專利名稱：采用局部檸檬酸鹽抗凝結(jié)的crrt治療的自動化和最優(yōu)化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及血液過濾和連續(xù)性腎臟替代治療(CRRT)。更具體的，本發(fā)明涉及在CRRT治療中自動控制和最優(yōu)化檸檬酸鹽流速和液體交換流速。

背景技術(shù)：
現(xiàn)有多種連續(xù)性腎臟替代治療(CRRT)，它們普遍用于治療患有自然腎功能喪失或損壞的患者。在典型的CRRT中，血液從患者身上移出并抽吸通過包含人工腎的體外回路。人工腎包含血液過濾或半滲透膜。血液沿著所述膜的一面回路，透析液沿著相反的一面回路。通過滲透作用或者壓力差，血液過濾器使得血液中的可溶解廢物和水可以通過所述膜，進(jìn)入到透析液中。過濾后的血液隨后返回患者。
一般來說，CRRT療法在長時間內(nèi)以穩(wěn)定緩慢的速率去除水和廢物溶質(zhì)來保證血液動力學(xué)的穩(wěn)定性。為了維持正在進(jìn)行CRRT治療的患者具有恒定的血液總量，在體外回路中向血液中引入置換流體(substitution fluid)。根據(jù)采用的CRRT類型，可以在過濾器的上游或下游引入置換流體。置換流體的組成、透析液的組成、血液和透析液的流速、穿過膜的壓力梯度和膜的組成都會對CRRT治療的效果產(chǎn)生影響。
當(dāng)今一些更常用的CRRT方法包括超濾、血液滲析、血液過濾和血液透析過濾。超濾描述的是任何采用以下原理的方法，由于穿過膜的壓力梯度，導(dǎo)致血液中的水穿過半滲透膜。血液透析涉及的是，血液中的溶質(zhì)通過對流擴(kuò)散穿過半滲透膜進(jìn)入透析液。透析液在膜的一邊上沿著和膜另一邊上血液流動方向相反的方向流動以維持膜兩邊的濃度梯度。血液過濾運(yùn)行時沒有透析液，相反采用正性靜水壓力驅(qū)使水和溶質(zhì)通過更多孔的膜。血液透析過濾結(jié)合了血液透析和血液過濾方法。文獻(xiàn)中，這種療法可以根據(jù)患者血液進(jìn)入和返回的位置和流體遷移特征例如連續(xù)性靜-靜脈血液過濾(CVVH)、連續(xù)性靜-靜脈血液透析(CVVHD)、連續(xù)性靜脈-靜脈血液透析過濾 (CVVHDF)、大體積血液過濾(HVHF)等來更具體性地限定。
所有CRRT療法面臨的問題是在體外回路中，主要在人工腎內(nèi)穿過膜時，的血液凝結(jié)。為了防止血液凝結(jié)，典型做法是在體外回路血液過濾器的上游加入抗凝劑。歷史上肝素已經(jīng)被用作優(yōu)選的抗凝劑，最近，在CRRT中，檸檬酸三鈉形式的檸檬酸根離子被證明是有效的抗凝劑。美國專利6,743,191公開了用于血液過濾的采用檸檬酸鹽作為抗凝劑的置換流體，以及有關(guān)檸檬酸鹽抗凝結(jié)和CRRT療法的其它背景，所述專利在此通過引用而完全結(jié)合進(jìn)來。
采用檸檬酸鹽作為抗凝劑的一個重大擔(dān)心是它它對血液電解質(zhì)水平的影響。檸檬酸根離子和帶正電的電解質(zhì)如鈣和鎂結(jié)合，因此任何檸檬酸鹽通過血液過濾器進(jìn)入到透析液的過程都會消耗血液中的這些電解質(zhì)。如果在CRRT中沒有維持電解質(zhì)的適當(dāng)水平，那么最壞情況下，患者可能患低血鈣癥或者低血鎂癥，并引發(fā)危及生命的并發(fā)癥。
已經(jīng)提出過在CRRT過程中固定檸檬酸鹽的流速和血液流速的變化關(guān)系的方法學(xué)。然而，結(jié)果變化很大，僅僅提供了一般性的指導(dǎo)，而不能必要地在一個具體病例中優(yōu)化治療。Oudemans-van Straaten，H.M.，在″Guidelines for Anticoagulation in Continuous VenovenousHemofiltration(CVVH)，″中推薦，對于血液流速(BFR)為200ml/min而言檸檬酸鹽的流速(CFR)為35mmol/h。Italian Association ofPediatric Hematology and Oncology(AIEOP)等提出的″Monza協(xié)議″建議對于同樣的BFR而言CFR為52.5mmol/h。Strake(沒有可以引用的資料)當(dāng)外推到200ml/min BFR時，建議的CFR值是33.3mmol/h。Mehta，R.L.等，″Regional Citrate Anticoagulation for ContinuousArteriovenous Haemodialysis in Critically III Patients，″Kidney Int.1990，Vol.38(5)，pp.976-981，當(dāng)外推到200ml/min BFR時，建議的CFR是38.1mmol/h。Kutsogiannis，DJ等，″Regional CitrateAnticoagulation In Continuous Venovenous Haemodiafiltration，″Am.J.Kidney Dis.2000，Vol.35(5)，pp.802-811，當(dāng)外推到200ml/min BFR時，建議40mmol/h CFR。Palsson，R.等.，″Regional CitrateAnticoagulation in Continuous Venovenous Haemofiltration in CriticallyIII Patients with a High Risk of Bleeding，″Kidney Int.1999，Vol.53，pp.1991-1997，當(dāng)外推到200ml/min BFR時，建議CFR為20.6mmol/h。Tolwani，AJ.等，″Simplified Citrate Anticoaglulation for ContinuousRenal Replacement Therapy，″Kidney Int.2001，Vol.60，pp.370-374，當(dāng)外推到200ml/min BFR時，建議CFR為28mmol/h。Cointault，O.等，″Regional Citrate Anticoagulation in Continuous VenovenousHaemodiafiltration Using Commercial Solutions，″Nephrol.Dial.Transplant.，Jan.2004，Vol.19(1)，pp.171-178.當(dāng)外推到200ml/minBFR時，建議CFR為45.6mmol/h。總而言之，這些可用的文獻(xiàn)資料對于優(yōu)化局部性檸檬酸鹽抗凝沒有達(dá)成一致意見。
在管理CRRT的期間，不管CRRT的類型和協(xié)議如何，血液過濾回路中的多個參量必須保持在嚴(yán)格的控制下以保證患者穩(wěn)定。血液化學(xué)、血液和流體流速、透析液濃度、置換流體濃度、超濾速率、過濾器壓力降、流體溫度和壓力是必須仔細(xì)地監(jiān)測和調(diào)整以確保所述治療被恰當(dāng)管理的許多參數(shù)中的一部分。根據(jù)患者獨(dú)特的血液化學(xué)和身體情況，也許需要更細(xì)微地調(diào)整各種流速和濃度。加入此系統(tǒng)的檸檬酸離子來源，增加了另一個層面上的復(fù)雜性。需要的是專家系統(tǒng)，以根據(jù)各個患者的要求來控制這些參數(shù)。


發(fā)明內(nèi)容
