透析治疗开始时的患者血液体积的确定

相关申请的交叉引用

要求于2018年12月3日提交的美国专利申请No.16/207,980的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。

背景技术

肾衰竭或部分肾衰竭的患者经常在血液透析治疗中心或诊所通常接受血液透析治疗。当健康时，肾脏维持身体的水和矿物质(例如钠、钾、氯化物、钙、磷、镁和硫酸盐)的内部平衡。肾脏也充当内分泌系统的一部分，以产生促红细胞生成素以及其它激素。血液透析是替代肾脏功能的一种不完美治疗，部分原因是它不能纠正肾脏的内分泌功能。执行透析的常规方法是根据患者到达常规治疗时的体重估计可以从患者体内去除的流体的量。对“目标”体重的粗略估计是在医生下令进行透析治疗之前通过使用诸如身高、体重和其它生理状况之类的因素的算法确定的。

在血液透析中，血液是通过抽取针(或导管)从患者身上抽取的，该抽取针(或导管)从位于特定可接受的通路位置(手臂、大腿、锁骨下等)的动脉抽取血液。抽取的血液经由蠕动泵泵送通过体外管路，然后通过称为“透析器”的特殊过滤器。透析器旨在去除血液中不希望的毒素，如血液中的尿素、氮、钾和多余的水。当血液通过透析器时，血液在稻草状的管中行进，这些管充当用于未净化血液的半透膜通道。新鲜的透析液体，是化学药品和水的溶液，以与血液流动相反的方向流过透析器。当透析液流过透析器时，它围绕透析器中的稻草状膜。这些膜具有小孔，这些小孔大到足以使液体和基于液体的杂质通过，但不是大到足以通过红细胞。新鲜的透析液通过扩散收集通过稻草状的管的多余的杂质，并且由于跨膜的压降而通过超滤过程收集多余的水。在这个过程期间，红细胞体积被保留在稻草状的管内，然后再循环回到体内。用过的透析液经由输出管将多余的流体和毒素排出透析器，从而净化流过透析器的血液和红细胞。透析后的血液然后经由管和针(或导管)从透析器中流出，回到患者体内。有时，沿着体外血液流动环路提供肝素滴注或泵送，以便防止血液透析过程期间红细胞凝结。在一个典型的数小时的治疗期期间，可以去除数升的多余流体。在美国，慢性患者通常每周在透析中心接受三次血液透析治疗，要么按周一-周三-周五时间表，要么按周二-周四-周六时间表进行。这些中心治疗通常需要3到4个小时才能完成，血液流动速率通常超过300ml/min。在其它国家，流率和治疗时间分别较低和较长。

血液透析部分地由于循环血液体积的快速变化而对身体的流体平衡具有严重影响。当透析流体去除速率比由身体的内部组织保持的所存储血浆的血浆重新填充速率更快时，血管内血液体积会减少。由此导致的失衡与患者在透析治疗期间与之后经历的类似于常规失血的诸如低血压、意识丧失、头痛、呕吐、头昏眼花和痉挛等并发症有关。在血液透析期间，对与血液体积的处理(实时)相关的参数的连续定量测量可以减少透析诱发的低血压的机会，并通过控制流体平衡和帮助患者实现目标干重来优化透析治疗方案。

尽管透析涉及从患者体内去除流体，但是没有方便的方法来获得治疗之前患者的初始血液体积。患者可以去医院或住院设施使用稀释指示剂来测量血液体积。例如，将化学样本注入患者的血液中，然后使用特殊设备提取血液样本以确定血液中化学样本的浓度。由于透析诊所通常没有使用稀释指示剂的装置，因此以这种方式获得的血液体积可能无济于事，因为血液体积是一个移动的目标。即，在去透析诊所之前，预先测量了他的血液体积的患者可能由于运动而失去了血液体积，或者可能由于吃了午餐而增加了血液体积。因此，在到达透析诊所之前获得的血液体积测量结果可能与透析开始时患者的实际血液体积有很大差异。

