携帯型電源透析機
燃料電池式医療用流体処理機械または透析機を開示する。該機械は、標準的な家庭用または公共用電力が利用可能でないか、または中断を受けやすい遠隔または農村地域のために意図される。燃料電池は、水素または他のプロトン源によって電力供給され、または代わりに、直接メタノール燃料電池等、メタノールもしくはエタノールによって電力供給されてもよい。燃料電池は、携帯型・装着型透析デバイスに電力供給する場合のように、直接的に動作されてもよく、または、電力を発生して、医療用流体または透析デバイスの電力貯蔵デバイス内に電力を貯蔵するように、間接的に動作されてもよい。医療用流体処理機械または透析機は、家庭用または公共用電力による使用を可能にする回路を含み得る一方で、他の電力が利用可能でない時に使用するための燃料電池もまた含み得る。透析流体を温めるために、触媒ヒータが使用されてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
(背景)
本特許は、概して、医療用流体送達システム用の電源に関する。より具体的には、本特許は、透析機等の燃料電池式医療用流体送達システム用のシステム、方法、および装置を開示する。
【背景技術】
【0002】
種々の原因によって、個人の腎臓系は機能しなくなり得る。腎不全は、いくつかの生理的障害および問題を引き起こす。水分、ミネラル、および毎日の代謝負荷の排出のバランスは、もはや可能ではなく、窒素代謝の毒性最終生成物(尿素、クレアチニン、尿酸等)は、血液および組織中に蓄積する可能性がある。
【0003】
腎不全および腎機能低下は、透析を用いて治療されている。透析は、透析でなければ正常に機能している腎臓によって除去されたであろう老廃物、毒素、および過剰な水分を体から除去する。腎機能の代替としての透析治療は、該治療が命を救うため、多くの人々にとって非常に重要である。
【0004】
血液透析および腹膜透析は、腎機能の損失を治療するために一般に使用される2種類の透析療法である。血液透析(「HD」)治療は、患者からの老廃物、毒素、および過剰な水分を除去するために、患者の血液を利用する。患者は、血液透析機に接続され、患者の血液は、この機械を通じて送出される。血液が血液透析機に、および血液透析機から流動することができるように、カテーテルが患者の静脈および動脈に挿入される。血液は、該機械のダイアライザを通過し、それは、血液から老廃物、毒素、および過剰な水分を除去する。浄化された血液は、患者に戻される。大量の透析液、例えば、約120リットルが、1回の血液透析療法期間中、血液を透析するために消費される。血液透析治療は、数時間続き、概して、1週間に約3または4回治療センターにおいて実施される。
【0005】
血液を伴う腎不全治療の別の形態は、血液濾過(「HF」)であり、これは、患者の血液からの毒素の対流輸送に依存する、別の腎代替療法である。この療法は、治療中、体外回路に置換液または補液を添加することによって達成される(典型的には、10〜90リットルのそのような流体)。該置換液、および治療と治療の間に患者によって蓄積される流体は、HF治療の間に限外濾過され、中分子および大分子の除去に特に有益である対流輸送機構を提供する。
【0006】
血液透析濾過(「HDF」)は、対流性および拡散性の浄化を組み合わせる、別の血液治療様式である。HDFは、標準的な血液透析と同様に、ダイアライザを通して流動する透析液を使用し、拡散浄化を提供する。さらに、置換溶液が体外回路に直接提供され、対流浄化を提供する。
【0007】
腹膜透析は、透析液とも呼ばれる透析溶液を使用し、それは、カテーテルを介して患者の腹膜腔に注入される。透析液は、腹膜腔の腹膜に接触する。拡散および浸透によって、すなわち浸透勾配が膜をわたって生じるため、老廃物、毒素、および過剰な水分は、患者の血流から腹膜を通して透析液に入る。使用済み透析液は、患者から排出され、患者から老廃物、毒素、および過剰な水分を除去する。このサイクルが繰り返される。
【0008】
持続的携帯型腹膜透析(「CAPD」)、自動腹膜透析(「APD」)、タイダルフローAPD、および連続流腹膜透析(「CFPD」)を含む、種々の種類の腹膜透析療法が存在する。CAPDは、手動の透析治療である。患者は、埋め込まれたカテーテルを排液管に手動で接続し、使用済み透析液流体が腹膜腔から排出されることを可能にする。次いで、患者は、カテーテルを未使用透析液のバッグに接続し、カテーテルを通じて未使用透析液を患者自身に注入する。患者は、未使用透析液バッグからカテーテルを外し、透析液が腹膜腔内に滞留することを可能にし、ここで、老廃物、毒素、および過剰な水分の輸送が生じる。滞留期間の後、患者は、排出、次いで、充填を行い、そうして、腹膜透析流体が数時間滞留することを可能にする。手動の腹膜透析は、患者からかなりの時間および努力を必要とし、改善のための十分な余地を残す。
【0009】
自動腹膜透析(「APD」)は、該透析治療が排出、充填、および滞留のサイクルを含む点においてCAPDと類似している。しかしながら、APD機械は、典型的には、患者が眠っている間に自動でサイクルを行う。APD機械によって、患者は、手動で治療サイクルを行う必要がなく、かつ日中に供給物を輸送する必要がない。APD機械は、埋め込まれたカテーテル、未使用透析液源またはバッグ、および流体排液管に流体的に接続する。APD機械は、透析液源からカテーテルを通じて患者の腹膜腔に未使用透析液を送出し、透析液が腔内に滞留することを可能にし、老廃物、毒素および過剰な水分の輸送が生じることを可能にする。源は、複数の滅菌透析液溶液バッグであってもよい。
【0010】
APD機械は、使用済み透析液を腹膜腔からカテーテルを通じて排液管に送出する。手動プロセスと同様に、APD期間中にいくつかの排出、充填、および滞留サイクルが生じる。「最終充填」は、CAPDおよびAPDの最後に生じ、次回の治療まで患者の腹膜腔内に残る。
【0011】
CAPDおよびAPDは両方とも、使用済み透析流体を排液管に送るバッチタイプシステムである。タイダルフローシステムは、改変されたバッチシステムである。タイダルフローを用いて、長い期間にわたって患者から流体を全て除去する代わりに、わずかな時間増分の後、流体の一部が除去および交換される。
【0012】
連続流またはCFPDシステムは、使用済み透析液を廃棄する代わりに、浄化または再生するか、あるいは非常に大量の透析液を消費する。該システムは、ループを通じて流体を患者の内外に送出する。透析液は、1つのカテーテル管腔を通じて腹膜腔に流入し、別のカテーテル管腔に流出する。患者から退出する流体は、例えば、ウレアーゼを採用し、酵素的に尿素をアンモニアに変換する尿素除去カラムを介して、透析液から老廃物を除去する再構成デバイスを通過する。次いで、アンモニアは、腹膜腔への透析液の再導入の前に、吸着によって透析液から除去される。アンモニアの除去を監視するために、追加のセンサが採用される。CFPDシステムは、典型的には、バッチシステムよりも複雑である。
【0013】
上記の腎不全治療システムのそれぞれは、電気を必要とし、電気は、腹膜透析において患者の腹膜に注入するための透析流体を加熱するために使用される。血液透析において、電気は、ダイアライザに送られる透析流体を温めるために使用され、また、患者の血液を、患者に戻される前に温めるためにも使用される。電気は、これらのシステムにおいて、透析流体または血液を送出するために使用される蠕動ポンプまたは隔膜ポンプに電力供給するために使用され、電気はまた、透析機の制御システム、スピーカ、ビデオ出力のためにも使用される。
【0014】
上記のように、加熱、送出、計測、および制御ステップは全て、電気を使用して達成されるため、上述したような先行の透析システムには問題が存在する。それ故に、個人が透析治療を必要とする場合、透析機は、電気が利用可能である場所で使用されなければならない。それ故に、透析は、電気が利用可能でない遠隔または農村地域における人々には利用可能でない場合がある。したがって、電気が利用可能でない場合、透析機、またはより一般には、医療用流体送達機械に電気を供給する電源の必要性が存在する。また、標準的なガソリン発電機は、大きく扱いにくいため、電源がそのような発電機以外の何かであれば有益である。医療用流体送達機械、特に透析機のための携帯型で小型・軽量の電源が必要とされる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0015】
(概要)
本明細書に記載する実施形態は、燃料電池を使用することによって、これらの問題を克服する。メタノールまたはエタノールを使用する燃料電池等の小型燃料電池は、携帯型であり、電力を提供する。一実施形態は、医療用流体機械を動作させる方法である。該方法は、携帯型燃料電池電源を提供するステップと、電源の出力を医療用流体機械に接続するステップと、医療用流体機械を動作させるステップとを含み、電源は、液体燃料によって電力供給され、少なくとも医療用流体機械と同じくらい小型で、コンパクトで、かつ携帯可能である。
【0016】
別の実施形態は、透析機を動作させる方法である。該方法は、電力の燃料電池源を提供するステップと、燃料電池源の電気出力を透析機に接続するステップと、透析機を動作させるステップとを含み、燃料電池源は、液体燃料によって電力供給され、少なくとも透析機と同じくらい小型で、コンパクトで、かつ携帯可能である。
【0017】
別の実施形態は、携帯型透析機である。患者のための携帯型・装着型透析機は、装着型透析機に電力供給するための燃料電池と、流体回路に透析流体を送出するための、燃料電池によって電力供給されるポンプと、流体回路内に配置される粒子フィルタと、老廃物を吸収するための、流体回路内の交換型カートリッジとを含む。
【0018】
別の実施形態は、透析機である。該透析機は、透析機に電力供給するための燃料電池と、燃料電池に接続される電力貯蔵デバイスと、透析機用の透析流体のための流体回路とを含み、流体回路は、未使用透析流体のための入力ラインと、患者への流体接続部と、使用済み透析流体を排出するための排液管とを含む。透析機はまた、患者に、および患者から透析流体を送出するための、燃料電池によって電力供給される少なくとも1つの容積型ポンプと、透析機を制御するための少なくとも1つの入力デバイスと、透析機を監視するための少なくとも1つの出力デバイスと、透析機を制御するためのコントローラとを含み、コントローラは、少なくとも1つの入力デバイスおよび出力デバイスに動作可能に接続される。
【0019】
さらなる機能および利点が本明細書に記載され、以下の詳細な説明および図面から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】図1は、先行技術の透析機を図示する。
【図2】図2は、燃料電池式透析機のための制御システムを図示する。
【図3】図3は、燃料電池式透析機を図示する。
【図4】図4は、燃料電池によって電力供給される装着型透析システムを図示する。
【図5】図5〜図7は、燃料電池を使用する医療用流体送達システムのための電力供給を図示する。
【図6】図5〜図7は、燃料電池を使用する医療用流体送達システムのための電力供給を図示する。
【図7】図5〜図7は、燃料電池を使用する医療用流体送達システムのための電力供給を図示する。
【図8】図8は、燃料電池電源を有する携帯型・装着型透析システムを図示する。
【図9】図9〜図10は、燃料電池電源を使用する、より高度な電力および制御システムを図示する。
【図10】図9〜図10は、燃料電池電源を使用する、より高度な電力および制御システムを図示する。
【図11】図11は、携帯電源式透析機の別の実施形態を図示する。
【発明を実施するための形態】
【0021】
(詳細な説明)
本明細書に記載する燃料電池は、腹膜透析機または血液透析機等の医療用流体処理機械のための一次またはバックアップ電力を提供し得る。燃料電池は、最初に熱および機械エネルギーを産出するために燃料を燃焼させ、次いで、回転タービン等の機械エネルギーを電気エネルギーに変換することなく、燃料を電気エネルギーに直接変換するデバイスである。一例は、高温で作動する、リン酸燃料電池(PAFC)等の水素燃料電池である。リン酸燃料電池は、プロトン交換膜(PEM)を使用することにより、水素イオン(プロトン)に膜を通過させ、水素イオンは、酸素分子と反応させられて最終的に水を形成し、水は、膜から運ばれ、廃棄される。リン酸燃料電池は、米国コネチカット州イーストハートフォードのUnited Technologies Corp.社およびその他から購入され得る。それは、天然ガスまたは嫌気性消化器ガス(ADG)から産出されるメタンによって電力供給されてもよい。PAFCは、典型的には、水素ガスおよび一酸化炭素を形成するために、高温でメタンを水と反応させることによって、メタン燃料を水素に改質する。次いで、一酸化炭素は、水との第2の反応によって二酸化炭素に変えられることにより、燃料電池での即座の使用のために、二酸化炭素およびさらなる水素を形成する。当然のことながら、水素燃料電池はまた、水素ガスによって電力供給されてもよい。
【0022】
