用于确定医用液体组合物中电解质和非电解质的比例的方法和装置

摘要

本发明涉及一种用于确定医用液体组合物中电解质和非电解质的比例的方法，包括以下步骤：确定该医用液体的至少一个第一物理参数，从而明确地确定该医用液体中非电解质的比例；同时确定该医用液体的至少一个第二物理参数，从而确定该医用液体中电解质的比例；以及基于所述第一物理参数和第二物理参数确定该医用液体中电解质和非电解质的比例。本发明还涉及一种用于确定医用液体组合物中电解质和非电解质的比例的装置，包括：用于测量该医用液体的第一物理参数的第一测量装置(7)，其与医用液体中的非电解质明确相关；用于测定医用液体的第二物理参数的第二测量装置(8)，其与该医用液体中电解质的比例明确相关；以及评价装置(9)，其用于基于第一测量装置(7)和第二测量装置(8)的测量值而确定该医用液体中电解质和非电解质的比例。

说明书

技术领域

本发明涉及用于确定医用液体组合物中电解质和非电解质的份 数的方法和装置。优选地，对用于血液透析和腹膜透析中的透析液进 行分析。

背景技术

在医用液体的制备过程中，经常需要调节各溶液中电解质和非 电解质的某些比例，并且需要监测各个状况的实际调整值。

例如，在透析(例如血液透析、血液滤过、血液透析滤过和腹 膜透析)领域中已知的是，采用包含电解质和非电解质这二者的医用 液体作为透析液或者作为置换液。

通常，在用于各个在线或罐中的透析工序之前，例如，通过向 水中加入电解质和非电解质的相应的浓缩物将相应的医用液体混合。

当将相应的浓缩物与水混合时，为了确保高的患者安全等级， 必须保证在各个医用液体中获得预期的最终浓度。为此，已知的是， 通过连续测量电导率来监测透析机中的透析液。

备用的医用液体溶液必须包含预先确定的浓度的两种组分，即 非电解质和电解质。在将透析液用于患者的治疗之前，对医用液体所 具有的最终浓度进行自动监测。

由于所要制备的透析液的浓度是预先确定的，因此其电导率也 是限定的。如果在操作过程中电导率背离预先确定的目标值，那么透 析液的制备会发生异常，并且相应的透析操作必须被停止或中断。

此外，可能发生的是，尽管供应了正确量的电解质浓缩物和非 电解质浓缩物，但是相应的浓缩物(例如，在以干燥形式提供的情况 下)不会与流体完全混合或者不会完全进入到溶液中。相应的影响也 是一样，即，所使用的透析液不会表现出预先确定的浓度比例。

U.S.5,762,769公开了一种用于测量电解质溶液中非电解质的浓 度的方法，其包括利用电导率测量来测量包含至少一种电解质和非电 解质的混合电解质溶液。

发明内容

因此，本发明的目的是对测定医用液体中电解质和非电解质的 份数进一步改进。

利用包括权利要求1的特征的方法实现了该目的。由从属权利 要求中可得出附加的优点。

因此，用于确定医用液体组合物中电解质和非电解质的份数的 所述方法包括以下步骤：确定所述医用液体的至少一个第一物理参 数，从而明确地确定所述医用液体中非电解质的份数；同时确定所述 医用液体的至少一个第二物理参数，从而确定所述医用液体中电解质 的份数；以及基于所述第一物理参数和第二物理参数确定所述医用液 体中电解质和非电解质的份数。

由于确定了医用液体的至少一个第一物理参数(其为了达到明 确地确定非电解质的份数的目的)，并且由于同时确定了医用液体的 第二物理参数(其确定电解质的份数)，因此能够以计算方式从用于 电解质的物理参数中消除非电解质的影响，或者在确定电解质的浓度 时将该参数考虑在内。

优选地，将所述医用液体的折射率用作所述第一物理参数，用 于明确地确定该医用液体中非电解质的份数。医用液体，特别是透析 液的折射率与电解质的浓度基本无关。特别是在与透析液相关的电解 质的浓度范围的情况下也是如此。

优选地，将所述医用液体的电导率用作该医用液体的第二物理 参数，用于确定电解质的份数。用于确定透析液中电解质含量的透析 液的电导率测量是公知的。但是，由于本文采取了这种方法，可将非 电解质对电导率的影响考虑在内。

优选地，由所述第一物理参数明确地确定非电解质的份数，并 且将确定所述非电解质的份数包括在基于所述第二物理参数确定所 述电解质的份数之中，其中，优选的是，在确定电解质的份数时将非 电解质对第二物理参数的测量的影响考虑在内。

