专利名称：用于体外血液处理装置的测量血液中血液成分的装置和方法
用于体外血液处理装置的测量血液中血液成分的装置和方
法本发明涉及用于体外血液处理设备的测量血液中血液成分的装置和方法，其包括被半透膜分成第一室和第二室的透析器或过滤器，和具有可透射电磁辐射的柔性管线的柔性管线系统。在慢性肾衰竭的情况下，各种体外血液治疗或净化方法用于除去需要排泄的物质和用于回收流体。血液透析中，患者的血液在身体外部的透析器中净化。透析器具有被半透膜隔开的血液室和透析流体室。处理期间，患者的血液流过血液室。为了能够有效清除血液中需要排泄的物质，有新鲜的透析流体连续流过透析流体室。然而，在血液透析(HD)中，低分子物质运输过透析器的膜实质上是由透析流体和血液之间的浓度差异决定的(扩散)，在血液过滤(HF)中，溶解在血浆的水中的物质，特别是分子量相当高的物质，被高流量流过透析器的膜的流体除去(运流)。这两种方法的组合被称作血液透析过滤(HDF)。在透析患者中，在肾衰竭之外经常发生的是伴随疾病，其中之一，在所有病例中排第三位的，是糖尿病。为了使任何进一步的损害性后遗症最小化，有必要将糖尿病治疗到最佳调整状态。糖尿病的诊断和治疗的监测通过测量血糖(血液葡萄糖)来执行。测量血糖的有创和无创方法是已知的。测定血糖的已知无创方法是基于测量患者血液中光的透射。在红外区中，葡萄糖的吸收谱带是在760nm、920nm和IOOOnm处。但是，吸收少得简直不可检测。因此应用了所谓的人工血液动力学。用于已知的无创方法以测量患者血液的葡萄糖浓度的是一种测量机构，其具有加在患者手指上的压力套箍，该压力套箍具有光源和测量透射的光学传感器。简单地向患者手指上的压力套箍施加超过收缩压的压力，从而停止手指中的血流，借此产生所谓的人工血液动力学。红血球聚集在一起成群，从而增加了散射体的尺寸。用这种方法有可能浓缩血液中的葡萄糖，从而在测量透射的基础上进行测定。已知的测量方法提供了以不同方式分析的个体测量结果。然而，所有测量方法的共同之处在于，向带有压力套箍的患者手指施加压力以产生人工血液动力学的同时，在患者手指处测量透射。上面描述的测量血液中葡萄糖浓度的方法详细记载于例如标题为“IlyaFine 等人Occlusion Spectroscopy as a New Paradigm for Non-Invasive BloodMeasurement (作为无创血液测量新范例的阻塞光谱术)，Proceedings of SPIE，Vol. 4263，pp. 122-130，2001”的论文中。测量葡萄糖浓度的已知测量方法也详细记载于WO2006/006153 AUffO 2007/020647 Al 和 WO 2004/105596 Al 中。WO 2004/105596 Al描述了测量葡萄糖浓度的方法，其中通过第一压力套箍停止手指中的血流，并通过布置在第一套箍和指尖之间的第二压力套箍调节指尖中的血流。用这种手段在指尖中产生人工血液动力学，这些实现了透射的测量并用来允许计算血红蛋白值。从EP 1 083 948 Bl 了解了在透析治疗期间测定透析流体中葡萄糖浓度的方法。然而，这种已知方法的前提是在透析治疗期间获取透析流体样品。测量葡萄糖的已知方法已经在实践中证明是成功的。然而，它的缺点在于压力套箍必须安装到患者的手指或者必须取样。本发明的目的是提供一种装置，通过它在利用血液处理设备进行体外血液处理期间可以无创测量血液成分、例如血液中葡萄糖的浓度。本发明的目的还在于指定在利用血液处理设备进行体外血液处理期间用于无创测量血液中的血液成分的一种方法。依照本发明，这些目标凭借权利要求1和14的特征实现。有利的实施例形成从属权利要求的主题。本发明的装置和本发明的方法利用了以下事实在已知的血液处理设备的部件中使用的柔性管线系统通常是透射电磁辐射、特别是透光的柔性管线。本发明基于改变在柔性管线系统的至少一个柔性管线中的测量点处流动的流体的动力学。这可以通过改变在柔性管线系统的至少一个柔性管线的测量点处的流体的流体动力学行为来完成。为了测定血液成分的浓度，然后通过利用患者手指上套箍的已知方法执行所得到的测量数据的实际分析，但是在这种情况下本发明分析的是进入柔性管线的测量点处并从柔性管线的该测量点出来的电磁辐射的各种波长的强度。在柔性管线中流动的流体的流体动力学行为改变，致使能够通过测量透射、反射和散射光来测定血液成分。