・透析液の種類などの血液浄化の施行条件、２）患者の病態、３）輸血、薬剤、処置などの治療条件などによって決まる。ここで、中空糸膜表面への物質の付着は、縦方向の目詰まり及び横方向の目詰まりに関与し、中空糸膜の細孔内部への物質の付着は、横方向の目詰まりに関与する。
【００３３】
本発明のフィルタの目詰まり状況を検出する方法においては、フィルタ回路内の圧力を経時的に測定し、その圧情報を得ることが必要である。即ち、本実施の形態においては、血液流入部圧として、例えば、血液ローラポンプとフィルタとの間に位置する血液流入部ドリップチャンバで測定された圧（血液流入部圧（動脈圧：Ｐａ））、血液流出部圧として、例えば、フィルタ後段に位置する血液流出部ドリップチャンバで測定された圧（血液流出部圧（静脈圧：Ｐｖ））、濾過液（あるいは透析液）流出部圧として、例えば、フィルタの血液流入部側の中空糸の外側部で測定された圧（濾過液流出部圧：Ｐｆ１）、及び濾過液（あるいは透析液）流入部圧として、例えば血液流出部側の中空糸の外側部で測定された圧（濾過液流入部圧：Ｐｆ２）のいずれか１つ以上を経時的に測定し、圧情報の経時変化を得る。
【００３４】
次に、Ｐａ、Ｐｖ、Ｐｆ１、及びＰｆ２の測定部位について説明する。Ｐａ、Ｐｖ、Ｐｆ１及びＰｆ２は、図６に示す部位において測定される。図６において、血液の流れる循環路３０には、ローラポンプ３１が接続されている。このローラポンプ３１は血液（体液）を体外の循環路３０で循環させる。また、循環路３０には、血液を濾過するフィルタ３２が配設されている。このフィルタ３２には、血液流入部３２ａ及び血液流出部３２ｂが設けられており、透析液及び廃液の出入り口となる血液流入部のカプラ３２ｃ及び血液流出部のカプラ３２ｄが設けられている。カプラ３２ｃ、３２ｄには、それぞれチューブ（図示せず）が接続されており、そのチューブ内の圧がそれぞれ血液流入部の濾過圧（Ｐｆ１）、血液流出部の濾過圧（Ｐｆ２）となる。
【００３５】
さらに、循環路３０におけるフィルタ３２の前段には、血液流入部ドリップチャンバ３３が配設されている。また、循環路３０におけるフィルタ３２の後段には、血液流出部ドリップチャンバ３４が配設されている。本実施の形態においては、フィルタ３２の血液流入部３２ａ及び血液流出部３２ｂのそれぞれの圧力Ｐａ、Ｐｖは、血液流入部ドリップチャンバ３３及び血液流出部ドリップチャンバ３４において測定するが、フィルタ３２の血液流入部３２ａ及び血液流出部３２ｂのそれぞれの圧力が測定できれば、血液流入部ドリップチャンバ３３及び血液流出部ドリップチャンバ３４以外の部位において測定してもよい。
【００３６】
このような構成において、血液流入部ドリップチャンバ３３において血液流入部圧（動脈圧：Ｐａ）を測定し、血液流入部カプラ３２ｃに接続したチューブで血液流入部の濾過圧（Ｐｆ１）を測定し、血液流出部のカプラ３２ｄに接続したチューブで血液流出部の濾過圧（Ｐｆ２）を測定する。
【００３７】
なお、それぞれの部位における圧の測定の方法については、通常のフィルタ目詰まり検出における圧の測定の方法と同じである。また、これらの圧情報は必要に応じて、血液の浸透圧情報（血液の膠質浸透圧）等を考慮して、適宜補正して用いてもよい。
【００３８】
本発明のフィルタの目詰まり状況を検出する方法においては、上記のように測定した圧力の経時変化、即ち圧波形を解析することが必要である。圧波形とは、1秒間に100回などの極短時間間隔での圧力値を経時的に測定して得られたデータである。
【００３９】
このようにして得られた圧波形の解析方法としては、圧波形のスペクトル分析として、高速フーリエ解析（FFP: Fast Fourier Transform）を用いて周波数/振幅に変換する方法がある。例えば圧の時系列信号（サンプリング周波数１００Hz)を４０９６点（約４１秒、分解能：０．０２５Hz）で高速フーリエ解析する。その結果を、図７に示す。
【００４０】
図７は、Qb＝１００ｍｌ／ｍｉｎ．、Qf=15mｌ／ｍｉｎ．で濾過した際の血液流入部圧（Ｐａ）を高速フーリエ解析し、その結果を示したもので、横軸に周波数、縦軸に後述するパワーを示す。