燃料電池は、代わりに、メタノールまたはエタノール等の液体燃料によって電力供給されてもよい。直接メタノール燃料電池(DMFC)は、日本国東京の東芝社および米国ニューヨーク州オールバニーのMTI Micro社等の多くの会社から入手可能である。液体燃料式燃料電池は、PEM技術を使用する燃料電池よりも携帯可能であり、取り扱いが容易である。多種多様な他の燃料電池が、多くの製造業者から市販されている。これらの会社および他の会社はまた、交換用燃料カートリッジも販売している。
【0023】
これらの燃料電池は、特に、患者が、電力が簡単に、またはしばしば、障害を受ける地域にいる場合に、透析機等の医療用流体療法機械に電力供給するために有利に利用され得る。患者が予定通りに療法を受けることが、患者の健康および快適性にとって重要である。また、いったん療法が開始されると、それを完了することも重要である。それ故に、遠隔または農村地域にある透析機は、燃料電池によって一次的または二次的に電力供給され得る。メタノール燃料電池において、メタノールは、陽極において水で酸化されることにより、二酸化炭素、水素イオン、および電子を形成する。陰極において、酸素は、水素イオンとの反応によって還元されることにより、水を産出する。それ故に、水は、反応の両側に存在し、燃料電池のエネルギー密度を制限する傾向がある。しかしながら、そのような電池は、はるかに低い温度において、取り扱いおよび動作がとても容易である。
【0024】
透析療法は、典型的には、図1に図示するような機械等の腹膜透析機で行われる。1つの好適な腹膜透析機は、米国イリノイ州ディアフィールドのBaxter International社からのHomeChoice(登録商標)腹膜透析機である。患者Pは、示されるような埋め込まれたカテーテル等の患者アクセスデバイス5によって、点線内に示される透析流体送達システム1に接続される。カテーテルは、単一管腔もしくは二重管腔カテーテルであってもよく、または別の種類のアクセスデバイスが使用されてもよい。透析溶液の複数の容器2は、弁または他のコネクタを通じて、示されるような透析機に接続される。ポンプ3は、透析流体を容器2から1つずつ、バランスチャンバ4を通じて、アクセスデバイスを通じて、患者Pの腹膜腔に輸送するために使用される。腹膜透析溶液が所望の滞留時間にわたって患者内に残った後、バランスチャンバ4を通じて、それから排液管7へ、使用済み透析溶液を送出するために、同一ポンプ3または別のポンプ6が使用されてもよい。
【0025】
本明細書に考察する実施形態では、透析流体送達システム1は、図2に図示するような制御システム10等の透析制御システムで使用される。透析制御システム10は、患者アクセスデバイス15への接続のための流体ライン12を含む、図1に図示する腹膜透析送達システム等の透析流体送達システム11を含む。透析流体送達システム11は、制御ユニット13の監視下で患者に透析を実施する。一実施形態における制御ユニット13は、少なくとも入力キーパッド14、タッチスクリーンであってもよい制御パネル14a、入力テンキー14b、およびマウス14cを有する。制御ユニットはまた、フロッピー(登録商標)ドライブまたはCDドライブに好適であり得る入力ドライブ15aも含む。本実施形態におけるコンピュータは、ポート16を含む、インターネットアクセス15bならびにさらなる入力および出力のためのポートを有して構成される。さらなる入力ポートは、USBポート等のシリアルポートまたはパラレルポートの任意の組み合わせであってもよい。
【0026】
いくつかの実施形態では、制御ユニットは、遠隔制御ユニットからのコマンドを受信するように適合され、手持ち式リモコンのためのIR受信器15cを含む。入力/出力は、光入力または出力15d、および他のデジタルまたはアナログ入力を含んでもよい。制御部分15eは、透析機を操作するための一連の制御ノブまたはスイッチを含む。スピーカ出力17は、緊急事態または透析機の他の誤作動があった場合に、患者または介護者に警告することができる。また、患者または介護者に警告するための視覚警報15fもある。制御部は、遠隔のコマンドまたは情報を受信するためのアンテナ19を含む。アンテナは、以下に考察するように、患者のための無線デバイスとの通信のために使用されてもよい。アンテナはまた、無線(WiFi)インターネットアクセスのために使用されてもよく、または遠隔であるがより近いコマンドのために使用されてもよい。
【0027】
図3は、透析機10の制御部分30のより詳細な図を示す。図3に見られるように、本実施形態における通信は、移動可能なCAPD患者等の患者の利便性および移動性のために、無線である。しかしながら、当業者は、ワイヤーハーネスまたはケーブルもまた、2つの部分を接続し得ることを認識するであろう。透析機制御部分30は、一次あるいは二次電源としての燃料電池等の電源32から電力を受ける、監視マイクロコントローラ31を含む。透析機は、その一次電力を家庭用または公共用電力として受けてもよい。マイクロコントローラは、少なくともキーパッド33からの入力を受信し、また、診療所および病院情報システムから等の有線接続34からのデータおよびコマンドを受信してもよい。入力はまた、無線接続および 無線機35を介して、患者から受信されてもよい。マイクロコントローラは、ビデオモニタ36、スピーカ37への出力、ならびに透析液ポンプ38および透析液用のヒータ39への制御を有する。機械制御システムは、マイクロコントローラ31の一部として、またはマイクロコントローラ31によってアクセス可能な、少なくとも1つのメモリを含む。家庭用電力等の一次源からの電力中断を検知し、家庭用電力から燃料電池に切り替えるための回路は、図には具体的に示されない。
【0028】
図4に示すような透析機制御システム40の別の実施形態は、携帯型装置、例えば、図7に示すような患者によって装着される装置により適している。本実施形態では、電力は、交換型燃料カートリッジを有する燃料電池41によって提供され、変換回路42によって変換され、バッテリまたはキャパシタ等の任意で選択されるエネルギー貯蔵デバイス43内に貯蔵される。マイクロコントローラ44は、マウス45およびキーパッド46からの入力を使用して、デバイスを制御する。制御システムはまた、警報47およびビデオ出力48を含む出力も有し、これらは、非常に小型のデバイス、例えば、透析治療中の残り時間を表示するデバイスであってもよい。本実施形態では、制御システム40はまた、病院または診療所のイントラネット等の別のデバイスへの無線通信のための無線機49も含む。いくつかの実施形態では、透析機制御システム40はまた、マイクロコントローラ44に信号を送り、かつシステムの作動を制御するための、スイッチまたは他の電気機械的入力を含んでもよい。変換器42はまた、自動車電気システム(12VDCもしくは24VDC)または他の使用可能な電圧等の、他の電源から電力を受けてもよい。それ故に、携帯型透析機は、電動カート、電動車椅子、自動車、トラック、または他の可動車両に載置され、そこから電力を受けてもよい。
【0029】
無線機または無線受信器/送信器49は、小型かつコンパクトであり、携帯型透析システム上に容易に配置される。機能する一無線機は、ZigBee/IEEE 805.15.4に従った無線モジュールである。これは、約10〜20フィートの非常に限定された範囲を有する、非常に低い電力の無線システムの規格である。この規格に従って作製されるモジュールは、米国ユタ州リンドンのMaxstream,Inc.社、米国カリフォルリア州カールズバッドのHelicomm,Inc.社、およびカナダ国アルバータ州CochraneのANT社から購入され得る。モジュールは、非常に小さく、約2cm四方(約1インチ四方)で、約3mm(1/8インチ)の厚さである。上述のように、制御部分40は、約10〜20フィートのZigBeeモジュールの範囲内で、無線アンテナまたは受信器と近接するように意図される。それ故に、携帯型機械は、便利なように小型であり、患者の邪魔にならないが、病院情報システムまたは他のネットワークとの通信および制御が十分に可能である。
【0030】
図5〜図6は、燃料電池、および燃料電池からの電気を使用するための電力供給を図示する。図5は、透析機のための電力回路50を図示し、電力回路は、燃料供給または燃料カートリッジ51、燃料電池スタック52、および、AC電力57が燃料電池の作動を開始できない場合にシステムを始動するのに十分な電気を供給するためのバッテリ53を含む。バッテリはまた、電力需要が燃料電池から利用可能な電力を超える場合に燃料電池からの電力を補ってもよく、またはバッテリは、余剰な電力が、電気負荷の残りの部分によって使用されていない燃料電池から利用可能である場合に、燃料電池によって充電されてもよい。燃料電池が作動していない場合、AC電力は、バッテリへの充電を維持し得る。単一の燃料電池から発生される電位は、典型的には、約0.7〜約1VDCである。それ故に、本実施例では、燃料電池は、少なくとも5VDC等の有用な電圧を得るために、連動するか、または直列に積層する。必要な電力出力が約450Wのヒータの場合、約30Vの出力電圧が、所要のヒータ電流を妥当なレベルまで低下させるために必要とされ得る。いったん積層または他の技術によって有用な電圧が得られると、マイクロコントローラまたは他の制御デバイスのために、DC電力が使用され得る。
【0031】
図5に図示するシステムは、AC電源の場合におけるAC/DC変換器59、または、燃料電池が電源である場合の実施形態におけるDC/DC変換器を使用することなく、電力を電源から発熱体に直接供給することによって、電力変換損失を最小限に抑える。コントローラを含む、残りの電気/電子負荷に電力を供給するために使用されるAC/DC変換器59が、いくつかの電磁適合性基準によって要求されるように、AC電力線上の電流高調波を最小限に抑えるために、力率補正回路を利用し得ることに留意されたい。上記のように、DC電力、またはAC電力でさえ、バッテリからの、または移動車両の発電機もしくはオルタネータからの携帯型透析機に利用可能であり得る。一実施形態では、DC/DC変換器54は、携帯型透析機に電力供給するために、そのようなDC電力を直接受けてもよい。
【0032】
標準的な115VAC電力が利用可能である場合、典型的な発熱体は、30オームの抵抗を有し、必要とされる450Wを発熱体に提供する。より少ない電力が必要な場合、スイッチS3が開放され、瞬時電力をゼロまで低下させる。一般的に、発熱体に送達される平均電力を制御するために、パルス幅変調(PWM)信号が適用される。PWMは、ヒータパン上で所望の温度を維持するように、比例積分微分(PID)制御ループによって制御される。必要とされる電力は、30オーム発熱体に接続される115VAC電源によって、または、120オーム発熱体に接続される230VAC電源によって、発熱体に供給されてもよい。発熱体の温度制御は、PIDコントローラを使用して、上記のように制御される。図示されないが、加熱パンは、2つの抵抗発熱体を含んでもよく、それぞれ、60オームの抵抗を有する。115VAC電力に対して、一連のスイッチが、60オーム抵抗発熱体を並列に配置し、所望の30オーム発熱体を効果的に作製する。230VAC電力に対して、別の一連のスイッチが、60オーム発熱体を直列に配置し、所望の120オーム抵抗発熱体を作製する。スイッチのこのネットワークの実装は、電気技術分野の当業者によく知られている。
【0033】
一実施形態では、燃料電池は、電力をヒータに供給し、発熱体は、2オームの抵抗を有する。これは、必要とされる450ワットを発生するために、約30VDCの燃料電池電圧出力を必要とする。これは、直列の40個の燃料電池を有する電源を必要とし得る。上記のように、最大電力未満の電力が要求される場合、PIDコントローラを使用してS2が開放され、所望の量の平均電力が発熱体に提供される。
【0034】
透析機をオンにすることが必要な時に、AC電力57が利用可能である場合、ユーザまたは制御システムがスイッチS1をAC位置に移動させることにより、DC/DC変換器/バッテリ充電器54は、制御システム55が待機状態から動作状態になるように電力供給することが可能になる。透析機は、その正常な作動を開始し、必要に応じて、バッテリ充電が開始される。必要に応じて、AC電力が供給される発熱体56は、スイッチS3を閉鎖することによって作動され、ヒータパンへの適切なエネルギーの流れを維持するように調整される。AC電力損失が発生した場合、バッテリがコントローラ55に電力を供給する一方で、ヒータ58は、スイッチS2を閉鎖することによって制御され、バッテリからのエネルギーを保存するためにオフにされる。コントローラまたは制御システム55は、燃料が燃料電池スタック52に到達することを可能にし、S1は、燃料電池スタック52からの電力を変換器/バッテリ充電器54に接続するために、FC位置に切り替えられる。電力が燃料電池から利用可能になると、バッテリ53は、スイッチS2を調整することによって発熱体に電力を供給し、かつバッテリを再充電するのに十分な電力が燃料電池から利用可能になるまで、より少ない電力を供給する。AC電力が復旧すると、燃料電池をオフにすることができるように、プロセスが逆にされる。AC電力が利用可能でない場合、バッテリ53は、最初にスイッチを通じてAC電力状態へ移行することなく、燃料電池をオンにするために電力を供給する。
【0035】