为了提供区分的标准，可以预先确定第一物理参数的目标值或 目标值范围和/或第二物理参数的目标值或目标值范围，并且当所测 量的第一物理参数和/或第二物理参数偏离各自的预先确定的目标值 或目标值范围时，可以触发警报和/或中断治疗。因此能够实现该方 法的简化，因为如果第一物理参数(优选为折射率)以及第二物理参 数(优选为电导率)这二者都各自符合目标值或目标值范围，那么将 医用液体评价为适合特定应用。如果达到医用液体的各自的目标值和 目标值范围，那么能够设想的是，各个医用液体中的电解质的份数和 非电解质的份数都符合规定。这样，可以避免进行非电解质对电解质 的所测量的物理参数的影响的特定评价或计算消除。由此所储存的第 一物理参数和第二物理参数的目标值对应于合适的医用液体中所测 得的值。

还优选的是，测量所述医用液体的温度，并且在基于所述第一 物理参数和第二物理参数来确定电解质和非电解质的份数时将所述 温度考虑在内。这可以进一步提高浓度条件方面的准确性。

上述目的还可以通过具有权利要求8的特征的装置来实现。进 一步的优点由从属权利要求中体现。

相应地，提供了一种用于确定医用液体组合物中电解质和非电 解质的份数的装置，其包括：用于测量所述医用液体的第一物理参数 的第一测量装置，其与所述医用液体中的非电解质明确相关。还提供 用于测定所述医用液体的至少第二物理参数的第二测量装置，其与所 述医用液体中电解质的份数明确相关。此外，提供了评价装置，其用 于基于所述第一测量装置和所述第二测量装置的测量值而确定所述 医用液体中电解质和非电解质的份数。

有利的是，在透析装置中，通过上述方法或者通过涉及电解质 和非电解质的份数的上述装置来监测所使用的透析液或所使用的置 换液或替代溶液。为此，有利的是简化监测，从而提供用于第一物理 参数(由其可明确得到非电解质的浓度)和用于第二物理参数(由其 可明确得到电解质的浓度)这二者的目标值。只要与待使用的透析液 的相符合的值在各自的目标值范围内，那么该透析液就适合用于患者 的治疗中。这样，能够保证患者安全性。一旦某个值偏离目标值或目 标值范围，就停止透析液的继续使用并且中断透析。

该方法适合于血液透析、血液滤过和血液透析滤过方法，特别 优选地，可用于腹膜透析领域。此处，当所测量的物理参数中的一者 偏离目标或目标范围时，就停止透析液的流入或置换。尤其在腹膜透 析中，还产生了非电解质的高浓度水平，从而可以通过所提出的方法 和所提出的装置来实现特别精确的监控。

附图简要说明

优选地，通过以下附图的说明来详细阐述本发明的进一步的实 施方案和方面。图中：

图1示出了医用液体的电导率的测量，该电导率作为在溶解的 非电解质的不同百分数下溶解的电解质的百分数的函数；

图2示出了医用液体的电导率的测量，该电导率作为在另一种 溶解的非电解质的不同百分数下溶解的电解质的百分数的函数；

图3示出了医用液体的折射率的测量，该折射率作为在溶解的 非电解质的不同百分数下溶解的电解质的百分数的函数；

图4示出了医用液体的折射率的测量，该折射率作为在另一种 溶解的非电解质的不同百分数下溶解的电解质的百分数的函数；

图5示出了医用液体的折射率的测量，该折射率作为在溶解的 电解质的不同百分数下溶解的非电解质的百分数的函数；

图6示出了医用液体的折射率的测量，该折射率作为在溶解的 电解质的不同百分数下另一种溶解的非电解质的百分数的函数；以及

图7示出了血液透析装置的示意性设计。

具体实施方式

以下将参照附图对优选实施方案进行说明。其中，相同、相似 或等同的元件被指定为相同的参考标号，并且为了避免说明书的冗 余，这些元件的重复说明部分省略。

在图1和图2中，示出了对医用液体的电导率测量的结果，其 中将以mS/cm表示的电导率相对于溶解的电解质的百分数绘制。图 表中所示的浓度以其各自的最大浓度的百分值来示出。此处，最大浓 度表示备用溶液的值，其对应于腹膜透析的常用浓度。例如，此处最 大浓度为140mmol/l NaCl、42.5g/l葡萄糖和75g/l艾考糊精 (icodextrin)。不同浓度的使用反映了不能达到干浓缩物的完全溶 解或者各个投配器(其将电解质和非电解质配制成医用液体)不能正 常工作的不测事件。

