用于血液透析系統(tǒng)的pH緩沖劑測量系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于血液透析系統(tǒng)的pH緩沖劑測量系統(tǒng) 奪叉引用
[0001] 本申請要求2013年2月2日提交的美國臨時申請?zhí)?1/760,078和2013年3月 15日提交的美國申請?zhí)?3/837,287的優(yōu)先權，這些申請的全部內(nèi)容以引用的方式并入本 文中。
技術領域
[0002] 本發(fā)明涉及在血液透析、血液過濾、血液透析過濾以及腹膜透析中的任一者期間 通過測定酸反應流體或堿反應流體的流體特征來測量透析液流體的pH和緩沖劑濃度的系 統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0003] 在諸如血液透析、血液過濾、血液透析過濾以及腹膜透析的流體療法期間，透析液 pH和緩沖劑濃度可以在患者結果中起關鍵作用?；诨颊叩乃?堿狀態(tài)來指定患者的透析 液pH和緩沖劑濃度。酸中毒患者可以通過提高其透析液中的碳酸氫鹽緩沖劑水平來治療， 并且堿中毒患者可以通過降低其透析液中的碳酸氫鹽水平來治療。用以測量pH和緩沖劑 透析液濃度的方法對于含有可能使pH水平和碳酸氫鹽濃度變至未知值的組分的系統(tǒng)是尤 其重要的。舉例來說，再生血液透析系統(tǒng)，諸如再循環(huán)透析液系統(tǒng)（"REDY"系統(tǒng)），含有從 透析液流體中釋放和/或去除氫離子和碳酸氫鹽的吸附劑材料。透析液流體中氫離子和碳 酸氫鹽的去除和/或添加取決于若干因素，包括：患者血尿素水平、患者體重、透析液組成、 吸附劑特性，等等。正因如此，變得難以預測在血液透析期中將會發(fā)生的透析液pH和碳酸 氫鹽濃度的變化。因此，需要可以測量透析液的pH和碳酸氫鹽濃度的系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對一種pH-緩沖劑測量系統(tǒng)，其可以具有至少一個用于修改進入系統(tǒng)的 流體的pH的來源，所述來源選自酸來源和堿來源，其中酸來源添加等效于提供酸反應流體 的酸并且堿來源添加等效于提供堿反應流體的堿，其中所述來源與流徑流體連通；以及用 于測定酸反應流體或堿反應流體的流體特征的組件；其中可以測量的流體特征是氣相壓 力、電導率或熱導率中的任一者。
[0005] 在任何實施方案中，這個組件可以測定未反應流體的流體特征。在任何實施方案 中，靜態(tài)混合器可以提供于至少一個用于修改進入系統(tǒng)的流體的pH的來源下游。
[0006] 在任何實施方案中，這個系統(tǒng)可以具有一個或多個用于將流體栗送入和栗送出系 統(tǒng)的栗。
[0007] 在任何實施方案中，這個系統(tǒng)可以通過獲取進入系統(tǒng)的流體的流體特征的第一值 與酸反應流體或堿反應流體的流體特征的第二值的差異來測定流體的pH、緩沖劑含量或兩 者。
[0008] 在任何實施方案中，這個系統(tǒng)可以通過獲取進入系統(tǒng)的流體的流體特征的第一值 與未反應流體的流體特征的第二值的差異來測定流體的pH、緩沖劑含量或兩者。
[0009] 在任何實施方案中，這個組件可以測量進入系統(tǒng)的流體上方的氣相壓力。
[0010] 在任何實施方案中，這個系統(tǒng)的組件可以測量酸反應流體或堿反應流體上方的氣 相壓力。在任何實施方案中，這個組件可以測量進入系統(tǒng)的流體的熱導率。
