用于血液透析系统的pH缓冲剂测量系统的制作方法
【专利说明】用于血液透析系统的pH缓冲剂测量系统 夺叉引用
[0001] 本申请要求2013年2月2日提交的美国临时申请号61/760,078和2013年3月 15日提交的美国申请号13/837,287的优先权，这些申请的全部内容以引用的方式并入本 文中。
技术领域
[0002] 本发明涉及在血液透析、血液过滤、血液透析过滤以及腹膜透析中的任一者期间 通过测定酸反应流体或碱反应流体的流体特征来测量透析液流体的pH和缓冲剂浓度的系 统和方法。
【背景技术】
[0003] 在诸如血液透析、血液过滤、血液透析过滤以及腹膜透析的流体疗法期间，透析液 pH和缓冲剂浓度可以在患者结果中起关键作用。基于患者的酸-碱状态来指定患者的透析 液pH和缓冲剂浓度。酸中毒患者可以通过提高其透析液中的碳酸氢盐缓冲剂水平来治疗， 并且碱中毒患者可以通过降低其透析液中的碳酸氢盐水平来治疗。用以测量pH和缓冲剂 透析液浓度的方法对于含有可能使pH水平和碳酸氢盐浓度变至未知值的组分的系统是尤 其重要的。举例来说，再生血液透析系统，诸如再循环透析液系统（"REDY"系统），含有从 透析液流体中释放和/或去除氢离子和碳酸氢盐的吸附剂材料。透析液流体中氢离子和碳 酸氢盐的去除和/或添加取决于若干因素，包括：患者血尿素水平、患者体重、透析液组成、 吸附剂特性，等等。正因如此，变得难以预测在血液透析期中将会发生的透析液pH和碳酸 氢盐浓度的变化。因此，需要可以测量透析液的pH和碳酸氢盐浓度的系统和方法。
【发明内容】
[0004] 本发明针对一种pH-缓冲剂测量系统，其可以具有至少一个用于修改进入系统的 流体的pH的来源，所述来源选自酸来源和碱来源，其中酸来源添加等效于提供酸反应流体 的酸并且碱来源添加等效于提供碱反应流体的碱，其中所述来源与流径流体连通；以及用 于测定酸反应流体或碱反应流体的流体特征的组件；其中可以测量的流体特征是气相压 力、电导率或热导率中的任一者。
[0005] 在任何实施方案中，这个组件可以测定未反应流体的流体特征。在任何实施方案 中，静态混合器可以提供于至少一个用于修改进入系统的流体的pH的来源下游。
[0006] 在任何实施方案中，这个系统可以具有一个或多个用于将流体栗送入和栗送出系 统的栗。
[0007] 在任何实施方案中，这个系统可以通过获取进入系统的流体的流体特征的第一值 与酸反应流体或碱反应流体的流体特征的第二值的差异来测定流体的pH、缓冲剂含量或两 者。
[0008] 在任何实施方案中，这个系统可以通过获取进入系统的流体的流体特征的第一值 与未反应流体的流体特征的第二值的差异来测定流体的pH、缓冲剂含量或两者。
[0009] 在任何实施方案中，这个组件可以测量进入系统的流体上方的气相压力。
[0010] 在任何实施方案中，这个系统的组件可以测量酸反应流体或碱反应流体上方的气 相压力。在任何实施方案中，这个组件可以测量进入系统的流体的热导率。
[0011] 在任何实施方案中，这个组件可以测量酸反应流体或碱反应流体的热导率。在 任何实施方案中，这个组件当用净化气体吹扫时可以测量热导率，其中有待测量的气体从 进入系统的流体、酸反应流体或碱反应流体扩散通过可以改变包围电极的气体的热导率的 膜。
[0012] 在任何实施方案中，热导率的变化率可以用于计算气体的浓度。
[0013] 在任何实施方案中，这个组件可以测量酸反应流体或碱反应流体的电导率。在任 何实施方案中，这个组件可以测量进入系统的流体的电导率。
[0014] 在任何实施方案中，进入系统的流体可以是用于腹膜透析的透析液或超滤液或流 体。
[0015] 在任何实施方案中，有待测量的缓冲剂含量可以是碳酸氢盐。在任何实施方案中， 酸来源可以按预定量添加以确保进入系统的流体中的碳酸氢盐的完全转化。
[0016] 在任何实施方案中，酸来源可以添加乙酸、柠檬酸、盐酸或磷酸中的任一者。
