JP6637035B2 - 流体特性を測定するための導電率センサを備えた透析装置 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

本願は、「流体特性を測定するための導電率センサを備えた透析装置」の名称で２０１４年９月１８日に出願された米国仮出願第６２／０５２，４１０号の利益を主張しており、この内容は参照することによってその全体が本明細書に組み込まれる。

［参照による組み込み］
本明細書に記載された全ての公開文献及び特許出願は、具体的に及び個々に各公開文献又は各特許出願が参照によって組み込まれることを示されたかのように、参照によって同一の程度まで本明細書に組み込まれる。

本開示は、一般的に、透析装置及び治療に関する。より具体的には、本開示は、透析装置に含まれる導電率センサに関する。

透析センターで透析療法を受ける患者がいる。透析センターは、患者に、要求が多く、制限が多く、且つ疲れるスケジュールを課す場合がある。通院透析を受ける患者は、１週間で少なくとも３回、透析センターを訪れ、毎回３〜４時間、毒素と余分な水分が血液からろ過されている間、椅子に座らなければならない。治療の後、患者は、注射した部位の出血が止まり、血圧が正常に戻るまで待たなければならない。これは、日常生活の活動からかけ離れたさらにより多くの時間を要する。透析センターの治療とは対照的に、在宅透析は、患者にスケジューリングの柔軟性を提供できるため、患者は治療時間を選ぶことが可能になる。

第１セル定数を有する第１ペアのセンス電極と、第１セル定数と異なる第２セル定数を有する第２ペアのセンス電極とを備える導電率センサが提供される。第１ペアのセンス電極と第２ペアのセンス電極はそれぞれ、流体の導電率を測定するように構成される。第１ペアのセンス電極と第２ペアのセンス電極を併用して、許容可能なエラー限界値を下回る導電率測定値の範囲を増加させる。

いくつかの実施形態において、導電率センサは透析システム内に配置される。

一実施形態において、第１セル定数の範囲は０．１〜１．０である。別の実施形態において、第２セル定数の範囲は１．０〜５．０である。

別の実施形態において、第１ペアのセンス電極は、第１のセンス電極と第２のセンス電極とを含む。別の実施形態において、第２ペアのセンス電極は、第３のセンス電極と第４のセンス電極とを含む。

いくつかの実施形態において、第１のセンス電極及び第２のセンス電極は、第１のドライブ電極と第２のドライブ電極の間に配置される。別の実施形態において、第３のセンス電極及び第４のセンス電極は、第２のドライブ電極と第３のドライブ電極の間に配置される。

一実施形態において、導電率センサは、さらに、第１ペアのセンス電極と第２ペアのセンス電極によって生成された電圧を測定するように構成された第１の増幅器を備える。別の実施形態において、導電率センサは、さらに、第１の増幅器からの測定電圧を組み合わせるように構成された第２の増幅器を備える。さらに別の実施形態において、導電率センサは、さらに、第２の増幅器と共に、縮尺された電流の減算を実現するように構成された減衰素子を備える。

流体の導電率の測定方法が提供される。その方法は、第１セル定数を有する第１ペアのセンス電極によって流体の第１の電圧を測定するステップと、第１セル定数と異なる第２セル定数を有する第２ペアのセンス電極によって流体の第２の電圧を測定するステップと、第１及び第２の電圧を処理して第１及び第２の導電率測定値を生成するステップと、第１及び第２の電圧を組み合わせて許容可能なエラー限界値を下回る組み合わされた導電率測定値を生成するステップと、を含む。

いくつかの実施形態において、処理するステップは、さらに、第１の増幅器によって第１及び第２の電圧を処理して、第１及び第２の導電率測定値を生成することを含む。

別の実施形態において、組み合わせるステップは、さらに、第２の増幅器によって第１及び第２の電圧を組み合わせて、許容可能なエラー限界値を下回る組み合わされた導電率測定値を生成することを含む。