電力回路60の第2の実施形態を図6に図示する。本実施形態では、燃料供給61は、燃料電池スタック62に接続される。燃料電池62によって発生される電気を一時的に貯蔵するために、エネルギー貯蔵デバイス63(キャパシタまたはスーパーキャパシタ)が使用される。キャパシタは、フィルタとしてではなく、かなり大型のエネルギー貯蔵デバイス、すなわち、30VDCで最大20ファラッド貯蔵することが可能なキャパシタとして意図される。図6に図示するキャパシタは、実際には、所要の静電容量および電圧許容能力を形成するために、直列に、また並列にも配置される、多くの低電圧/高静電容量キャパシタの組み合わせである。電気二重層キャパシタとして既知である基本的なキャパシタは、米国マサチューセッツ州ニューベッドフォードのCornell Dubilier Electronics社等の種々の製造業者から入手可能である。
【0036】
小型バッテリ53をDC/DC変換器64およびコントローラ65に接続するための、スイッチS1、S2、S3、および新たなスイッチS4を含む、図6の残りの回路構成部品の大部分は、図5の構成部品と同様である。これらは、AC主電力67、AC/DC変換器69、ヒータ66、68、およびDC/DC変換器64を含む。長期間(数日から数ヶ月)の保管後にAC電力が利用可能でない場合に、フル充電のスーパーキャパシタが、該器具の電源を入れることを可能にするのに十分なエネルギーを提供することは期待されない。したがって、図6にあるように、起動時に利用可能なAC電力なしで使用することを可能にするために、図6に示すキャパシタに加えて、バッテリ53が必要とされる。この小容量バッテリは、燃料電池スタックが電気を発生することを可能にするために、燃料電池スタック62につながる燃料弁を開放するのに十分な制御エネルギーを供給する。また、上記のように、DC/DC変換器64は、携帯型透析システムに電力供給するために、移動車両バッテリまたは発電機システムからDC電力を受けることが可能である。
【0037】
インラインヒータを使用する、燃料電池式透析システム20の別の実施形態を図7に示す。透析流体のインライン加熱は、米国特許第7,153,285号においてより完全に説明され、ここで、その全体内容が参照により援用され、また該特許は、本特許の譲受人に譲渡されている。本実施形態では、燃料電池52は、燃料51によって電力供給され、また、触媒インラインヒータ22にも燃料供給する。透析流体は、入力配管24を通じて患者に流動し、触媒ヒータ22を通過する際に加熱される。この技術を使用して、最初に熱エネルギーを電気に変換する必要なく、熱エネルギーが直接使用される。それ故に、この技術は、大量の透析流体の電気加熱で必要とされる高電圧かつ高電流の必要性を回避し、該技術および装置は、遠隔地域においても有用である。米国特許第5,326,252号および同第5,842,851号(ここでその全体内容が参照により援用される)に記載されるような触媒ヒータは、メタノールまたはエタノール等の燃料から熱エネルギーを直接供給するために有用である。適切な制御は、触媒ヒータ制御によって、およびシステムコントローラ55によって提供される。システム20の残りの部分は、AC電力接続57、AC/DC変換器59、貯蔵バッテリ53、およびDC/DC変換器54を含み、それらは、実質的に、図5のシステム50に関して記載したように作動する。スイッチS1は、DC/DC変換器を燃料電池スタック52(120VACまたは240VAC)からの電気に接続するように作動する。
【0038】
触媒ヒータは、米国特許第4,068,651号(ここでその全体内容が参照により援用される)にあるように、燃料としてアルコールを使用する小型の手足ウォーマー等の種々の用途に有用である。透析液流体を温めるのに有用なインライン触媒ヒータは、米国特許第4,659,634号(ここでその全体内容が参照により援用される)において言及されるように、メタノールまたは他の燃料を使用してもよい。自身の燃料および周囲の空気に依存する触媒ヒータは、米国特許第5,037,293号に記載されるように、自己制御的である傾向があり、それ故に、適切な制御をすることで、非常に安全である。米国特許第5,037,293号もまた、その全体内容が参照により援用される。そのようなシステムでは、触媒ヒータは、システムコントローラに接続され、熱電対またはサーミスタ等の少なくとも1つの温度指示器によって監視され、温度指示器は、触媒ヒータの内外への透析流体の温度を監視および報告する。触媒ヒータは、カンザス州ウィチタのColeman Co.社、イリノイ州アンティオクのCentury Tool & Mfg.社を含む、多くの製造業者から入手可能であり、Master and Reddyヒータは、ケンタッキー州ボウリンググリーンのDESA Company社から入手可能である。
【0039】
携帯型・装着型透析デバイス70を図8に図示する。患者アクセス71は、示されるような二重管腔デバイスであってもよい。あるいは、携帯型デバイスは、単一管腔アクセスデバイスを利用し得、また、使用済み透析液が、腹膜内に戻る再循環のために患者の腹膜から送出されている間、その一時的な貯蔵用の容器を提供し得る。透析デバイス70はまた、患者への、および患者からの流体の流動を容易に制御するために、可撓性配管等の配管72、および蠕動ポンプまたは他の容積型ポンプ等のポンプ73を含む。
【0040】
透析デバイスは、おそらく移動可能な患者によって運ばれることはないが、排出状態に利用可能である排液バッグ(図示せず)につながる、第1の排液管弁74を含む。粒子フィルタ75は、処理される透析流体が使い捨てカートリッジ76に接触する前に、流体回路から粒子および破片を除去するのに役立つ。本実施形態における使い捨てカートリッジ76は、使用済み透析液流体からの異なる毒素の除去のためのいくつかの層を含む。本実施形態では、クレアチニンおよび他の有機毒素を除去するための炭素またはチャコール層が存在する。尿素を除去するための、酸化ジルコニウム等の、ウレアーゼおよび吸収剤を有する層が存在する。また、リン酸ジルコニウム等の、リン酸塩および硫酸塩を除去するための、吸着剤またはイオン交換樹脂を有する層も存在する。第4の層は、尿素を除去するための酸化ジルコニウムおよびウレアーゼの第2の層である。他の実施形態では、追加または第4の層は、異なり得る。カートリッジは、比較的大きいため、燃料電池77およびその関連する燃料供給は、カートリッジ上に載置される。一実施形態では、燃料電池およびその燃料供給は、ベルトに装着されるよりもむしろ、バックパック内で運ばれ得る。別の実施形態では、燃料電池77は、残りの大抵の部分と比較してもかさばっているポンプ73上に載置されてもよい。示されるように、配管79を通じて患者アクセスデバイス71の他の管腔に向かう途中での、新しくリフレッシュされた透析液流体に対する最終清浄として、抗菌フィルタ78もまた使用され得る。一実施形態では、燃料電池、およびその関連する電力貯蔵、ならびに変換システムは、固定状態で携帯型透析機を使用することが望ましい状況に対して、上記のように、標準的なAC壁コンセント電力またはDCバッテリ電力を受けるように構成される。これは、例えば、自宅において、または移動車両に一定期間乗車している時に起こり得る。
【0041】
上記の携帯型・装着型透析システムは、透析流体から毒素および不純物を除去するために、透析流体がフィルタおよび吸着剤パックを通じて連続的または周期的に循環される腹膜透析に好適である。携帯型血液透析機もまた想定される。二重管腔カテーテルの代わりに、個人への、および個人からの血液の流れに備えるアクセスデバイスが存在する。2つのポンプが存在し、一方は、血液のためのポンプであり、もう一方は、ダイアライザに、およびダイアライザから透析流体を送出するためのポンプであり、ダイアライザもまた、患者用のベルトまたはバックパックに載置される。また、血液から分離される限外濾過液を除去するために、ダイアライザに、およびダイアライザから連続的に送出される透析液流体用の、少なくとも1つの容器も存在する。透析流体は、パック内の吸着剤への吸収によって毒素を除去するために、腹膜透析と同様の様式において、吸着剤パックを通じて送出される。
【0042】
透析機は、適度な量のエネルギーを消費する。腹膜透析では、エネルギーの大部分は、大量の透析液流体を加熱するのに使用される。1つの概算として、単にマイクロプロセッサ、小型ライト等を作動させている、休止状態における透析機自体は、送出動作を含み、約30Wの定電力、すなわち、毎時約30Whを必要とする。さらに、透析機は、透析液を約27℃(室温)から約37℃(体温)に加熱するために、約305Whのエネルギーを必要とする。9時間の療法に対して、これは、9時間にわたって、合計で約9×30つまり270Wh+305Whとなり、計約575Whになる。10℃(50°F)の室温、9時間の療法、および、透析液バッグ内の熱を保つための透析液バッグ上の断熱材を使用して、さらなる試験を実施した。透析液容器またはバッグは、通常、ヒータパン上に配置され、その上面は、室温空気に晒される。
【0043】
この試験中、一定の270Whに加えて、透析液を加熱するために約730Wh、計約1000Whを必要とした。毛布なしの10℃での追加試験は、加熱のために約1120Whを必要とし、一定の270Whと合わせて、合計で270+1120=約1390Whを必要とした。したがって、電力需要は、非常に低温の家庭環境において約1390Whくらいに高く及び得るが、約600Whのエネルギー消費が腹膜透析に対してより普通であると考えられる。血液透析は、典型的には、3〜4時間にわたって行われ、したがって、腹膜透析ほど長い期間を必要としない。透析液または血液は、患者への温度ショックを回避するために温められ、腹膜透析よりもはるかに多くの送出を伴う。結局、水および濃縮液、または予混合透析液もまた温められるため、血液透析は、腹膜透析よりも高い総エネルギー必要量を有すると予想される。このような状況において、インライン加熱は、特に、上記の図7のように、温めるための熱が別個に供給される場合、明らかに有利である。
【0044】
上記の実施形態は、透析または流体取扱い機械のための独立型電力供給を図示する。他の実施形態では、本明細書に記載する燃料電池は、地方の家庭用、自動車用、または公共用電力に対するバックアップ電力供給として使用され得る。図9は、無停電電力回路として使用され得るAC電力回路の実施形態80を図示し、公共用電力源への接続のための公共用入力回路84の第1の入力端子82と、出力回路100が端子82から切断されることを可能にするスイッチ86とを組み合わせる。燃料電池入力回路90は、第2の入力端子92、ダイオード94、バッテリシステム96、およびインバータ/充電器回路98を含む。第2の入力端子92は、DC燃料電池出力電圧が端子92をわたって存在するように、燃料電池に接続される。自動車からのDC電力入力は、バッテリ96と並列に接続され得る。
【0045】
AC電力発生回路80が公共用電力からAC電力出力を発生する時、インバータ充電器回路98は、バッテリ96を充電する。それ故に、公共用電力が障害を受けた場合、インバータ/充電器回路98は、燃料電池が電気の発生を開始するまで、バッテリ96内に貯蔵されたエネルギーを使用して、バックアップまたは二次AC電力を発生することができる。バッテリはまた、燃料源と他の必要な弁またはポンプとを接続するための電力等、エネルギーを産出する燃料電池を始動するのに必要な電力を供給する。ダイオード94は、バッテリ96を充電する電流が、燃料電池または燃料電池スタック内に逆流することを防止する。
【0046】
出力回路100は、第1の一次巻線87、第2の一次巻線88、および二次巻線106を有する、変圧器を含む。出力回路100はまた、二次巻線106をわたって接続される従来型のキャパシタ104も含む。出力端子108は、透析機上のAC電力コネクタへの接続のために、二次巻線106の一部をわたって接続される。第1の一次巻線87は、スイッチ86を通じて第1の入力端子82に接続される。第2の一次巻線88は、インバータ/充電器回路98に接続される。これらの接続によって、出力AC電力信号は、出力端子108をわたって存在する。
【0047】
変圧器102およびキャパシタ104は、当該技術分野でよく知られているように、AC電力出力を調整する。燃料電池が、スイッチ86を開放したまま、変圧器102を通じて出力端子108に電力を供給しており(AC電力障害の場合のように)、かつAC電力が復旧した場合、インバータ/充電器は、端子82に接続されたAC幹線と同期し、スイッチ86が閉鎖されると同時に、変圧器への電力供給を停止することにより、AC幹線が端子108に電力を供給することを可能にする。本システムは、そのような状態を検出するために、状態監視および制御システムが備えられてもよい。本実施形態は、一時的な停電に対して電力を貯蔵するために、バッテリ96を使用する。インバータ/充電器ならびに燃料電池弁およびポンプの制御システムのためのDC電力出力は、バッテリから得られてもよい。
【0048】
図10の別の実施形態は、エネルギー貯蔵用の大型キャパシタを使用する。発生回路110の公共用入力回路114は、公共用電力源に接続される第1の入力端子112、および、出力回路130が公共用入力端子112から切断されることを可能にするスイッチ116を含む。燃料電池入力回路120は、第2の入力端子122、ダイオード124、貯蔵キャパシタ126、およびインバータ/充電器回路128を含む。第2の入力端子122は、DC燃料電池出力電圧が端子122をわたって存在するように、燃料電池スタックに接続される。