[0017] 在任何实施方案中，这个组件可以具有用以测量酸反应流体或碱反应流体的气相 压力的第一测量室，以及用以测量进入系统的流体的气相压力的第二测量室。
[0018] 在任何实施方案中，这个系统可以具有与第一和第二测量室流体连通的差动压力 传感器。
[0019] 在任何实施方案中，这个系统可以具有第一或第二测量室，这个第一或第二测量 室具有与压力转换器和排气阀流体连通的气体渗透膜上方的空气间隙以允许气体从第一 或第二测量室逸出，其中这个压力转换器可以测量酸反应流体、碱反应流体或进入系统的 流体中的任一者上方的气相的压力。
[0020] 在任何实施方案中，可以提供控制系统以执行测定基于酸反应流体、碱反应流体 或进入系统的流体中的任一者的流体特征所必需的计算。
[0021] 在任何实施方案中，描述了一种流体疗法系统，其可以具有与本文所描述的任何 pH-缓冲剂测量系统流体连通以形成透析液流径的透析器和吸附剂系统，其中这个pH-缓 冲剂测量系统可以测定酸反应流体、碱反应流体或进入pH-缓冲剂测量系统的流体中的任 一者的pH、缓冲剂浓度或两者。
[0022] 在任何实施方案中，可以提供一种重构系统，其用于将受控量的缓冲剂添加至透 析液中以在用于透析器中之前形成具有预定浓度的缓冲剂的透析液。
[0023] 在任何实施方案中，缓冲剂可以是碳酸氢盐。在任何实施方案中，这个系统可以具 有pH-缓冲剂测量系统，其可以定位于吸附剂系统和脱气器下游。
[0024] 在任何实施方案中，重构系统可以将pH和碳酸氢盐浓度调整至所需水平。
[0025] 在任何实施方案中，传导率传感器可以沿着透析液流径的任何地方连接。
[0026] 在任何实施方案中，透析液流径中的流体可以选择性地计量入和计量出透析液流 径。在任何实施方案中，这个系统可以是受控顺应系统。在任何实施方案中，透析液流径中 的流体可以选择性地计量入和计量出透析液流径。
[0027] 在任何实施方案中，本文所描述的任何系统都可以用于血液透析、血液过滤、血液 透析过滤以及腹膜透析中的任一者。
[0028] 本发明在一个或多个实施方案中还涉及一种流体疗法系统，其包括与透析器、吸 附剂再生单元以及流体特征管理单元流体连通的流体流径，这个流体特征管理单元沿着流 体流动定位于吸附剂再生单元与透析器之间。
[0029] 在任何实施方案中，流体疗法系统的流体特征管理单元是pH-缓冲剂管理单元。
[0030] 在任何实施方案中，流体疗法系统的流体特征管理单元是钾管理单元。
[0031 ] 在任何实施方案中，流体疗法系统可以进一步包括脱气器，其与流体流动回路流 体连通并且沿着流体流动定位于吸附剂再生单元下游。
[0032] 在任何实施方案中，流体疗法系统可以进一步包括旁路流径，其使流体流动的一 部分从流体特征管理单元转向。
[0033] 在任何实施方案中，流体疗法系统可以进一步包括传导率传感器，其与流体流径 流体连通并且沿着流体流动定位于流体特征管理单元下游。
[0034] 在任何实施方案中，流体疗法系统的流体特征管理单元可以包括酸进料的入口和 碱进料的入口中的至少一者。
[0035] 在任何实施方案中，流体疗法系统的流体特征管理单元可以包括热导率传感器和 电导率传感器中的至少一者。
[0036] 在任何实施方案中，流体疗法系统可以进一步包括与流体流径流体连通并且定位 于流体特征管理单元下游的置换流动回路，这个置换流动回路将再生流体的一部分输送出 吸附剂再生单元直接返回至受试者的血液中并且绕过透析器。
[0037] 在任何实施方案中，流体疗法系统可以进一步包括开放式透析液储集器，其与流 体流径流体连通并且沿着流体流动定位于吸附剂再生单元上游。
[0038] 在任何实施方案中，描述了一种测定流体的pH或缓冲剂含量的方法，其可以具有 以下步骤：通过添加等效于提供酸反应流体的酸或添加等效于提供碱反应流体的碱来修改 流体的pH ;以及通过获取酸反应流体或碱反应流体的流体特征的第一值与流体特征的第 二值的差异来测定酸反应流体或碱反应流体的至少一个流体特征。