一実施形態において、第１セル定数の範囲は０．１〜１．０である。別の実施形態において、第２セル定数の範囲は１．０〜５．０である。

透析システムが提供される。透析システムは、透析療法と共に使用される水源を浄化するように構成された浄水システムと、浄水システムによって浄化された水から透析液を生成するように構成され且つさらに透析療法を患者に提供するように構成された透析供給システムと、浄水システム及び透析供給システムのうちの少なくとも１つに配置された導電率センサとを備える。導電率センサは、第１セル定数を有する第１ペアのセンス電極と、第１セル定数と異なる第２セル定数を有する第２ペアのセンス電極とを含み、第１ペアのセンス電極と第２ペアのセンス電極はそれぞれ、流体の導電率を測定するように構成され、第１ペアのセンス電極と第２ペアのセンス電極を併用して、許容可能なエラー限界値を下回る導電率測定値の範囲を増加させる。

一実施形態において、第１セル定数の範囲は０．１〜１．０である。別の実施形態において、第２セル定数の範囲は１．０〜５．０である。

本発明の新規の特徴について下記の特許請求の範囲の詳細と共に説明する。本発明の特徴と利点は、実施形態を記載した下記の詳細な説明を参照することによって、より良く理解されるであろう。実施形態では、本発明の原理と添付の図面が利用されている。

ユーザの自宅などの非臨床の場で、ユーザに透析療法を提供することができる例示的な透析システムを示している。 ある実施形態における、図１の透析システムに含まれうる二極構成の導電率センサを示している。 図２に示される導電率センサなどの、単一のセル定数を有する導電率センサの、予想されるエラー対導電率の関係の例示的なグラフを示す。 別の実施形態における、図１の透析システム内に含まれうる７つの電極の構成を備えた導電率センサを示している。 図４に示される導電率センサなどの、単一のセル定数の導電率センサによって得られる導電率測定値と、異なるセル定数の導電率センサによって得られる導電率測定値とを比較した例示的なグラフを示している。 別の実施形態における、７つの電極の構成とセンス電極にまたがる電圧を測定する増幅器とを備える導電率センサを示している。

本開示は、神経信号伝達を研究するための新規の方法を記載する。本明細書に記載の方法は、生物組織の高誘電体誘電率を利用して、エネルギーを動物内の埋め込み装置へトンネルさせる（tunnel）。すなわち、その方法は、組織を利用して、送信機から、埋め込まれている受信機へのエネルギーの結合を促進する。動物がどこにいても、エネルギーは埋め込まれている受信機に自動的にトンネルされる。

本開示は、在宅透析システムを含む透析システムの実施形態に関連するシステム、デバイス、及び方法を記載する。透析システムは、透析システムに関連する流体の導電率を測定する導電率センサ又は検出システムを備える。例えば、透析システムの導電率センサは、透析液の組成物を特定して透析液の比率を確かめるために、透析液の導電率を測定することができる。また、導電率センサは、透析システム内の水の比率を確かめるために、水の純度を測定することができる。さらに、導電率センサは、以下でさらに詳細に説明するように、許容可能範囲内の流体の導電率を検出するように構成されうる。

導電率センサは、ドライブ電極（すなわち、電流を駆動する）と、センス電極（すなわち、電圧を測定する）を含む。ドライブ電極は、交流電圧によって電力を供給されうる。そして、ドライブ電極から流体を通って流れる電流が、センス電極によって測定されて、流体の導電率が決定される。流体の導電率は、流体の化学成分及び温度などの１つ又は複数の特性の影響を受ける。

例えば、導電率センサは、流体を通る電流を駆動し、流体内の電圧降下を測定する。導電率センサは、電流、電圧、センス電極間の距離、及びセンス電極間の有効面積に基づいて、流体内の導電率を算出することができる。

図１は、ユーザの自宅などの非臨床の場で、ユーザに透析療法を提供することができる例示的な透析システム１００を示している。透析システム１００は、浄水システム（ＷＰＳ）モジュール１０２及び透析供給システム（ＤＤＳ）モジュール１０４を備える。ＷＰＳモジュール１０２とＤＤＳモジュール１０４は、例えば、運搬と貯蔵をより良くするために、可逆的に連結されうる。ＷＰＳモジュール１０２は、透析療法と共に使用される水源を浄化するのに有用である。例えば、ＷＰＳモジュール１０２は、住宅の水源（例えば、水道水）に接続されて、少なくともほぼリアルタイムで殺菌された水を用意することができる。それから、１回分の多量の水を加熱及び冷却する必要なしに、殺菌された水は、非臨床の場で、（例えば、ＤＤＳモジュール１０４において）透析のために使用されうる。本明細書に記載の導電率センサのうちのいずれかを含む１つ又は複数の導電率センサは、透析システム１００に関連する流体、例えば、透析液又は水の導電率を測定するために、透析システム１００内に備えられる。

