用于识别通过透析器的液体流动方向的设备的制作方法

本发明涉及用于识别通过透析器的液体流动方向的设备和方法，所述透析器具有由半透膜相互隔开的被血液流过的血液室和被透析液流过的透析液室。此外，本发明涉及带有体外血液循环和液体系统的血液处理设备，所述体外血液循环包含由半透膜分为血液室和透析液室的透析器的血液室，所述液体系统包含所述透析器的透析液室，其中，体外血液处理设备具有用于识别通过透析器的液体流动方向的设备。

背景技术：

已知不同类型的血液处理设备。对于已知的血液处理设备，例如包括用于血液透析、血液过滤和血液透析过滤的血液处理设备。在血液处理期间，患者的血液在体外血液循环中流过血液处理单元。在用于血液透析、血液过滤和血液透析过滤的设备的情况中，血液处理单元是由半透膜分为血液室和透析液室的透析器或过滤器。在血液处理期间，血液流过血液室，而透析液流过透析液室。有效的血液处理的前提条件是血液和透析液沿透析器或过滤器的半透膜在相反的方向上流动。在流动方向相同时血液处理效果更低。因此，在实践中透析器或过滤器不以同向流动而是以反向流动运行。不过，在个别情况下也可能希望降低的透析效果，例如为避免失衡综合征。因而在透析效果不由于血液流量或透析液流量的改变而降低时可进行在反向流动中的运行。而且，在透析器存在问题(阻塞)时，也可有利地以同向流动连接。此外，在带有包括扩散和对流的物质交换的组合的处理(血液透析过滤)的情况下，通过以同向流动运行也存在限制物质交换的扩散份额的可能性。

已知可用于表示透析器的工作能力和/或透析处理的有效性的不同的物理量和/或化学量。用于说明透析处理的有效性的一个已知的量是清除率K。物质的清除率K是通过透析器的总流动的完全不含所涉及的物质的部分流动。对于透析处理的有效性，所谓的透析剂量KT/V具有重要意义，所述透析剂量KT/V定义为对于尿素的清除率K和透析处理的有效处理时间T的乘积与对于尿素的患者的分配体积V的商。

用于在体外血液处理期间测量清除率的方法和设备从DE 39 38 662 A1(US 5,100,554)和DE 197 47 360 A1(US 6 156 002)中已知。清除率的确定基于在两个不同的透析液离子浓度的情况下对于电解质传递的测量。从文献中已知，清除率取决于透析液流量。清除率也取决于血液流量，其中，具体而言仅有效的血清流动(血清和细胞内液)是关键的。

已知的透析设备允许手动调节不同的透析液流速，例如300、500和800ml/min。为实现高的清除率，基本上在血液流量更高时要求更高的已用透析液流量。

血液处理设备的透析器或过滤器是与透析设备的液体系统连接的可更换的单元。已知的血液处理设备的液体系统包括管道系统，所述管道系统带有第一和第二管道部分以用于连接透析器。为将透析器连接到液体系统，将第一管道部分与透析器的透析液室的入口连接且将第二管道部分与透析器的透析液室的出口连接。

透析器和血液处理设备的制造商设置待与入口和出口连接的管道部分在血液侧和已用透析液侧上的颜色编码，以便于使用者进行同向流动或反向流动的连接。此颜色编码当然在所有的制造商的情况中并非统一。因此，存在将连接混淆的风险。这在下文中称为不正常连接。同样适用于流动方向的自动换向，例如通过设置在体外血液循环内的用于流动换向的装置的切换或通过血液泵的输送方向的切换，因为在此也可能出现错误的连接。

当透析器不以同向流动而以反向流动运行时，对于患者的血液处理的有效性可能不充分。这特别地在透析器的不正常连接未被觉察的情况下更成问题。因而存在的风险是患者以带有不充分的有效性的持续时间被处理。

连接的接反对于使用者是可容易地识别的。在以同向流动而非反向流动运行的运行中出现的效果的降低不可考虑作为同向流动的指示，因为透析效果的降低也可能由于另外的因素引起，例如由于透析器的阻塞或血管入口内的再循环，且在实践中缺乏对于透析效果的期望值的可用参考值。