【００４１】
次に、上記高速フーリエ解析による変換値を用いて、目詰まり状況を検出する方法について詳細に説明する。
【００４２】
まず、フーリエ変換された変換値のうち、血液をフィルタに送り込むためにポンプ装置（血液ポンプ）の脈動に対応する周波数（図７における血液ポンプの基本周波数Ｃ）、濾過液（あるいは透析液）の送り出しにポンプ装置（濾過ポンプ）の脈動に対応する周波数（図７における濾過ポンプの基本周波数Ｄ）、これらのいずれかに対応する変換値を利用する。
【００４３】
血液ポンプの基本周波数と流量Ｑｆとの関係、濾過ポンプの基本周波数と流量Ｑｂとの関係を図８（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示す。
【００４４】
次いで、これら基本周波数における振幅スペクトルやパワースペクトルを算出する。パワーとは、振幅スペクトルを二乗した値であって、高速フーリエ変換から求まる信号の実軸成分（real part）ａと虚軸成分（imaginary part）ｂの値を使用し、以下の式で算出する。
パワー＝ａ^２＋ｂ^２（１）
【００４５】
別の方法として、これら各ポンプ装置に対応する周波数／振幅の傾き、即ち位相を算出することができる。この場合、位相は、上記実軸成分（real part）ａと虚軸成分（imaginary part）ｂの値を使い、以下の式で算出することができる。
位相差＝ｔａｎ^−１ｂ／ａ（２）
【００４６】
本実施形態においては、ある圧測定部位における振幅、パワーあるいは位相を指標とすることによって目詰まり状況を検出する。さらに、ある地点からある地点への振幅／パワーの伝わり易さ（振幅／パワーの比）、あるいはある地点とある地点の位相の差（位相差）を用いて目詰まり状況を検出する。
【００４７】
さらに、膜間圧差であるＴＭＰ（Trans-membrane pressure）に相当する振幅／パワーの比や位相差を採用してもよい。ＴＭＰについては、例えば以下の式（３）から式（５）を使用することができる。ＴＭＰ１、ＴＭＰ２及びＴＭＰ３のうち、どのＴＭＰを採用するかは、その目的により適宜決定することができる。
ＴＭＰ１＝Ｐａ−Ｐｆ１（３）
ＴＭＰ２＝Ｐｖ−Ｐｆ２（４）
ＴＭＰ３＝（Ｐａ＋Ｐｖ）／２−（Ｐｆ１＋Ｐｆ２）／２（５）
【００４８】
上記各ＴＭＰに相当するパワーの比Ｇ（ω）ＴＭＰ１、Ｇ（ω）ＴＭＰ２、Ｇ（ω）ＴＭＰ３は以下の式で求められる。
【００４９】
【数１】

【００５０】
同様に各ＴＭＰに相当する位相差∠Ｇ（ω）ＴＭＰ１、∠Ｇ（ω）ＴＭＰ２、∠Ｇ（ω）ＴＭＰ３は以下の式で求められる。
∠Ｇ（ω）ＴＭＰ１＝∠Ｐｆ１（ω）−∠Ｐａ（ω）（９）
∠Ｇ（ω）ＴＭＰ２＝∠Ｐｆ２（ω）−∠Ｐｖ（ω）（１０）
【００５１】
【数２】

【００５２】
例えば、血液ポンプの基本周波数に対応する振幅／パワー、位相、あるいは振幅／パワーの比、位相差を血液流れ方向（縦方向）の目詰まり状況の検出に、濾過ポンプの基本周波数に対応する振幅／パワー、位相、あるいは振幅／パワーの比、位相差を血液から濾過液方向（横方向）の目詰まり状況検出に利用することができる。
【００５３】
【実施例】
次に、臨床モデルと目詰まりモデルにおける目詰まり状況検出の実施例について説明する。
【００５４】
臨床モデル及び目詰まりモデルには、以下に示すようにフィルタとして各種の持続緩徐式血液濾過器（旭メディカル株式会社製）を、持続緩徐式血液浄化装置としてＡＣＨ−１０（旭メディカル株式会社製）を用いた。
１）臨床モデル
フィルタ：APF-06S（膜面積0.6m²）
濾過速度：Qb=100ml/min., Qf=15ml/min
２）混合目詰まりモデルフィルタ（縦方向と横方向の目詰まり）
フィルタ：
APF-10S（膜面積1.0m²）：縦方向と横方向の目詰まりのないもの
APF-06S（膜面積0.6m²）：縦方向と横方向の目詰まりの程度が軽度〜中等度のもの
APF-03S（膜面積0.3m²）：縦方向と横方向の目詰まりの程度が強度のもの
回路と圧測定部位：Vチャンバ前返しモデル