回路本發(fā)明提供了用于在CRRT過程中對血液過濾回路中的檸檬酸鹽抗凝劑的供給進(jìn)行自動化和最優(yōu)化的系統(tǒng)或方法。在體外血液過濾回路例如透析液設(shè)備中，本發(fā)明的一種實(shí)施放案可以包括和所述已有設(shè)備有接口的控制系統(tǒng)和相關(guān)部件，或它可以包括整個體外流體機(jī)械回路和附屬的控制系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的方法的一種實(shí)施方案可以包括存儲在計算機(jī)程序中的一系列工藝步驟，用以控制所述系統(tǒng)、其部件和儀表設(shè)備，或者用以為健康護(hù)理技術(shù)人員提供信息來實(shí)現(xiàn)手動控制。
根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案的系統(tǒng)可以包括血流檢測器，它用于檢測從患者切入位點(diǎn)進(jìn)入血液過濾回路的血流；電解質(zhì)傳感器，它用于檢測血流中各種電解質(zhì)的濃度；具有選擇濃度的檸檬酸鹽的檸檬酸鹽溶液源；使得檸檬酸鹽溶液流入血液過濾回路的檸檬酸鹽泵；和用于控制來自檸檬酸泵的流動的控制器，例如連接到存儲器的計算機(jī)處理器。在一方面，控制器可以通過執(zhí)行控制算法來影響檸檬酸鹽泵流動，所述控制算法計算最優(yōu)檸檬酸鹽流速與所述檢測到的血流、感受到的電解質(zhì)濃度和選擇的檸檬酸鹽濃度(其中每一個可以以輸入信號的形式發(fā)送給控制器)之間的變化關(guān)系。
在各種實(shí)施方案中，電解質(zhì)傳感器可以檢測到一種或更多重要的電解質(zhì)，例如患者血漿通過過濾處理時可能損失的鈣離子和鎂離子。系統(tǒng)的實(shí)施方案可以經(jīng)過進(jìn)一步配置以具有補(bǔ)充電解質(zhì)溶液的源、電解質(zhì)泵和相關(guān)的儀表設(shè)備，此儀表設(shè)備用于檢測通過血液過濾器的流體損失速率和控制電解質(zhì)溶液流動。系統(tǒng)的其它實(shí)施方案可以經(jīng)過進(jìn)一步配置以具有置換溶液的源、置換溶液泵、相關(guān)的儀表設(shè)備，和控制算法，用于將置換溶液的前稀釋和/或后稀釋流加入到血流中。在另外的實(shí)施方案中，系統(tǒng)可以在血流中增加檸檬酸鹽作為置換溶液的一部分、或增加透析液。根據(jù)選擇的，檢測的，或計算的系統(tǒng)參數(shù)，控制器可以最優(yōu)化檸檬酸鹽流、電解質(zhì)流、后稀釋流，和其它參數(shù)，以維持返回患者的血漿的所需質(zhì)量和流動。
根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案的方法通過執(zhí)行通過執(zhí)行工藝步驟實(shí)現(xiàn)了CRRT過程中血液過濾回路中的檸檬酸鹽抗凝劑補(bǔ)給的最優(yōu)化。這些步驟可以包括檢查從患者切入點(diǎn)的血液流速、檢查血流中電解質(zhì)濃度、在血液過濾回路中增加已知檸檬酸鹽濃度的檸檬酸鹽溶液流，和控制檸檬酸鹽流速與所述檢測的血流流速、檢測的電解質(zhì)濃度和已知的檸檬酸鹽濃度之間的變化關(guān)系。其它實(shí)施方案可以包括另外的工藝步驟，用以檢測具體的重要電解質(zhì)、檢測通過血液過濾器的流體損失率、檢測補(bǔ)充性電解質(zhì)溶液的流速、檢測置換流體的流速、和相應(yīng)地控制系統(tǒng)流速與選擇的、檢測地、或計算的系統(tǒng)參數(shù)之間的變化關(guān)系，來維持返回患者的血漿的所需質(zhì)量和流動。在供選擇的實(shí)施方案中，一種方法可以控制檸檬酸鹽抗凝劑作為前稀釋置換溶液的一部分或作為透析液的一部分的加入。任何方法步驟可作為在計算機(jī)可讀介質(zhì)中的、可由處理器執(zhí)行的軟件來體現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)CRRT系統(tǒng)的自動控制。
附圖簡述 當(dāng)結(jié)合附圖和下面詳細(xì)的描述，本發(fā)明的特點(diǎn)、目的和優(yōu)點(diǎn)一目了然。


圖1顯示根據(jù)本發(fā)明最優(yōu)化采用局部檸檬酸鹽抗凝結(jié)的CRRT治療的系統(tǒng)示意圖。
圖2是CRRT治療時血液過濾回路圖，經(jīng)配制采用本發(fā)明的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動化控制。
圖3是另一張用于CRRT治療的血液過濾回路圖，經(jīng)配置以從共用源提供置換溶液和補(bǔ)充性電解質(zhì)。
圖4是另一張用于CRRT治療的血液過濾回路圖，經(jīng)配置以從共用源提供置換溶液和抗凝劑。
圖5顯示一張根據(jù)本發(fā)明控制在圖1-3中所述部件的系統(tǒng)的示范示意圖。
圖6是本發(fā)明方法的流程圖，所述方法用于在采用局部檸檬酸鹽抗凝結(jié)的CRRT治療過程中控制檸檬酸鹽泵給流速。
圖7是本發(fā)明方法的流程圖，所述方法用于在采用局部檸檬酸鹽抗凝結(jié)的CRRT治療過程中控制電解質(zhì)泵給流速。
圖8是本發(fā)明方法的流程圖，所述方法用于計算在采用局部檸檬酸鹽抗凝結(jié)的CRRT治療過程中的超濾速率。
圖9是本發(fā)明方法的流程圖，用于在采用局部檸檬酸鹽抗凝結(jié)的CRRT治療過程中的后稀釋流速。
圖10的流程圖舉例說明了從血液過濾回路的部件中獲得的輸入和輸出參數(shù)的相互依賴關(guān)系，用于根據(jù)本發(fā)明自動化和最優(yōu)化CRRT治療。
發(fā)明詳述 本發(fā)明的示范實(shí)施方案提供了用于實(shí)現(xiàn)采用局部檸檬酸鹽抗凝劑的CRRT治療最優(yōu)化的專家方法或系統(tǒng)。這里給出的方法示范實(shí)施方案計算了用于將各種流體引入或通過用于實(shí)現(xiàn)CRRT的體外流體機(jī)械回路的最優(yōu)流速?？梢圆捎靡揽看碓谡麄€回路操作中的固定或者測量參數(shù)的輸入的式子，等式進(jìn)行流速計算。計算的結(jié)果可以由讀取結(jié)果并對流速進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整的技術(shù)人員來手工傳送，或可以在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的包括處理器、計算軟件和外部回路的系統(tǒng)中從中央處理器作為控制信號自動傳送。
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)100的一個實(shí)施方案的示意圖。系統(tǒng)100可以和其它CRRT設(shè)備(例如透析設(shè)備)聯(lián)合使用以提供局部檸檬酸鹽抗凝結(jié)。同樣的，系統(tǒng)100一些或所有部件可以形成體外回路的整體部分。中央計算機(jī)或控制器11可以允許用戶手動或自動地控制系統(tǒng)100內(nèi)的其它部件。當(dāng)處于基本形式是，這些部件可以包括血流檢測器13、電解質(zhì)傳感器15、檸檬酸鹽溶液源17和檸檬酸鹽泵19?？刂破?1通過信號線12與這些部件中的每一個連通。信號線12可由一個或多個適于傳送模擬或者數(shù)字信號的電纜或電纜組或總線制成。在其它實(shí)施方案中，總線12可以描述成一個或多個無線鏈接。