DE 10 2010 032 980 A1描述了用于识别通过透析器的液体流动方向的设备，所述设备基于物理和/或化学特性的改变，例如流入到透析器的血液室内的液体的物质浓度，且基于对从透析器的血液室流出的液体的物理和/或化学特性的改变的测量。由于透析器的血液室上游的物理和/或化学特性的改变导致的血液室下游的液体的物理和/或化学特性的改变在通过血液室的液体流动方向换向之前和之后被测量。

从WO 2012/159734 A1中已知用于识别体外血液处理设备的运行状态的设备，所述设备具有用于测量透析效果(清除率)的测量单元。清除率的测量基于在由使用者预先给定的、例如血液流量和透析液流量的透析条件下的新鲜的透析液的特性改变和在已用透析液中进行的反应。

从WO 2012/159734 A1中也已知，根据作为透析器的效果的特征量的质量传递系数K₀A、已用透析液流量Q_d和血液流量Q_b计算出清除率。根据WO 2012/159734A1，描述清除率与已用透析液流速的相关性的此关系式对于以同向流动和反向流动的运行是已知的。不过，在实践中质量传递系数不可知。通常在透析设备上不进行对于制造参数的告知。即便在透析器的质量传递系数K₀A已知时，但是有效质量传递系数K₀A是与处理有关的，其中涉及血液参数和患者参数。

在WO 2012/159734 A1中也将为以同向流动而非反向流动的透析器运行描述为错误的运行状态。在300ml/min的血液流量和500ml/min的已用透析液流量的情况下，在使用已知的透析器时当透析器不以反向流动而以同向流动运行时，清除率例如降低32％。当所测量到的清除率和对于反向流动所期望的清除率之间的偏差处于对于同向流动所期望的范围内时，可估计到透析器的联接的接反可能是故障的原因。不过，仅在清除率降低时不能断定以同向流动的运行，因为清除率的降低也可能由于在血管开口内的再循环或另外的原因导致。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是给出用于识别通过透析器的液体流动方向的设备和方法，以可检验透析器是处于同向流动还是反向流动运行。

本发明所要解决的技术问题此外在于提供一种体外血液处理设备，以所述体外血液处理设备提高了在透析时的安全性。

本发明的此技术问题的解决方案根据本发明以独立权利要求的特征实现。本发明的有利的实施形式是从属权利要求的对象。

本发明的第一方面在于，为识别通过透析器的液体流动方向，测量清除率或表征清除率的量，且将测量到的清除率或测量到的表征清除率的量与预先给定的极限值进行比较，其中，如果清除率或表征清除率的量大于预先给定的极限值，则断定通过血液室的血液的流动方向和通过透析液室的透析液的流动方向为反向流动。此方面基于如下认知，即在实践中在透析器以同向流动运行的血液处理中，不再能实现处于特定的极限值以上的清除率值。因此，对于预先给定的极限值以上的清除率值可立即断定是反向流动的运行。因此，可立即识别是否实际设定的是在实践中主要使用的以反向流动的透析器运行。由此，提高了血液处理的安全性。为一个特定的范围，即对于在实践中会出现的透析液流量和/或血液流量的变化确定预先给定的极限值。在此，也可考虑在实践中使用的透析器的质量传递系数。

根据本发明的设备具有用于测量清除率或表征清除率的量的测量单元，以及用于比较所测量到的清除率与预先给定的极限值的比较的评估和计算单元。测量单元以及评估和计算单元可形成独立的单元或也可以是血液处理设备的测量装置和/或中央控制单元和/或计算和评估单元(微处理器)的组成部分。

本发明的第二方面在于为识别流动方向而测量清除率或表征清除率的量且改变透析液的流速。为此，根据本发明的设备具有用于在透析液流速改变之前和之后测量清除率或表征清除率的量的测量单元和用于将通过透析器的透析液室的透析液的流速改变预先给定的量值的控制单元。