[0039] 在任何实施方案中，描述了以下步骤：使酸反应流体或碱反应流体再循环以允许 碳酸氢盐与酸之间完全反应以形成二氧化碳，从而形成再循环流体；测量再循环流体的压 力读数以测定再循环流体中所含的二氧化碳的量。
[0040] 在任何实施方案中，描述了以下步骤：使透析液再循环以测定与透析液平衡的气 体的总压力；酸化透析液以使所有碳酸氢盐转化成二氧化碳；以及用压力传感器测量与透 析液平衡的气体的总压力；以及测定透析液中二氧化碳的分压力。
[0041] 在任何实施方案中，描述了以下步骤：使流体流动通过静态混合器以增强酸溶液 与透析液之间的混合。
[0042] 在任何实施方案中，描述了以下步骤：使流体流动通过血液透析、血液过滤、血液 透析过滤以及腹膜透析的流体路径中的任一者。
【附图说明】
[0043] 图1是具有受控顺应透析液流径和pH-缓冲剂测量系统的透析液再生系统的流程 图。
[0044] 图2是利用压力传感器和酸进料的pH-缓冲剂测量系统。
[0045] 图3是利用压力传感器以及酸和碱进料的pH-缓冲剂测量系统。
[0046] 图4是利用热导率传感器以及酸和碱进料的pH-缓冲剂测量系统。
[0047] 图5是利用电导率传感器以及酸和碱进料的pH-缓冲剂测量系统。
[0048] 图6是具有开放式、非固定体积透析液流径和pH-缓冲剂测量系统的透析液再生 系统的流程图。
[0049] 图7是具有受控顺应过滤流径和pH-缓冲剂测量系统的血液过滤再生系统的流程 图。
[0050] 图8是具有受控顺应血液透析过滤流径和pH-缓冲剂测量系统的血液透析过滤再 生系统的流程图。
[0051] 图9是腹膜透析液再生系统和pH-缓冲剂测量系统的流程图。
[0052] 贯穿图式和本说明书，在图中具有相同编号的组件指的是相同组件。
【具体实施方式】 定义
[0053] 除非另有定义，否则本文所用的所有技术和科学术语一般具有与相关领域的一般 技术人员通常所理解的相同的含义。本文所提供的定义不应在不考虑本说明书的其它部 分、权利要求书以及图式中所提供的上下文和其它所赋含义、或其用途的情况下被硬性地 解释。
[0054] 冠词"一个（a/an)"在本文中用于指代这个冠词的一个或多于一个（即，至少一 个）语法对象。举例来说，"一个元件"意味着一个元件或多于一个元件。
[0055] 术语"酸或碱等效物"指的是每摩尔与等效酸等价的酸或每摩尔与等效碱等价的 氢氧离子给予或接受相等摩尔数的氢或水合氢离子的等效酸或碱。
[0056] 术语"酸进料"指的是能够从酸来源获得酸溶液并且将其连接或馈送至接收来源 或流径中的流体连通状态。
[0057] "酸"可以是阿伦纽斯酸（Arrheniusacid)、布朗斯特-劳里酸 (Br0nsted-Lowryacid)或路易斯酸（Lewisacid)。阿伦纽斯酸是增加溶液中水合氢 离子（H30+)的浓度的物质或流体。布朗斯特-劳里酸是可以充当质子给予体的物质。路易 斯酸是电子对接受体。
[0058] 术语"活性碳"可以指每克表面积大于500m2的多孔碳材料。活性碳可以能够吸收 若干种物质，包括重金属，尤其诸如铅、汞、砷、镉、铬以及铊；氧化剂，诸如氯气和氯胺；氟 化物离子；以及废料物质，诸如磷酸盐，和某些含氮废料物质，诸如肌酸酐和尿酸。
[0059] 术语"施用"、"递送"以及"引入"可以在上下文中互换使用以指示将具有改变浓 度的至少一种组分（包括电解质以及碱金属和/或碱土金属离子）的水或透析液引入有需 要的患者，并且可以进一步意味着将水、任何试剂或碱金属和/或碱土金属离子引入透析 液或透析线路，在此所述水、试剂或碱金属和/或碱土金属离子将通过扩散、横穿扩散膜或 其它方式进入患者的血液。
[0060] "酸来源"可以是阿伦纽斯酸、布朗斯特-劳里酸或路易斯酸的来源。阿伦纽斯酸 是增加溶液中水合氢离子（h30+)的浓度的物质或流体。布朗斯特-劳里酸是可以充当质子 给予体的物质。路易斯酸是电子对接受体。