血液及び濾過液：水
濾過速度：Qb=100ml/min., Qf=15ml/min
３）横方向（中空糸細孔の目詰まり）目詰まりフィルタモデル
フィルタ：
APF-03S（膜面積0.3m²：プロラクチン（分子量２２０００）のふるい係数０．４３）：横方向の目詰まりのないもの
PAN-03D（膜面積0.3m²：プロラクチン（分子量２２０００）のふるい係数０．１６）：横方向の目詰まりの程度が軽度〜中等度のもの
回路及び圧測定部位：タンク返しモデル
血液及び濾過液：水
濾過速度：Qb=100ml/min., Qf=15ml/min
【００５５】
血液及び血液用回路としては、血液回路（ＣＨＦ−４００Ｎ：旭メディカル株式会社製）を使用し、目詰まりモデルでは図９に示すＶチャンバ前返しモデルとタンク返しモデルの配置をとった。Ｖチャンバ前返しモデルは図９（ａ）に示すように、濾過廃液チューブ７０４ａがフィルタの血液流出部７０６ａからの血液流出チューブ（循環路）７０８に接続している。これに対し、タンク返しモデルでは図９（ｂ）に示すように、濾過廃液チューブ７０４ｂを血液タンク７０２に戻している。臨床モデルでは、タンク返しモデルの回路配置図に準じたものを使用したが、血液回路は人体に接続され、濾過液回路は濾過液用タンクに接続され、濾過廃液は系外に排出される。また、臨床モデルでは、図９（Ｂ）のタンク返しモデルの血液流出部ドリップチャンバ７１０前の血液流出チューブ７０８に、補液ポンプを介して補液注入チューブが接続されている。
【００５６】
圧測定はそれぞれ図９に示した位置で、圧センサによって測定した。圧センサは図９に示したとおり、Ｐａ、Ｐｖ、Ｐｆ１及びＰｆ２をそれぞれ測定するための所定の位置から、径５ｍｍ、長さ６９ｃｍのガラス管７１３、７１５、７１７、７１９、及び径２ｍｍ、長さ１８０ｃｍの耐圧チューブ７１２、７１４、７１６、７１８を介して配置されている。
【００５７】
得られた圧情報は既述の方法で解析し、各周波数に対するパワーと位相、及びパワーの比、位相差を算出した。血液ポンプの基本周波数は１．１７Ｈｚ、濾過液ポンプの基本周波数は０．３６Ｈｚであった。
【００５８】
各モデルにおける血液ポンプ周波数に対応するＰａのパワーの計算結果を図１０に示す。同図において、図１０（ａ）は臨床モデル、図１０（ｂ）は混合目詰まりモデル、図１０（ｃ）は横方向目詰まりモデルにおける計算結果をそれぞれ示している。
【００５９】
また、Ｐｖのパワーの計算結果を、図１１に示す。同図において、図１１（ａ）は臨床モデル、図１１（ｂ）は混合目詰まりモデル、図１１（ｃ）は横方向目詰まりモデルにおける計算結果をそれぞれ示している。
【００６０】
さらに、ＰａとＰｖのパワーの比Ｇ（ω）ｖ／ａの計算結果を、図１２に示す。同図において、図１２（ａ）は臨床モデル、図１２（ｂ）は混合目詰まりモデル、図１２（ｃ）は横方向目詰まりモデルにおける計算結果をそれぞれ示している。
【００６１】
横方向の目詰まりモデルにおけるＰａのパワーの変化はないことから、Ｐａのパワーは縦方向の目詰まりを表現している可能性がある。一方、Ｐｖのパワーは縦、横両方の目詰まりを表現している。Ｐａのパワー値、Ｐｖのパワー値ともに、圧実測値やその計算値（ＴＭＰ）等に比較して感度よく表している。またいずれの目詰まりモデルでも、図１２に示すとおり、ＰａとＰｖのパワー比が目詰まり度に応じて増加していることがわかる。
【００６２】
図１３に、臨床モデルの圧実測値から算出した圧計算値Ｐａ−Ｐｖ及びＰｆ１−Ｐｆ２の計算結果を示す。
【００６３】
図１０、図１１及び図１２から、臨床モデルにおけるＰａ、Ｐｖのパワーあるいはその比Ｇ（ω）ｖ／ａは経時的に増加し、その後減少しているが、そのピーク値（２．１時間後）は、図１３に示されたＰａ−Ｐｖの圧計算値が上昇する前に出現していることがわかる。これは、例えば、膜内部のゲル層が増加し、凝血などの影響も加わり、縦方向の目詰まりが一定以上になると、波形のなまりのようなものが出現している可能性があることを示している。したがって、本実施例により、圧実測値あるいは計算値では検出できない目詰まり状況を検出できている可能性がある。