図２は、透析システムにおいて使用される二極構成を備えた導電率センサ２００を示している。導電率センサ２００は、正のドライブ／センス電極２１２と負のドライブ／センス電極２１４を含む。電流が、ドライブ／センス電極２１２，２１４間の流体２１６（例えば、透析液、水）内で駆動され、電圧降下がドライブ／センス電極２１２，２１４間で測定されうる。導電率センサ２００は、電流、電圧、ドライブ／センス電極２１２，２１４間の距離（ｄ）、及びドライブ／センス電極２１２，２１４間の有効面積（Ａ）に基づいて、流体２１６の導電率を算出することができる。例えば、ドライブ／センス電極２１２，２１４間の距離及び有効面積を使用して、セル定数が算出される。そして、そのセル定数を使用して、導電率が算出される。さらに、導電率センサ２００が、許容範囲内の（すなわち、比較的低い測定エラーで）流体２１６の導電率を測定できるように、セル定数の変数（すなわち、ｄ及びＡ）は調整されうる。

図３は、単一のセル定数を有する導電率センサ２００などの、導電率センサの予想されるエラー対導電率の関係の例示的なグラフ３００を示している。グラフ３００に示されるように、許容可能範囲３２２は、導電率センサによって実現されうる、許容可能なエラー限界値３２４未満の導電率測定値を規定している。許容可能範囲３２２は、導電率センサのセル定数に基づいている。例えば、セル定数が調整されて（例えば、ｄ及び／又はＡが調節されて）、許容可能範囲３２２内である、導電率測定値の所望の範囲が実現される。

透析システムの多くの変数は導電率測定を妨げる可能性があり、より先進の導電率センサが必要とされる。例えば、透析システムの別の部分からの電気ノイズとリーク電流が、透析システム内の流体の導電率の測定を妨げる可能性がある。

図４は、ある実施形態における、ドライブ電極とセンス電極のペアを分離した７つの電極の構成を備えた導電率センサ４００を示している。この構成は、例えば、電気ノイズと可変の接地経路から導電率センサ４００を保護することによって、図２の導電率センサ２００を含む別の導電率センサに勝るいくつかの利点を提供することができる。

図４に示されるように、導電率センサ４００は、第１のドライブ電極４３０ａ、第２のドライブ電極４３０ｂ、及び第３のドライブ電極４３０ｃを含む。第１のドライブ電極４３０ａ、第２のドライブ電極４３０ｂ、及び第３のドライブ電極４３０ｃは、透析システムの流体４１６を通る電流を駆動するように構成されている。さらに、第１のセンス電極４４０ａと第２のセンス電極４４０ｂが、第１のドライブ電極４３０ａと第２のドライブ電極４３０ｂの間に配置されている。さらに、第３のセンス電極４４０ｃと第４のセンス電極４４０ｄが、第２のドライブ電極４３０ｂと第３のドライブ電極４３０ｃの間に配置されている。この構成において、センス電極の各ペア（すなわち、４４０ａと４４０ｂ、４４０ｃと４４０ｄ）は、電極間の距離と電極面積との比率として定義されるセル定数を有する。さらに、第１ペアのセンス電極４４０ａ，４４０ｂは、第２ペアのセンス電極４４０ｃ，４４０ｄと異なるセル定数を有する。