发明内容

本公开的一个实施例提供了一种用于确定正在接受透析治疗的患者的起始血液体积的系统。所述系统包括：管的第一部分，其被配置成能够将患者连接到透析器的输入端；管的第二部分，其被配置成能够将患者连接到透析器的输出端；泵，其被配置成能够将来自患者的血液通过管的第一部分泵送到透析器中，并从透析器泵出到管的第二部分中；沿着管的第一部分设置的第一血液腔室和沿着管的第二部分设置的第二血液腔室，其中，所述第一血液腔室和所述第二血液腔室被配置成能够便于血细胞比容测量；控制器，其被配置成能够使用与透析器的输入端相关联的血细胞比容值、与透析器的输出端相关联的血细胞比容值以及通过管的第一部分的血液的流率来确定起始血液体积。

本公开的一个实施例提供了一种用于确定连接到透析系统的患者的起始血液体积的方法。所述方法包括：使用透析系统的泵使来自患者的血液循环通过透析器；以及使用透析系统确定患者的起始血液体积。确定所述起始血液体积包括：(a)确定对应于透析器的输入侧的血液流率；(b)经由所述血液流率、初始时间的对应于透析器的输入侧的血细胞比容和初始时间的对应于透析器的输出侧的血细胞比容来确定初始时间的流体去除速率；(c)经由所述血液流率、第一测量周期之后的对应于透析器的输入侧的血细胞比容和第一测量周期之后的对应于透析器的输出侧的血细胞比容来确定第一测量周期之后的流体去除速率；(d)经由所述初始时间的流体去除速率和所述第一测量周期之后的流体去除速率来确定第一测量周期的去除的流体的体积；(e)经由初始时间的对应于透析器的输入侧的血细胞比容和第一测量周期之后的对应于透析器的输入侧的血细胞比容来确定分数血液体积变化；以及(f)经由所述分数血液体积变化和所述第一测量周期的去除的流体的体积来确定起始血液体积。

本公开的一个实施例提供了一种用于确定连接到透析系统的患者的起始血液体积的非暂时性计算机可读介质。所述非暂时性计算机可读介质包括用于使透析系统的处理器便于执行以下操作的指令：使用透析系统的泵进行血液循环，使来自患者的血液通过透析器；以及使用透析系统确定患者的起始血液体积。确定所述起始血液体积包括：(a)确定对应于透析器的输入侧的血液流率；(b)经由所述血液流率、初始时间的对应于透析器的输入侧的血细胞比容和初始时间的对应于透析器的输出侧的血细胞比容来确定初始时间的流体去除速率；(c)经由所述血液流率、第一测量周期之后的对应于透析器的输入侧的血细胞比容和第一测量周期之后的对应于透析器的输出侧的血细胞比容来确定第一测量周期之后的流体去除速率；(d)经由所述初始时间的流体去除速率和所述第一测量周期之后的流体去除速率来确定第一测量周期的去除的流体的体积；(e)经由初始时间的对应于透析器的输入侧的血细胞比容和第一测量周期之后的对应于透析器的输入侧的血细胞比容来确定分数血液体积变化；以及(f)经由所述分数血液体积变化和所述第一测量周期的去除的流体的体积来确定起始血液体积。

附图说明

图1是患者使用非侵入性光学血液监测器进行血液透析治疗的典型情况的透视图，在患者的血液通过血液透析系统中的体外管路时，该非侵入性光学血液监测器实时监测患者的血液；

图2示出了根据本公开的一些实施例的用于确定患者血液体积的一个示例性系统；

图3示出了患者利用根据本公开的一些实施例的可以用于确定患者血液体积的系统配置正在接受血液透析治疗的视图；以及

图4示出了根据本公开的一些实施例的用于确定患者血液体积的过程。

具体实施方式

本公开的实施例提供了一种用于在透析期间确定患者血液体积的非侵入性方法。与使用基于患者的体重和身高的估计基准相比，在透析开始时了解患者的血液体积可以对患者进行更好、更有效的治疗。患者在透析开始时的血液体积可以通过各种治疗进行跟踪，以确定血液体积如何随时间波动。透析开始时的血液体积也可以告知透析治疗应持续多长时间。