【００６４】
各モデルにおける血液ポンプ周波数に対応するＰｆ１、Ｐｆ２のパワーの計算結果を図１４に示す。同図において、図１４（ａ）は臨床モデル、図１４（ｂ）は混合目詰まりモデル、図１４（ｃ）は横方向目詰まりモデルにおける計算結果をそれぞれ示している。また、ＴＭＰ１、ＴＭＰ２及びＴＭＰ３に相当するパワーの比Ｇ（ω）ＴＭＰ１、Ｇ（ω）ＴＭＰ２、Ｇ（ω）ＴＭＰ３の計算結果を、図１５に示す。同図において、図１５（ａ）は臨床モデル、図１５（ｂ）は混合目詰まりモデル、図１５（ｃ）は横方向目詰まりモデルにおける計算結果をそれぞれ示している。
【００６５】
全てのモデルで、膜（細孔）を通過するとパワーが減少することがわかる。縦方向の目詰まりがある一定以上となったときにみられた波形のなまり減少が極端になった状態を検出している可能性がある。横方向の目詰まりモデルでは、Ｐｆ１、Ｐｆ２のパワー、ＴＭＰ１、ＴＭＰ２及びＴＭＰ３に相当するパワーの比は正常モデルに比べ減少している。臨床モデルでは、Ｐｆ１、Ｐｆ２のパワー、ＴＭＰ１、ＴＭＰ２及びＴＭＰ３に相当するパワーの比は経時的に減少している。
【００６６】
各モデルにおける血液ポンプ周波数に対応するＰａ、Ｐｖの位相差∠Ｇ（ω）ｖ／ａの計算結果を、同様に図１６に示す。同図において、図１６（ａ）は臨床モデル、図１６（ｂ）は混合目詰まりモデル、図１６（ｃ）は横方向目詰まりモデルにおける計算結果をそれぞれ示している。
【００６７】
目詰まりモデル系では縦方向の位相差はない。一方、臨床モデルでは、縦方向の位相差∠Ｇ（ω）ｖ／ａは経時的に増加し、中空糸内部のゲル層が増加し、凝血などの影響も加わり、液体時に比べ振動の伝わり易さに影響が出ている可能性があり、圧実測値等では検出できない目詰まり状況を検出できる可能性がある。
【００６８】
各モデルにおける血液ポンプ周波数に対応するＴＭＰ１、ＴＭＰ２、ＴＭＰ３に相当する位相差∠Ｇ（ω）ＴＭＰ１、∠Ｇ（ω）ＴＭＰ２、∠Ｇ（ω）ＴＭＰ３の計算結果を、図１７に示す。同図において、図１７（ａ）は臨床モデル、図１７（ｂ）は混合目詰まりモデル、図１７（ｃ）は横方向目詰まりモデルにおける計算結果をそれぞれ示している。
【００６９】
目詰まりモデルでは、横方向の目詰まりが起きていると∠Ｇ（ω）ＴＭＰ１が増加することがわかる。また臨床モデルでは、横方向の位相差を表す∠Ｇ（ω）ＴＭＰ１、∠Ｇ（ω）ＴＭＰ２、∠Ｇ（ω）ＴＭＰ３は経時的に増加することがわかる。
【００７０】
以上の計算結果より、血液流れ方向においては、目詰まりの増加に応じて、パワーが増加から減少に変化し、位相差は増加することがわかる。一方、膜を通過することにより、パワーは減少し、位相差は増加することがわかる。これらを利用することによって、圧情報に比して、操作等の影響を受けにくく、また感度がよく、目詰まり状況の検出が可能となるとともに、圧情報からでは検出できないような詳細な目詰まり状況の検出が可能となる。
【００７１】
本発明によれば、上記方法以外にも、圧波形の解析方法として、例えば圧波形の微分曲線を求め、圧の変化率を検討し、圧波形における圧の変化率の最大増加率、最大減少率、変化率が０の時点から最大増加率を示すまでの時間、変化率が０の時点から最大減少率を示すまでの時間を算出する方法もある。さらにまた、圧波形における圧の最小値から最大値を示すまでの時間、最大値から最小値を示すまでの時間、立ち上がり時間（圧が最小値に振幅の１０％を加えた値を示してから、最小値に振幅の９０％を加えた値を示すまでの時間）、立ち下がり時間（圧が最大値から振幅の１０％を引いた値を示してから、最大値から振幅の９０％を引いた値を示すまでの時間）、特定圧の時間幅を算出してもよい。また、２点間で想定したこれら指標の比（または差）や圧の最小値（または最大値）を示す時間の差を利用してもよい。
【００７２】
また、上記実施例では、３０分間隔で圧波形の解析を行っているが、数十秒ごとに解析し、その結果の差や比を計算すれば、フィルタの変化をより詳細かつ容易に把握することが可能となる。
【００７３】