除所述测量机构以外，本发明的装置和本发明的方法能够利用已经存在于体外血液处理设备的已知部件中的组件。这些包括例如中央控制和计算单元，通过它们可以进行测量需要的设置，并可以执行所得到的测量数据的分析。本发明的装置和本发明的方法的关键优势在于在体外血液处理前、后或期间有可能无创测量血液成分，但是不需要必须安装到患者手指的压力套箍或者必须获取透析流体的样品。体外血液处理使得有可能做到连续访问患者血液。血液的各种成分，例如葡萄糖，能够通过体外血液处理设备的透析器或过滤器，因此，测量可以根本上在体外血液回路和透析流体回路二者中进行。但是优选在体外血液回路的柔性管线系统的至少一个柔性管线中进行测量，特别是在通向所述血液处理设备的透析器或过滤器的血液室的血液进给(infeed)管线中进行。在体外血液回路的至少一个柔性管线中流动的流体的流体动力学行为可以用不同的方式加以改变。在本发明的一种特别优选的实施例中，提供了通过改变布置在体外血液回路、特别是在血液进给管线中的血液泵的泵送速度，对在血液进给管线或血液返回管线中流动的血液的流体动力学行为进行改变。优选将血液泵停止短暂的时间间隔，例如2至20秒，特别是8-12秒。但是血液泵不需要彻底停止，血流可以只是突然减少。基本上讲，也可能短暂改变血液泵的泵送速度，特别是短暂提高和降低，以便改变流体动力学行为。血流可以例如从250ml/min提高到400ml/min，然后在血流再次设定到250ml/min之前降低到100ml/mino在另一种特别优选的实施例中，将血液泵停止预先设置的短暂时间间隔，同时闭合布置在体外血液回路、特别是血液进给管线中血液泵上游点的关闭构件，例如管夹，在关闭构件上游的柔性管线部分中执行测量。然后再次打开关闭构件，血液泵恢复运行。关闭构件也可能打开和关闭不止一次，以造成血液动力学的人工改变。关闭构件优选彻底闭合，但是关闭构件也可能仅仅部分闭合，使得柔性管线没有被彻底地夹闭。唯一重要的事情是，
6柔性管线中的血液动力学显著改变，从而能够通过基于测量透射、反射或散射光的已知测量方法来测定血液成分。本发明将在下文中参考附图详细说明。在附图中
图1是示出体外血液处理设备的主要部件以及测量血液中血液成分的装置的高度简化示意图，图2是测量血液成分的装置中的测量机构的高度简化的立体示意图，图3是测量血液成分的装置的测量机构的示意平面图，图4是测量机构的截面图，图5示出了当血液泵停止时由测量机构测量的信号波形，图6示出了在测量透射的测量过程中测定的第一中间变量Y1对葡萄糖浓度的依赖性，图7示出了在测量反射的测量过程中测定的第一中间变量Y1对葡萄糖浓度的依赖性，图8示出了在测量透射的测量过程中测定的第二中间变量\对葡萄糖浓度的依赖性，图9示出了在测量透射的测量过程中测定的第三中间变量Y3对葡萄糖浓度的依赖性。图1是可以作为血液透析设备和/或作为血液过滤设备操作的体外血液处理设备的与本发明有关的那些组件的高度简化示意图。因此体外血液处理设备在下面被称为血液透析过滤设备。血液透析过滤设备具有透析器或过滤器1，其被半透膜2分隔成血液室3和透析流体室4。血液室的入口 3a与动脉血进给管线5的一端连接，进给管线5中连接血液泵6，血液室的出口北与静脉血返回管线7的一端连接，返回管线的后部中连接了滴注室8。在动脉和静脉血液管线5和7的另一端设置了动脉和静脉针头(未显示)供与患者连接。这部分流体系统构成了血液透析过滤设备的体外血液回路I。血液管线5和7是由充分透明的材料制成的柔性管线，其基本上可透光。血液透析过滤设备的透析流体系统II包括供应新鲜透析流体的部件9，其通过同样透明的透析流体进给管线10与透析器1或过滤器的透析流体室4的入口如连接。通向排放部件12的透明的透析流体返回管线11引导离开透析器1或过滤器的透析流体室4的出口 4b。布置在透析流体返回管线11中的透析流体泵13用来泵送透析流体。此外，血液透析过滤设备还具有替代源14，替代管线15从其通向静脉滴注室8，替代管线15中连接替代泵16。如果流体经过透析器1从血液回路流出的话，来自替代源14的预置量的替代流体可以被替代泵16送入体外血液回路I。所述透析过滤设备还包括中央控制和计算单元17，其通过控制线6’、13’、16’与血液泵6、透析流体泵13和替代泵16连接。所述控制和计算单元17向各组件发送控制命令，并从所述组件接收关于它们的运行状态的数据，例如泵的泵送速率。