上述したように、セル定数は、電極間の距離と電極面積との比率である。導電率センサ４００は、以下のように、センス電極のペア間で異なるセル定数を有することができる。例えば、第１及び第２のセンス電極４４０ａ，４４０ｂ間の第１の距離（ｄ１）は、第３及び第４のセンス電極４４０ｃ，４４０ｄ間の第２の距離（ｄ２）と異なる。これに代えて又はさらに、第１及び第２のセンス電極４４０ａ，４４０ｂの第１の面積（Ａ１）は、第３及び第４のセンス電極４４０ｃ，４４０ｄの第２の面積（Ａ２）と異なる。これにより、第１及び第２のセンス電極４４０ａ，４４０ｂによって生成されるセル定数は、第３及び第４のセンス電極４４０ｃ，４４０ｄによって生成されるセル定数と異なる結果になる。導電率センサ４００は、異なるセル定数を有する２つのペア電極を含む。これにより、以下でさらに詳しく説明するように、これら２つの異なるセル定数を組み合わせることによって、導電率センサ４００は、許容可能なエラー限界値未満である、より広い範囲の導電率測定値を測定することができるようになる。

図５は、導電率センサ４００などの、異なるセル定数を有する（すなわち、第１の導電率線５５０及び第２の導電率線５５２）の導電率センサによって得られる導電率測定値を示す例示的なグラフ５００を示している。グラフ５００からわかるように、第１の導電率線５５０は第１の導電率範囲５２２ａを持ち、第２の導電率線５５２は第２の導電率範囲５２２ｂを持つ。第１及び第２の導電率範囲が組み合わされて、導電率センサ４００についての許容可能なエラーの限界値を下回る、拡張された導電率範囲５２２ｃが形成される。２つの導電率線が組み合わされることによって、導電率センサは、個々のセル定数のより小さな許容可能範囲５２２ａ，５２２ｂと比較して、許容可能なエラーの限界値５２４未満としてまとめられた導電率測定値のより大きな許容可能範囲５２２ｃを持つ。このように異なるセル定数を有する導電率センサ４００は、許容可能なエラーを含むより広い範囲の導電率測定値を測定することができる。

図５に示される実施形態は、第１セル定数Ｋ＝０．５と第２セル定数Ｋ＝１．０を有する導電率センサを示している。導電率が減少する（抵抗を増加させる）と、所定の電流は、より大きな電圧信号を生成する。ある時点で、増幅器回路が上限電圧限界値に達するほど、信号は大きくなる。しかし、第２セル定数の半分の大きさの第１セル定数を有する導電率センサは、電圧信号を半分に切り、導電率センサのより低い範囲を効果的に倍にする。例えば、Ｋ＝１．０のセンサの実際の下限値が１００μＳの場合、Ｋ＝０．５のセンサの実際の下限値は５０μＳである。

導電率センサ４００の許容可能な導電率測定値の範囲を調整するために、導電率センサ４００のセル定数は、ペアのセンス電極間の距離又は有効面積を変更することによって、調整されうる。これにより、導電率センサ４００は、許容可能なエラー限界値５２４未満の測定値と共に、測定されている流体の種類に適した広範囲の導電率測定値を集めることができる。

図６は、別の実施形態における、７つの電極の構成を備えた導電率センサ６００を示している。例えば、導電率センサ６００は、第１のドライブ電極６３０ａと第２のドライブ電極６３０ｂとの間に配置された第１のセンス電極６４０ａ及び第２のセンス電極６４０ｂを含む。さらに、導電率センサ６００は、第２のドライブ電極６３０ｂと第３のドライブ電極６３０ｃとの間に配置された第３のセンス電極６４０ｃ及び第４のセンス電極６４０ｄを含む。第１のセンス電極６４０ａ及び第２のセンス電極６４０ｂのセル定数は、第３のセンス電極６４０ｃ及び第４のセンス電極６４０ｄのセル定数と異ならせることができる。第１の増幅器６６０は、ペアのセンス電極（すなわち、６４０ａ及び６４０ｂ、６４０ｃ及び６４０ｄ）によって検出された電圧を個別に測定するのに役立つ。第２の増幅器６８０は、例えば、第１の増幅器６６０によって個別に測定された電圧測定値を処理して組み合わせることができる。第２の増幅器すなわち平均化増幅器６８０から得られる信号がさらに処理されて、単一の導電率測定値が生成される。導電率センサ６００の測定エラーは、各ペアのセンス電極に関連する測定エラーの組み合わせである場合がある。さらに、７つの電極構成は、ノイズ電流６８２及びリーク電流６８４などからの外部効力による、導電率センサ６００によって得られた導電率測定値の変更を制限する。導電率センサの異なるセル定数と共に、追加の減衰素子６８５が、平均化増幅器６８０と共に、縮尺された電流の減算を効率的に実現するために使用されうる。