また、上記実施例では、血液ポンプの基本周波数についての検討結果を示したが、濾過ポンプ、透析ポンプ、除水ポンプなど、他のポンプの基本周波数について検討することも可能である。
【００７４】
また、上記実施例では、高速フーリエ解析して求められた変換値における、血液ポンプの基本周波数についての検討結果を示したが、全ての周波数成分のパワーの総和（Total power）を算出し、その変化をみることによってフィルタの変化をより詳細に検出できる可能性がある。さらには、基本周波数の整数倍（例えば５倍程度まで）の周波数成分のパワーの和（Total power）を算出したり、基本周波数及びその整数倍の周波数成分以外の雑音成分について、高周波数成分のパワー（HF power）、低周波数成分のパワー（LF power）、LF powerとHF powerの比、HF powerとTotal powerの比、LF powerとTotal powerの比などを算出し、その変化をみることによってフィルタの変化をより詳細に検出できる可能性がある。
【００７５】
次に、本発明の方法を実現するベッドサイドシステムについて説明する。図１８に示すベッドサイドシステム６は、フィルタ目詰まり状況監視装置６１からの情報に基づいて血液の流速や薬剤の投与量を調整するように構成されている。
【００７６】
このベッドサイドシステム６は、血液浄化のためのフィルタ６２１の目詰まり状況を表示する表示装置を有するフィルタ目詰まり状況監視装置６１と、フィルタ目詰まり状況監視装置６１からの情報に基づいて血液浄化処理を行うとともに、患者に投与する薬剤の量を調整し、血液の流速を調整する血液浄化装置６２とから主に構成されている。
【００７７】
フィルタ目詰まり状況監視装置６１は、フィルタ６２１における圧を測定する圧測定部６１２と、圧測定部６１２からの圧情報、及び場合によってはその他の情報（血液のヘマトクリット値、血液粘度情報、蛋白濃度情報、膠質浸透圧情報）も考慮して算出された圧力差から得られた圧波形を解析し、フィルタの目詰まり状況を検出する演算部６１１と、フィルタの目詰まり解析に用いた種々の情報を格納するメモリ６１３と、フィルタの目詰まり状況や演算に用いた種々の情報を表示する表示部６１５と、演算部６１１で算出されたフィルタ目詰まり状況に基づいて血液浄化装置の流速制御部や薬剤投与量制御部６２３とから主に構成されている。
【００７８】
血液浄化装置６２は、フィルタ６２１と、フィルタ６２１の前段に設けられた血液流入部ドリップチャンバ６２６と、フィルタ６２１の後段に設けられた血液流出部ドリップチャンバ６２７と、血液流入部ドリップチャンバ６２６の前段における血液の循環路６３２に設けられたロータリーポンプ６２５と、フィルタ６２１のカプラに取り付けられたチューブ６２８，６３１に配設された廃液の流速を調整するロータリーポンプ６３０，６２９及び循環路６３２に配設されたロータリーポンプ６２５の血液の流速をフィルタ目詰まり状況監視装置６１の情報に基づいて制御する流速制御部６２２と、循環路６３２に抗凝固剤などの薬剤を投与する薬剤投与部６２４と、フィルタ目詰まり状況監視装置６１の情報に基づいて循環路６３２に投与する薬剤投与量を制御する薬剤投与量制御部６２３とから主に構成されている。
【００７９】
上記構成を有するベッドサイドシステムの動作について説明する。
【００８０】
血液は、患者６３から循環路６３２により、血液浄化装置６２に装着されたフィルタ６２１を介して患者６３に帰還する。血液浄化装置６２においては、血液流入部ドリップチャンバ６２６における圧力Ｐａ、血液流出部ドリップチャンバ６２７における圧力Ｐｖ、フィルタ６２１の血液流入部側のカプラにおける圧力Ｐｆ１、及びフィルタ６２１の血液流出部側のカプラにおける圧力Ｐｆ２が、フィルタ目詰まり状況監視装置６１の圧測定部６１２で測定される。ここでは、血液流入部ドリップチャンバ６２６における圧力Ｐａはフィルタの血液流入部の圧力に相当し、血液流出部ドリップチャンバ６２７における圧力Ｐｖはフィルタの血液流出部の圧力に相当し、フィルタ６２１の血液流入部側のカプラにおける圧力Ｐｆ１はフィルタの濾過液流出部の圧力に相当し、フィルタ６２１の血液流出部側のカプラにおける圧力Ｐｆ２はフィルタの濾過液流入部の圧力に相当する。