控制器11可包括CPU 21，它可以是通用計算機(jī)、個人計算機(jī)、或其它適當(dāng)?shù)谋绢I(lǐng)域公知的基于微處理器的部件或微型控制器。CPU21可訪問的計算機(jī)可讀存儲器23可整合進(jìn)CPU 21中，或單獨(dú)與其連接。存儲器23可包含可由CPU 21執(zhí)行的軟件，用以執(zhí)行各種控制器功能，包括接受系統(tǒng)輸入信號和傳送輸出控制信號。存儲器23也可包括對于基本計算機(jī)操作很重要的任何常規(guī)操作系統(tǒng)軟件?？刂破?1可進(jìn)一步包括外圍器件，例如顯示單元25和用戶接口27。在系統(tǒng)的手動操作期間，顯示單元25和用戶接口27可幫助用戶。例如，回路，控制器11可執(zhí)行計算以確定體外回路內(nèi)的流速，并可以將計算結(jié)果顯示在顯示單元25上。讀到這些結(jié)果的用戶可隨后手動調(diào)節(jié)回路部件?；蛴脩艨梢酝ㄟ^擊鍵在用戶接口27上手動錄入，遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)這些部件。
在CRRT期間，血流檢測器13檢測從患者切入點(diǎn)采取的血液流動或流速。血流檢測器13可以是本領(lǐng)域內(nèi)任何常用于此目的的商業(yè)檢測器，例如非侵入性的紅外或超音波多譜勒儀類型的檢測器。在一種實(shí)施方案中，血流檢測器13可以包括壓力傳感器，用于檢測血流內(nèi)二點(diǎn)間的壓差，從而得出代表血流的信號。
電解質(zhì)傳感器15可以是任一種如下傳感器或檢測系統(tǒng)，其能分析血液中特定電解質(zhì)，例如碳酸氫根、鈣、氯離子、銅、葡萄糖、鐵、鎂、錳、磷酸根、鉀、鈉或鋅離子的存在性。例如，電解質(zhì)傳感器15可以是電化學(xué)傳感器，例如連續(xù)血液氣體分析儀，離子導(dǎo)電性陶瓷傳感器、離子導(dǎo)電性電極，或使用離子敏感場效應(yīng)晶體管的傳感器。供選擇地，電解質(zhì)傳感器15可包括質(zhì)譜儀，用于分析在預(yù)定時間間隔時從血流采取的不連續(xù)樣品。在一個實(shí)施方案中，電解質(zhì)傳感器15監(jiān)測鈣離子濃度和鎂離子濃度。
檸檬酸鹽溶液17可以是任何可在溶液中包含一定體積檸檬酸鹽離子的任何適當(dāng)容器。含有選擇濃度的檸檬酸或檸檬酸三鈉的輸液或灌輸袋都可以用于此目的。檸檬酸鹽泵19可以經(jīng)連接以從檸檬酸鹽溶液17中抽取液流來補(bǔ)充體外回路中的血流。檸檬酸鹽泵19可以是任何適當(dāng)?shù)?、常用在醫(yī)療領(lǐng)域用于泵給血液的商用泵，例如隔膜泵、離心泵或蠕動泵。
系統(tǒng)100由控制器11操作，以從血流檢測器13和電解質(zhì)傳感器15接受輸入信號，它們分別代表血流和電解質(zhì)濃度。控制器11然后可以計算最優(yōu)的檸檬酸鹽流速，其和檢測的血流、檢測的電解質(zhì)濃度和選擇的檸檬酸鹽濃度是函數(shù)關(guān)系。在一個實(shí)施方案中，CPU 21通過運(yùn)行存放在存儲器23中的算法來進(jìn)行此計算。控制器11然后傳達(dá)代表該最優(yōu)檸檬酸鹽流速的輸出信號給檸檬酸鹽泵19，所述泵響應(yīng)接受到的輸出信號調(diào)整它的速率以達(dá)到所述最優(yōu)的流速。
根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)的一種實(shí)施方案中，用于計算最優(yōu)檸檬酸鹽流速，E，的算法可表達(dá)為E＝f(A，B，C，D)，這里A是血流檢測器13檢測的血流流速，B是電解質(zhì)傳感器15檢測的鈣離子濃度，C是為檸檬酸鹽溶液17選擇的檸檬酸鹽濃度，D是電解質(zhì)傳感器15檢測的鎂離子濃度。在一種實(shí)施方案中，E可被表達(dá)和 E＝A×(B+D)/C(1) 在另一實(shí)施方案中，檸檬酸鹽溶液17可以包含選擇濃度的檸檬酸和選擇濃度的檸檬酸三鈉。在該實(shí)施方案中，控制器11可計算最優(yōu)的檸檬酸鹽流速，其和血流、電解質(zhì)濃度、檸檬酸濃度和檸檬酸三鈉濃度是函數(shù)關(guān)系。例如，在CRRT期間，為了最優(yōu)檸檬酸鹽流速，控制器11可以根據(jù)下面等式控制檸檬酸鹽泵19的流速E＝f(A，B，C，D，G) E＝A×(B+D)/(C+G)(2) 其中，A是血流檢測器13檢測的血流流速，B是電解質(zhì)傳感器15檢測的鈣離子濃度，C是為檸檬酸鹽溶液17選擇的檸檬酸鹽濃度，D是電解質(zhì)傳感器15探測的鎂離子濃度，G是為檸檬酸鹽溶液17選擇的檸檬酸三鈉的濃度。
圖2說明了本發(fā)明系統(tǒng)200的另一實(shí)施方案，它經(jīng)配置用于自動控制，其中檸檬酸鹽作為前稀釋抗凝劑溶液添加。系統(tǒng)200也包括在血液過濾或者人工腎回路中的可被用于例如CVVH或HVHF CRRT療法中的其它部件。
患者血液切入點(diǎn)(access point)29為抽取患者未過濾血液20進(jìn)入體外回路提供了來源。血液泵31為維持連續(xù)血流提供所需的機(jī)械力。象檸檬酸鹽泵19一樣，血液泵31可以是任何在醫(yī)療領(lǐng)域公知的并適于此目的的常規(guī)泵，例如蠕動泵。血流檢測器13可以是壓力傳感器或流動監(jiān)視器，測量被血液泵31抽取的血流。血流檢測器13可以將代表血流的反饋信號傳給控制器11。檸檬酸鹽泵19用來自檸檬酸鹽溶液17的檸檬酸鹽離子抗凝劑流22補(bǔ)充血流20。檸檬酸鹽溶液17可以包含選擇濃度的檸檬酸、檸檬酸三鈉、和/或其它檸檬酸鹽離子源。
任選的抗凝劑，例如肝素，可以在血液過濾器39的上游利用肝素泵33加入，以注入流24到血流20。前過濾器壓力傳感器35測量血液過濾器39上游血流20的壓力。壓力傳感器35可以傳送代表壓力或流動的信號到控制器11。同樣在血液過濾器39的上游，前稀釋泵37可以用來自置換溶液源43的流體26進(jìn)一步補(bǔ)充未過濾的血流20。特別對HFHV療法而言，為維護(hù)患者有足夠體積的血漿，置換流體43可能是必要的。置換流體43可以是任何消毒的、含有與血漿濃度相似的電解質(zhì)的靜脈內(nèi)流體。
血液過濾器39將水和廢物溶質(zhì)轉(zhuǎn)移出血液。在CRRT期間，血液過濾器39執(zhí)行人工腎或透析液過濾器的作用。血液過濾器39可以由二個流路構(gòu)成，所述流路被半滲透膜彼此分離。一個流路通過血流20，而第二個流路32通過透析液，優(yōu)選是和血流20在相反的方向，從而提高擴(kuò)散梯度。和在常規(guī)透析系統(tǒng)中一樣，透析液包含溶質(zhì)的濃度比在未過濾的血流20中發(fā)現(xiàn)的溶質(zhì)濃度低。通過滲透作用和/或者橫跨半滲透膜的壓差，血液過濾器39從血流20中去除不需要的廢物，將其夾帶在透析液流路32中。
過濾泵49和在回路中的其它泵在構(gòu)造上相似，從血液過濾器39抽取透析液進(jìn)入透析液流路32，所述流路導(dǎo)向透析液收集器51。在流路32中可以安裝過濾壓力傳感器，以探測透析液流速和將代表透析液流速的反饋信號傳送到控制器11。積累在收集器51里的透析液可以作為廢物被處置。