透析治疗开始时的血液体积是透析诊所的医师当前不可用的参数。因此，本公开的实施例提供了一种在不进行侵入性染料和/或同位素方法的情况下对透析患者在他们的透析期开始时的状况进行基准测试的方法。染料和同位素在透析诊所中并不实用。这些系统在诊所中并不容易获得，并且基于透析所需的时间，为了执行这些测量患者在诊所的停留时间不足。此外，这种类型的测量的成本可能是高昂的，并且并非每个治疗都可以获得。然而，由于透析治疗的成功，患者可能会在透析治疗之后感觉良好，并且在下一期治疗之前不适当地进食或饮水。因此，临床医生和医师在治疗开始时没有容易获得的患者流体状况的基准，以评估在下一期中需要进行哪些调整来实现最佳流体管理。这里公开的实施例提供了患者的开始流体体积的重要基准。在描述本公开的实施例之前，图1示出了用于血液透析治疗的一个示例设置。

图1是使用非侵入性光学血液监测器的一个示例性患者进行血液透析治疗的透视图，在患者的血液通过血液透析系统中的体外管路时该非侵入性光学血液监测器实时监测患者的血液。图1中所示的环境可适用于本公开的各个示例性实施例。此外，将理解的是，图1中所示的环境仅仅是示例性的，并且本文针对本公开的示例性实施例讨论的原理也可以在其它环境中实施。

图1示出了患者10使用血液透析系统12以及非侵入性光学血液监测器14进行血液透析治疗。典型的血液透析诊所会具有多个血液透析系统12，用于按照周一-周三-周五的时间表或周二-周四-周六时间表治疗患者。虽然本发明不限于位于诊所的血液透析系统的数量或特定类型的血液透析系统，但是血液透析系统12的一般操作将有助于理解本发明意欲操作所处的环境。

输入针或导管16插入患者10的通路部位，例如在手臂中，并连接到通向蠕动泵20、然后通向透析器或血液过滤器22的体外管路18。透析器22从患者的血液中去除毒素和多余的流体。透析后体积的红细胞血液通过体外管路24和返回针或导管26从透析器22返回。在世界的一些地区(主要是美国)，体外血液流可以额外接受肝素滴注以防止凝固。多余的流体和毒素通过干净的透析液体去除，所述透析液体经由管28供应到透析器22，并经由管30去除以供处置。在美国，一个典型的血液透析治疗期大约需要3到5个小时。

在图1所示的示例性环境中，光学血液监测器14包括血液腔室32、光学血液传感器组件34和控制器35。血液腔室32优选地位于透析器22上游而与体外管路18串联。来自蠕动泵20的血液通过管路18流入血液腔室32中。优选的传感器组件34包括发射发光光波长的LED光发射器，以测量氧合血红蛋白(HbO

图2示出了根据本公开的一些实施例的用于确定透析治疗开始的患者开始血液体积的一个示例性系统200。系统200包括血细胞比容测量引擎212、流率测量引擎214和血液体积引擎216。

示例性系统200示出了可以并入如图1和3中概述的血液透析系统12中的一般实施例。血细胞比容测量引擎212、流率测量引擎214和血液体积引擎216可在血液透析系统12和非侵入性光学血液监测器14中实施。在本示例配置中，流率测量引擎214可以包括在血液透析系统12中，血细胞比容测量引擎212包括在光学血液监测器14中，血液体积引擎216包括在光学血液监测器14和/或血液透析系统12中。血液透析系统12和光学血液监测器14可以彼此通信地耦合以实现图2中为系统200提供的关系，或者可以通过离散计算独立地测量期望的参数。

对于集成实施例，血细胞比容测量引擎212、流率测量引擎214和血液体积引擎216对应于包括一个或多个处理器、例如微处理器或微控制器的硬件。硬件还可以包括用于临时和/或永久存储的非暂时性计算机可读介质，例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存以及其它计算机存储器和存储装置。此外，血细胞比容测量引擎212可以利用一个或多个光学血液传感器组件、例如光学血液传感器组件34，来测量透析器204的两个主要血液流动端口处的血细胞比容值。血液体积引擎216可以是计算装置、例如控制器35，其利用处理器和存储装置来确定透析器204的血细胞比容值，从透析机器12中的处理器读取进入透析器204的血液流率，读取透析机器12的超滤泵速率，然后计算患者在透析开始时的起始血液体积。