下面将描述测量血液中的血液成分的本发明装置，其可以形成独立的单元或可以是体外血液处理设备的一部分。在本实施例中，本发明的装置是体外血液处理设备的一部分。在这样的情况下，本发明的装置用来测量患者血液中葡萄糖的浓度，所述血液然后经动脉血管线5流入透析器1的血液室3。但是，基本上讲，用本发明的装置测量葡萄糖以外的血液成分也是可能的。测量葡萄糖的装置具有测量机构21 (在图1中仅大致显示)，布置在动脉血管线5的位于血液泵6上游的部分中。位于动脉血管线5的血液泵6和测量机构21之间的是关闭构件18，具体地是可电磁操作的管夹，用它可以部分或完全夹闭柔性管线。可电磁操作的管夹18通过控制线18’与中央控制和计算单元17连接。测量机构21因此被布置在动脉血管线5中的关闭构件18的上游。测量葡萄糖的装置还具有分析单元M，其通过数据线19与测量机构21连接。分析单元M分析来自测量机构21的测量数据，并确定血液中葡萄糖的浓度，所述浓度显示在显示单元上(未显示)。如何分析测量机构得到的测量数据对于本发明不重要。但重要的事实是由于不是在患者手指而是在动脉血管线5中人为改变血液动力学，所以用已知的方法进行测量是可能的。用来测量血液成分的方法可以例如是记载于WO 2006/006153 Al或WO 2007/020647Al中的方法，它们的公开内容在此明确并入作为参考。图2至4是示出测量机构21的放大示意图。该测量机构与WO 2004/057313 Al中详细描述的相同，所述申请的公开内容在此明确并入作为参考。测量期间，充满着血液的动脉血管线5在测量机构21处被夹住。为了这种目的，测量机构21具有夹紧装置22，其具有四个彼此垂直定位的平面接触面22A、22B、22C、22D，在它们之间可以夹紧柔性管线5。夹紧装置22的尺寸要使得柔性管线5能够以它优选具有平坦的外表面和内表面5A、5B的方式来变形。此外，测量机构21还具有发射电磁辐射的发射器对，其具体包括多个光源E1、E2、E3、E4，并具有电磁辐射接收器25，其具体包括多个光检测器D11、D21、D31、D41、D12、D22、D32、D42。与光检测器一起，光源形成测量透射的测量装置、测量散射光的测量装置和测量反射的测量装置。在顶部和底部以及沿着纵向侧面，夹紧装置22分别具有彼此等距离排列的三孔系列，光源和光检测器布置在相应的孔中。图2示出的光源El、E2、E3、E4具体是LED，布置在流动方向的第一个相应孔中，而光检测器Dl 1、D12、D21、D22、D31、D32、D41、D42具体是光电二极管，布置在流动方向的第二和第三个相应的孔中。光源和光检测器在流动方向的位置互换同样是可能的。LED的EU E2、E3、E4发射两种不同波长的光，优选λ : = 610nm/670nm禾口 λ 2 =805nm，所述光作为透过充满血液的柔性管线的光(透射测量)、作为在充满血液的柔性管线中散射的光(散射光测量)、和作为在充满血液的柔性管线中反射的光(反射测量)，被光电二极管011、012、021、022、031、032、041、042 检测。为了允许测量葡萄糖，在充满血液的柔性管线中的测量点处产生人工血液动力学。在本发明优选的实施例中，中央控制和计算单元17运行血液泵6，致使血液泵停止短暂的时间间隔，特别是10秒。然后再次开动血液泵。因此，血液动力学被最大化，由此得到提高的信噪比。当由于血液泵停止使得重力停止作用时，红血球自身再次取向，并主要是沉降。为了允许血液动力学改变，替选的实施例提供了中央控制和计算单元17来操作血液泵6，致使血液泵的泵送速度从250ml/min增加到例如400ml/min，保持短暂的第一个时间间隔，然后降低到例如lOOml/min，保持短暂的第二个时间间隔，然后再次回到原来的
泵送速度。代替完全停止血液泵6，另一种替选实施例提供了仅仅大幅度降低血液泵的泵送速度。血液泵的泵送速度例如从250ml/min降低到至少lOOml/min。但是，用该实施例得到的信噪比没有完全停止泵的情况中的好。在另一种替选实施例中，中央控制和计算单元17操作血液泵6和可电磁操作的管夹18，致使血液泵6停止预置的短暂时间间隔，然后在所述预置的短暂时间间隔期间闭合管夹18，优选完全闭合或至少部分闭合。从而在动脉血管线5的位于管夹18上游的部分中的测量点处改变支配流动的条件。然后让血液泵6恢复运行并再次打开管夹18。在血液泵6停止时的测量期间可以连续进行管夹的闭合和打开，即在血液泵停止时，管夹在时间tln时闭合和管夹在时间、η时打开，如此往复。首先以一般形式描述测量方法。在血液动力学正在被上面描述的方法中的一个人工改变时，测量机构在波长入工和λ 2处进行下面说明的测量。测量机构21测量前向散射/透射、后向散射/反射和90°侧向散射。所有的测量