流路32中的透析液也可以通過血液泄漏檢測器46被分流，所述血液泄漏檢測器可以被設(shè)置用于在探測到透析液流路32中過量出現(xiàn)血漿時發(fā)出警告。血液泄漏檢測器46的一個例子是由Introtek Intl.OfEdgewood，NY制造的非侵入性光學(xué)傳感器。Introtek泄漏檢測器運(yùn)行原理是光的吸收。透析液流通過透明的塑料管被分流到泄漏檢測器中，一束光照向塑料管。被透析液吸收的具體光量和校準(zhǔn)的預(yù)先設(shè)定的閾值比較。如果存在太多的由于通過血液過濾器39的膜上的孔泄漏入流路32的血液而超過該閾值，那么光學(xué)泄漏檢測器可以輸出模擬或數(shù)字報警信號來表明超過容忍的情況。在一個實(shí)施方案中，控制器11可接受這個警報，作為反應(yīng)，關(guān)閉血液泵31，因此中斷CRRT，直到可以替換血液過濾器39為止。
過濾的血液流40在血液過濾器39的下游邊流出該過濾器。電解質(zhì)傳感器15可以被安裝在出口流40中，以檢測各種電解質(zhì)水平和傳達(dá)代表那些水平的信號給控制器11。后稀釋流28可以在血液過濾器39的下游補(bǔ)充過濾的血流40。后稀釋泵53從置換流體源抽取流28。在一個實(shí)施方案中，源43為前稀釋泵37和后稀釋泵53都提供置換流體源。
在所示實(shí)施方案中，前稀釋流26和后稀釋流28源于從源43排出的共用置換流體流30。溫度傳感器55和加熱器57可以被安裝在置換流體的流路中，優(yōu)選地是在共用流30內(nèi)，以控制置換流體溫度。溫度傳感器55可以傳達(dá)代表置換流體溫度的模擬或數(shù)字信號給控制器11。作為對接受溫度信號的響應(yīng)，控制器11可以打開或者關(guān)閉加熱器57，或以其它方式調(diào)節(jié)加熱器57的輸出，例如，通過傳送控制信號，所述控制信號改變?yōu)榧訜崞?7的電發(fā)熱元件提供能量的電流量。以此方式，當(dāng)返回到患者時，被過濾血流40的溫度可以被維持在最優(yōu)水平。
后過濾器壓力傳感器41可安置入血流40的流路上，以測量血液過濾器39下游的壓力和流動。壓力傳感器41可以傳送代表壓力或流動的信號到控制器11。氣泡俘獲器61可以安置入血流40中以去除不需要的微氣泡。
可以提供電解質(zhì)源63來為血流40補(bǔ)充電解質(zhì)。例如可能已經(jīng)通過過濾被消耗的碳酸氫鹽、鈣、氯化物、銅、葡萄糖、鐵、鎂、錳、磷酸鹽、鉀、鈉和鋅。在一個實(shí)施方案中，電解質(zhì)源63提供含鈣離子和鎂離子的溶液，例如，容納在輸入或灌輸袋中。電解質(zhì)泵65可以和回路中其它泵在構(gòu)造上相似，從電解質(zhì)源63抽取電解質(zhì)溶液進(jìn)入流36以補(bǔ)充血流40。
氣泡檢測器67可以被安置入氣泡俘獲器61下游的血流40中，優(yōu)選的是在回路的所有泵的下游，來檢測血流40中不需要的空氣泡或空氣隙。在醫(yī)療領(lǐng)域任何已知的氣泡檢測器，例如那些采用超音波或紅外探測技術(shù)的那些，都可用于此目的。自動鉗69可以安置在氣泡檢測器67和患者血液返回點(diǎn)71之間。在一個實(shí)施方案中，電磁閥可被用作自動鉗69。在另一實(shí)施方案中，氣泡檢測器67和自動鉗69以電子方式與控制器11連接。作為對于檢測到有空氣隙或氣泡的響應(yīng)，氣泡檢測器可以傳達(dá)報警信號給控制器11?；貞?yīng)接受到的報警信號，控制器11可以輸出啟動信號到自動鉗69，導(dǎo)致它停止血流。在另一實(shí)施方案中，同樣的啟動信號可以關(guān)閉血液泵31。
圖3是另一根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案用于CRRT治療的血液過濾回路圖，其可以針對局部檸檬酸鹽抗絮凝進(jìn)行最優(yōu)化。該實(shí)施方案可適用于CVVH類型療法。顯示在圖3中的系統(tǒng)300可被配置以從共用源提供置換溶液和補(bǔ)充性電解質(zhì)。
系統(tǒng)300運(yùn)行類似系統(tǒng)200。然而，在系統(tǒng)300中，可以通過后稀釋泵53在血液過濾器39的下游僅僅當(dāng)作后稀釋流體引入置換流體。沒有前稀釋置換流體流被提供。系統(tǒng)300特征也可以在于缺乏獨(dú)立的電解質(zhì)泵。后稀釋泵53可以提供置換流體和補(bǔ)充性電解質(zhì)溶液，因此不需要電解質(zhì)泵。補(bǔ)充性電解質(zhì)可以包含在置換流體44內(nèi)，或可以從連接到泵53的獨(dú)立源來提供。在一個實(shí)施方案中，該補(bǔ)充性電解質(zhì)由包含鈣和鎂離子的基于氯化物的溶液提供。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的另一種血液過濾回路，用于對采用局部檸檬酸鹽抗凝結(jié)的CRRT進(jìn)行最優(yōu)化。這個實(shí)施方案適合CVVH或CVVHD，其中系統(tǒng)400被配置從共用源提供置換溶液和檸檬酸鹽抗凝劑。所述共用源可以被連接來提供前稀釋置換流體或提供透析液溶液。
系統(tǒng)400的運(yùn)行和前述的血液過濾回路相似。在此回路中，檸檬酸鹽離子的來源與置換流體源45結(jié)合并由其提供。泵53可以泵送流體45通過流路27和29其中的一個或兩個。流27為進(jìn)入血液過濾器39的血液流20提供具有檸檬酸鹽抗凝劑的前稀釋補(bǔ)充。流29為透析液流路32提供具有檸檬酸鹽抗凝劑的透析液。用這種方式，檸檬酸鹽抗凝劑可以沿著血液過濾器膜的任一表面提供，或作為前稀釋置換流體或作為透析液。當(dāng)作為前稀釋置換流體提供時，傳感器例如壓力傳感器73可被用來檢測流27，或流速，或前稀釋管線內(nèi)的壓力。同樣要注意，檸檬酸鹽可通過泵53添加，因而系統(tǒng)400不需要系統(tǒng)200中的單獨(dú)的檸檬酸鹽泵19或檸檬酸鹽溶液源17。在另一實(shí)施方案中，檸檬酸鹽可以通過后稀釋置換流體添加。
圖5顯示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的系統(tǒng)500的示范示意圖，用于控制顯示在圖2-4中的部件。和在系統(tǒng)100的實(shí)施方案中一樣，控制器11通過信號線12和在血液過濾回路中的部件連通。通過這種連通，儀表設(shè)備例如電解質(zhì)傳感器15、血液泄漏檢測器46、溫度傳感器55、氣泡檢測器67和壓力傳感器13、35、41、47和73，可以傳送感覺到的或檢測到的用于輸入的系統(tǒng)參數(shù)信號給控制器11。響應(yīng)接受的輸入信號，控制器11可以自動地通過信號線12輸出控制信號，以啟動部件比如檸檬酸鹽泵19、血液泵31、肝素泵33、前稀釋泵37、過濾泵49、后稀釋泵53、電解質(zhì)泵65和自動鉗69。例如，一個或更多壓力傳感器可以提供代表流速的反饋給控制器11，用于輸入到PID或狀態(tài)空間算法。從控制器11自動輸出的控制信號的形式，可以由在儲存器23存儲并由CPU 21執(zhí)行的控制算法來確定?？晒┻x擇地，CPU21可在顯示器25上顯示計算的結(jié)果用于通過用戶接口27手動調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)。在另一實(shí)施方案中，數(shù)據(jù)可以被存放在儲存器23(例如作為查尋表)中，用于計算系統(tǒng)控制信號。