根据本发明的设备和根据本发明的方法根据本发明的第二方面基于将所测量到的清除率或表征清除率的量的改变与对于透析器以反向流动或同向流动的运行所计算出的清除率或表征清除率的量的改变的期望值进行比较。如果清除率或表征清除率的量的改变的测量值与对于同向流动的运行相比更接近对于反向流动的运行的清除率或表征清除率的量的改变的期望值，则断定透析器实际以反向流动运行，而如果清除率或表征清除率的量的改变的测量值与对于反向流动的运行相比更接近对于同向流动的运行的清除率或表征清除率的量的改变的期望值，则断定透析器实际以同向流动运行。根据第二方面，本发明基于如下认知，即在透析液流速改变时清除率的相对改变的量值在同向流动时总是大于在反向流动时。

对于本发明不关键的是清除率的实际测量值。为此可使用全部从现有技术中已知的方法。在此方面，如果由测量到的量计算清除率，则清除率的测量也理解为清除率的确定。

根据本发明的设备的计算和评估单元构造为：根据由于将透析液流速改变以预先给定的量值导致的清除率的改变或表征清除率的量的改变，断定血液流过血液室的方向和透析液流过透析液室的方向为同向流动还是反向流动。

本发明的优选的实施形式建议：基于描述清除率或表征清除率的量与透析液流速的相关性的关系式，对于透析液的反向流动和同向流动计算由于透析液流速的改变所导致的清除率或表征清除率的量的期望的改变的量值，且根据透析液流速改变之前和之后测量到的清除率或表征清除率的量计算清除率或表征清除率的量的实际改变的量值。基于清除率或表征清除率的量的实际改变的量值与对于反向流动和同向流动的清除率或表征清除率的量的改变的期望值的比较，断定流动为反向流动还是同向流动。对于清除率的实际改变的量值和计算出的改变的量值的比较，可使用不同的评估方法。

在优选的实施形式中，计算清除率或表征清除率的量的实际改变的量值和对于反向流动的清除率或表征清除率的量的改变的期望值之间的差的量值，和计算清除率或表征清除率的量的实际改变的量值和对于同向流动的清除率或表征清除率的量的改变的期望值之间的差的量值。如果对于同向流动的差的量值小于对于反向流动的差的量值则断定流动以同向流动进行，而如果对于反向流动的差的量值小于对于同向流动的差的量值则断定流动以反向流动进行。因此，检验测量到的清除率的改变是更接近同向流动运行还是反向流动运行的期望值。

用于测量清除率或表征清除率的量的测量单元优选地具有用于改变流入到透析液室内的透析液的物理和/或化学特性的装置和用于测量从透析液室流出的透析液的物理和/或化学特性的装置。物理和/或化学特性优选地是透析液内的物质的浓度，其中，用于测量物理和/或化学特性的装置是用于测量物质浓度的装置。为识别透析器的流动通过方向，基本上不重要的是改变哪个物理和/或化学特性。优选地，改变Na浓度。

物质量的改变可容易地在体外血液处理设备的已用透析液准备中进行。对物质浓度的测量可使用已知的传感器进行，所述传感器在已知的血液处理设备中一般地总是存在。因此，根据本发明的方法和根据本发明的设备可容易地实施到已知的血液处理设备内。

作为改变物质浓度的替代，也可使用测量单元测量清除率，所述测量单元测量表征清除率的量，例如可处于UV范围、可见光范围或IR范围内的电磁辐射在血液内的吸收。

另外的优选的实施形式建议计算和评估单元在确定流动方向后产成指示以反向流动的运行状态还是与同向流动的运行状态的信号(数据)。此信号(数据)可传递到外部单元处。在特别优选的实施形式中，信号传递到显示运行状态的显示单元处。但信号也可以是控制信号，所述控制信号由血液处理设备的中央控制单元接收，以对于机器控制进行干预。对于机器控制的干预可以是阻止血液处理的执行。由此保证血液处理仅在透析器的正常连接时才可能进行。但也可作为对于机器控制的干预将流动方向换向，使得透析器然后正常运行。信号也可以是警报信号，以在透析器错误连接时给出警报。

本发明的第一和第二方面可用作检验流动方向的独立标准，或可组合地使用。优选地，对于检验流动方向将两个方面相互组合。首先，可根据第一方面检验清除率是否处于预先给定的极限值以上。当情况为是时，可取消根据第二方面的检验。但根据第二方面的检验可用于验证根据第一方面的检验，或反之。