下的前向散射/透射，下的90°侧向散射，下的前向散射/透射，下的90°侧向散射，下的后向散射/反射，下的后向散射/反射，分析单元M从得到的前向散射、后向散射和侧向散射的测量数据计算以下中间变量中的至少一个
在波长λ i和^2处进行。
FSAIω-波长入
SSa xω-波长入
FSA2ω-波长入
SSa 2ω-波长入
BSMω-波长入
BSa2ω-波长入
其中t e U1, t2)
权利要求
1.一种用于体外血液处理设备的测量血液中血液成分的装置，所述体外血液处理设备包括被半透膜分成第一室和第二室的透析器或过滤器、和具有基本上可透过电磁辐射的柔性管线的柔性管线系统，其特征在于所述测量血液成分的装置具有测量机构(21)，其具有用于发射进入所述柔性管线系统的一个所述柔性管线的测量点处的电磁辐射的装置04)、和用于接收从所述柔性管线的所述测量点处出来的电磁辐射的装置(25)，所述测量机构提供测量数据，所述测量数据表征进入所述柔性管线的所述测量点处和从所述柔性管线的所述测量点处出来的电磁辐射的强度，用于改变所述柔性管线中的所述测量点处流动的流体的流体动力学行为的装置(6，18),用于分析所述测量机构在流体动力学行为改变期间得到的所述测量数据并且用于从所述测量数据确定血液成分的浓度的装置04)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述柔性管线系统(I，II)具有通向所述透析器或过滤器的所述第一室(3)的血液进给管线(5)、和从所述透析器或过滤器的所述第一室引出的血液回流管线(7)，用于改变流体动力学行为的所述装置(6，18)采取改变所述血液进给管线(5)或血液回流管线(7)中流动的血液的流体动力学行为的装置形式，并且所述测量机构在相应情况下布置在所述血液进给管线或血液回流管线上。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于用于改变所述血液进给管线或血液回流管线中流动的血液的流体动力学行为的装置(6，18)具有布置在所述血液进给管线(5)中用于泵送血液的血液泵(6)、和用于操作所述血液泵的装置(17)，所述装置(17)被设计成改变所述血液进给管线或血液回流管线中的血液流速，并且具体地是停止血流。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于用于改变所述血液进给管线或血液回流管线中流动的血液的流体动力学行为的装置(6,1 具有布置在所述血液进给管线(5)中用于泵送血液的血液泵(6)、布置在所述血液进给管线中的关闭构件(18)、和用于操作所述血液泵和所述关闭构件的装置(17)，所述装置(17)被设计成改变所述血液进给管线或血液回流管线中的血液流速，并且具体地是停止血流。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于用于操作所述血液泵(6)和所述关闭构件 (18)的装置(17)被设计成将所述血液泵(6)停止预置的时间间隔，并且在所述血液泵停止时，所述关闭构件(18)至少部分、并且具体地是完全闭合和然后再次打开。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于用于操作所述血液泵(6)和所述关闭构件 (18)的装置(17)被设计成在停止所述血液泵(6)时，所述关闭构件(18)多于一次至少部分闭合和至少部分打开。
7.根据权利要求4至6任一项所述的装置，其特征在于所述关闭构件是布置在所述血液进给管线上的管夹(18)。
8.根据权利要求1至7任一项所述的装置，其特征在于用于发射电磁辐射的装置04) 采取发射彼此不同的第一波长和第二波长的电磁辐射的装置形式。
9.根据权利要求1至8任一项所述的装置，其特征在于用于发射电磁辐射的装置04) 采取在彼此正交的不同方向发射电磁辐射的装置形式。