【0049】
AC電力発生回路110が公共用電力からAC出力電力を発生する時、インバータ充電器回路128は、貯蔵キャパシタ126を充電する。それ故に、公共用電力が障害を受けた場合、インバータ/充電器回路128は、燃料電池が電気の発生を開始するまで、スーパーキャパシタ126内に貯蔵されたエネルギーを使用して、二次またはバックアップAC電力を発生することができる。スーパーキャパシタはまた、燃料源と他の必要な弁またはポンプとを接続するための電力等、エネルギーを産出する燃料電池を始動するのに必要な電力を供給する。ダイオード124は、電流が燃料電池内に逆流することを防止する。
【0050】
出力回路130は、第1の一次巻線117、第2の一次巻線118、および二次巻線136を有する、変圧器132を含む。出力回路130は、二次巻線136をわたって接続される従来型のキャパシタ134をさらに含む。回路出力端子138は、二次巻線136の一部をわたって接続され、透析機上のAC電力コネクタへの接続が意図されている。第1の一次巻線117は、スイッチ116を通じて第1の入力端子112に接続される。第2の一次巻線118は、インバータ/充電器回路128に接続される。そのように接続されることによって、出力されるAC電力出力は、出力端子138をわたって存在する。変圧器132およびキャパシタ134は、AC電力出力を調整する。
【0051】
燃料電池が一次エネルギー源であり、かつ燃料電池出力が中断された場合、十分なエネルギーが大型キャパシタ126によって貯蔵されることにより、AC公共用電力が出力回路130に到達することを可能にするようにスイッチ116が閉鎖され得るまで、AC電力出力を維持する。該システムは、そのような変化を検出するために、状態監視および制御システムが備えられてもよく、または手動で操作されてもよい。
【0052】
携帯型電源透析システムの多くの他の実施形態が存在する。例えば、構成部品は、パック内に配置されてもよく、パックは、例えば、車輪付きスーツケースもしくは手荷物トートバック上、バックパック上、カート上で、または車椅子を使用する人用のパックとしてさえ、容易に輸送される。バックパック携帯型電源透析システム140の一実施例を図11に図示する。該システムは、ベルト141およびショルダーストラップ145を含む、普通のバックパックの外観を有する、キャンバス地またはプラスチックのバックパックとして設計される。この切り欠き図において、該システムは、該システムの種々の構成部品を装填し、取り外し、および交換する上での便宜上、いくつかの棚または段142、143、144を有する。
【0053】
かさばる可能性があるバッテリ146は、バッグの底部に配置され、本実施形態では、燃料電池150用の燃料キャニスタ148を支持する。燃料は、容易に除去され、かつ未使用燃料と交換され得るように、パック内に配置されるべきである。使い捨てまたはカセット部分152ならびに制御部分および電子機器154は、最下段の上に配置される。次の段は、交換型フィルタカートリッジ156、および、使い捨て部分152内のポンプ(単数または複数)の代わりに、またはそれに加えて使用され得る、ポンプ158を含む。透析液流体の容器160は、最上段に配置される。該構成部品のこの特定の配置は、唯一の可能な配列ではなく、多くの他の好適な配列もまた可能である。該システムはまた、患者に対して必要な配管およびアクセスデバイスも含む。当然のことながら、いったん蓋またはジッパーを動かすことによってパックが開けられると、交換可能または使用可能な構成部品が容易にアクセス可能である場合、患者にとって便利である。これらは、患者へのアクセスポート用の配管、燃料電池用の燃料、使い捨て部分、フィルタカートリッジ、および透析流体のバッグを含む。
【0054】
当業者には、本明細書に記載した本願での好ましい実施形態に対する様々な変更および改変が明白であることを理解されたい。そのような変更および改変は、本願の主題事項の主旨および範囲から逸脱することなく、またその意図する利点を損なうことなく、なされ得る。したがって、そのような変更および改変は、添付の特許請求の範囲に包含されることを意図する。
【0055】
以上により、本発明は、以下の手段を提供する。
【0056】
(項目1)
医療用流体機械(20、70)を動作させる方法であって、
携帯型燃料電池電源(41、51/52、61/62、77)を提供するステップと、
前記電源(41、51/52、61/62、77)の出力を前記医療用流体機械(20、70)に接続するステップと、
前記医療用流体機械(20、70)を動作させるステップと
を包含し、前記電源(41、51/52、61/62、77)は、前記医療用流体機械(20、70)に電力供給するように適合されている、方法。
【0057】
(項目2)
前記燃料電池(41、51/52、61/62、77)は、メタノールまたはエタノールによって電力供給される、項目1に記載の方法。
【0058】
(項目3)
前記携帯型燃料電池電源(41、51/52、61/62、77)は、電気を発生し、前記携帯型燃料電池電源(41、51/52、61/62、77)に接続されているバッテリまたはキャパシタ(43、63)に電気を貯蔵するステップをさらに包含する、項目1〜項目2のいずれか1項に記載の方法。
【0059】
(項目4)
前記携帯型燃料電池電源(41、51/52、61/62、77)は、燃料電池(52、62)と、随意で、前記燃料電池(52、62)に接続されている燃料源(51、61)とを備えている、項目1〜項目3のいずれか1項に記載の方法。
【0060】
(項目5)
前記医療用流体機械(20、70)は、個人によって装着される携帯型腹膜透析機(70)である、項目1〜項目4のいずれか1項に記載の方法。
【0061】
(項目6)
触媒ヒータ(22)を使用して、患者への注入用の医療用流体を温めるステップをさらに包含する、項目1〜項目5のいずれか1項に記載の方法。
【0062】
(項目7)
家庭用公共電力または自動車用電力から前記医療用流体機械に電力を提供するステップをさらに包含する、項目1〜項目6のいずれか1項に記載の方法。
【0063】
(項目8)
透析機(20、70)を動作させる方法であって、
電力の燃料電池源(52、62)を提供するステップと、
前記燃料電池源(52、62)の電気出力を透析機(20、70)に接続するステップと、
前記透析機(20、70)を動作させるステップと
を包含し、前記燃料電池源(52、62)は、液体燃料(51、61)によって電力供給され、少なくとも前記透析機(20、70)と同じくらい小型で、コンパクトで、かつ携帯可能である、 方法。
【0064】
(項目9)
前記透析機(20、70)は、腹膜透析機または血液透析機である、項目8に記載の方法。
【0065】
(項目10)
貯蔵デバイス(53)内に電気を貯蔵するステップをさらに包含し、前記貯蔵デバイス(53)は、前記燃料電池(52)および前記透析機(70)のうちの少なくとも1つに動作可能に接続されている、項目8および項目9のうちの1項に記載の方法。
【0066】
(項目11)
前記透析機(70)および前記燃料電池(52、62)は携帯可能であり、前記動作させるステップは、前記透析機(70)および燃料電池(52、62)が患者によって装着されている間に生じる、項目8〜項目10のいずれか1項に記載の方法。
【0067】
(項目12)
前記電力を前記透析機(20、70)によって使用可能な電圧に変換するステップをさらに包含する、項目8〜項目11のいずれか1項に記載の方法。
【0068】
(項目13)
触媒ヒータ(22)を使用して患者用の透析流体を温めるステップをさらに包含する、項目8〜項目12のいずれか1項に記載の方法。
【0069】
(項目14)
患者用の携帯型・装着型透析機(70)であって、
前記装着型透析機(70)に電力供給するための燃料電池(77)と、
前記燃料電池(77)によって電力供給されるポンプ(73)であって、流体回路(72、79)内に透析流体を送出するためのポンプ(73)と、
前記流体回路(72、79)内に配置されている粒子フィルタ(75)と、
前記流体回路(72、79)内の交換型カートリッジ(76)であって、老廃物を吸収するための交換型カートリッジ(76)と
を備えている、携帯型・装着型透析機。
【0070】
(項目15)
前記流体回路(72、79)内、および患者に接続されるアクセスデバイス(71)の上流に、抗菌フィルタ(78)をさらに備えている、項目14に記載の携帯型・装着型透析機(70)。
【0071】
(項目16)
患者は、単一管腔アクセスデバイスまたは二重管腔アクセスデバイス(71)で前記流体回路(72、79)に接続する、項目14および項目15のうちの1項に記載の携帯型・装着型透析機(70)。
【0072】
(項目17)
前記燃料電池(77)は、直接メタノールまたは直接エタノール燃料電池(52、62)である、項目14〜項目16のいずれか1項に記載の携帯型・装着型透析機(70)。
【0073】
(項目18)
前記透析機(70)は、血液透析機であり、前記透析流体用の容器と、ダイアライザと、前記燃料電池によって電力供給される第2のポンプと、前記透析流体容器を前記流体回路および前記ダイアライザに接続する配管と、患者を前記第2のポンプおよび前記ダイアライザに接続する血液ライン配管であって、前記患者に戻る血液ライン配管とをさらに備えている、項目14〜項目17のいずれか1項に記載の携帯型・装着型透析機(70)。
【0074】
(項目19)
前記透析機は、腹膜透析機である、項目14〜項目17のいずれか1項に記載の携帯型・装着型透析機(70)。
【0075】
(項目20)
患者用の前記透析流体を温めるための触媒ヒータ(22)をさらに備えている、項目14〜項目19のいずれか1項に記載の携帯型・装着型透析機(70)。
【0076】
(項目21)
透析機(20、70)であって、
前記透析機(20、70)に電力供給するための燃料電池(51/52、61/62、77)と、
前記燃料電池(51/52、61/62、77)に接続されている電力貯蔵デバイス(43、63)と、
前記透析機(20、70)用の透析流体のための流体回路(72、79)であって、前記流体回路(72、79)は、未使用透析流体用の入力ラインと、患者への流体接続部と、使用済み透析流体を除去するための排液管とを備えている、流体回路(72、79)と、
少なくとも1つの透析流体ポンプ(73)であって、前記患者に、および前記患者から前記透析流体を送出するための、前記燃料電池(51/52、61/62、77)によって電力供給される、少なくとも1つの透析流体ポンプ(73)と、
前記透析機を制御するための少なくとも1つの入力デバイス(45、46)と、
前記透析機を監視するための少なくとも1つの出力デバイス(47、48)と、
前記透析機(20、70)を制御するためのコントローラ(44)と
を備え、前記コントローラ(44)は、前記少なくとも1つの入力デバイス(45、46)および出力デバイス(47、48)に動作可能に接続されている、透析機(20、70)。
【0077】
(項目22)
前記電力貯蔵デバイス(43、63)は、前記透析機(20、70)の少なくとも1時間の動作のために十分な電力を貯蔵することが可能なバッテリまたはキャパシタである、項目21に記載の透析機。
【0078】
(項目23)
前記貯蔵デバイス(43、63)内の電力を、少なくとも前記透析機(20、70)および前記コントローラ(44)に電力供給するために有用な電気に変換するための回路(42、54、64)をさらに備えている、項目21および項目22のうちの1項に記載の透析機。
【0079】
(項目24)
家庭用、自動車用、または公共用の電力を前記透析機(20、70)に接続するための回路をさらに備え、前記透析機(20、70)は、家庭用、自動車用、または公共用の電力によって電力供給されることが可能である、項目21〜項目23のいずれか1項に記載の透析機。
【0080】
(項目25)
前記燃料電池(51/52、61/62、77)は、水素燃料電池、メタノール燃料電池、またはエタノール燃料電池である、項目21〜項目24のいずれか1項に記載の透析機。
【0081】
(項目26)
前記透析流体を温めるためのインライン触媒ヒータ(22)をさらに備え、前記インライン触媒ヒータ(22)は、前記コントローラ(44)に動作可能に連絡している、項目21〜項目25のいずれか1項に記載の透析機。
【技術分野】
【0001】
(背景)
本特許は、概して、医療用流体送達システム用の電源に関する。より具体的には、本特許は、透析機等の燃料電池式医療用流体送達システム用のシステム、方法、および装置を開示する。
【背景技術】
【0002】
種々の原因によって、個人の腎臓系は機能しなくなり得る。腎不全は、いくつかの生理的障害および問題を引き起こす。水分、ミネラル、および毎日の代謝負荷の排出のバランスは、もはや可能ではなく、窒素代謝の毒性最終生成物(尿素、クレアチニン、尿酸等)は、血液および組織中に蓄積する可能性がある。
【0003】
腎不全および腎機能低下は、透析を用いて治療されている。透析は、透析でなければ正常に機能している腎臓によって除去されたであろう老廃物、毒素、および過剰な水分を体から除去する。腎機能の代替としての透析治療は、該治療が命を救うため、多くの人々にとって非常に重要である。