附图说明

在下文中通过参考附图详细解释本发明的实施例。

各图为：

图1以明显简化的示意性图示出体外血液处理设备的关键部件，和

图2示出了在透析器以同向流动和反向流动运行时在透析液流速改变时的清除率的相对改变。

具体实施方式

图1以明显简化的示意性图仅示出对于本发明关键的体外血液处理设备的部件。在本实施例中，用于识别通过体外血液处理设备的透析器的液体流动的方向的设备是血液处理设备的组成部分。但用于识别透析器的流动通过方向的设备也可形成独立的单元。

在本实施例中是血液透析设备的体外血液处理设备具有透析器1，所述透析器1由半透膜2隔成血液室4和透析液室3。血液室4具有第一连接部4A和第二连接部4B，而透析液室3具有第一连接部3A和第二连接部3B。

液体系统具有仅示意性地图示的装置5，由所述装置5由水和浓缩物制成新鲜的透析液。用于准备新鲜的透析液的装置5允许短期改变特别是提高浓缩物成分，以产生浓缩物胶块。

用于准备新鲜透析液的装置5通过第一透析液管道6与透析液室3的第一连接部3A连接。第二透析液管道7从透析液室3的第二连接部3B向流出口9引导，在所述第二透析液管道7中接入透析液泵8。血液处理设备的此部分是透析液系统I。

动脉血管道10从患者向血液室4的第一连接部4A引导，在所述动脉血管道10内接入血液泵11，而静脉血管道12从血液室4的第二连接部4B发出并返回到患者。血液处理设备的此部分是体外血液循环II。

在体外血液处理期间，透析液室3被透析液流过且血液室4被血液流过。透析液和血液在此沿透析器1的膜2流动。为提高处理的效果，透析器1一般地以反向流动运行。在此，透析液和血液沿膜在相反的方向上流动。但透析器原则上也可以同向流动运行。

血液处理设备具有中央控制单元13，所述中央控制单元13通过控制导线8’、11’与透析液泵8和血液泵11连接。

第一透析液管道6和第二透析液管道7是软管管道，透析器1连接在所述软管管道上。为将软管管道6、7连接到透析器1的连接部3A、3B上，使用未图示的连接件，特别是一般地被以颜色编码的汉森(Hansen)连接器。

在本实施例中作为血液处理设备的组成部分的用于识别透析器1的流动通过方向的设备具有计算和评估单元14，所述计算和评估单元14通过数据导线15与血液处理设备的中央控制单元13连接。但计算和评估单元14也可以是中央控制单元13的组成部分。此外，用于识别流动方向的设备具有用于将透析液流速以预先给定的量值改变的控制单元，所述控制单元在实施例中是血液处理设备的中央控制单元13的组成部分，但也可以是独立的单元。

透析液系统I可包括用于将流动方向换向的装置16，所述装置16具有阀16A、16B、16C、16D。阀优选地是可电磁促动或可气压促动的阀，所述阀通过控制导线16A’、16B’、16C’、16D’由血液处理设备的中央控制单元13控制。

第一阀16A布置在第一透析液管道6内，且第二阀16B布置在第二透析液管道7内。在第一阀16A的上游从第一透析液管道6分支出第一管道支管6A，所述第一管道支管6A在第二阀16B的上游通向第二透析液管道7。在第一管道支管6A中接入第三阀16C。在第一管道支管6A的下游从第一透析液管道6分支出第二管道支管6B，所述第二管道支管6B在第二阀16B的下游通向第二透析液管道7。在第二管道支管6B中接入第四阀16D。在此，阀的上游和下游的概念是指当液体流动未被换向时的流动方向。

在正常运行中，透析器1以反向流动运行。为此，中央控制单元13将第一阀16A和第二阀16B打开且将第三阀16C和第四阀16D关闭。因此，第一连接部3A是透析液室3的流入口且第二连接部3B是透析液室3的流出口。为将流动方向换向，控制单元13将第一阀16A和第二阀16B关闭且将第三阀16C和第四阀16D打开。因而，第一连接部3A是透析液室3的流出口且第二连接部3B是透析液室3的流入口。