在图2的系统200中，如应用于图3，血液以血液流率Q

可以使用多种方法来确定流率Q

在另一个示例性实施例中，可以提供或不提供流量计210，并且Q

除了确定流率之外，系统200还确定透析器204的输入端口(HCT

血液体积引擎216从血细胞比容测量引擎212接收血细胞比容测量结果，并从流率引擎214接收流率测量结果。使用血细胞比容测量结果和流率测量结果，血液体积引擎216确定患者在透析治疗开始时的总血液体积。透析治疗开始时患者的总血液体积是通过将在治疗时间期间去除的患者的总血液体积除以在同一治疗时间期间的分数血液体积变化来确定的。使用测量的血细胞比容值HCT

由于存在两个未知数，即TBV

对于第一组测量结果，由诸如

在一个实施例中，可以使用CLiC

其中，HCT是血细胞比容，RBV是红细胞体积，而TBV是总血液体积。基于透析器中没有损失红细胞体积(仅从血液中去除流体)的质量平衡条件，可以基于在位置206处测量的HCT

初始HCT

其中，HCT

在持续时间T时，可以测量随后的血细胞比容。可以将在持续时间T处测量的血细胞比容HCT

其中，HCT(T)是进入治疗的时间T时测量的血细胞比容HCT

等式2和等式3可以重新整理以分别产生等式4和等式5。

由于RBV是恒定的，所以等式4和等式5可以组合以如等式6中所示计算血液体积的分数变化ΔBV。

ΔBV基于校准的血细胞比容值，并以血细胞比容测量结果的准确性为界。重新整理等式6提供了等式7。

ΔBV×TBV

TBV(T)＝TBV

等式7提供了第一组测量结果的关系，并提供了涉及两个未知数、即治疗开始时的原始患者血液体积TBV

TBV

在等式8中，Q

Q

为了TBV(T)求解等式8，提供了等式9，并设置等式7等于等式9提供了等式10。

因此，为了通过求解等式10来确定准确的TBV

透析血液泵经过校准且在将血液移动通过透析器血液回路方面的设置是准确的。即，泵202应提供校准的泵体积流量Q

在测量周期期间，泵体积流量Q

校准的血细胞比容传感器，例如，

在周期性的时间间隔Δt下，将透析泵设置为恒定且已知Q

利用流过透析器的红细胞体积的质量平衡(假设在时间T期间没有红细胞体积的损失)，可以得出以下关系式来求解Q

其中，HCT

其中，HCT

本公开的实施例使用血细胞比容监测引擎212来测量进入透析器204的血液的血细胞比容，然后测量离开透析器204的HCT血液的血细胞比容。由于透析器204的性质，没有红细胞穿过透析器204内的透析器膜丢失–只有流体，例如尿素穿过而进入废物收集透析液中。由于红细胞不会穿过透析膜进入废物，因此红细胞体积的质量平衡分析是适用的。假设红细胞体积是恒定的(即，在时间T期间没有红细胞体积损失)，则等式11和12可以组合以提供等式13：

HCT

等式13可以重新整理为等式14。

由于HCT

血液体积引擎216使用等式10和等式14中所示的关系根据从血细胞比容测量引擎212和流率引擎214接收到的信息来确定TBV

图4示出了根据本公开的一些实施例的用于确定患者血液体积的过程400。在步骤402，系统200使用Q

在步骤404，在经过时间Δt之后，血液体积引擎216基于上面的数学关系自动递增i，并且以与已经关于步骤402讨论的相似的方式确定Q

在步骤406，血液体积引擎216确定时间t

为了说明的目的，提供了一个示例。在时间t

在步骤408，血液体积引擎216确定累积测量周期的血液体积百分比变化或血液体积分数变化ΔBV。ΔBV根据等式6确定，其中，在初始时间t

在步骤410，血液体积引擎216确定并存储当前测量周期i的TBV

在步骤412，血液体积引擎216显示针对测量周期i和当前时间T和/或进行测量的时间iΔt的存储的TBV

在步骤414，血液体积引擎216确定是否存在更多的测量周期。如果待进行更多的测量，则在步骤404进行新的Q

在步骤418，血液体积引擎216显示在过程400期间进行的所有测量的数据汇总。

基于用户从血液透析系统12的输出端获得的值，用户可以确定针对患者的治疗计划或知道透析治疗应该有多积极。如果患者的起始血液体积与以前的就诊有显著不同，则用户(医师)可以进一步为患者提供有关管理总血液体积的额外提示。