【0004】
血液透析および腹膜透析は、腎機能の損失を治療するために一般に使用される2種類の透析療法である。血液透析(「HD」)治療は、患者からの老廃物、毒素、および過剰な水分を除去するために、患者の血液を利用する。患者は、血液透析機に接続され、患者の血液は、この機械を通じて送出される。血液が血液透析機に、および血液透析機から流動することができるように、カテーテルが患者の静脈および動脈に挿入される。血液は、該機械のダイアライザを通過し、それは、血液から老廃物、毒素、および過剰な水分を除去する。浄化された血液は、患者に戻される。大量の透析液、例えば、約120リットルが、1回の血液透析療法期間中、血液を透析するために消費される。血液透析治療は、数時間続き、概して、1週間に約3または4回治療センターにおいて実施される。
【0005】
血液を伴う腎不全治療の別の形態は、血液濾過(「HF」)であり、これは、患者の血液からの毒素の対流輸送に依存する、別の腎代替療法である。この療法は、治療中、体外回路に置換液または補液を添加することによって達成される(典型的には、10〜90リットルのそのような流体)。該置換液、および治療と治療の間に患者によって蓄積される流体は、HF治療の間に限外濾過され、中分子および大分子の除去に特に有益である対流輸送機構を提供する。
【0006】
血液透析濾過(「HDF」)は、対流性および拡散性の浄化を組み合わせる、別の血液治療様式である。HDFは、標準的な血液透析と同様に、ダイアライザを通して流動する透析液を使用し、拡散浄化を提供する。さらに、置換溶液が体外回路に直接提供され、対流浄化を提供する。
【0007】
腹膜透析は、透析液とも呼ばれる透析溶液を使用し、それは、カテーテルを介して患者の腹膜腔に注入される。透析液は、腹膜腔の腹膜に接触する。拡散および浸透によって、すなわち浸透勾配が膜をわたって生じるため、老廃物、毒素、および過剰な水分は、患者の血流から腹膜を通して透析液に入る。使用済み透析液は、患者から排出され、患者から老廃物、毒素、および過剰な水分を除去する。このサイクルが繰り返される。
【0008】
持続的携帯型腹膜透析(「CAPD」)、自動腹膜透析(「APD」)、タイダルフローAPD、および連続流腹膜透析(「CFPD」)を含む、種々の種類の腹膜透析療法が存在する。CAPDは、手動の透析治療である。患者は、埋め込まれたカテーテルを排液管に手動で接続し、使用済み透析液流体が腹膜腔から排出されることを可能にする。次いで、患者は、カテーテルを未使用透析液のバッグに接続し、カテーテルを通じて未使用透析液を患者自身に注入する。患者は、未使用透析液バッグからカテーテルを外し、透析液が腹膜腔内に滞留することを可能にし、ここで、老廃物、毒素、および過剰な水分の輸送が生じる。滞留期間の後、患者は、排出、次いで、充填を行い、そうして、腹膜透析流体が数時間滞留することを可能にする。手動の腹膜透析は、患者からかなりの時間および努力を必要とし、改善のための十分な余地を残す。
【0009】
自動腹膜透析(「APD」)は、該透析治療が排出、充填、および滞留のサイクルを含む点においてCAPDと類似している。しかしながら、APD機械は、典型的には、患者が眠っている間に自動でサイクルを行う。APD機械によって、患者は、手動で治療サイクルを行う必要がなく、かつ日中に供給物を輸送する必要がない。APD機械は、埋め込まれたカテーテル、未使用透析液源またはバッグ、および流体排液管に流体的に接続する。APD機械は、透析液源からカテーテルを通じて患者の腹膜腔に未使用透析液を送出し、透析液が腔内に滞留することを可能にし、老廃物、毒素および過剰な水分の輸送が生じることを可能にする。源は、複数の滅菌透析液溶液バッグであってもよい。
【0010】
APD機械は、使用済み透析液を腹膜腔からカテーテルを通じて排液管に送出する。手動プロセスと同様に、APD期間中にいくつかの排出、充填、および滞留サイクルが生じる。「最終充填」は、CAPDおよびAPDの最後に生じ、次回の治療まで患者の腹膜腔内に残る。
【0011】
CAPDおよびAPDは両方とも、使用済み透析流体を排液管に送るバッチタイプシステムである。タイダルフローシステムは、改変されたバッチシステムである。タイダルフローを用いて、長い期間にわたって患者から流体を全て除去する代わりに、わずかな時間増分の後、流体の一部が除去および交換される。
【0012】
連続流またはCFPDシステムは、使用済み透析液を廃棄する代わりに、浄化または再生するか、あるいは非常に大量の透析液を消費する。該システムは、ループを通じて流体を患者の内外に送出する。透析液は、1つのカテーテル管腔を通じて腹膜腔に流入し、別のカテーテル管腔に流出する。患者から退出する流体は、例えば、ウレアーゼを採用し、酵素的に尿素をアンモニアに変換する尿素除去カラムを介して、透析液から老廃物を除去する再構成デバイスを通過する。次いで、アンモニアは、腹膜腔への透析液の再導入の前に、吸着によって透析液から除去される。アンモニアの除去を監視するために、追加のセンサが採用される。CFPDシステムは、典型的には、バッチシステムよりも複雑である。
【0013】
上記の腎不全治療システムのそれぞれは、電気を必要とし、電気は、腹膜透析において患者の腹膜に注入するための透析流体を加熱するために使用される。血液透析において、電気は、ダイアライザに送られる透析流体を温めるために使用され、また、患者の血液を、患者に戻される前に温めるためにも使用される。電気は、これらのシステムにおいて、透析流体または血液を送出するために使用される蠕動ポンプまたは隔膜ポンプに電力供給するために使用され、電気はまた、透析機の制御システム、スピーカ、ビデオ出力のためにも使用される。
【0014】
上記のように、加熱、送出、計測、および制御ステップは全て、電気を使用して達成されるため、上述したような先行の透析システムには問題が存在する。それ故に、個人が透析治療を必要とする場合、透析機は、電気が利用可能である場所で使用されなければならない。それ故に、透析は、電気が利用可能でない遠隔または農村地域における人々には利用可能でない場合がある。したがって、電気が利用可能でない場合、透析機、またはより一般には、医療用流体送達機械に電気を供給する電源の必要性が存在する。また、標準的なガソリン発電機は、大きく扱いにくいため、電源がそのような発電機以外の何かであれば有益である。医療用流体送達機械、特に透析機のための携帯型で小型・軽量の電源が必要とされる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0015】
(概要)
本明細書に記載する実施形態は、燃料電池を使用することによって、これらの問題を克服する。メタノールまたはエタノールを使用する燃料電池等の小型燃料電池は、携帯型であり、電力を提供する。一実施形態は、医療用流体機械を動作させる方法である。該方法は、携帯型燃料電池電源を提供するステップと、電源の出力を医療用流体機械に接続するステップと、医療用流体機械を動作させるステップとを含み、電源は、液体燃料によって電力供給され、少なくとも医療用流体機械と同じくらい小型で、コンパクトで、かつ携帯可能である。
【0016】
別の実施形態は、透析機を動作させる方法である。該方法は、電力の燃料電池源を提供するステップと、燃料電池源の電気出力を透析機に接続するステップと、透析機を動作させるステップとを含み、燃料電池源は、液体燃料によって電力供給され、少なくとも透析機と同じくらい小型で、コンパクトで、かつ携帯可能である。
【0017】
別の実施形態は、携帯型透析機である。患者のための携帯型・装着型透析機は、装着型透析機に電力供給するための燃料電池と、流体回路に透析流体を送出するための、燃料電池によって電力供給されるポンプと、流体回路内に配置される粒子フィルタと、老廃物を吸収するための、流体回路内の交換型カートリッジとを含む。
【0018】
別の実施形態は、透析機である。該透析機は、透析機に電力供給するための燃料電池と、燃料電池に接続される電力貯蔵デバイスと、透析機用の透析流体のための流体回路とを含み、流体回路は、未使用透析流体のための入力ラインと、患者への流体接続部と、使用済み透析流体を排出するための排液管とを含む。透析機はまた、患者に、および患者から透析流体を送出するための、燃料電池によって電力供給される少なくとも1つの容積型ポンプと、透析機を制御するための少なくとも1つの入力デバイスと、透析機を監視するための少なくとも1つの出力デバイスと、透析機を制御するためのコントローラとを含み、コントローラは、少なくとも1つの入力デバイスおよび出力デバイスに動作可能に接続される。
【0019】
さらなる機能および利点が本明細書に記載され、以下の詳細な説明および図面から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】図1は、先行技術の透析機を図示する。
【図2】図2は、燃料電池式透析機のための制御システムを図示する。
【図3】図3は、燃料電池式透析機を図示する。
【図4】図4は、燃料電池によって電力供給される装着型透析システムを図示する。
【図5】図5〜図7は、燃料電池を使用する医療用流体送達システムのための電力供給を図示する。
【図6】図5〜図7は、燃料電池を使用する医療用流体送達システムのための電力供給を図示する。
【図7】図5〜図7は、燃料電池を使用する医療用流体送達システムのための電力供給を図示する。
【図8】図8は、燃料電池電源を有する携帯型・装着型透析システムを図示する。
【図9】図9〜図10は、燃料電池電源を使用する、より高度な電力および制御システムを図示する。
【図10】図9〜図10は、燃料電池電源を使用する、より高度な電力および制御システムを図示する。
【図11】図11は、携帯電源式透析機の別の実施形態を図示する。
【発明を実施するための形態】
【0021】
(詳細な説明)
本明細書に記載する燃料電池は、腹膜透析機または血液透析機等の医療用流体処理機械のための一次またはバックアップ電力を提供し得る。燃料電池は、最初に熱および機械エネルギーを産出するために燃料を燃焼させ、次いで、回転タービン等の機械エネルギーを電気エネルギーに変換することなく、燃料を電気エネルギーに直接変換するデバイスである。一例は、高温で作動する、リン酸燃料電池(PAFC)等の水素燃料電池である。リン酸燃料電池は、プロトン交換膜(PEM)を使用することにより、水素イオン(プロトン)に膜を通過させ、水素イオンは、酸素分子と反応させられて最終的に水を形成し、水は、膜から運ばれ、廃棄される。リン酸燃料電池は、米国コネチカット州イーストハートフォードのUnited Technologies Corp.社およびその他から購入され得る。それは、天然ガスまたは嫌気性消化器ガス(ADG)から産出されるメタンによって電力供給されてもよい。PAFCは、典型的には、水素ガスおよび一酸化炭素を形成するために、高温でメタンを水と反応させることによって、メタン燃料を水素に改質する。次いで、一酸化炭素は、水との第2の反応によって二酸化炭素に変えられることにより、燃料電池での即座の使用のために、二酸化炭素およびさらなる水素を形成する。当然のことながら、水素燃料電池はまた、水素ガスによって電力供給されてもよい。
【0022】
燃料電池は、代わりに、メタノールまたはエタノール等の液体燃料によって電力供給されてもよい。直接メタノール燃料電池(DMFC)は、日本国東京の東芝社および米国ニューヨーク州オールバニーのMTI Micro社等の多くの会社から入手可能である。液体燃料式燃料電池は、PEM技術を使用する燃料電池よりも携帯可能であり、取り扱いが容易である。多種多様な他の燃料電池が、多くの製造業者から市販されている。これらの会社および他の会社はまた、交換用燃料カートリッジも販売している。
【0023】
これらの燃料電池は、特に、患者が、電力が簡単に、またはしばしば、障害を受ける地域にいる場合に、透析機等の医療用流体療法機械に電力供給するために有利に利用され得る。患者が予定通りに療法を受けることが、患者の健康および快適性にとって重要である。また、いったん療法が開始されると、それを完了することも重要である。それ故に、遠隔または農村地域にある透析機は、燃料電池によって一次的または二次的に電力供給され得る。メタノール燃料電池において、メタノールは、陽極において水で酸化されることにより、二酸化炭素、水素イオン、および電子を形成する。陰極において、酸素は、水素イオンとの反応によって還元されることにより、水を産出する。それ故に、水は、反応の両側に存在し、燃料電池のエネルギー密度を制限する傾向がある。しかしながら、そのような電池は、はるかに低い温度において、取り扱いおよび動作がとても容易である。
【0024】
透析療法は、典型的には、図1に図示するような機械等の腹膜透析機で行われる。1つの好適な腹膜透析機は、米国イリノイ州ディアフィールドのBaxter International社からのHomeChoice(登録商標)腹膜透析機である。患者Pは、示されるような埋め込まれたカテーテル等の患者アクセスデバイス5によって、点線内に示される透析流体送達システム1に接続される。カテーテルは、単一管腔もしくは二重管腔カテーテルであってもよく、または別の種類のアクセスデバイスが使用されてもよい。透析溶液の複数の容器2は、弁または他のコネクタを通じて、示されるような透析機に接続される。ポンプ3は、透析流体を容器2から1つずつ、バランスチャンバ4を通じて、アクセスデバイスを通じて、患者Pの腹膜腔に輸送するために使用される。腹膜透析溶液が所望の滞留時間にわたって患者内に残った後、バランスチャンバ4を通じて、それから排液管7へ、使用済み透析溶液を送出するために、同一ポンプ3または別のポンプ6が使用されてもよい。