用于识别透析器的流动通过方向的设备具有用于测量清除率的测量单元，所述测量单元具有用于测量透析液的物理和/或化学特性的装置。在本实施例中，透析液的物理和/或化学特性是透析液内的物质的浓度，例如钠浓度。为测量物理和/或化学特性设置了包括第一传感器17A和第二传感器17B的装置17。第一传感器17A为确定Na浓度测量透析器1的上游的第一透析液管道6内的透析液的电导率，而第二传感器17B测量透析器1的下游的第二透析液管道7内的透析液的电导率。传感器17A、17B通过数据导线17A’、17B’与计算和评估单元14连接。

此外设置有显示单元18A和警报单元18B，所述显示单元18A和警报单元18B通过数据导线19A和19B与计算和评估单元14连接。显示单元18A显示透析器以同向流动或是以反向流动运行。警报单元18B在确定了透析器1的运行不正常时发出警报。

首先，解释识别透析器的流动通过方向的理论基础。

在反向流动运行中，在已知已用透析液流量Q_d,0和血液(血清)流量Q_bw时可从扩散清除率K_diff,1的第一测量计算出有效透析器参数(质量传递系数)K₀A(Sargent/Gotch的”Replacement of Renal Function by Dialysis”中的”principlies and Biophysics of Dialysis”)：

在反向流动运行中，相应的关系式为：

通过假定在已用透析液流量Q_d改变时质量传递系数K₀A保持恒定，现在在已用透析液流量以ΔQ_d改变时为同向流动运行和反向流动运行计算扩散清除率的期望值

根据本发明的设备和根据本发明的方法不仅可用于识别血液透析(HD)的流动方向，而且可用于识别血液透析过滤(HDF)的流动方向。对于带有预稀释和后稀释的HDF的处理的情况，从通过测量确定的总清除率K_m中抽取清除率的扩散份额。这以如下等式可实现，使得等式(1)至(4)也可用于HDF方法。

在HDF预稀释时κ＝1

在HD及HDF后稀释时κ＝0

Q_bw表示血清流量，Q_b表示血液流量，Q_d表示透析液流量，Q_f表示滤液流量，且Q_s表示补液流量。

血液透析过滤(HDF)的一般情况在Gross,Maierhofer等人的”Online clearance measurement in high-efficiency hemodiafiltration”(Kidney International(2007)72,1550-1553)中详细描述。

在已用透析液流量为Q_d,0+ΔQ_d时第二次确定扩散清除率K_diff,2之后，现在可对于同向流动运行和反向流动运行将扩散清除率的真实改变ΔK_diff＝K_diff，2-K_diff，1与对于同向流动运行和反向流动运行的期望的改变进行比较。

或

图2示出，对于血液透析处理(HD)，在透析液流速Q_d从在透析器1以反向流动运行时↓↑的预先给定的500ml/min的原始的透析液流速Q_d和从在透析器1以同向流动运行时↑↑的预先给定的300ml/min的原始的透析液流速Q_d改变了-200ml/min、-100ml/min(降低)和+300ml/min(升高)时的清除率的相对改变。在x轴上绘出了在原始透析液流速500ml/min时的清除率K。所确定的清除率K的值处在60ml/min至200ml/min之间。可见，在实践中的在透析器以同向流动运行的血液处理中，不再达到高于185ml/min的极限值的清除率值。此外可见，在透析液流速改变时清除率的相对改变的量值在以同向流动运行时总是比在以反向流动运行时更大。

对于典型地用于血液透析的带有300至1200ml/min的质量传递系数K₀A的透析器，即使在同向流动中在透析液流速Q_b改变前也期望至少150ml/min的清除率。因此，在本示例中在透析液流速Q_b改变-200或+300ml/min(到300或800ml/min)时，同向流动和反向流动之间的清除率改变的差在基于电导率的清除率确定的误差范围之外。

中央控制单元13以及计算和评估单元14构造为执行根据本发明的用于识别流动方向的方法的各个方法步骤。

在实施例中从透析器1应以反向流动运行出发。反向流动运行因此是正常运行。应在本实施例中检验所述正常运行。

在对于血液处理预先给定的确定的血液流速Q_b和确定的透析液流速Q_d,0的情况下，测量单元测量扩散清除率K_diff,1。为此，通过在用于在透析液循环I中在透析器上游处提供新鲜的透析液的装置5内的浓度成分的短期改变产生浓度胶块，所述浓度胶块以测量单元的在透析器1的上游和下游的传感器17A和17B被测量。如果胶块的尺寸已知，则透析器1的上游的传感器17A也可取消。测量单元然后由所获得的测量值计算清除率K_diff,1。由测量值计算清除率属于现有技术(DE 39 38 662 A1，DE 197 47 360 A1)。