在一个示例性实施例中，本发明提供了一种用于确定正在接受透析治疗的患者的起始血液体积的系统，该系统包括：管的第一部分，其被配置成能够将患者连接到透析器的输入端；管的第二部分，其被配置成能够将患者连接到透析器的输出端；泵，其被配置成能够将来自患者的血液通过管的第一部分泵送到透析器中，并从透析器中泵出到管的第二部分中；沿着管的第一部分设置的第一血液腔室和沿着管的第二部分设置的第二血液腔室，其中，第一血液腔室和第二血液腔室被配置成能够便于血细胞比容测量；以及控制器，其被配置成能够使用与透析器的输入端相关联的血细胞比容值、与透析器的输出端相关联的血细胞比容值以及通过管的第一部分的血液的流率来确定起始血液体积。

在另一示例性实施例中，控制器通过泵的校准的泵送速率来确定通过管的第一部分的血液的流率。

在另一示例性实施例中，该系统还包括以下中的至少一个：耦合到管的第一部分的流量计，该流量计被配置成能够确定通过管的第一部分的血液的流率。

在另一示例性实施例中，该系统还包括耦合到第一血液腔室的第一传感器组件，该第一传感器组件被配置成能够测量与透析器的输入端相关联的血细胞比容值；以及耦合到第二血液腔室的第二传感器组件，该第二传感器组件被配置成能够测量与透析器的输出端相关联的血细胞比容值。

在另一示例性实施例中，控制器还被配置成能够：使用透析治疗开始时与透析器的输入端相关联的血细胞比容值和测量期结束时与透析器的输入端相关联的血细胞比容值来确定患者血液体积的分数变化；使用与透析器的输入端相关联的血细胞比容值、与透析器的输出端相关联的血细胞比容值以及通过管的第一部分的血液的流率来确定在测量期期间的多个流体去除体积流率；以及基于患者血液体积的分数变化和多个流体去除体积流率来确定起始血液体积。

在另一示例性实施例中，控制器还被配置成能够：确定多个流体去除体积流率中的初始流体去除体积流率；以及以采样间隔确定多个流体去除体积流率中的每个相继的流体去除体积流率。

在另一示例性实施例中，采样间隔是1分钟或更长。

在另一示例性实施例中，控制器还被配置成能够：确定起始血液体积是对应于多个流体去除体积流率的多个起始血液体积的平均值；其中，多个起始血液体积的数目至少为2，并且多个流体去除体积流率的数目至少为3。

在一个示例性实施例中，本发明提供了一种用于确定连接到透析系统的患者的起始血液体积的方法，该方法包括：使用透析系统的泵使来自患者的血液循环通过透析器；使用透析系统确定患者的起始血液体积，其中，确定起始血液体积包括：确定对应于透析器的输入侧的血液流率；经由血液流率、初始时间的对应于所述透析器的输入侧的血细胞比容和初始时间的对应于所述透析器的输出侧的血细胞比容来确定初始时间的流体去除速率；经由血液流率、第一测量周期之后的对应于透析器的输入侧的血细胞比容和第一测量周期之后的对应于透析器的输出侧的血细胞比容来确定第一测量周期之后的流体去除速率；经由初始时间的流体去除速率和第一测量周期之后的流体去除速率来确定第一测量周期的去除的流体体积；经由初始时间的对应于透析器的输入侧的血细胞比容和第一测量周期之后的对应于透析器的输入侧的血细胞比容来确定分数血液体积变化；以及经由分数血液体积变化和第一测量周期的去除的流体体积来确定起始血液体积。