【0025】
本明細書に考察する実施形態では、透析流体送達システム1は、図2に図示するような制御システム10等の透析制御システムで使用される。透析制御システム10は、患者アクセスデバイス15への接続のための流体ライン12を含む、図1に図示する腹膜透析送達システム等の透析流体送達システム11を含む。透析流体送達システム11は、制御ユニット13の監視下で患者に透析を実施する。一実施形態における制御ユニット13は、少なくとも入力キーパッド14、タッチスクリーンであってもよい制御パネル14a、入力テンキー14b、およびマウス14cを有する。制御ユニットはまた、フロッピー(登録商標)ドライブまたはCDドライブに好適であり得る入力ドライブ15aも含む。本実施形態におけるコンピュータは、ポート16を含む、インターネットアクセス15bならびにさらなる入力および出力のためのポートを有して構成される。さらなる入力ポートは、USBポート等のシリアルポートまたはパラレルポートの任意の組み合わせであってもよい。
【0026】
いくつかの実施形態では、制御ユニットは、遠隔制御ユニットからのコマンドを受信するように適合され、手持ち式リモコンのためのIR受信器15cを含む。入力/出力は、光入力または出力15d、および他のデジタルまたはアナログ入力を含んでもよい。制御部分15eは、透析機を操作するための一連の制御ノブまたはスイッチを含む。スピーカ出力17は、緊急事態または透析機の他の誤作動があった場合に、患者または介護者に警告することができる。また、患者または介護者に警告するための視覚警報15fもある。制御部は、遠隔のコマンドまたは情報を受信するためのアンテナ19を含む。アンテナは、以下に考察するように、患者のための無線デバイスとの通信のために使用されてもよい。アンテナはまた、無線(WiFi)インターネットアクセスのために使用されてもよく、または遠隔であるがより近いコマンドのために使用されてもよい。
【0027】
図3は、透析機10の制御部分30のより詳細な図を示す。図3に見られるように、本実施形態における通信は、移動可能なCAPD患者等の患者の利便性および移動性のために、無線である。しかしながら、当業者は、ワイヤーハーネスまたはケーブルもまた、2つの部分を接続し得ることを認識するであろう。透析機制御部分30は、一次あるいは二次電源としての燃料電池等の電源32から電力を受ける、監視マイクロコントローラ31を含む。透析機は、その一次電力を家庭用または公共用電力として受けてもよい。マイクロコントローラは、少なくともキーパッド33からの入力を受信し、また、診療所および病院情報システムから等の有線接続34からのデータおよびコマンドを受信してもよい。入力はまた、無線接続および 無線機35を介して、患者から受信されてもよい。マイクロコントローラは、ビデオモニタ36、スピーカ37への出力、ならびに透析液ポンプ38および透析液用のヒータ39への制御を有する。機械制御システムは、マイクロコントローラ31の一部として、またはマイクロコントローラ31によってアクセス可能な、少なくとも1つのメモリを含む。家庭用電力等の一次源からの電力中断を検知し、家庭用電力から燃料電池に切り替えるための回路は、図には具体的に示されない。
【0028】
図4に示すような透析機制御システム40の別の実施形態は、携帯型装置、例えば、図7に示すような患者によって装着される装置により適している。本実施形態では、電力は、交換型燃料カートリッジを有する燃料電池41によって提供され、変換回路42によって変換され、バッテリまたはキャパシタ等の任意で選択されるエネルギー貯蔵デバイス43内に貯蔵される。マイクロコントローラ44は、マウス45およびキーパッド46からの入力を使用して、デバイスを制御する。制御システムはまた、警報47およびビデオ出力48を含む出力も有し、これらは、非常に小型のデバイス、例えば、透析治療中の残り時間を表示するデバイスであってもよい。本実施形態では、制御システム40はまた、病院または診療所のイントラネット等の別のデバイスへの無線通信のための無線機49も含む。いくつかの実施形態では、透析機制御システム40はまた、マイクロコントローラ44に信号を送り、かつシステムの作動を制御するための、スイッチまたは他の電気機械的入力を含んでもよい。変換器42はまた、自動車電気システム(12VDCもしくは24VDC)または他の使用可能な電圧等の、他の電源から電力を受けてもよい。それ故に、携帯型透析機は、電動カート、電動車椅子、自動車、トラック、または他の可動車両に載置され、そこから電力を受けてもよい。
【0029】
無線機または無線受信器/送信器49は、小型かつコンパクトであり、携帯型透析システム上に容易に配置される。機能する一無線機は、ZigBee/IEEE 805.15.4に従った無線モジュールである。これは、約10〜20フィートの非常に限定された範囲を有する、非常に低い電力の無線システムの規格である。この規格に従って作製されるモジュールは、米国ユタ州リンドンのMaxstream,Inc.社、米国カリフォルリア州カールズバッドのHelicomm,Inc.社、およびカナダ国アルバータ州CochraneのANT社から購入され得る。モジュールは、非常に小さく、約2cm四方(約1インチ四方)で、約3mm(1/8インチ)の厚さである。上述のように、制御部分40は、約10〜20フィートのZigBeeモジュールの範囲内で、無線アンテナまたは受信器と近接するように意図される。それ故に、携帯型機械は、便利なように小型であり、患者の邪魔にならないが、病院情報システムまたは他のネットワークとの通信および制御が十分に可能である。
【0030】
図5〜図6は、燃料電池、および燃料電池からの電気を使用するための電力供給を図示する。図5は、透析機のための電力回路50を図示し、電力回路は、燃料供給または燃料カートリッジ51、燃料電池スタック52、および、AC電力57が燃料電池の作動を開始できない場合にシステムを始動するのに十分な電気を供給するためのバッテリ53を含む。バッテリはまた、電力需要が燃料電池から利用可能な電力を超える場合に燃料電池からの電力を補ってもよく、またはバッテリは、余剰な電力が、電気負荷の残りの部分によって使用されていない燃料電池から利用可能である場合に、燃料電池によって充電されてもよい。燃料電池が作動していない場合、AC電力は、バッテリへの充電を維持し得る。単一の燃料電池から発生される電位は、典型的には、約0.7〜約1VDCである。それ故に、本実施例では、燃料電池は、少なくとも5VDC等の有用な電圧を得るために、連動するか、または直列に積層する。必要な電力出力が約450Wのヒータの場合、約30Vの出力電圧が、所要のヒータ電流を妥当なレベルまで低下させるために必要とされ得る。いったん積層または他の技術によって有用な電圧が得られると、マイクロコントローラまたは他の制御デバイスのために、DC電力が使用され得る。
【0031】
図5に図示するシステムは、AC電源の場合におけるAC/DC変換器59、または、燃料電池が電源である場合の実施形態におけるDC/DC変換器を使用することなく、電力を電源から発熱体に直接供給することによって、電力変換損失を最小限に抑える。コントローラを含む、残りの電気/電子負荷に電力を供給するために使用されるAC/DC変換器59が、いくつかの電磁適合性基準によって要求されるように、AC電力線上の電流高調波を最小限に抑えるために、力率補正回路を利用し得ることに留意されたい。上記のように、DC電力、またはAC電力でさえ、バッテリからの、または移動車両の発電機もしくはオルタネータからの携帯型透析機に利用可能であり得る。一実施形態では、DC/DC変換器54は、携帯型透析機に電力供給するために、そのようなDC電力を直接受けてもよい。
【0032】
標準的な115VAC電力が利用可能である場合、典型的な発熱体は、30オームの抵抗を有し、必要とされる450Wを発熱体に提供する。より少ない電力が必要な場合、スイッチS3が開放され、瞬時電力をゼロまで低下させる。一般的に、発熱体に送達される平均電力を制御するために、パルス幅変調(PWM)信号が適用される。PWMは、ヒータパン上で所望の温度を維持するように、比例積分微分(PID)制御ループによって制御される。必要とされる電力は、30オーム発熱体に接続される115VAC電源によって、または、120オーム発熱体に接続される230VAC電源によって、発熱体に供給されてもよい。発熱体の温度制御は、PIDコントローラを使用して、上記のように制御される。図示されないが、加熱パンは、2つの抵抗発熱体を含んでもよく、それぞれ、60オームの抵抗を有する。115VAC電力に対して、一連のスイッチが、60オーム抵抗発熱体を並列に配置し、所望の30オーム発熱体を効果的に作製する。230VAC電力に対して、別の一連のスイッチが、60オーム発熱体を直列に配置し、所望の120オーム抵抗発熱体を作製する。スイッチのこのネットワークの実装は、電気技術分野の当業者によく知られている。
【0033】
一実施形態では、燃料電池は、電力をヒータに供給し、発熱体は、2オームの抵抗を有する。これは、必要とされる450ワットを発生するために、約30VDCの燃料電池電圧出力を必要とする。これは、直列の40個の燃料電池を有する電源を必要とし得る。上記のように、最大電力未満の電力が要求される場合、PIDコントローラを使用してS2が開放され、所望の量の平均電力が発熱体に提供される。
【0034】
透析機をオンにすることが必要な時に、AC電力57が利用可能である場合、ユーザまたは制御システムがスイッチS1をAC位置に移動させることにより、DC/DC変換器/バッテリ充電器54は、制御システム55が待機状態から動作状態になるように電力供給することが可能になる。透析機は、その正常な作動を開始し、必要に応じて、バッテリ充電が開始される。必要に応じて、AC電力が供給される発熱体56は、スイッチS3を閉鎖することによって作動され、ヒータパンへの適切なエネルギーの流れを維持するように調整される。AC電力損失が発生した場合、バッテリがコントローラ55に電力を供給する一方で、ヒータ58は、スイッチS2を閉鎖することによって制御され、バッテリからのエネルギーを保存するためにオフにされる。コントローラまたは制御システム55は、燃料が燃料電池スタック52に到達することを可能にし、S1は、燃料電池スタック52からの電力を変換器/バッテリ充電器54に接続するために、FC位置に切り替えられる。電力が燃料電池から利用可能になると、バッテリ53は、スイッチS2を調整することによって発熱体に電力を供給し、かつバッテリを再充電するのに十分な電力が燃料電池から利用可能になるまで、より少ない電力を供給する。AC電力が復旧すると、燃料電池をオフにすることができるように、プロセスが逆にされる。AC電力が利用可能でない場合、バッテリ53は、最初にスイッチを通じてAC電力状態へ移行することなく、燃料電池をオンにするために電力を供給する。
【0035】
電力回路60の第2の実施形態を図6に図示する。本実施形態では、燃料供給61は、燃料電池スタック62に接続される。燃料電池62によって発生される電気を一時的に貯蔵するために、エネルギー貯蔵デバイス63(キャパシタまたはスーパーキャパシタ)が使用される。キャパシタは、フィルタとしてではなく、かなり大型のエネルギー貯蔵デバイス、すなわち、30VDCで最大20ファラッド貯蔵することが可能なキャパシタとして意図される。図6に図示するキャパシタは、実際には、所要の静電容量および電圧許容能力を形成するために、直列に、また並列にも配置される、多くの低電圧/高静電容量キャパシタの組み合わせである。電気二重層キャパシタとして既知である基本的なキャパシタは、米国マサチューセッツ州ニューベッドフォードのCornell Dubilier Electronics社等の種々の製造業者から入手可能である。
【0036】
小型バッテリ53をDC/DC変換器64およびコントローラ65に接続するための、スイッチS1、S2、S3、および新たなスイッチS4を含む、図6の残りの回路構成部品の大部分は、図5の構成部品と同様である。これらは、AC主電力67、AC/DC変換器69、ヒータ66、68、およびDC/DC変換器64を含む。長期間(数日から数ヶ月)の保管後にAC電力が利用可能でない場合に、フル充電のスーパーキャパシタが、該器具の電源を入れることを可能にするのに十分なエネルギーを提供することは期待されない。したがって、図6にあるように、起動時に利用可能なAC電力なしで使用することを可能にするために、図6に示すキャパシタに加えて、バッテリ53が必要とされる。この小容量バッテリは、燃料電池スタックが電気を発生することを可能にするために、燃料電池スタック62につながる燃料弁を開放するのに十分な制御エネルギーを供給する。また、上記のように、DC/DC変換器64は、携帯型透析システムに電力供給するために、移動車両バッテリまたは発電機システムからDC電力を受けることが可能である。
【0037】