圖6的流程圖展示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的方法600，用于在采用局部檸檬酸鹽抗凝結(jié)的CRRT治療期間控制檸檬酸鹽泵流速。方法600的步驟可以手工或自動地執(zhí)行。方法600從步驟81開始。在這第一步中，在進(jìn)行CRRT的患者中可以檢測用A代表的血流速率。血流檢測器13可用于執(zhí)行這步。血流檢測器可由醫(yī)療保健工作者手動操作，或作為根據(jù)本發(fā)明發(fā)明系統(tǒng)的一個整體部件自動操作。下一個步驟82是另一檢測步驟，其中從患者血樣中檢查鈣濃度B。同樣，這步可由系統(tǒng)自動執(zhí)行或由工人使用適用于此目的的電解質(zhì)傳感器手動完成。
在下一步驟83中，可以為所述治療選擇檸檬酸濃度C?？蔀榍跋♂屩脫Q流體、后稀釋置換流體或透析液溶液選擇檸檬酸濃度。其次，在步驟84中，可以使用適當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)傳感器手工或自動地測量患者血樣中的鎂濃度D。在該順序中的下一步驟是步驟85，是可選擇的步驟，根據(jù)在最終計算步驟611中采用等式(1)或等式(2)來確定。如果等式(1)被使用，步驟85可以不執(zhí)行。如果等式(2)被使用，可以通過選擇檸檬酸三鈉濃度G作為抗凝劑補(bǔ)充體外過濾回路中的血流來執(zhí)行步驟85?？蔀榍跋♂屩脫Q流體，后稀釋置換流體，或透析溶液選擇檸檬酸三鈉濃度G。
方法600的最后步驟是步驟86。在步驟86中，進(jìn)行計算以控制檸檬酸鹽流速E，或等效地，以控制檸檬酸鹽泵、置換液泵或透析液泵的流速E，具體取決于那個泵被選擇用來提供檸檬酸鹽離子源。如果任選的步驟85未執(zhí)行，那么步驟86根據(jù)等式(1)控制檸檬酸鹽流速。如果任選的步驟85執(zhí)行了，那么步驟86根據(jù)等式(2)來控制檸檬酸鹽流速，如圖6所示。在任一情況下，步驟86可自動地使用控制器例如控制器11執(zhí)行。在這種情況下，控制器11會執(zhí)行步驟86，以響應(yīng)接受的輸入信號，所述輸入信號對應(yīng)于該方法的前述步驟的參數(shù)A、B、C、D和G。
可供選擇地，方法600的一個或更多步驟也可以代表將系統(tǒng)參數(shù)手工輸入到用于計算檸檬酸鹽流速的等式中。例如，使用適當(dāng)?shù)膬x表設(shè)備，各步可手動執(zhí)行。然后在步驟86，用戶輸入控制器所有先前步驟的結(jié)果。用戶接口可被用于此目的。響應(yīng)所述輸入，控制器可以使用適當(dāng)?shù)挠嬎阕詣拥卣{(diào)整檸檬酸鹽泵流速。應(yīng)當(dāng)理解，方法600的步驟81到85不需要按照舉例說明的順序執(zhí)行。任何順序，或這些步驟的同時執(zhí)行，都可以在最后的步驟86中獲得希望的結(jié)果。
圖7的流程圖展示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的方法700，用于在采用局部檸檬酸鹽抗絮凝的CRRT治療期間控制電解質(zhì)泵流速。方法700可與方法600一同執(zhí)行。在方法700中，電解質(zhì)泵(例如泵65)可以提供鈣離子和鎂離子來補(bǔ)充在過過濾程中損失的這些電解質(zhì)。
方法700開始于步驟87，其中可以為電解質(zhì)溶液選擇鈣離子濃度[Ca]。類似，在步驟88中，可以為電解質(zhì)溶液選擇鎂離子濃度[Mg]。在一個實(shí)施方案中，可以為共同的基于氯化物的溶液選擇[Ca]和[Mg]。
在下一步驟81，可以為接受CRRT的患者檢測血流速率A。在一個實(shí)施方案中，這步可以與方法600的步驟81相同。可以在步驟89中執(zhí)行另一檢測步驟。在步驟89中，可以通過在CRRT期間測量橫跨使用中的人工腎的半滲透膜的血漿遷移速率，來檢測流體損失速率S?？梢酝ㄟ^一段時間內(nèi)血漿的容積測量，或通過安置在血液過濾器的流出管線(即流路32)中的適當(dāng)流量或壓力傳感器(例如傳感器47)，來測量流體損失速率S。在其中透析液流是存在的一個實(shí)例中，從血液過濾器流出速率中減去已知的透析液流速，將產(chǎn)生S值。步驟81，87，88和89中的一個或更多步驟可以是數(shù)據(jù)搜集、或數(shù)據(jù)輸入步驟，可以同時執(zhí)行，或以希望的順序執(zhí)行。
方法700最后步驟是步驟90，其可以是計算和控制步驟。在此步驟中，為控制電解質(zhì)泵流速V，可以進(jìn)行計算。在一個實(shí)施方案中，步驟90計算V，其是[Ca]、[Mg]、A和S的函數(shù)。計算的結(jié)果可作為輸入控制信號，自動地或手動傳送給電解質(zhì)泵，來控制將電解質(zhì)引入到過濾后的血流中。
圖8的流程圖示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的方法800，，該方法用以在采用局部檸檬酸鹽抗凝結(jié)的CRRT治療期間計算超濾速率。為控制整個CRRT過程，方法800與方法600和700可一起聯(lián)合使用。
方法800可以包含三個步驟用以獲取輸入數(shù)據(jù)供其最終的計算。這些步驟的第一步是步驟86，用于計算檸檬酸鹽泵流速E。這步可以和方法600的步驟86一樣執(zhí)行。第二步是步驟89，可以是檢測流體損失速率S的檢測步驟。這步可以和方法700的步驟89一樣執(zhí)行。第三步是步驟90，用于計算電解質(zhì)泵流速V。步驟90可以和方法700的步驟90一樣執(zhí)行。一旦從這三步獲取了輸入數(shù)據(jù)，同時或以任一連續(xù)次序，那么可以執(zhí)行最后的計算步驟91。在步驟91，可以計算超濾速率I，其是E、S和V的函數(shù)。
圖9的流程圖示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的方法900，用于在采用局部檸檬酸鹽抗凝結(jié)的在CRRT治療期間控制后稀釋流速。為根據(jù)本發(fā)明全面控制CRRT系統(tǒng)，方法900也可與前面公開的方法一起聯(lián)合使用。
在圖9的流程圖中示范的首先三步可以和以前描述的步驟以相同或者相似的方式執(zhí)行。步驟81可以同在方法600一樣執(zhí)行以檢測血流速率A。步驟85可以和在方法600一樣執(zhí)行以選擇檸檬酸三鈉濃度G。步驟91可以同在方法800一樣執(zhí)行以計算超濾速率I。
在下一步驟92中，可以為用于補(bǔ)充體外回路中的血流的前稀釋置換溶液選擇鈉濃度P。例如，步驟92可以包括為系統(tǒng)200中的置換流體源43指定合適的鈉濃度。下一步驟93可以是用于檢測前稀釋流體流速Y的檢測步驟。流程傳感器、壓力傳感器(例如傳感器73)或壓力傳感器的組合可以設(shè)置在前稀釋流體的流路中或在回路中的其它位置以檢測此流速。
方法900最后的步驟是步驟94。步驟94之前的步驟可以同時或以任何方便順序執(zhí)行。在步驟94中，可以使用前面處理步驟的結(jié)果作為輸入進(jìn)行計算，以得到輸出值來控制后稀釋置換流體的流速R。換句話說，R可以作為A、G、I、P和Y的函數(shù)被計算。在種實(shí)施方案中，此計算可以自動地執(zhí)行，以控制由后稀釋泵53傳遞的輸出流動流速。
圖10是根據(jù)本發(fā)明方法的實(shí)施方案的流程圖，其說明了在所有前面方法中描述的各種輸入和輸出參數(shù)的相互依賴性。在此圖，方法1000結(jié)合方法600、700、800和900成為唯一方法，用于從血液過濾回路的部件獲得輸出參數(shù)，用于根據(jù)本發(fā)明自動化和最優(yōu)化采用局部檸檬酸鹽抗絮凝的CRRT治療。