【００８１】
これらの圧力は、圧測定部６１２から演算部６１１に出力される。演算部６１１では、圧測定部６１２からの圧情報に対して、必要に応じて連続ヘマトクリットモニタ６４からの情報、外部からの粘度情報、蛋白濃度情報、膠質浸透圧情報、血液浄化装置６２からの流速情報等も勘案して、圧力差を算出した上、圧波形の解析が行われ、解析結果に基づくフィルタ目詰まり状況が検出される。
【００８２】
演算部６１１で求められたフィルタ目詰まり状況は、制御部６１４に出力される。制御部６１４は、血液浄化装置６２の流速制御部６２２及び薬剤投与量制御部６２３を制御する。流速制御部６２２においては、フィルタ目詰まり状況に基づいて循環路６３２内を循環する血液の流速を制御する。例えば、フィルタ目詰まり状況と血液の流速とを対応付けたテーブルに基づいて最適な血液の流速を設定し、その流速情報をロータリーポンプ６２５に出力する。ロータリーポンプ６２５は、流速制御部６２２からの流速情報に基づいて血液の流速を調整する。
【００８３】
また、流速制御部６２２は、フィルタ目詰まり状況に基づいてフィルタ６２１のチューブ６２８，６３１を通る廃液の流速を制御する。例えば、フィルタ目詰まり状況と廃液の流速とを対応付けたテーブルに基づいて最適な廃液の流速を設定し、その流速情報をロータリーポンプ６３０，６２９にそれぞれ出力する。ロータリーポンプ６３０，６２９は、流速制御部６２２からの流速情報に基づいて廃液の流速を調整する。このとき、流速制御部６２２は、ロータリーポンプ６３０，６２９を同等に制御してもよく、フィルタ６２１の目詰まり状況に応じて個々に制御してもよい。
【００８４】
薬剤投与量制御部６２３では、フィルタ目詰まり状況に基づいて循環路６３２に投与する薬剤投与量を制御する。例えば、フィルタ目詰まり情報と薬剤投与量とを対応付けたテーブルに基づいて最適な薬剤投与量を設定し、その薬剤投与量情報を薬剤投与部６２４に出力する。薬剤投与部６２４は、薬剤投与量制御部６２３からの薬剤投与量情報に基づいて薬剤投与量を調整し、調整後の薬剤投与量で循環路６３２に薬剤を投与する。
【００８５】
具体的には、フィルタの縦方向の目詰まり状況が悪化したときには、薬剤投与量制御部６２３において、抗凝固剤の投与量を増加するように設定し、この投与量で抗凝固剤を循環路６３２に投与するように薬剤投与部６２４を制御する。また、流速制御部６２２において、血液の流速を上げるように設定し、この流速で血液を循環させるようにロータリーポンプ６２５を制御する。これにより、フィルタの目詰まりの進展を防ぎ、フィルタが詰まるまでの時間を延ばすことができる。さらに、血液浄化を終了するために回路内の血液を患者へ戻し終わったときのフィルタ内の血液の残存（残血）が生じることや、急激な目詰まりによって回路内の血液を患者へ戻すことができなくなること（血液の回収不能）による失血を防止することができる。
【００８６】
フィルタの横方向の目詰まり状況が悪化したときには、薬剤投与量制御部６２３において、抗凝固剤の投与量を増加するように設定し、この投与量で抗凝固剤を循環路６３２に投与するように薬剤投与部６２４を制御する。また、流速制御部６２２において、廃液の流速を下げるように設定し、この流速で廃液を濾過するようにロータリーポンプ６３０，６２９を制御する。これにより、単位時間当たりの濾過能力を低下させてフィルタが詰まるまでの時間を延ばすことができる。なお、ここでは、廃液の流速を下げる制御を行う場合について説明しているが、状況に応じて廃液の流速を上げる制御をしてもよい。
【００８７】
このように、本実施の形態におけるベッドサイドシステムは、本実施の形態におけるフィルタ目詰まり状況の検出、表示やフィルタ目詰まり状況の監視などをリアルタイムにベットサイドで行うことができる。また、このベッドサイドシステムにおいては、ベッドサイドで収集・分析した情報を蓄積し、血液・廃液の流速や薬剤投与量の調整などに利用することができる。