[0011] 在任何實施方案中，這個組件可以測量酸反應流體或堿反應流體的熱導率。在 任何實施方案中，這個組件當用凈化氣體吹掃時可以測量熱導率，其中有待測量的氣體從 進入系統(tǒng)的流體、酸反應流體或堿反應流體擴散通過可以改變包圍電極的氣體的熱導率的 膜。
[0012] 在任何實施方案中，熱導率的變化率可以用于計算氣體的濃度。
[0013] 在任何實施方案中，這個組件可以測量酸反應流體或堿反應流體的電導率。在任 何實施方案中，這個組件可以測量進入系統(tǒng)的流體的電導率。
[0014] 在任何實施方案中，進入系統(tǒng)的流體可以是用于腹膜透析的透析液或超濾液或流 體。
[0015] 在任何實施方案中，有待測量的緩沖劑含量可以是碳酸氫鹽。在任何實施方案中， 酸來源可以按預定量添加以確保進入系統(tǒng)的流體中的碳酸氫鹽的完全轉化。
[0016] 在任何實施方案中，酸來源可以添加乙酸、檸檬酸、鹽酸或磷酸中的任一者。
[0017] 在任何實施方案中，這個組件可以具有用以測量酸反應流體或堿反應流體的氣相 壓力的第一測量室，以及用以測量進入系統(tǒng)的流體的氣相壓力的第二測量室。
[0018] 在任何實施方案中，這個系統(tǒng)可以具有與第一和第二測量室流體連通的差動壓力 傳感器。
[0019] 在任何實施方案中，這個系統(tǒng)可以具有第一或第二測量室，這個第一或第二測量 室具有與壓力轉換器和排氣閥流體連通的氣體滲透膜上方的空氣間隙以允許氣體從第一 或第二測量室逸出，其中這個壓力轉換器可以測量酸反應流體、堿反應流體或進入系統(tǒng)的 流體中的任一者上方的氣相的壓力。
[0020] 在任何實施方案中，可以提供控制系統(tǒng)以執(zhí)行測定基于酸反應流體、堿反應流體 或進入系統(tǒng)的流體中的任一者的流體特征所必需的計算。
[0021] 在任何實施方案中，描述了一種流體療法系統(tǒng)，其可以具有與本文所描述的任何 pH-緩沖劑測量系統(tǒng)流體連通以形成透析液流徑的透析器和吸附劑系統(tǒng)，其中這個pH-緩 沖劑測量系統(tǒng)可以測定酸反應流體、堿反應流體或進入pH-緩沖劑測量系統(tǒng)的流體中的任 一者的pH、緩沖劑濃度或兩者。
[0022] 在任何實施方案中，可以提供一種重構系統(tǒng)，其用于將受控量的緩沖劑添加至透 析液中以在用于透析器中之前形成具有預定濃度的緩沖劑的透析液。
[0023] 在任何實施方案中，緩沖劑可以是碳酸氫鹽。在任何實施方案中，這個系統(tǒng)可以具 有pH-緩沖劑測量系統(tǒng)，其可以定位于吸附劑系統(tǒng)和脫氣器下游。
[0024] 在任何實施方案中，重構系統(tǒng)可以將pH和碳酸氫鹽濃度調(diào)整至所需水平。
[0025] 在任何實施方案中，傳導率傳感器可以沿著透析液流徑的任何地方連接。
[0026] 在任何實施方案中，透析液流徑中的流體可以選擇性地計量入和計量出透析液流 徑。在任何實施方案中，這個系統(tǒng)可以是受控順應系統(tǒng)。在任何實施方案中，透析液流徑中 的流體可以選擇性地計量入和計量出透析液流徑。
[0027] 在任何實施方案中，本文所描述的任何系統(tǒng)都可以用于血液透析、血液過濾、血液 透析過濾以及腹膜透析中的任一者。
[0028] 本發(fā)明在一個或多個實施方案中還涉及一種流體療法系統(tǒng)，其包括與透析器、吸 附劑再生單元以及流體特征管理單元流體連通的流體流徑，這個流體特征管理單元沿著流 體流動定位于吸附劑再生單元與透析器之間。
[0029] 在任何實施方案中，流體療法系統(tǒng)的流體特征管理單元是pH-緩沖劑管理單元。