圖10的圖中給出了三種類型過程塊。長方形塊表示選擇步驟，其中可以選擇過程輸入?yún)?shù)，例如化學(xué)濃度。菱形塊表示檢測步驟，其中可以檢測過程輸入?yún)?shù)，例如流速。圓塊表示計算步驟，其可以產(chǎn)生過程輸入?yún)?shù)或過程輸出參數(shù)。箭頭起源于過程輸入步驟，終止在過程輸出步驟。圖中顯示的每個計算步驟提供流速，為了最優(yōu)化系統(tǒng)的操作，所有流速是相互依賴的。
因此根據(jù)本發(fā)明，檸檬酸鹽泵流速E可以是血流速率A、患者鈣濃度B、檸檬酸濃度C、患者鎂離子濃度D和檸檬酸三鈉濃度G的函數(shù)。
電解質(zhì)泵流速V可以是血流速率A、鈣溶液濃度[Ca]、鎂溶液濃度[Mg]和流體損失速率S的函數(shù)。
超濾速率I可以是檸檬酸鹽泵流速E、流體損失速率S和電解質(zhì)泵流速v的函數(shù)。
并且，后稀釋泵流速R可以是血流速率A、檸檬酸三鈉濃度G、超濾速率I、前稀釋置換溶液鈉濃度P和前稀釋流速Y的函數(shù)。
以下部分提供算法的另外公開內(nèi)容，所述算法可以用于根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施方案最優(yōu)化CRRT療法。一個或多種算法可以采用在下面表1中列出的代碼。該表包括對參數(shù)的描述和由各個代碼代表的參數(shù)的定義。該表最右邊的欄中還指出了該參數(shù)是選擇的、檢測的或計算的。提供的尺寸單位例如(ml/min)僅為了說明的目的。
表1 檸檬酸鹽流速 在此處描述的任何系統(tǒng)中，可以根據(jù)下表2提供的規(guī)則在CRRT過程中實(shí)施自動調(diào)節(jié)檸檬酸鹽的流速 表2 每個在上述表中描述的規(guī)則可由醫(yī)療保健者通過直接操作儀表設(shè)備，或通過用戶接口到在例如系統(tǒng)100或系統(tǒng)500中描述的控制器，來手動實(shí)施。同樣的規(guī)則可由控制器通過執(zhí)行調(diào)整算法自動地實(shí)施，所述算法以一系列的指示或軟件形式存放在存儲器中，并可由控制器CPU執(zhí)行。
過濾流速，N 總過濾流速N可通過考慮回路中出現(xiàn)的鈉來計算。添加后稀釋置換溶液后的鈉量等于進(jìn)入血液過濾器的鈉量加上所述后稀釋置換溶液引進(jìn)的鈉量再減去通過血液過濾器損失的鈉量。這可用代數(shù)形式表達(dá)成 N＝{[(F×60×A’-S)-(V×AA)]-H×1000+P’×(Y+E+V+S)}/(3) {[P-(M×H/(60×A’+E+Y))]×1000×1000/(1000-AB)} 或是 N＝{[(F×60×A’-S)-(V×AA)]-H×1000+P’×(Y+E+V+S)}/(4) {[P’-1000×1000/(1000-AB)]×[M×(H-3×H’)+M’×3×H’]/(60×A’+E+Y)} 這里H′代表每小時循環(huán)通過血液過濾器的過量檸檬酸三鈉分子的數(shù)量。H′可表示為 H’＝[C×E)/1000-(B+D)×60×A’/1000]×(G/3)/C(5) 后稀釋流速R 過濾流速N是后稀釋流速R、前稀釋流速Y、檸檬酸鹽溶液流速E、Ca/Mg溶液流速V和流體損失速率S的總和。所以，后稀釋置換流體流動速率R可以根據(jù)下式計算 R＝N-(E+S+V+Y)(6) 鈣/鎂泵流速，V 根據(jù)本發(fā)明用于計算最優(yōu)的Ca/Mg泵流速V的方法，可以基于如下假設(shè)即，進(jìn)入體外回路血液的總鈣濃度，與在回路出口處返回患者的總鈣濃度是相等的，以便維持穩(wěn)定的鈣血。因而，返回患者的鈣可以等于血液過濾器之前鈣的含量加上來自后稀釋置換溶液的鈣加上來自Ca/Mg電解質(zhì)溶液的鈣減去通過血液過濾器損失的鈣。
可能發(fā)生兩種會影響為計算V選擇的算法的情況。發(fā)生第一種的情況是，當(dāng)引入到血流的檸檬酸三鈉分子不足以螯合所有來自在血液過濾器上游循環(huán)的血液的鈣和鎂。在這種情況下，Ca/Mg泵流速V可如下計算 V＝[B×(60×A’-S)/1000-W+(α×β)/γ]×γ/(AA-P’)×β+(U/1000)×γ 其中α＝[F×(60×A’-S)-H×1000+P’×(Y+E+S)]； β＝1000×[T×((E×C/1000)×(B/(B+D))]+T’×(1/2)[W-(E×C/1000)×(B/(B+D))]； 和 γ＝P’×(60×A’+E+Y)×(1000-AB)-M×H×1000×1000(7) 在此第一種情況，可能感興趣的是計算通過血液過濾器過濾的鈣分子的數(shù)量。每小時過濾的鈣分子數(shù)量，表示為″Cafiltrated_1″，可如下計算 Cafiltrated_1＝[α-(V×AA)]×β/γ(8) 在第二種情況，檸檬酸三鈉分子足以螯合所有來自在血液過濾器上游循環(huán)的血液的鈣和鎂。在這種情況下，Ca/Mg泵流速F可計算如 V＝[B×(60×A’-S)/1000-W+(δ/ε)×ε/[1000×T×W×V×(AA-P’)+U/1000×ε] 其中δ＝1000×T×W×(F×(60×A’-S)-H×1000+P’×(Y+E+S))；和 ε＝P’×(60×A’+E+Y)×(1000-AB)-1000×1000×(M×(H-3×H’)+M’×3×H’) (9) 在第二種情況下，每小時過濾的鈣分子數(shù)量，表示為″Cafiltrated_2″，可如下計算 Cafiltrated_2＝1000×T×W×(F×(60×A’-S)-(V×AA)-H×1000+P’×(Y+E+V+S)/(60×A’+E+Y)×(1000-AB)×(P’-1000×(1000/(1000-AB))×(M×(H-3×H’)+M’×3×H’)/(60×A’+E+Y))(10) 通過簡單地用D替換參數(shù)B，等式(8)和(10)也可用來計算通過血液過濾器過濾的鎂分子的數(shù)量。
過濾的碳酸氫鹽 在使用局部檸檬酸鹽抗凝結(jié)的CRRT過程中，血漿中碳酸氫鹽濃度可能也需要考慮。通過檸檬酸鹽抗凝劑溶液(檸檬酸和檸檬酸三鈉)加入到體外回路的檸檬酸鹽，可以根據(jù)從Krebs循環(huán)的tri-carboxycilique循環(huán)，在以后被患者的肝臟和肌肉轉(zhuǎn)換成碳酸氫鹽。本發(fā)明也可通過監(jiān)測返回患者血漿中的最終碳酸氫鹽濃度，來考慮以這種方式轉(zhuǎn)換成碳酸氫鹽的檸檬酸鹽。本發(fā)明可以在二種不同情況下考慮碳酸氫鹽分子。
在第一種情況下，可以計算碳酸氫鹽分子的量，BICout_1，其中由檸檬酸鹽溶液引入的檸檬酸鹽分子的數(shù)量等于或少于血漿中存在的總鈣和總鎂之和。在這種情況下，可用以下等式 BICout_1＝N×[AD×AE×60×A’+T×E×C×B+AC×E×C×D]/[1000×(B+D)×(1000-AB)×(60×A’+E+Y)](11) 在第二種情況，可以計算碳酸氫鹽分子的量，BICout_2，其中由檸檬酸鹽溶液引入的檸檬酸鹽分子的數(shù)量大于血漿中存在的總鈣和總鎂之和。在這種情況下，可用以下等式 BICout_2＝N×[AD×AE×60×A’+M’×E×G/3-M’×(B+D)×60×A’×(G/3)/C+AF×E×(C-G/3)-AF×(B+D)×60×A’×(C-G/3)/C+T×B×60×A’+AC×D×60×A’]/[1000×(1000-AB)×(60×A’+E+Y)](12) 美國臨時申請60/719,718提供了等式(1)至(12)的證據(jù)。