[0061] "碱来源"可以是可以接受氢阳离子（质子）或更一般地说给予一对价电子的物 质的来源。如果可溶性碱含有并定量地释放氢氧离子（0H)，那么其被称作碱金属。布朗斯 特-劳里理论将碱定义为质子（氢离子）接受体，而更一般的路易斯理论将碱定义为电子 对给予体，从而允许包括除质子以外的其它路易斯酸。阿伦纽斯碱（Arrheniusbase)充当 氢氧阴离子，其严格地说只适用于碱金属。
[0062] 术语"碱进料"指的是能够从碱来源获得碱溶液并且将其连接或馈送至接收来源 或流径中的流体连通状态。
[0063] 术语"受控顺应流径"、"受控顺应透析液流径"以及"受控顺应溶液流径"指的是 在具有受控顺应性特征或为如本文所定义的受控顺应的受控顺应系统内操作的流径。
[0064] "控制器"、"控制单元"、"处理器"或"微处理器"是监控并影响给定系统的操作条 件的装置。操作条件通常被称作系统的输出变量，其中这些输出变量可以通过调整某些输 入变量而受影响。
[0065] 术语"受控顺应性"和"受控顺应"描述了主动控制流体体积转移入或转移出隔室、 流径或线路的能力。在某些实施方案中，透析液线路或受控顺应流径中流体的可变体积经 由与一个或多个储集器联合的一个或多个栗的控制而扩展和收缩。如果患者流体体积、流 径以及储集器被视为系统的总体积的一部分（每个个别体积有时可以被称作流体隔室）， 那么一旦系统处于操作中，系统中流体的体积一般是恒定的（除非将额外的流体从系统外 部添加至储集器中）。附接的储集器允许系统通过抽取流体并且将所需量储存于附接的控 制储集器中和/或通过将纯化和/或再平衡的流体提供给患者并且任选地去除废产物来调 整患者流体体积。术语"受控顺应性"和"受控顺应"不与术语"非顺应体积"混淆，"非顺应 体积"简单地指的是在已经从诸如器皿、管道、容器、流径、调节流径或筒的规定空间去除空 气之后抵抗流体体积的引入的器皿、管道、容器、流径、调节流径或筒。在一个实施方案中， 并且如本文所论述和图中所示，受控顺应系统可以双向移动流体。在某些情况下，双向流体 移动跨越透析器内部或外部的半透膜。双向流体流动还可以按所选择的操作模式跨越、通 过或介于本发明的器皿、管道、容器、流径、调节流径或筒之间发生。如结合诸如半透膜的屏 障所用的术语"双向移动流体"指的是在任一方向上移动流体跨越屏障的能力。"双向移动 流体"还可以适用于在受控顺应系统中的流径中或流径与储集器之间在两个方向上移动流 体的能力。
[0066] "气体渗透膜"是选择性地允许气体穿过膜而向流体提供屏障的膜。
[0067] "气相压力"也称为"蒸气"，是在特定温度下来自液体或固体的平衡压力。如果蒸 气与液相或固相接触，那么这两相将处于平衡状态。
[0068] 术语"流体特征"指的是构成流体或可以发现溶解或悬浮于流体中的任何化学或 生物组分或与流体相关的气体特性；或流体的任何物理特性，包括（但不限于）与流体或有 关气体相关的温度、压力、一般或特定传导率。
[0069] 术语"pH-缓冲剂测量系统"和"pH-缓冲剂管理单元"各自指的是测量系统内的 透析液或流体的pH和/或缓冲剂浓度的系统。
[0070] 术语"钾管理系统"和"钾管理单元"各自指的是测量系统内的透析液或流体的钾 浓度的系统。
[0071 ] 术语"流体特征管理系统"和"流体特征管理单元"各自指的是测量尤其诸如pH、 钾浓度、钠浓度的流体特征中的一者或多者的系统。
[0072] 术语"栗"指的是通过施加吸力或压力而促使流体或气体移动的任何装置。
[0073] "重构系统"在一种用途中是再平衡系统中的透析液以确保其含有适量的电解质 和缓冲剂的系统。
[0074] "半透膜"也称为"选择性渗透膜"、"部分渗透膜"或"差异性渗透膜"，是将允许某 些分子或离子通过扩散并且偶尔通过指定的"易化扩散"而穿过的膜。穿过速率取决于任 一侧的分子或溶质的压力、浓度和温度，以及膜对每种溶质的渗透率。术语"半透膜"还可 以指抑制溶液的较大分子量组分穿过，同时允许溶液中具有较小分子量的其它组分穿过的 材料。
[0075] 术语"静态混合器"指的是在不需要使用运动部件的情况下混合流体溶液中