いくつかの実施形態において、適当な機能を確保するために、追加の電子機器（例えば、センサ）が導電率センサ６００に含まれてもよい。例えば、確実に電流が所望の範囲内にとどまるようにするために、導電率センサ６００は、電気経路の一部に沿って電流を測定するセンサ６７０を含んでもよい。所望の範囲は、導電率センサ６００が導電率の正確な計算を実現する（すなわち、電圧及び電流についての個々の測定エラー及び組み合わせの測定エラーを最小化する）のに役立つような、単一のプリセット値であってもよいし又は動的に調整された値であってもよい。

さらに、導電率センサ６００は、ペアのセンス電極にまたがる電圧を個別に測定することによって、センス電極が、対応するドライブ電極の間で互いに関連する様々な位置に配置されることを可能にする。さらに、導電率センサ６００のセル定数の差分を増やすことによって、許容可能範囲を増加させることができる。ノイズレベルは、セル定数の差分を減らすことによって、減少させることができる。

水の目標の導電率範囲は、例えば、約０μＳ／ｃｍ〜１０００μＳ／ｃｍであり、透析液の目標の導電率範囲は、例えば、約８０００μＳ／ｃｍ〜２００００μＳ／ｃｍである。さらに、ペアのセンス電極の目標セル定数はそれぞれ、約０．１〜１．０と約１．０〜５．０である。

本明細書は多くの細目を含んでいるが、これらは主張した発明の範囲又は特許請求の範囲についての限定として解釈されるべきではない。むしろ、特定の実施形態に特有の特徴についての説明として解釈されるべきである。別個の実施形態の文脈の中で本明細書に記載されている特定の特徴は、単一の実施形態において組み合わせて実施されてもよい。逆に、単一の実施形態の文脈の中で記載されている様々な特徴は、複数の実施形態において別々に実施されてもよいし、又は適当な下位の組み合わせにおいて実施されてもよい。さらに、特徴は特定の組み合わせにおける行為として上述され、そのようなものとして最初に主張されているけれども、主張した組み合わせからの１つ又は複数の特徴は、ある場合には、その組み合わせから削除されてもよい。主張された組み合わせは、下位の組み合わせを対象としてもよいし、又は下位の組み合わせを変形したものを対象としてもよい。同様に、図面において、動作は特定の順序で記載されているけれども、このような動作は示された特定の順序又は順番で実行されることを必要とするものとして解釈されるべきではない、又は所望の結果を得るために示された全ての動作の実行が必要であると解釈されるべきではない。数個の例及び実施のみが開示されている。記載された例、実施、及び別の実施に対する変形、修正、及び拡張が、開示されているものに基づいて行われても良い。

本発明に関するさらなる詳細に関し、材料及び製造技術が、当業者のレベルの範囲内で使用されてもよい。一般的に又は論理的に採用される追加的行為に関し、本発明の方法に基づく態様に対して、同じことが当てはまる。記載された発明の変形における任意の特徴が、個別に、又は本明細書に記載の特徴のうちのいずれか１つ又は複数との組み合わせで説明され及び主張されることが検討される。また、単数のアイテムについての言及は、複数の同一のアイテムが存在する可能性があることを含む。より具体的には、本明細書及び特許請求の範囲に記載されているような、単数形「ａ」、「ａｎｄ」、「ｓａｉｄ」、「ｔｈｅ」は、文脈が別のことを明確に記載していない限り、複数の対象を含む。さらに、請求項は任意の要素を除外して作られてもよい。そのため、この記述は、請求項の要素の列挙に関連して、「だけ（ｓｏｌｅｌｙ）」、「のみ（ｏｎｌｙ）」などの排他的な用語の使用又は否定的な限定の使用のための先の記載として機能することを目的としている。別のことが本明細書に定義されていない限り、本明細書で使用されている技術的及び化学的な用語の全ては、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者によって共通に理解されるように、同じ意味を持つ。本発明の幅は、主題の明細書によって制限されず、むしろ請求項で用いられている用語の明白な意味によってのみ制限される。

Claims (19)