在所探讨的测量中，以NaCl的形式提供电解质，其中所示的 100％对应于140mmol/l的浓度，即，血液或血浆中NaCl的生理校 正值。测量中其余的电解质的百分值对应于105mmol/l(75％),112 mmol/l(80％),119mmol/l(85％),126mmol/l(90％)和133mmol/l (95％)的浓度。

除了电解质NaCl，还将非电解质加入到待测量的各医用液体中。 在图1所示的测量中，将葡萄糖用作非电解质。100％葡萄糖对应于 42.5g/l的浓度，其相当于在腹膜透析(PD)领域中典型使用的葡萄 糖浓度。对添加100％、60％、30％和0％的葡萄糖部分进行了测量， 其中，这些份数对应于42.5g/l、25.5g/l、12.75g/l和0g/l葡萄糖的 浓度。图1中，将相应的图线称作G-100、G-60、G-30和G-0。

在图2中，将艾考糊精用作非电解质，其中在此，将75g/l的 浓度当做100％，其也相当于在腹膜透析中典型使用的值。其余浓度 对应于45g/l、22.5g/l和0g/l，并且与图1类似，也称作I-100、I-60、 I-30和I-0。

各测量中的电导率都是使用市售电导率仪，即Fresenius Medical  Care的“Ionometer 3”而测量的。

从图1和图2能够立即看出的是，各个医用液体的电导率与电 解质浓度成正比。此外，从图表中还能够立即看出的是，电导率也取 决于非电解质的浓度。非电解质的浓度基本上导致各个图线相对于彼 此而平移。

在图1和图2这二者中，用粗线表示出电导率的目标值。设定 该目标值，使得在非电解质的校准存在下，即在非电解质的浓度为 100％时，实际上获得了100％的电解质。因此，图1中的目标值约为 13.1mS/cm，图2中的目标值约为12mS/cm。

但是，从图1和图2的图表中，由曲线可立即看出，在较低的 非电解质浓度下，当已经达到目标值时，远不能获得期望的100％的 电解质浓度。例如，从图1中可以看出，例如在0％葡萄糖的浓度下， 医用液体的电导率受到以下影响：当达到电导率的目标值时，只有 90％的溶解的电解质(对应于只有大约126mmol/l)。图2示出了类 似的图形。此处例如，在0％艾考糊精下，当达到电导率的目标值时， 只获得了大约83％的电解质浓度。

因此，如果同时保证非电解质浓度对应于预先确定的值，那么 透析液的电导率的单独测量只会导致关于电解质浓度的校正结果。

在图3和图4中，进行了医用液体的折射率的测量，该折射率 与在溶解的非电解质的不同百分数下溶解的电解质的百分数相关。具 体而言，在图3和图4中，使用了与图1和图2中相同浓度的电解质 (NaCl)和非电解质(图3中为葡萄糖，图4中为艾考糊精)。在 每种情况中，使用了生产商Krüss的称作“DR6000”的标准实验室 折射计测量了折射率。

从图3和图4中能立即看出的是，溶解的电解质的百分数对各 个测试医用液体的测量的折射率没有影响。相反地，各个医用液体的 折射率基本上与电解质浓度无关，至少在所考虑的浓度范围内(其对 应于生理校正范围)如此。

曲线的容易识别的增加可以基本忽略。但是，从图3和图4中 还可以看出，折射率随着非电解质的浓度而增大。在图3和图4中， 再次用粗线表示目标值，此处定义为非电解质的校准浓度或预先确定 的浓度。

因此，通过折射率的测量，可以独立于溶解的电解质的浓度推 断出医用液体中非电解质的实际浓度。然而，不能通过折射率的测量 而做出关于电解质浓度的结论。

在图5和图6中，示出了在电解质的不同百分数下折射率的进 一步测量，这时，折射率作为医用液体中溶解的非电解质的百分数的 函数。对于这些测量，同样使用了与上述测量中相同的溶液，其中在 图5中又将葡萄糖用作非电解质，在图6中将艾考糊精用作非电解质。 两种情况下电解质都为NaCl。

从图5和图6中立即清楚的是，溶解的非电解质的百分数和折 射率之间为正比例关系，而电解质的浓度(至少在生理相关浓度范围 内)不会影响折射率的测量。

根据所提出的方法，相应地进行医用液体的至少一种第一物理 参数的测量，其可用于明确地确定非电解质的份数。在该测定中，第 一物理参数优选为折射率，从图3至6的例子中显而易见，实际上， 折射率允许对医用液体中非电解质的浓度做出明确的结论。