インラインヒータを使用する、燃料電池式透析システム20の別の実施形態を図7に示す。透析流体のインライン加熱は、米国特許第7,153,285号においてより完全に説明され、ここで、その全体内容が参照により援用され、また該特許は、本特許の譲受人に譲渡されている。本実施形態では、燃料電池52は、燃料51によって電力供給され、また、触媒インラインヒータ22にも燃料供給する。透析流体は、入力配管24を通じて患者に流動し、触媒ヒータ22を通過する際に加熱される。この技術を使用して、最初に熱エネルギーを電気に変換する必要なく、熱エネルギーが直接使用される。それ故に、この技術は、大量の透析流体の電気加熱で必要とされる高電圧かつ高電流の必要性を回避し、該技術および装置は、遠隔地域においても有用である。米国特許第5,326,252号および同第5,842,851号(ここでその全体内容が参照により援用される)に記載されるような触媒ヒータは、メタノールまたはエタノール等の燃料から熱エネルギーを直接供給するために有用である。適切な制御は、触媒ヒータ制御によって、およびシステムコントローラ55によって提供される。システム20の残りの部分は、AC電力接続57、AC/DC変換器59、貯蔵バッテリ53、およびDC/DC変換器54を含み、それらは、実質的に、図5のシステム50に関して記載したように作動する。スイッチS1は、DC/DC変換器を燃料電池スタック52(120VACまたは240VAC)からの電気に接続するように作動する。
【0038】
触媒ヒータは、米国特許第4,068,651号(ここでその全体内容が参照により援用される)にあるように、燃料としてアルコールを使用する小型の手足ウォーマー等の種々の用途に有用である。透析液流体を温めるのに有用なインライン触媒ヒータは、米国特許第4,659,634号(ここでその全体内容が参照により援用される)において言及されるように、メタノールまたは他の燃料を使用してもよい。自身の燃料および周囲の空気に依存する触媒ヒータは、米国特許第5,037,293号に記載されるように、自己制御的である傾向があり、それ故に、適切な制御をすることで、非常に安全である。米国特許第5,037,293号もまた、その全体内容が参照により援用される。そのようなシステムでは、触媒ヒータは、システムコントローラに接続され、熱電対またはサーミスタ等の少なくとも1つの温度指示器によって監視され、温度指示器は、触媒ヒータの内外への透析流体の温度を監視および報告する。触媒ヒータは、カンザス州ウィチタのColeman Co.社、イリノイ州アンティオクのCentury Tool & Mfg.社を含む、多くの製造業者から入手可能であり、Master and Reddyヒータは、ケンタッキー州ボウリンググリーンのDESA Company社から入手可能である。
【0039】
携帯型・装着型透析デバイス70を図8に図示する。患者アクセス71は、示されるような二重管腔デバイスであってもよい。あるいは、携帯型デバイスは、単一管腔アクセスデバイスを利用し得、また、使用済み透析液が、腹膜内に戻る再循環のために患者の腹膜から送出されている間、その一時的な貯蔵用の容器を提供し得る。透析デバイス70はまた、患者への、および患者からの流体の流動を容易に制御するために、可撓性配管等の配管72、および蠕動ポンプまたは他の容積型ポンプ等のポンプ73を含む。
【0040】
透析デバイスは、おそらく移動可能な患者によって運ばれることはないが、排出状態に利用可能である排液バッグ(図示せず)につながる、第1の排液管弁74を含む。粒子フィルタ75は、処理される透析流体が使い捨てカートリッジ76に接触する前に、流体回路から粒子および破片を除去するのに役立つ。本実施形態における使い捨てカートリッジ76は、使用済み透析液流体からの異なる毒素の除去のためのいくつかの層を含む。本実施形態では、クレアチニンおよび他の有機毒素を除去するための炭素またはチャコール層が存在する。尿素を除去するための、酸化ジルコニウム等の、ウレアーゼおよび吸収剤を有する層が存在する。また、リン酸ジルコニウム等の、リン酸塩および硫酸塩を除去するための、吸着剤またはイオン交換樹脂を有する層も存在する。第4の層は、尿素を除去するための酸化ジルコニウムおよびウレアーゼの第2の層である。他の実施形態では、追加または第4の層は、異なり得る。カートリッジは、比較的大きいため、燃料電池77およびその関連する燃料供給は、カートリッジ上に載置される。一実施形態では、燃料電池およびその燃料供給は、ベルトに装着されるよりもむしろ、バックパック内で運ばれ得る。別の実施形態では、燃料電池77は、残りの大抵の部分と比較してもかさばっているポンプ73上に載置されてもよい。示されるように、配管79を通じて患者アクセスデバイス71の他の管腔に向かう途中での、新しくリフレッシュされた透析液流体に対する最終清浄として、抗菌フィルタ78もまた使用され得る。一実施形態では、燃料電池、およびその関連する電力貯蔵、ならびに変換システムは、固定状態で携帯型透析機を使用することが望ましい状況に対して、上記のように、標準的なAC壁コンセント電力またはDCバッテリ電力を受けるように構成される。これは、例えば、自宅において、または移動車両に一定期間乗車している時に起こり得る。
【0041】
上記の携帯型・装着型透析システムは、透析流体から毒素および不純物を除去するために、透析流体がフィルタおよび吸着剤パックを通じて連続的または周期的に循環される腹膜透析に好適である。携帯型血液透析機もまた想定される。二重管腔カテーテルの代わりに、個人への、および個人からの血液の流れに備えるアクセスデバイスが存在する。2つのポンプが存在し、一方は、血液のためのポンプであり、もう一方は、ダイアライザに、およびダイアライザから透析流体を送出するためのポンプであり、ダイアライザもまた、患者用のベルトまたはバックパックに載置される。また、血液から分離される限外濾過液を除去するために、ダイアライザに、およびダイアライザから連続的に送出される透析液流体用の、少なくとも1つの容器も存在する。透析流体は、パック内の吸着剤への吸収によって毒素を除去するために、腹膜透析と同様の様式において、吸着剤パックを通じて送出される。
【0042】
透析機は、適度な量のエネルギーを消費する。腹膜透析では、エネルギーの大部分は、大量の透析液流体を加熱するのに使用される。1つの概算として、単にマイクロプロセッサ、小型ライト等を作動させている、休止状態における透析機自体は、送出動作を含み、約30Wの定電力、すなわち、毎時約30Whを必要とする。さらに、透析機は、透析液を約27℃(室温)から約37℃(体温)に加熱するために、約305Whのエネルギーを必要とする。9時間の療法に対して、これは、9時間にわたって、合計で約9×30つまり270Wh+305Whとなり、計約575Whになる。10℃(50°F)の室温、9時間の療法、および、透析液バッグ内の熱を保つための透析液バッグ上の断熱材を使用して、さらなる試験を実施した。透析液容器またはバッグは、通常、ヒータパン上に配置され、その上面は、室温空気に晒される。
【0043】
この試験中、一定の270Whに加えて、透析液を加熱するために約730Wh、計約1000Whを必要とした。毛布なしの10℃での追加試験は、加熱のために約1120Whを必要とし、一定の270Whと合わせて、合計で270+1120=約1390Whを必要とした。したがって、電力需要は、非常に低温の家庭環境において約1390Whくらいに高く及び得るが、約600Whのエネルギー消費が腹膜透析に対してより普通であると考えられる。血液透析は、典型的には、3〜4時間にわたって行われ、したがって、腹膜透析ほど長い期間を必要としない。透析液または血液は、患者への温度ショックを回避するために温められ、腹膜透析よりもはるかに多くの送出を伴う。結局、水および濃縮液、または予混合透析液もまた温められるため、血液透析は、腹膜透析よりも高い総エネルギー必要量を有すると予想される。このような状況において、インライン加熱は、特に、上記の図7のように、温めるための熱が別個に供給される場合、明らかに有利である。
【0044】
上記の実施形態は、透析または流体取扱い機械のための独立型電力供給を図示する。他の実施形態では、本明細書に記載する燃料電池は、地方の家庭用、自動車用、または公共用電力に対するバックアップ電力供給として使用され得る。図9は、無停電電力回路として使用され得るAC電力回路の実施形態80を図示し、公共用電力源への接続のための公共用入力回路84の第1の入力端子82と、出力回路100が端子82から切断されることを可能にするスイッチ86とを組み合わせる。燃料電池入力回路90は、第2の入力端子92、ダイオード94、バッテリシステム96、およびインバータ/充電器回路98を含む。第2の入力端子92は、DC燃料電池出力電圧が端子92をわたって存在するように、燃料電池に接続される。自動車からのDC電力入力は、バッテリ96と並列に接続され得る。
【0045】
AC電力発生回路80が公共用電力からAC電力出力を発生する時、インバータ充電器回路98は、バッテリ96を充電する。それ故に、公共用電力が障害を受けた場合、インバータ/充電器回路98は、燃料電池が電気の発生を開始するまで、バッテリ96内に貯蔵されたエネルギーを使用して、バックアップまたは二次AC電力を発生することができる。バッテリはまた、燃料源と他の必要な弁またはポンプとを接続するための電力等、エネルギーを産出する燃料電池を始動するのに必要な電力を供給する。ダイオード94は、バッテリ96を充電する電流が、燃料電池または燃料電池スタック内に逆流することを防止する。
【0046】
出力回路100は、第1の一次巻線87、第2の一次巻線88、および二次巻線106を有する、変圧器を含む。出力回路100はまた、二次巻線106をわたって接続される従来型のキャパシタ104も含む。出力端子108は、透析機上のAC電力コネクタへの接続のために、二次巻線106の一部をわたって接続される。第1の一次巻線87は、スイッチ86を通じて第1の入力端子82に接続される。第2の一次巻線88は、インバータ/充電器回路98に接続される。これらの接続によって、出力AC電力信号は、出力端子108をわたって存在する。
【0047】
変圧器102およびキャパシタ104は、当該技術分野でよく知られているように、AC電力出力を調整する。燃料電池が、スイッチ86を開放したまま、変圧器102を通じて出力端子108に電力を供給しており(AC電力障害の場合のように)、かつAC電力が復旧した場合、インバータ/充電器は、端子82に接続されたAC幹線と同期し、スイッチ86が閉鎖されると同時に、変圧器への電力供給を停止することにより、AC幹線が端子108に電力を供給することを可能にする。本システムは、そのような状態を検出するために、状態監視および制御システムが備えられてもよい。本実施形態は、一時的な停電に対して電力を貯蔵するために、バッテリ96を使用する。インバータ/充電器ならびに燃料電池弁およびポンプの制御システムのためのDC電力出力は、バッテリから得られてもよい。
【0048】
図10の別の実施形態は、エネルギー貯蔵用の大型キャパシタを使用する。発生回路110の公共用入力回路114は、公共用電力源に接続される第1の入力端子112、および、出力回路130が公共用入力端子112から切断されることを可能にするスイッチ116を含む。燃料電池入力回路120は、第2の入力端子122、ダイオード124、貯蔵キャパシタ126、およびインバータ/充電器回路128を含む。第2の入力端子122は、DC燃料電池出力電圧が端子122をわたって存在するように、燃料電池スタックに接続される。
【0049】
AC電力発生回路110が公共用電力からAC出力電力を発生する時、インバータ充電器回路128は、貯蔵キャパシタ126を充電する。それ故に、公共用電力が障害を受けた場合、インバータ/充電器回路128は、燃料電池が電気の発生を開始するまで、スーパーキャパシタ126内に貯蔵されたエネルギーを使用して、二次またはバックアップAC電力を発生することができる。スーパーキャパシタはまた、燃料源と他の必要な弁またはポンプとを接続するための電力等、エネルギーを産出する燃料電池を始動するのに必要な電力を供給する。ダイオード124は、電流が燃料電池内に逆流することを防止する。
【0050】
出力回路130は、第1の一次巻線117、第2の一次巻線118、および二次巻線136を有する、変圧器132を含む。出力回路130は、二次巻線136をわたって接続される従来型のキャパシタ134をさらに含む。回路出力端子138は、二次巻線136の一部をわたって接続され、透析機上のAC電力コネクタへの接続が意図されている。第1の一次巻線117は、スイッチ116を通じて第1の入力端子112に接続される。第2の一次巻線118は、インバータ/充電器回路128に接続される。そのように接続されることによって、出力されるAC電力出力は、出力端子138をわたって存在する。変圧器132およびキャパシタ134は、AC電力出力を調整する。
【0051】
燃料電池が一次エネルギー源であり、かつ燃料電池出力が中断された場合、十分なエネルギーが大型キャパシタ126によって貯蔵されることにより、AC公共用電力が出力回路130に到達することを可能にするようにスイッチ116が閉鎖され得るまで、AC電力出力を維持する。該システムは、そのような変化を検出するために、状態監視および制御システムが備えられてもよく、または手動で操作されてもよい。