1. 第１セル定数を有する第１ペアのセンス電極、及び
   前記第１セル定数と異なる第２セル定数を有する第２ペアのセンス電極、
   を備え、
   前記第１ペアのセンス電極と前記第２ペアのセンス電極はそれぞれ、流体の導電率を測定するように構成され、
   前記第１ペアのセンス電極と前記第２ペアのセンス電極を併用して、前記第１ペアのセンス電極のみ又は前記第２ペアのセンス電極のみの導電率測定値と比較して、許容可能なエラー限界値を下回る導電率測定値の範囲を増加させる、
   導電率センサ。
2. 前記導電率センサは透析システム内に配置される、請求項１に記載の導電率センサ。
3. 前記第１セル定数の範囲は０．１〜１．０である、請求項１に記載の導電率センサ。
4. 前記第２セル定数の範囲は１．０〜５．０である、請求項１に記載の導電率センサ。
5. 前記第１ペアのセンス電極は、第１のセンス電極と第２のセンス電極とを含む、請求項１に記載の導電率センサ。
6. 前記第２ペアのセンス電極は、第３のセンス電極と第４のセンス電極とを含む、請求項５に記載の導電率センサ。
7. 前記第１のセンス電極及び前記第２のセンス電極は、第１のドライブ電極と第２のドライブ電極の間に配置される、請求項６に記載の導電率センサ。
8. 前記第３のセンス電極及び前記第４のセンス電極は、前記第２のドライブ電極と第３のドライブ電極の間に配置される、請求項７に記載の導電率センサ。
9. さらに、前記第１ペアのセンス電極と前記第２ペアのセンス電極によって生成された電圧を測定するように構成された第１の増幅器を備える、請求項８に記載の導電率センサ。
10. さらに、前記第１の増幅器からの測定電圧を組み合わせるように構成された第２の増幅器を備える、請求項９に記載の導電率センサ。
11. さらに、前記第２の増幅器と共に、縮尺された電流の減算を実現するように構成された減衰素子を備える、請求項１０に記載の導電率センサ。
12. 流体の導電率の測定方法であって、
    第１セル定数を有する第１ペアのセンス電極によって、流体の第１の電圧を測定するステップ、
    前記第１セル定数と異なる第２セル定数を有する第２ペアのセンス電極によって、前記流体の第２の電圧を測定するステップ、
    前記第１及び第２の電圧を処理して、第１及び第２の導電率測定値を生成するステップ、及び
    前記第１及び第２の電圧を組み合わせて、許容可能なエラー限界値を下回る組み合わされた導電率測定値を生成するステップ、
    を含む、方法。
13. 前記処理するステップは、さらに、第１の増幅器によって前記第１及び第２の電圧を処理して、前記第１及び第２の導電率測定値を生成することを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記組み合わせるステップは、さらに、第２の増幅器によって前記第１及び第２の電圧を組み合わせて、前記許容可能なエラー限界値を下回る前記組み合わされた導電率測定値を生成することを含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記第１セル定数の範囲は０．１〜１．０である、請求項１２に記載の方法。
16. 前記第２セル定数の範囲は１．０〜５．０である、請求項１２に記載の方法。
17. 透析療法と共に使用される水源を浄化するように構成された浄水システム、
    前記浄水システムによって浄化された水から透析液を生成するように構成され、且つさらに透析療法を患者に提供するように構成された透析供給システム、及び
    前記浄水システム及び前記透析供給システムのうちの少なくとも１つに配置された導電率センサ、
    を備え、
    前記導電率センサは、第１セル定数を有する第１ペアのセンス電極と、前記第１セル定数と異なる第２セル定数を有する第２ペアのセンス電極とを含み、前記第１ペアのセンス電極と前記第２ペアのセンス電極はそれぞれ、流体の導電率を測定するように構成され、 前記第１ペアのセンス電極と前記第２ペアのセンス電極を併用して、前記第１ペアのセンス電極のみ又は前記第２ペアのセンス電極のみの導電率測定値と比較して、許容可能なエラー限界値を下回る導電率測定値の範囲を増加させる、
    透析システム。
18. 前記第１セル定数の範囲は０．１〜１．０である、請求項１７に記載の透析システム。
19. 前記第２セル定数の範囲は１．０〜５．０である、請求項１７に記載の透析システム。

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