首先，计算和评估单元14将测量的清除率K_diff,1与处于160ml/min以上、优选地处于175ml/min以上、特别地优选地处于185ml/min以上的预先给定的值进行比较。如果清除率K_diff,1处于极限值以上，则计算和评估单元14断定以同向流动的运行，因为如此的高的值对于不以同向流动的运行无法实现，但这在随后可再次检验。否则，断定是同向流动运行，这也可再次检验。

透析液流速Q_d现在被以预先给定的量值改变，即升高或降低透析液流速Q_d，其中血液流速Q_b保持不变。在改变透析液流速Q_d之后，以测量单元重新测量清除率K_diff,2。

测量值K_diff,1和清除率K_diff,2存储在未图示的计算和评估单元14的存储器内。计算和评估单元14由测量值K_diff,1和清除率K_diff,2计算出由于对于透析器1的以同向流动的运行的假定情况在保持血液流量Q_b的同时透析液流速Q_d以预先给定的量值ΔQ_d改变到Q_d,0+ΔQ_d而导致的清除率的改变的量值Δ(K_diff)_↓↑：

Δ(K_diff)_↓↑＝K_diff,1-K_diff,2

在基于在透析液流速Q_d改变之前和之后的清除率测量而确定了清除率的改变的量值Δ(K_diff)_↓↑之后对于反向流动的情况和对于同向流动的情况计算清除率改变的期望值(反向流动)、(同向流动)。

为此，首先根据对于反向流动的等式(1)和对于同向流动的等式(2)从先前测量的清除率K_diff,1、调节的透析液流速Q_d,0和血液流速Q_b以及血清流量Q_bw计算透析器1的质量传递系数K₀A。

然后，根据以预先给定的量值ΔQ_d提高到Q_d,0+ΔQ_d的透析液流速、未改变的血液流速Q_b、血清流量Q_bw和先前确定的质量传递系数K₀A根据等式(3)计算对于反向流动的在已用透析液流量改变之后的清除率的期望值且根据以预先给定的量值ΔQ_d提高到Q_d0+ΔQ_d的透析液流速、未改变的血液流速Q_b、未改变的血清流量Q_bw和先前确定的质量传递系数K₀A根据等式(4)计算对于同向流动的在已用透析液流量改变之后的清除率的期望值

计算和评估单元14然后计算对于反向流动中在透析液流速改变之后和之前测量到的清除率的清除率期望值之间的差的量值，以对于反向流动确定清除率的期望的改变的量值，且计算对于同向流动中在透析液流速改变之后和之前测量的清除率的清除率期望值之间的差的量值，以对于同向流动确定清除率的期望的改变的量值。

然后，计算和评估单元14对于反向流动的情况计算清除率的测量到的改变和清除率的改变的期望值之间的差的量值，且对于同向流动的情况计算清除率的测量到的改变和清除率的改变的期望值之间的差的量值。

然后将两个差值相互比较。当对于反向流动的差的量值小于对于同向流动的差的量值时，计算和评估单元14断定是以反向流动运行，这在本实施例中是希望的运行。而当对于同向流动的差的量值小于对于反向流动的差的量值时，断定是以同向流动的运行，这在本实施例中不是希望的运行，即是错误的状态。

计算和评估单元14由此产生指示运行状态的控制信号，所述控制信号被显示单元18A接收，因此显示反向流动或是同向流动运行。

当透析器1不正常地连接到透析液管道6、7上时，即当连接接反时，计算和评估单元14产生控制信号，所述控制信号被警报单元18B接收。警报单元18B然后生成警报。此外，计算和评估单元14生成控制信号，所述控制信号被中央控制单元13接收。然后控制单元13进行对于机器控制的干预。此干预可以是中断血液处理的执行。替代地，可通过操作相应的阀16A至16D将流动方向换向，使得透析器实际上以反向流动运行。