[0030] 在任何實施方案中，流體療法系統(tǒng)的流體特征管理單元是鉀管理單元。
[0031 ] 在任何實施方案中，流體療法系統(tǒng)可以進一步包括脫氣器，其與流體流動回路流 體連通并且沿著流體流動定位于吸附劑再生單元下游。
[0032] 在任何實施方案中，流體療法系統(tǒng)可以進一步包括旁路流徑，其使流體流動的一 部分從流體特征管理單元轉向。
[0033] 在任何實施方案中，流體療法系統(tǒng)可以進一步包括傳導率傳感器，其與流體流徑 流體連通并且沿著流體流動定位于流體特征管理單元下游。
[0034] 在任何實施方案中，流體療法系統(tǒng)的流體特征管理單元可以包括酸進料的入口和 堿進料的入口中的至少一者。
[0035] 在任何實施方案中，流體療法系統(tǒng)的流體特征管理單元可以包括熱導率傳感器和 電導率傳感器中的至少一者。
[0036] 在任何實施方案中，流體療法系統(tǒng)可以進一步包括與流體流徑流體連通并且定位 于流體特征管理單元下游的置換流動回路，這個置換流動回路將再生流體的一部分輸送出 吸附劑再生單元直接返回至受試者的血液中并且繞過透析器。
[0037] 在任何實施方案中，流體療法系統(tǒng)可以進一步包括開放式透析液儲集器，其與流 體流徑流體連通并且沿著流體流動定位于吸附劑再生單元上游。
[0038] 在任何實施方案中，描述了一種測定流體的pH或緩沖劑含量的方法，其可以具有 以下步驟：通過添加等效于提供酸反應流體的酸或添加等效于提供堿反應流體的堿來修改 流體的pH ;以及通過獲取酸反應流體或堿反應流體的流體特征的第一值與流體特征的第 二值的差異來測定酸反應流體或堿反應流體的至少一個流體特征。
[0039] 在任何實施方案中，描述了以下步驟：使酸反應流體或堿反應流體再循環(huán)以允許 碳酸氫鹽與酸之間完全反應以形成二氧化碳，從而形成再循環(huán)流體；測量再循環(huán)流體的壓 力讀數(shù)以測定再循環(huán)流體中所含的二氧化碳的量。
[0040] 在任何實施方案中，描述了以下步驟：使透析液再循環(huán)以測定與透析液平衡的氣 體的總壓力；酸化透析液以使所有碳酸氫鹽轉化成二氧化碳；以及用壓力傳感器測量與透 析液平衡的氣體的總壓力；以及測定透析液中二氧化碳的分壓力。
[0041] 在任何實施方案中，描述了以下步驟：使流體流動通過靜態(tài)混合器以增強酸溶液 與透析液之間的混合。
[0042] 在任何實施方案中，描述了以下步驟：使流體流動通過血液透析、血液過濾、血液 透析過濾以及腹膜透析的流體路徑中的任一者。
【附圖說明】
[0043] 圖1是具有受控順應透析液流徑和pH-緩沖劑測量系統(tǒng)的透析液再生系統(tǒng)的流程 圖。
[0044] 圖2是利用壓力傳感器和酸進料的pH-緩沖劑測量系統(tǒng)。
[0045] 圖3是利用壓力傳感器以及酸和堿進料的pH-緩沖劑測量系統(tǒng)。
[0046] 圖4是利用熱導率傳感器以及酸和堿進料的pH-緩沖劑測量系統(tǒng)。
[0047] 圖5是利用電導率傳感器以及酸和堿進料的pH-緩沖劑測量系統(tǒng)。
[0048] 圖6是具有開放式、非固定體積透析液流徑和pH-緩沖劑測量系統(tǒng)的透析液再生 系統(tǒng)的流程圖。
[0049] 圖7是具有受控順應過濾流徑和pH-緩沖劑測量系統(tǒng)的血液過濾再生系統(tǒng)的流程 圖。
[0050] 圖8是具有受控順應血液透析過濾流徑和pH-緩沖劑測量系統(tǒng)的血液透析過濾再 生系統(tǒng)的流程圖。