10.根据权利要求1至9任一项所述的装置，其特征在于用于接收电磁辐射的装置(25)采取从彼此正交的不同方向接收电磁辐射的装置形式。
11.根据权利要求1至10任一项所述的装置，其特征在于所述电磁辐射是波长在385nm和950nm之间的光。
12.根据权利要求1至11任一项所述的装置，其特征在于所述血液成分是葡萄糖。
13.—种体外血液处理设备，其包括被半透膜( 分成第一室C3)和第二室的透析器⑴或过滤器、和具有可透过电磁辐射的柔性管线(5，7 ；10，11)的柔性管线系统(I，II)，所述体外血液处理设备具有根据权利要求1至12任一项所述的测量血液成分的装置。
14.一种测量血液中血液成分的方法，用于通过体外血液处理设备进行体外血液处理，所述体外血液处理设备包括被半透膜分成第一室和第二室的透析器或过滤器、和具有基本上可透过电磁辐射的柔性管线的柔性管线系统，特征在于所述方法具有以下步骤发射电磁辐射，使得所述电磁辐射进入所述柔性管线系统的一个所述柔性管线的测量点处，和接收从所述柔性管线的所述测量点处出来的电磁辐射，改变在所述柔性管线中的所述测量点处流动的流体的流体动力学行为，分析进入所述测量点处的流体的电磁辐射的强度、和从所述测量点处的流体出来的电磁辐射的强度，并从进入所述流体和从所述流体出来的辐射强度确定血液成分的浓度。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于所述柔性管线系统具有通向所述透析器或过滤器的所述第一室的血液进给管线和从所述透析器或过滤器的所述第一室引出的血液回流管线，改变所述柔性管线系统的所述血液进给管线或血液回流管线中流动的血液的流体动力学行为，并且所述测量点在相应的情况下布置在所述血液进给管线或血液回流管线上。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，为了改变所述血液进给管线或血液回流管线中流动的血液的流体动力学行为，将布置在所述血液进给管线中用于泵送血液的血液泵停止预置的时间间隔。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，为了改变所述血液进给管线或血液回流管线中流动的血液的流体动力学行为，将布置在所述血液进给管线中用于泵送血液的血液泵停止预置的时间间隔，并且在所述血液泵停止时，布置在所述血液进给管线中的关闭构件被至少部分、并具体地是完全地闭合和然后再次打开。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在所述血液泵停止时，所述关闭构件多于一次至少部分闭合和至少部分打开。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于所述关闭构件是布置在所述血液进给管线上的管夹。
20.根据权利要求14至19任一项所述的方法，其特征在于发射彼此不同的第一波长和第二波长的电磁辐射。
21.根据权利要求14至20任一项所述的方法，其特征在于在彼此正交的不同方向发射电磁辐射。
22.根据权利要求14至21任一项所述的方法，其特征在于从彼此正交的不同方向接收电磁辐射。
23.根据权利要求14至22任一项所述的方法，其特征在于所述血液成分是葡萄糖。
全文摘要
本发明涉及用于体外血液处理装置的测量血液中血液成分的装置和方法，其包括被半透膜(2)分隔成第一室(3)和第二室(4)的透析器(1)，或包括过滤器，并包括可穿透电磁辐射的软管管线(5，7；10，11)的软管管线系统(I，II)。本发明基于变化在软管管线系统(I)的一个软管管线(5)中的测量部位处流动的液体的动力学的事实。这可以通过改变软管管线中的测量部位处液体的流动性质来实现，特别是通过停止布置在所述软管管线(5)中的血液泵(6)和/或通过闭合所述软管管线中的关闭构件(22)来实现。根据应用患者手指处压力套箍的已知方法，然后进行得到的测量数据的实际分析以确定血液成分的浓度，但是其中本发明分析进入软管管线(5)的测量部位处的光的强度和离开软管管线的测量部位处的光的强度。
文档编号A61M1/16GK102387739SQ201080016171
公开日2012年3月21日 申请日期2010年4月8日 优先权日2009年4月11日
发明者张伟 申请人:德国弗雷泽纽斯医疗保健股份有限公司