治療控制 根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)或方法的實(shí)施方案可以逐步的方式針對CRRT回路終的每種電解質(zhì)來評價血漿回路的組成。下表提供了式子，這些式子可以逐步用于準(zhǔn)確地計算在各種情況下在回路中的各個點(diǎn)處感興趣的任何電解質(zhì)的分子數(shù)量或濃度。表中的式子可以作為算法存放在存儲器23中，其作為軟件可以由CPU 21執(zhí)行。計算的結(jié)果可以多種方式使用。例如，結(jié)果可以存放在存儲器23中，在其它算法中用作輸入，或通過顯示單元25顯示給用戶。
表3提供了式子，用于計算每小時循環(huán)在體外回路中的每種電解質(zhì)分子的數(shù)量。
表4提供了式子，用于計算添加檸檬酸鹽后每小時循環(huán)的每種電解質(zhì)分子的數(shù)量。
表5提供了式子，用于計算添加前稀釋置換溶液后每小時循環(huán)的每種電解質(zhì)分子的數(shù)量。
表6提供了式子，其用于計算每小時通過血液過濾器過濾的每種電解質(zhì)分子的數(shù)量。
表7提供了式子，其可以用于計算通過血液過濾器下游的任何特定電解質(zhì)每小時的分子的數(shù)量。
表8提供了式子，其可用于計算添加后稀釋置換溶液后每小時回路的每種電解質(zhì)分子的數(shù)量。
表9提供了式子，其用于計算返回患者的每種電解質(zhì)分子的數(shù)量。
表10提供了式子，其用于計算返回患者的每種電解質(zhì)的血漿濃度。
表3 在表4中，檸檬酸鹽溶液中的特定電解質(zhì)的濃度，表示為該電解質(zhì)的縮寫加后綴“檸檬酸鹽”。例如，″Na檸檬酸鹽″表示在檸檬酸鹽溶液中鈉的濃度。
表4 在表5中，前稀釋置換溶液中的特定電解質(zhì)的濃度，表示為該電解質(zhì)的縮寫加后綴“pre”。例如，″Ca_pre″表示在前稀釋置換溶液中鈣的濃度。
表5 在表6中，特定電解質(zhì)的篩分系數(shù)，表示為單詞“Sie”加上電解質(zhì)的縮寫。例如，″Sie_K″表示鉀的篩分系數(shù)。
表6 表7 在表8中，特定電解質(zhì)的后稀釋置換溶液濃度表示為該電解質(zhì)的縮寫加后綴″post″例如，″K_post″表示在后稀釋置換溶液中鉀的濃度。
表8 在表9中，特定電解質(zhì)的Ca/Mg補(bǔ)充溶液濃度表示為該電解質(zhì)的縮寫加后綴″Cp″例如，″Bic_Cp″表示碳酸氫鹽的Ca/Mg補(bǔ)充溶液濃度。
表9 表10 結(jié)論 在背景部分引用的現(xiàn)有方法學(xué)對CRRT期間控制檸檬酸鹽流入血流提供了不足的指導(dǎo)。當(dāng)血流速率為200ml/min時，這些來源推薦的檸檬酸鹽流速在28-52.5mmol/h之間變化，平均值是36.6mmol/h。但是，在引用文獻(xiàn)的每個系統(tǒng)中應(yīng)用本發(fā)明的方法，對于200ml/min血流速率，檸檬酸鹽流的平均值達(dá)到39.6mmol/h。此平均值的最小偏差為0.005(參見美國臨時申請60/719,718)。因而，不管CRRT的類型和選擇的血流速率如何，本發(fā)明提供可靠一致的結(jié)果。
本發(fā)明提供的進(jìn)一步好處是，不管檸檬酸鹽進(jìn)入回路的位點(diǎn)如何，它都能運(yùn)行地一樣好。檸檬酸鹽可以作為前稀釋溶液、作為前稀釋置換溶液的一部分，或作為透析液的一部分進(jìn)入。另一好處是本發(fā)明可控制瞬間血流速率，并且在血流速率變化時自動地調(diào)節(jié)檸檬酸鹽流速。另一優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明保證重要電解質(zhì)的血漿濃度在安全水平返回患者，例如，返回患者的血液的總血漿鈣和鎂濃度等于進(jìn)入該體外回路的濃度。另一好處是本發(fā)明根據(jù)該回路中是否過量存在檸檬酸三鈉而調(diào)整它的控制算法。
另一好處是本系統(tǒng)可以給醫(yī)療保健專家在方便、實(shí)時的顯示器上提供關(guān)于流速、血液化學(xué)和電解質(zhì)水平的瞬間數(shù)據(jù)。正如所希望的，技術(shù)員因此可以評估情況和啟動手動調(diào)節(jié)治療參數(shù)。使用根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)，技術(shù)員可以比較經(jīng)優(yōu)化的治療參數(shù)對返回患者的血液的血漿濃度的影響，或比較軟件控制的實(shí)現(xiàn)自動化的治療參數(shù)的結(jié)果。結(jié)果也可以記錄在系統(tǒng)存儲器中，以收集歷史數(shù)據(jù)來改進(jìn)最優(yōu)化。技術(shù)員還可按照這種方式為具體病例最優(yōu)化治療。例如，可能需要手動調(diào)節(jié)或手動輸入?yún)?shù)到自動控制系統(tǒng)，以根據(jù)患者重量、性別、或其它身體特性或弱點(diǎn)來最優(yōu)化治療。
本發(fā)明已經(jīng)以示例的形式公開。因此，全文中使用的術(shù)語應(yīng)該以示范而不是限制的方式來理解。雖然對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言對本發(fā)明小的修改還將發(fā)生，但是應(yīng)當(dāng)理解，旨在包括在從此授權(quán)的本專利范圍內(nèi)的是所有合理地落在本專利對本領(lǐng)域貢獻(xiàn)的改進(jìn)范圍內(nèi)的所有這些實(shí)施方案，以及應(yīng)當(dāng)理解除了考慮所附權(quán)利要求和其等同物以外，上述范圍不應(yīng)受限。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，用于在患者的CRRT期間實(shí)現(xiàn)在血液過濾回路中的檸檬酸鹽抗凝劑補(bǔ)給的最優(yōu)化，所述系統(tǒng)包括
檸檬酸鹽泵，其使得檸檬酸鹽溶液流入所述血液過濾回路中；
電解質(zhì)傳感器，其檢測來自所述患者的血流中的電解質(zhì)濃度；和
控制器，其根據(jù)和所述檢測的電解質(zhì)濃度的函數(shù)關(guān)系來控制來自所述檸檬酸泵的所述流動。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述控制器進(jìn)一步包括
處理器；和
可由所述處理器執(zhí)行的軟件，用來確定所述檸檬酸鹽泵的流速。
3.權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中所述處理器接收代表所述檢測到的電解質(zhì)濃度的輸入。
4.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述電解質(zhì)傳感器檢測所述血流中的離子濃度，所述離子選自碳酸氫根、鈣、氯化物、銅、葡萄糖、鐵、鎂、錳、磷酸根、鉀、鈉和鋅。
5.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述控制器根據(jù)E(A，B，C，D)＝A×(B+D)/C控制檸檬酸鹽泵流速，E，
其中，A是檢測的血流速率，B是所述電解質(zhì)傳感器檢測的鈣離子濃度，C是所述檸檬酸鹽溶液的濃度，D是所述電解質(zhì)傳感器檢測的鎂離子濃度。