[0051] 圖9是腹膜透析液再生系統(tǒng)和pH-緩沖劑測量系統(tǒng)的流程圖。
[0052] 貫穿圖式和本說明書，在圖中具有相同編號的組件指的是相同組件。
【具體實施方式】 定義
[0053] 除非另有定義，否則本文所用的所有技術和科學術語一般具有與相關領域的一般 技術人員通常所理解的相同的含義。本文所提供的定義不應在不考慮本說明書的其它部 分、權利要求書以及圖式中所提供的上下文和其它所賦含義、或其用途的情況下被硬性地 解釋。
[0054] 冠詞"一個（a/an)"在本文中用于指代這個冠詞的一個或多于一個（即，至少一 個）語法對象。舉例來說，"一個元件"意味著一個元件或多于一個元件。
[0055] 術語"酸或堿等效物"指的是每摩爾與等效酸等價的酸或每摩爾與等效堿等價的 氫氧離子給予或接受相等摩爾數(shù)的氫或水合氫離子的等效酸或堿。
[0056] 術語"酸進料"指的是能夠從酸來源獲得酸溶液并且將其連接或饋送至接收來源 或流徑中的流體連通狀態(tài)。
[0057] "酸"可以是阿倫紐斯酸（Arrheniusacid)、布朗斯特-勞里酸 (Br0nsted-Lowryacid)或路易斯酸（Lewisacid)。阿倫紐斯酸是增加溶液中水合氫 離子（H30+)的濃度的物質(zhì)或流體。布朗斯特-勞里酸是可以充當質(zhì)子給予體的物質(zhì)。路易 斯酸是電子對接受體。
[0058] 術語"活性碳"可以指每克表面積大于500m2的多孔碳材料?；钚蕴伎梢阅軌蛭?若干種物質(zhì)，包括重金屬，尤其諸如鉛、汞、砷、鎘、鉻以及鉈；氧化劑，諸如氯氣和氯胺；氟 化物離子；以及廢料物質(zhì)，諸如磷酸鹽，和某些含氮廢料物質(zhì)，諸如肌酸酐和尿酸。
[0059] 術語"施用"、"遞送"以及"引入"可以在上下文中互換使用以指示將具有改變濃 度的至少一種組分（包括電解質(zhì)以及堿金屬和/或堿土金屬離子）的水或透析液引入有需 要的患者，并且可以進一步意味著將水、任何試劑或堿金屬和/或堿土金屬離子引入透析 液或透析線路，在此所述水、試劑或堿金屬和/或堿土金屬離子將通過擴散、橫穿擴散膜或 其它方式進入患者的血液。
[0060] "酸來源"可以是阿倫紐斯酸、布朗斯特-勞里酸或路易斯酸的來源。阿倫紐斯酸 是增加溶液中水合氫離子（h30+)的濃度的物質(zhì)或流體。布朗斯特-勞里酸是可以充當質(zhì)子 給予體的物質(zhì)。路易斯酸是電子對接受體。
[0061] "堿來源"可以是可以接受氫陽離子（質(zhì)子）或更一般地說給予一對價電子的物 質(zhì)的來源。如果可溶性堿含有并定量地釋放氫氧離子（0H)，那么其被稱作堿金屬。布朗斯 特-勞里理論將堿定義為質(zhì)子（氫離子）接受體，而更一般的路易斯理論將堿定義為電子 對給予體，從而允許包括除質(zhì)子以外的其它路易斯酸。阿倫紐斯堿（Arrheniusbase)充當 氫氧陰離子，其嚴格地說只適用于堿金屬。
[0062] 術語"堿進料"指的是能夠從堿來源獲得堿溶液并且將其連接或饋送至接收來源 或流徑中的流體連通狀態(tài)。
[0063] 術語"受控順應流徑"、"受控順應透析液流徑"以及"受控順應溶液流徑"指的是 在具有受控順應性特征或為如本文所定義的受控順應的受控順應系統(tǒng)內(nèi)操作的流徑。
[0064] "控制器"、"控制單元"、"處理器"或"微處理器"是監(jiān)控并影響給定系統(tǒng)的操作條 件的裝置。操作條件通常被稱作系統(tǒng)的輸出變量，其中這些輸出變量可以通過調(diào)整某些輸 入變量而受影響。