通过折射率的测定，可以直接得出非电解质的份数。

与测定折射率同时进行的是第二测量，其用于测定第二物理参 数，这使得可确定电解质的份数。优选地，本文测量了电导率。例如 从图1和图2中显而易见的是，根据对非电解质的浓度的认识，可以 通过电导率测量而得出电解质的浓度。

这样，可以通过计算方式消除非电解质对确定电解质的浓度的 影响。根据供选择的实施方案，从存储表/数据库中读出电解质的浓 度的各个值，其中此处，对于不同浓度的非电解质，存储了某些电解 质的浓度的电导率值。

在两个测量的物理参数，即折射率和电导率的基础上，由此可 以确定所考察的医用液体中电解质和非电解质的份数是否对应于各 自的预先确定的值。该测定优选自动进行。

因此，与电导率的单独测量相对照，可以利用两个参数的联合 测量来实现医用液体组合物的监测。

当用在医用装置(如透析装置)中时，可以通过测定医用液体 的折射率来确定非电解质浓度是否在特定目标范围内。如果折射率在 该目标范围内，则这表明所使用的医用液体具有所需的非电解质浓 度。然后通过电导率测量来明确地确定关于电解质浓度的其余问题。

因此，在该情况中，特别是，当将(例如)干燥形式或溶液形 式的第一浓缩物(其包括非电解质)和同样溶液形式或干燥形式的第 二浓缩物(其包括电解质)混合成为医用液体时，可以通过折射率的 测量保证非电解质的浓度在目标值范围内，以及通过电导率的测量保 证电解质的浓度在目标值范围内。

通过明确地确定校准溶液组合物，可以由此保证增加的患者安 全性。

通过存储医用液体的折射率和电导率的目标范围，能够提供以 下可能性：容易地监测用于制备医用液体的医用装置。如果折射率和 电导率的测量值渐渐远离预先确定的目标值范围，则终止或中断治 疗。

在优选的变化的实施方案中，另外测量了各个测量的医用液体 的温度，从而在确定医用液体是否在预先确定的范围内变化时，将由 温度变化导致的折射率和电导率的测量值的变化考虑在内。

然而，在所实施的测量的基础上，也能够对潜在误差因素做出 结论，例如，非电解质或电解质的过低剂量。

通过相应的分析，如果存在相应的数据，那么事实上能够确定 电解质的浓度以及非电解质的浓度。

如图5和图6显而易见的是，折射率与医用液体中非电解质的 浓度线性相关。这表示为：

(1)RI＝RI₀+x_NE m_RI

此处，RI为医用液体的折射率，RI₀为零点偏移，其由所使用的 溶液确定，x_NE为医用液体中非电解质的浓度或溶解度，m_RI为图中 各个曲线的斜率。

由此能够确定非电解质的溶解度或浓度为：

(2)x_NE＝(RI–RI₀)/m_RI

同样，例如从图1和图2中显而易见的是，电导率也可以成为 线性关系，因为在一侧的电解质浓度和非电解质浓度与另一侧的电导 率之间存在线性相关性。然而为了准确的确定，需要谨记，图1和图 2中各条直线并不是精确地彼此平行移动，而是具有稍微不同的斜 率。因此，下式适用于电导率：

(3)LF＝LF₀(x_NE)+x_E x m_LF(x_NE)

此处，LF为医用液体的电导率，LF₀(x_NE)为非电解质产生的零点 偏移，x_E为电解质的浓度或溶解度，m_LF(x_NE)为所测得的曲线的斜率， 其依赖于非电解质的浓度。

由此，这得出了电解质的浓度或溶解度：

(4)x_E＝(LF-LF₀)(x_LME)/m_LF(x_ME)

然而，由于非电解质浓度对于电导率的斜率的影响不是很大， 或者可忽略不计，因此为了简化计算使用了平均斜率：

(5)x_E＝(LF–LF₀)(x_ME)/m_LF

由此，相应的估算可得出非电解质的溶解度或浓度(参照式(2)) 以及电解质的浓度或溶解度(参照式(5))的结果。

图7示意性示出了血液透析装置1，通过其可对示意性表示的患 者2进行透析。设置了透析器3，其具有患者侧30和透析液侧32， 其中通过透析膜34将两个腔室彼此分开。

在线制备了透析液，并且将来自于水管接头4的水与来自于相 应的电解质投配器5的浓缩电解质以及来自于相应的非电解质投配 器6的非电解质浓缩物混合。电解质投配器5和非电解质投配器6 各自自动控制(例如通过评价装置9)，并且由此向水中投配一定量 的电解质浓缩物和非电解质浓缩物，以使在所得的透析液中得到了所 需浓度的电解质和非电解质。