6.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括血流檢測器，所述血流檢測器用于檢測來自患者的血流，和其中所述控制器根據(jù)和所述檢測的電解質(zhì)濃度、所述檢測的血流和所述檸檬酸鹽溶液濃度的函數(shù)關(guān)系來控制來自所述檸檬酸鹽泵的所述流動。
7.權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中所述檸檬酸鹽溶液具有選擇的檸檬酸濃度和選擇的檸檬酸三鈉濃度，其中所述控制器根據(jù)和所述檢測的血流、所述檢測的電解質(zhì)濃度、所述選擇的檸檬酸濃度和所述選擇的檸檬酸三鈉濃度的函數(shù)關(guān)系來控制來自所述檸檬酸鹽泵的所述流動。
8.權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中所述控制器根據(jù)E(A，B，C，D，G)＝A×(B+D)/(C+G)控制檸檬酸鹽泵流速，E，
其中A是所述檢測的血流流速，B是所述電解質(zhì)傳感器檢測的鈣離子濃度，C是所述選擇的檸檬酸濃度，D是所述電解質(zhì)傳感器檢測的鎂離子濃度，G是所述選擇的檸檬酸三鈉濃度。
9.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括
血流檢測器，用于檢測來自所述患者的血流；
用于檢測在所述血液過濾回路中流體損失速率的設(shè)備；
具有選擇的鈣離子濃度和選擇的鎂離子濃度的電解質(zhì)溶液；和
電解質(zhì)泵，其使得所述電解質(zhì)溶液流動以補(bǔ)充后過濾血流；
其中，所述控制器根據(jù)和所述檢測的血流、所述檢測的流體損失速率、所述選擇的鈣離子濃度、和所述選擇的鎂離子濃度的函數(shù)關(guān)系來控制來自所述電解質(zhì)泵的所述流動。
10.權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中所述控制器進(jìn)一步包括
處理器；和
軟件，其可由所述處理器執(zhí)行，用以確定所述檸檬酸鹽泵流速和所述電解質(zhì)泵流速，和用于根據(jù)和所述檢測的流體損失速率、所確定的檸檬酸鹽泵流速和所確定的電解質(zhì)泵流速的函數(shù)關(guān)系來計算超濾速率。
11.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括
具有選擇濃度的檸檬酸三鈉的所述檸檬酸鹽溶液；
具有選擇鈉濃度的置換溶液；
置換溶液泵，其使得所述置換溶液流動以補(bǔ)充所述血流；和
用于檢測置換溶液流速的設(shè)備；
其中，所述控制器進(jìn)一步根據(jù)和所述檢測的血流流速、所述選擇的檸檬酸三鈉濃度、所述計算的超濾濾速、所述置換溶液的所選鈉濃度、和所述檢測的置換溶液流速的函數(shù)關(guān)系來確定后稀釋流速。
12.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述檸檬酸鹽溶液作為在所述血液過濾回路中的前稀釋溶液補(bǔ)充所述血流。
13.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述檸檬酸鹽溶液和透析液一起進(jìn)入所述血液過濾回路。
14.一種方法，用于在患者的CRRT期間實(shí)現(xiàn)在血液過濾回路中檸檬酸鹽抗凝劑補(bǔ)給的最優(yōu)化，所述方法包括如下步驟
使檸檬酸鹽溶液流經(jīng)所述血液過濾回路；
檢測來自患者的血流的電解質(zhì)濃度；和
根據(jù)和所述檢測到的電解質(zhì)濃度的函數(shù)關(guān)系來控制進(jìn)入所述血液過濾回路的所述檸檬酸鹽溶液流動。
15.權(quán)利要求14的方法，其中所述電解質(zhì)濃度檢測步驟檢測來自包括碳酸氫鹽、鈣、氯化物、銅、葡萄糖、鐵、鎂、錳、磷酸鹽、鉀、鈉和鋅的組的電解質(zhì)。
16.權(quán)利要求14的方法，其中所述電解質(zhì)濃度檢測步驟包括檢測鈣離子濃度和鎂離子濃度。
17.權(quán)利要求16的方法，進(jìn)一步包括檢測來自患者的所述血流的速率。
18.權(quán)利要求17的方法，其中所述控制步驟包括根據(jù)E＝A×(B+D)/C控制檸檬酸鹽溶液流速，E，
其中，A是所述檢測的血流速率，B是所述檢測的鈣離子濃度，C是所述檸檬酸鹽溶液的濃度，D是所述檢測的鎂離子濃度。
19.權(quán)利要求17的方法，其中所述檸檬酸鹽溶液具有已知的檸檬酸濃度和已知的檸檬酸三鈉濃度，
其中，所述控制步驟包括根據(jù)和所述檢測的血流、所述檢測的鈣離子濃度、所述檢測的鎂離子濃度、所述已知的檸檬酸濃度、和所述已知的檸檬酸三鈉濃度的函數(shù)關(guān)系來控制檸檬酸鹽溶液流速。
20.權(quán)利要求19的方法，其中所述控制步驟包括控制檸檬酸鹽溶液流速，E，其根據(jù)E＝A×(B+D)/(C+G)，
其中，A是所述檢測的血流速率，B是所述檢測的鈣離子濃度，C是所述已知的檸檬酸濃度，D是所述檢測的鎂離子濃度，G是所述選擇的檸檬酸三鈉濃度。
21.權(quán)利要求14的方法，進(jìn)一步包括
檢測在所述血液過濾回路中的流體損失速率；
在所述血流中添加具有已選擇鈣離子濃度和已選擇鎂離子濃度的電解質(zhì)溶液；和
根據(jù)和所述檢測到的流體損失速率，所述選擇的鈣離子濃度和所述選擇的鎂離子濃度的函數(shù)關(guān)系來控制進(jìn)入所述血流的所述電解質(zhì)溶液的流動。
22.計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，在所述存儲介質(zhì)中權(quán)利要求14的步驟以一系列計算機(jī)處理器可執(zhí)行的指令形式得以體現(xiàn)。
23.權(quán)利要求14的方法，其中所述檸檬酸鹽溶液從前稀釋置換溶液中流出。
24.權(quán)利要求14的方法，其中所述流動步驟進(jìn)一步包括使所述檸檬酸鹽溶液和透析液流經(jīng)所述血液過濾回路。
25.一種用于在患者的CRRT期間控制后稀釋流速的方法，在其中在過濾之前通過前稀釋流和在過濾之后通過后稀釋流向血液過濾回路中加入置換流體，所述方法包括
檢測來自患者的血液流速，A；
選擇檸檬酸三鈉濃度G來補(bǔ)充所述血流；
計算超濾濾率，I；
為在所述前稀釋流中的所述置換流體選擇鈉濃度，P；
檢測所述前稀釋流的流速，Y；和
根據(jù)和A、G、I、P和Y的函數(shù)關(guān)系控制后稀釋的流速。
全文摘要
一種用于實(shí)現(xiàn)在CRRT期間在血液過濾回路中檸檬酸鹽抗凝劑補(bǔ)給的自動化和最優(yōu)化的系統(tǒng)或方法。基于處理器的控制系統(tǒng)與血液過濾回路連接以檢測流入所述回路的患者血流、檢測通過血液過濾器的流體損失，和檢測所述血流中重要電解質(zhì)的濃度，并且作為響應(yīng)，控制檸檬酸鹽、置換流體和電解質(zhì)補(bǔ)給的添加，以確保返回患者的后稀釋流中血漿濃度的穩(wěn)定?？刂破鲌?zhí)行以過程控制算法形式體現(xiàn)的所述方法，來根據(jù)選擇的、檢測的和計算的系統(tǒng)參數(shù)計算最優(yōu)化的檸檬酸鹽流速。檸檬酸鹽可以單獨(dú)或作為置換溶液的一部分或透析液加入到所述回路中。
文檔編號A61M1/16GK101184517SQ200680018928
公開日2008年5月21日 申請日期2006年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月22日
發(fā)明者J·蘭諾伊 申請人:愛德華茲生命科學(xué)公司