[0065] 術語"受控順應性"和"受控順應"描述了主動控制流體體積轉移入或轉移出隔室、 流徑或線路的能力。在某些實施方案中，透析液線路或受控順應流徑中流體的可變體積經(jīng) 由與一個或多個儲集器聯(lián)合的一個或多個栗的控制而擴展和收縮。如果患者流體體積、流 徑以及儲集器被視為系統(tǒng)的總體積的一部分（每個個別體積有時可以被稱作流體隔室）， 那么一旦系統(tǒng)處于操作中，系統(tǒng)中流體的體積一般是恒定的（除非將額外的流體從系統(tǒng)外 部添加至儲集器中）。附接的儲集器允許系統(tǒng)通過抽取流體并且將所需量儲存于附接的控 制儲集器中和/或通過將純化和/或再平衡的流體提供給患者并且任選地去除廢產(chǎn)物來調(diào) 整患者流體體積。術語"受控順應性"和"受控順應"不與術語"非順應體積"混淆，"非順應 體積"簡單地指的是在已經(jīng)從諸如器皿、管道、容器、流徑、調(diào)節(jié)流徑或筒的規(guī)定空間去除空 氣之后抵抗流體體積的引入的器皿、管道、容器、流徑、調(diào)節(jié)流徑或筒。在一個實施方案中， 并且如本文所論述和圖中所示，受控順應系統(tǒng)可以雙向移動流體。在某些情況下，雙向流體 移動跨越透析器內(nèi)部或外部的半透膜。雙向流體流動還可以按所選擇的操作模式跨越、通 過或介于本發(fā)明的器皿、管道、容器、流徑、調(diào)節(jié)流徑或筒之間發(fā)生。如結合諸如半透膜的屏 障所用的術語"雙向移動流體"指的是在任一方向上移動流體跨越屏障的能力。"雙向移動 流體"還可以適用于在受控順應系統(tǒng)中的流徑中或流徑與儲集器之間在兩個方向上移動流 體的能力。
[0066] "氣體滲透膜"是選擇性地允許氣體穿過膜而向流體提供屏障的膜。
[0067] "氣相壓力"也稱為"蒸氣"，是在特定溫度下來自液體或固體的平衡壓力。如果蒸 氣與液相或固相接觸，那么這兩相將處于平衡狀態(tài)。
[0068] 術語"流體特征"指的是構成流體或可以發(fā)現(xiàn)溶解或懸浮于流體中的任何化學或 生物組分或與流體相關的氣體特性；或流體的任何物理特性，包括（但不限于）與流體或有 關氣體相關的溫度、壓力、一般或特定傳導率。
[0069] 術語"pH-緩沖劑測量系統(tǒng)"和"pH-緩沖劑管理單元"各自指的是測量系統(tǒng)內(nèi)的 透析液或流體的pH和/或緩沖劑濃度的系統(tǒng)。
[0070] 術語"鉀管理系統(tǒng)"和"鉀管理單元"各自指的是測量系統(tǒng)內(nèi)的透析液或流體的鉀 濃度的系統(tǒng)。
[0071 ] 術語"流體特征管理系統(tǒng)"和"流體特征管理單元"各自指的是測量尤其諸如pH、 鉀濃度、鈉濃度的流體特征中的一者或多者的系統(tǒng)。
[0072] 術語"栗"指的是通過施加吸力或壓力而促使流體或氣體移動的任何裝置。
[0073] "重構系統(tǒng)"在一種用途中是再平衡系統(tǒng)中的透析液以確保其含有適量的電解質(zhì) 和緩沖劑的系統(tǒng)。
[0074] "半透膜"也稱為"選擇性滲透膜"、"部分滲透膜"或"差異性滲透膜"，是將允許某 些分子或離子通過擴散并且偶爾通過指定的"易化擴散"而穿過的膜。穿過速率取決于任 一側的分子或溶質(zhì)的壓力、濃度和溫度，以及膜對每種溶質(zhì)的滲透率。術語"半透膜"還可 以指抑制溶液的較大分子量組分穿過，同時允許溶液中具有較小分子量的其它組分穿過的 材料。
[0075] 術語"靜態(tài)混合器"指的是在不需要使用運動部件的情況下混合流體溶液中