在另一示例性实施例中，确定起始血液体积还包括：在透析系统的屏幕上显示起始血液体积。

在另一示例性实施例中，确定起始血液体积还包括：确定是否存在更多的测量周期；以及响应于确定存在更多的测量周期，由透析系统执行：经由血液流率、下一测量周期之后的对应于透析器的输入侧的血细胞比容和下一测量周期之后的对应于透析器的输出侧的血细胞比容来确定下一测量周期的流体去除速率；经由确定的两个最近的流体去除速率和前一测量周期的去除的流体体积来确定去除的流体的累积体积；经由初始时间的对应于透析器的输入侧的血细胞比容和下一测量周期的对应于透析器的输入侧的血细胞比容来确定分数血液体积变化；以及经由分数血液体积变化和去除的流体的累积体积来确定起始血液体积。

在另一示例性实施例中，响应于确定存在更多的测量周期，透析系统还执行：确定所有测量周期的平均起始血液体积；以及在透析系统的屏幕上显示多个起始血液体积的平均值。

在另一示例性实施例中，对应于透析器的输入侧的血液流率是经由泵的校准的泵送速率或透析系统的输入流量计来确定的。

在另一示例性实施例中，分别经由透析系统的第一传感器组件和透析系统的第二传感器组件测量对应于透析器的输入侧的血细胞比容和对应于透析器的输出侧的血细胞比容。

在另一示例性实施例中，经由透析系统的传感器组件测量对应于透析器的输入侧的血细胞比容，并且在一段时间之后，经由透析系统的传感器组件测量对应于透析器的输出侧的血细胞比容。

在另一示例性实施例中，每个测量周期具有1分钟的持续时间。

在一个示例性实施例中，本发明提供了一种用于确定连接到透析系统的患者的起始血液体积的非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质包括用于使透析系统的处理器便于执行以下操作的指令：使用透析系统的泵使来自患者的血液循环通过透析器；以及使用透析系统确定患者的起始血液体积，其中，确定起始血液体积包括：确定对应于透析器的输入侧的血液流率；以及经由血液流率、初始时间的对应于透析器的输入侧的血细胞比容和初始时间的对应于透析器的输出侧的血细胞比容来确定初始时间的流体去除速率；经由血液流率、第一测量周期之后的对应于透析器的输入侧的血细胞比容和第一测量周期之后的对应于透析器的输出侧的血细胞比容来确定第一测量周期之后的流体去除速率；经由初始时间的流体去除速率和第一测量周期之后的流体去除速率来确定第一测量周期的去除的流体的体积；经由初始时间的对应于透析器的输入侧的血细胞比容和第一测量周期之后的对应于透析器的输入侧的血细胞比容来确定分数血液体积变化；以及经由分数血液体积变化和第一测量周期的去除的流体的体积来确定起始血液体积。

在另一示例性实施例中，确定起始血液体积还包括：在透析系统的屏幕上显示起始血液体积。

在另一示例性实施例中，确定起始血液体积还包括：确定是否存在更多的测量周期；以及响应于确定存在更多的测量周期，由透析系统执行：经由血液流率、下一测量周期之后的对应于透析器的输入侧的血细胞比容和下一测量周期之后的对应于透析器的输出侧的血细胞比容来确定下一测量周期的流体去除速率；经由确定的两个最近的流体去除速率和前一测量周期的去除的流体的体积来确定去除的流体的累积体积；经由初始时间的对应于透析器的输入侧的血细胞比容和下一测量周期的对应于透析器的输入侧的血细胞比容来确定分数血液体积变化；以及经由分数血液体积变化和去除的流体的累积的体积来确定起始血液体积。

在另一示例性实施例中，响应于确定存在更多的测量周期，透析系统还执行：确定所有测量周期的平均起始血液体积；以及在透析系统的屏幕上显示多个起始血液体积的平均值。

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本文描述了本发明的优选实施例，包括发明人已知的用于实施本发明的最佳方式。在阅读前面的描述时，那些优选实施例的变化对于本领域普通技术人员可以变得显而易见。发明人期望熟练的技术人员适当地采用这些变化，并且发明人希望本发明以不同于本文具体描述的方式来实施。因此，本发明包括适用法律所允许的所附权利要求中所述主题的所有修改和等同物。此外，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否则本发明涵盖上述要素在其所有可能的变化中的任何组合。