在管线40上的两个计量装置5、6之后设置了折射率传感器7， 透析液输送通过其中。设置折射率传感器7以测定透析液的折射率， 使得透析液中非电解质的浓度可由折射率直接得出。通过控制装置9 实现了评价，折射率传感器7的相应信号被传送至控制装置9。相应 的数学关系已经在上面阐述。特别地，透析液中的折射率和非电解质 的浓度之间存在线性关系。

此外，设置了电导率传感器8，通过其可以测量所制备的透析液 的电导率。如上已经所述，如果将非电解质的浓度考虑在内，则可以 由透析液的电导率得出电解质的浓度。然而，由于通过折射率传感器 7的测量非电解质的浓度是已知的，因此能够从评价装置9中得出透 析液中电解质的浓度。

在变化的实施方案中，管线40上也设置了温度传感器42，通过 其可以测定透析液的温度，其原因是，透析液的折射率和/或电导率 可随着温度而变化。

图7中所示出的血液透析装置仅仅是示意性的。技术人员能够 立刻认识到，所述的折射率和电导率的同时测量不仅可以用于血液透 析装置中，还可以用于血液滤过装置(用于监测置换溶液)、血液透 析滤过装置(用于监测透析液的浓度和监测置换溶液)、以及腹膜透 析装置(用于监测透析液)中。

本发明还可以用于监测或测定在其他医用环境中的医用液体的 电解质和非电解质的份数或浓度。

所述医用液体(特别是透析液)可以通过不同方式来制备。具 体而言，可以通过以下方式制备：将干浓缩物与起始溶液(如水)混 合，其中电解质或非电解质中的一者已经预先混合在干浓缩物中；或 者将两种不同的干浓缩物以所需比例混合，使得一种干浓缩物中具有 电解质，另一种干浓缩物中具有非电解质。另外，还可以通过添加溶 液浓缩物，即组合的溶液浓缩物或单独的溶液浓缩物来混合医用溶 液。将(例如)电解质的干浓缩物与(例如)非电解质的溶液浓缩物 组合，或反过来，都是可行的。混合稀释的溶液(其中，电解质和非 电解质是独立的)也能够得到医用液体。

在图7中，除了通过折射率测量、电导率测量、以及(如果适 用)温度测量来监测电解质或非电解质的浓度之外，还可以通过环路 控制电流来影响浓度。为此，当测量的电解质或非电解质的浓度偏离 所需浓度时，评价装置9影响相应的电解质投配器5或者相应的非电 解质投配器6。如果(例如)非电解质的浓度过低，则指示非电解质 投配器6提供更多量的非电解质浓缩物。对于电解质投配器5也能实 施相同的操作。

在变化的实施方案中，电解质浓度和非电解质浓度的目标值、 或者各个浓度的目标值范围被存储在评价装置9中。如果电解质浓度 和非电解质浓度的测量值超出目标值范围，则透析暂停或取消。

折射率对非电解质浓度的依赖性相对小，因此本发明特别适合 于具有高非电解质浓度的溶液或医用液体的制备。因此本发明的方法 或装置适合于监测适合于腹膜透析的医用液体或透析液的制备，因为 该透析液表现出高的非电解质浓度(其具有42.5g/l葡萄糖和75g/l 艾考糊精)。

当使用用于血液透析的方法或装置时，非电解质对折射率测量 的影响相对较低，因为在该透析液中使用了常规浓度为1g/l的葡萄 糖。但是，该相对低的浓度对电导率仅仅具有很小影响，从而常规透 析能够与单独电导率测量并存。另一方面，当采用了使用更高浓度的 非电解质(例如，当混合了特定葡萄糖性质或葡萄糖丸的葡萄糖时) 的透析方法或透析装置时，可特别有利地使用本发明的装置或方法。

当适用时，在不脱离本发明的范围内，可将在不同实施方案中 列举的所有单独特征互相组合和/替换。

参考符号列表

1 血液透析装置

2 患者

3 透析器

30 患者侧

32 透析液侧

34 膜

4 水管接头

40 管线

42 温度传感器

5 电解质投配器

6 非电解质投配器

7 折射率传感器

8 电导率传感器

9 评价装置