【００８８】
なお、ベッドサイドシステムやフィルタ目詰まり状況監視装置の構成については、図１８に示した構成に限定されない。即ち、収集した圧情報に基づき圧波形解析を行い、フィルタ目詰まり状況を求めることができ、その情報に基づいて血液浄化に関する制御を行うことができる範囲内において装置構成を種々変更して実施することができる。
【００８９】
このように、本実施の形態に係る方法によれば、フィルタの目詰まり状況をより正確に把握することが可能となるので、目詰まりを早期に発見し、これにより過剰になることなく抗凝固剤の投与量を適切に調整し、血液の流速の設定を変更して、フィルタの目詰まりの進展を防ぐことなどが可能となる。また、血液浄化の施行可能時間（終了時期）を予測することも可能となり、医療スタッフによる血液浄化終了の準備をゆとりをもって行うことが可能となる。さらに、血液浄化終了時のフィルタ内における血液の残存（残血）による患者の失血を予防することが可能となる。また、血球成分を強い陰圧により吸着し、血球の破壊（溶血など）を引き起こす危険性も減る。さらに、フィルタの目詰まりによる物質除去能（クリアランス）の低下を考慮した、より有効な施行条件の設定が可能となる。
【００９０】
さらに、各フィルタの目詰まりの起こり方の評価が可能となり、この評価結果を、より目詰まりの起こりにくいフィルタの開発に利用することができる。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、フィルタの血液流入部の圧力、血液流出部の圧力、血液流入部の濾過圧、及び血液流出部の濾過圧からなる群より選ばれた少なくと１つの圧力を経時的に測定し、その経時変化を解析することにより、フィルタの目詰まり状況が検出され、フィルタの目詰まり状況をより正確に把握し、例えば、目詰まりを早期に発見し、過剰になることなく抗凝固剤の投与量を適切に調整し、血液の流速の設定を変更して、フィルタの目詰まりの進展を防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）はローラポンプの動作を概念的に示す図、（ｂ）は（ａ）のＡ点における圧波形を示す図である。
【図２】流路の狭窄の程度による圧波形の変化を示す図である。
【図３】圧波の伝播による圧波形の変化を示す図で、（ａ）は圧波形の測定個所を概念的に示す図、（ｂ）は（ａ）のＡ地点及びＢ地点における圧波形を示す図である。
【図４】（ａ）は、血液浄化に使用されるフィルタの概略を示す図である。（ｂ）は、フィルタの中空糸の概略を示す図である。
【図５】フィルタの縦方向の目詰まりと横方向の目詰まりとを説明するための図である。
【図６】本発明の方法において使用する圧の測定部位を説明するための図である。
【図７】基本周波数の同定について説明するための図である。
【図８】流量−基本周波数特性を示す図である。
【図９】本発明の実施例で用いた回路配置の構成を示す図である。
【図１０】各モデルにおける血液ポンプ周波数に対応するＰａのパワーの計算結果を示す図である。
【図１１】各モデルにおける血液ポンプ周波数に対応するＰｖのパワーの計算結果を示す図である。
【図１２】各モデルにおける血液ポンプ周波数に対応するＰａからＰｖへのパワーの比Ｇ（ω）ｖ／ａの計算結果を示す図である。
【図１３】臨床モデルの圧実測値から算出したＰａ−Ｐｖ及びＰｆ１−Ｐｆ２の計算結果を示す図である。
【図１４】各モデルにおける血液ポンプ周波数に対応するＰｆ１、Ｐｆ２のパワーの計算結果を示す図である。
【図１５】各モデルにおける血液ポンプ周波数に対応するＴＭＰ１、ＴＭＰ２、ＴＭＰ３に相当するパワーの比Ｇ（ω）ＴＭＰ１、Ｇ（ω）ＴＭＰ２、Ｇ（ω）ＴＭＰ３の計算結果を示す図である。
【図１６】各モデルにおける血液ポンプ周波数に対応するＰａ、Ｐｖの位相差∠Ｇ（ω）ｖ／ａの計算結果を示す図である。
【図１７】各モデルにおける血液ポンプ周波数に対応するＴＭＰ１、ＴＭＰ２、ＴＭＰ３に相当する位相差∠Ｇ（ω）ＴＭＰ１、∠Ｇ（ω）ＴＭＰ２、∠Ｇ（ω）ＴＭＰ３の計算結果を示す図である。
【図１８】本発明の方法を実現するためのベッドサイドシステムの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１フィルタ
２循環路
１０筐体
１１中空糸
１２細孔
３０循環路
３１ローラポンプ
３２フィルタ
３２ａ血液流入部
３２ｂ血液流出部
３２ｃ血液流入部のカプラ
３２ｄ血液流出部のカプラ
３３血液流入部ドリップチャンバ
３４血液流出部ドリップチャンバ
６１フィルタ目詰まり状況監視装置
６２血液浄化装置
６３患者
６４連続ヘマトクリットモニタ
１０１光合分波器
１１１中空糸膜
１１２細孔
１１３中空糸内腔
１１４物質
２０２流路
４０２ロータ
４０４チューブ
６１１演算部
６１２圧測定部
６１３メモリ
６１４制御部
６１５表示部
６２１フィルタ
６２２流速制御部
６２３薬剤投与量制御部
６２４薬剤投与部
６２５ロータリーポンプ
６２６血液流入部ドリップチャンバ
６２７血液流出部ドリップチャンバ
６３２循環路
６２８，６３１チューブ
６３０，６２９ロータリーポンプ
７０２血液タンク
７０４ａ，７０４ｂ濾過廃液チューブ
７０６ａ血液流出部
７０８血液流出チューブ（循環路）
７１０血液流出部ドリップチャンバ
７１３，７１５，７１７，７１９ガラス管
７１２，７１４，７１６，７１８耐圧チューブ

Claims

血液の流入部、血液の流出部、濾過液の流入部、及び濾過液の流出部を備えた中空糸膜で構成されており、血液を通過させることにより前記血液をフィルタリングするフィルタの目詰まり状況を監視するフィルタ目詰まり状況監視装置であって、
１）前記血液の流入部の圧力、前記血液の流出部の圧力、前記濾過液の流入部の圧力、及び前記濾過液の流出部の圧力からなる群より選ばれた少なくとも１つの圧力を経時的に測定する測定手段と、
２）前記測定手段において測定された圧力の経時変化を高速フーリエ解析して変換値の算出を行う解析手段と、
３）前記フーリエ解析により算出された変換値のうち、前記血液の流入部、及び前記濾過液の流出部の少なくとも一方を含み、前記血液の流入部、前記血液の流出部、前記濾過液の流入部、及び前記濾過液の流出部の少なくとも２箇所における脈動周波数に対応する変換値の振幅及び／またはパワーの比を利用して前記フィルタの目詰まり状況を検出する検出手段と、
４）前記検出手段の検出結果に基づいて、前記フィルタの目詰まり状況を表示する表示手段と、
５）前記検出手段の検出結果に基づいて前記フィルタの目詰まり状況を監視する監視手段と
を具備することを特徴とするフィルタ目詰まり状況監視装置。
血液の流入部、血液の流出部、濾過液の流入部、及び濾過液の流出部を備えた中空糸膜で構成されており、血液を通過させることにより前記血液をフィルタリングするフィルタの目詰まり状況を監視するフィルタ目詰まり状況監視装置であって、
１）前記血液の流入部の圧力、前記血液の流出部の圧力、前記濾過液の流入部の圧力、及び前記濾過液の流出部の圧力からなる群より選ばれた少なくとも１つの圧力を経時的に測定する測定手段と、
２）前記測定手段において測定された圧力の経時変化を高速フーリエ解析して変換値の算出を行う解析手段と、
３）前記フーリエ解析により算出された変換値のうち、前記血液の流入部、及び前記濾過液の流出部の少なくとも一方を含み、前記血液の流入部、前記血液の流出部、前記濾過液の流入部、及び前記濾過液の流出部の少なくとも２箇所における、脈動周波数に対応する変換値の位相の差tan ^-1 b/aを利用して前記フィルタの目詰まり状況を検出する検出手段と、
４）前記検出手段の検出結果に基づいて、前記フィルタの目詰まり状況を表示する表示手段と、
５）前記検出手段の検出結果に基づいて前記フィルタの目詰まり状況を監視する監視手段と
を具備することを特徴とするフィルタ目詰まり状況監視装置。
ここで、ａは前記脈動周波数の高速フーリエ変換から求まる信号の実軸成分であり、ｂは前記脈動周波数の高速フーリエ変換から求まる信号の虚軸成分である。
請求項１または２に記載のフィルタ目詰まり状況監視装置を備えたことを特徴とするベッドサイドシステム。