【0052】
携帯型電源透析システムの多くの他の実施形態が存在する。例えば、構成部品は、パック内に配置されてもよく、パックは、例えば、車輪付きスーツケースもしくは手荷物トートバック上、バックパック上、カート上で、または車椅子を使用する人用のパックとしてさえ、容易に輸送される。バックパック携帯型電源透析システム140の一実施例を図11に図示する。該システムは、ベルト141およびショルダーストラップ145を含む、普通のバックパックの外観を有する、キャンバス地またはプラスチックのバックパックとして設計される。この切り欠き図において、該システムは、該システムの種々の構成部品を装填し、取り外し、および交換する上での便宜上、いくつかの棚または段142、143、144を有する。
【0053】
かさばる可能性があるバッテリ146は、バッグの底部に配置され、本実施形態では、燃料電池150用の燃料キャニスタ148を支持する。燃料は、容易に除去され、かつ未使用燃料と交換され得るように、パック内に配置されるべきである。使い捨てまたはカセット部分152ならびに制御部分および電子機器154は、最下段の上に配置される。次の段は、交換型フィルタカートリッジ156、および、使い捨て部分152内のポンプ(単数または複数)の代わりに、またはそれに加えて使用され得る、ポンプ158を含む。透析液流体の容器160は、最上段に配置される。該構成部品のこの特定の配置は、唯一の可能な配列ではなく、多くの他の好適な配列もまた可能である。該システムはまた、患者に対して必要な配管およびアクセスデバイスも含む。当然のことながら、いったん蓋またはジッパーを動かすことによってパックが開けられると、交換可能または使用可能な構成部品が容易にアクセス可能である場合、患者にとって便利である。これらは、患者へのアクセスポート用の配管、燃料電池用の燃料、使い捨て部分、フィルタカートリッジ、および透析流体のバッグを含む。
【0054】
当業者には、本明細書に記載した本願での好ましい実施形態に対する様々な変更および改変が明白であることを理解されたい。そのような変更および改変は、本願の主題事項の主旨および範囲から逸脱することなく、またその意図する利点を損なうことなく、なされ得る。したがって、そのような変更および改変は、添付の特許請求の範囲に包含されることを意図する。
【0055】
以上により、本発明は、以下の手段を提供する。
【0056】
(項目1)
医療用流体機械(20、70)を動作させる方法であって、
携帯型燃料電池電源(41、51/52、61/62、77)を提供するステップと、
前記電源(41、51/52、61/62、77)の出力を前記医療用流体機械(20、70)に接続するステップと、
前記医療用流体機械(20、70)を動作させるステップと
を包含し、前記電源(41、51/52、61/62、77)は、前記医療用流体機械(20、70)に電力供給するように適合されている、方法。
【0057】
(項目2)
前記燃料電池(41、51/52、61/62、77)は、メタノールまたはエタノールによって電力供給される、項目1に記載の方法。
【0058】
(項目3)
前記携帯型燃料電池電源(41、51/52、61/62、77)は、電気を発生し、前記携帯型燃料電池電源(41、51/52、61/62、77)に接続されているバッテリまたはキャパシタ(43、63)に電気を貯蔵するステップをさらに包含する、項目1〜項目2のいずれか1項に記載の方法。
【0059】
(項目4)
前記携帯型燃料電池電源(41、51/52、61/62、77)は、燃料電池(52、62)と、随意で、前記燃料電池(52、62)に接続されている燃料源(51、61)とを備えている、項目1〜項目3のいずれか1項に記載の方法。
【0060】
(項目5)
前記医療用流体機械(20、70)は、個人によって装着される携帯型腹膜透析機(70)である、項目1〜項目4のいずれか1項に記載の方法。
【0061】
(項目6)
触媒ヒータ(22)を使用して、患者への注入用の医療用流体を温めるステップをさらに包含する、項目1〜項目5のいずれか1項に記載の方法。
【0062】
(項目7)
家庭用公共電力または自動車用電力から前記医療用流体機械に電力を提供するステップをさらに包含する、項目1〜項目6のいずれか1項に記載の方法。
【0063】
(項目8)
透析機(20、70)を動作させる方法であって、
電力の燃料電池源(52、62)を提供するステップと、
前記燃料電池源(52、62)の電気出力を透析機(20、70)に接続するステップと、
前記透析機(20、70)を動作させるステップと
を包含し、前記燃料電池源(52、62)は、液体燃料(51、61)によって電力供給され、少なくとも前記透析機(20、70)と同じくらい小型で、コンパクトで、かつ携帯可能である、 方法。
【0064】
(項目9)
前記透析機(20、70)は、腹膜透析機または血液透析機である、項目8に記載の方法。
【0065】
(項目10)
貯蔵デバイス(53)内に電気を貯蔵するステップをさらに包含し、前記貯蔵デバイス(53)は、前記燃料電池(52)および前記透析機(70)のうちの少なくとも1つに動作可能に接続されている、項目8および項目9のうちの1項に記載の方法。
【0066】
(項目11)
前記透析機(70)および前記燃料電池(52、62)は携帯可能であり、前記動作させるステップは、前記透析機(70)および燃料電池(52、62)が患者によって装着されている間に生じる、項目8〜項目10のいずれか1項に記載の方法。
【0067】
(項目12)
前記電力を前記透析機(20、70)によって使用可能な電圧に変換するステップをさらに包含する、項目8〜項目11のいずれか1項に記載の方法。
【0068】
(項目13)
触媒ヒータ(22)を使用して患者用の透析流体を温めるステップをさらに包含する、項目8〜項目12のいずれか1項に記載の方法。
【0069】
(項目14)
患者用の携帯型・装着型透析機(70)であって、
前記装着型透析機(70)に電力供給するための燃料電池(77)と、
前記燃料電池(77)によって電力供給されるポンプ(73)であって、流体回路(72、79)内に透析流体を送出するためのポンプ(73)と、
前記流体回路(72、79)内に配置されている粒子フィルタ(75)と、
前記流体回路(72、79)内の交換型カートリッジ(76)であって、老廃物を吸収するための交換型カートリッジ(76)と
を備えている、携帯型・装着型透析機。
【0070】
(項目15)
前記流体回路(72、79)内、および患者に接続されるアクセスデバイス(71)の上流に、抗菌フィルタ(78)をさらに備えている、項目14に記載の携帯型・装着型透析機(70)。
【0071】
(項目16)
患者は、単一管腔アクセスデバイスまたは二重管腔アクセスデバイス(71)で前記流体回路(72、79)に接続する、項目14および項目15のうちの1項に記載の携帯型・装着型透析機(70)。
【0072】
(項目17)
前記燃料電池(77)は、直接メタノールまたは直接エタノール燃料電池(52、62)である、項目14〜項目16のいずれか1項に記載の携帯型・装着型透析機(70)。
【0073】
(項目18)
前記透析機(70)は、血液透析機であり、前記透析流体用の容器と、ダイアライザと、前記燃料電池によって電力供給される第2のポンプと、前記透析流体容器を前記流体回路および前記ダイアライザに接続する配管と、患者を前記第2のポンプおよび前記ダイアライザに接続する血液ライン配管であって、前記患者に戻る血液ライン配管とをさらに備えている、項目14〜項目17のいずれか1項に記載の携帯型・装着型透析機(70)。
【0074】
(項目19)
前記透析機は、腹膜透析機である、項目14〜項目17のいずれか1項に記載の携帯型・装着型透析機(70)。
【0075】
(項目20)
患者用の前記透析流体を温めるための触媒ヒータ(22)をさらに備えている、項目14〜項目19のいずれか1項に記載の携帯型・装着型透析機(70)。
【0076】
(項目21)
透析機(20、70)であって、
前記透析機(20、70)に電力供給するための燃料電池(51/52、61/62、77)と、
前記燃料電池(51/52、61/62、77)に接続されている電力貯蔵デバイス(43、63)と、
前記透析機(20、70)用の透析流体のための流体回路(72、79)であって、前記流体回路(72、79)は、未使用透析流体用の入力ラインと、患者への流体接続部と、使用済み透析流体を除去するための排液管とを備えている、流体回路(72、79)と、
少なくとも1つの透析流体ポンプ(73)であって、前記患者に、および前記患者から前記透析流体を送出するための、前記燃料電池(51/52、61/62、77)によって電力供給される、少なくとも1つの透析流体ポンプ(73)と、
前記透析機を制御するための少なくとも1つの入力デバイス(45、46)と、
前記透析機を監視するための少なくとも1つの出力デバイス(47、48)と、
前記透析機(20、70)を制御するためのコントローラ(44)と
を備え、前記コントローラ(44)は、前記少なくとも1つの入力デバイス(45、46)および出力デバイス(47、48)に動作可能に接続されている、透析機(20、70)。
【0077】
(項目22)
前記電力貯蔵デバイス(43、63)は、前記透析機(20、70)の少なくとも1時間の動作のために十分な電力を貯蔵することが可能なバッテリまたはキャパシタである、項目21に記載の透析機。
【0078】
(項目23)
前記貯蔵デバイス(43、63)内の電力を、少なくとも前記透析機(20、70)および前記コントローラ(44)に電力供給するために有用な電気に変換するための回路(42、54、64)をさらに備えている、項目21および項目22のうちの1項に記載の透析機。
【0079】
(項目24)
家庭用、自動車用、または公共用の電力を前記透析機(20、70)に接続するための回路をさらに備え、前記透析機(20、70)は、家庭用、自動車用、または公共用の電力によって電力供給されることが可能である、項目21〜項目23のいずれか1項に記載の透析機。
【0080】
(項目25)
前記燃料電池(51/52、61/62、77)は、水素燃料電池、メタノール燃料電池、またはエタノール燃料電池である、項目21〜項目24のいずれか1項に記載の透析機。
【0081】
(項目26)
前記透析流体を温めるためのインライン触媒ヒータ(22)をさらに備え、前記インライン触媒ヒータ(22)は、前記コントローラ(44)に動作可能に連絡している、項目21〜項目25のいずれか1項に記載の透析機。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
医療用流体機械(20、70)を動作させる方法であって、
携帯型燃料電池電源(41、51/52、61/62、77)を提供するステップと、
前記電源(41、51/52、61/62、77)の出力を前記医療用流体機械(20、70)に接続するステップと、
前記医療用流体機械(20、70)を動作させるステップと
を包含し、前記電源(41、51/52、61/62、77)は、前記医療用流体機械(20、70)に電力供給するように適合されている、方法。
【請求項2】
前記燃料電池(41、51/52、61/62、77)は、メタノールまたはエタノールによって電力供給される、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記携帯型燃料電池電源(41、51/52、61/62、77)は、電気を発生し、前記携帯型燃料電池電源(41、51/52、61/62、77)に接続されているバッテリまたはキャパシタ(43、63)に電気を貯蔵するステップをさらに包含する、請求項1〜請求項2のいずれか1項に記載の方法。
【請求項4】
前記携帯型燃料電池電源(41、51/52、61/62、77)は、燃料電池(52、62)と、随意で、前記燃料電池(52、62)に接続されている燃料源(51、61)とを備えている、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の方法。
【請求項5】
前記医療用流体機械(20、70)は、個人によって装着される携帯型腹膜透析機(70)である、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の方法。
【請求項6】
触媒ヒータ(22)を使用して、患者への注入用の医療用流体を温めるステップをさらに包含する、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項7】
家庭用公共電力または自動車用電力から前記医療用流体機械に電力を提供するステップをさらに包含する、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の方法。
【請求項8】
透析機(20、70)を動作させる方法であって、
電力の燃料電池源(52、62)を提供するステップと、
前記燃料電池源(52、62)の電気出力を透析機(20、70)に接続するステップと、
前記透析機(20、70)を動作させるステップと
を包含し、前記燃料電池源(52、62)は、液体燃料(51、61)によって電力供給され、少なくとも前記透析機(20、70)と同じくらい小型で、コンパクトで、かつ携帯可能である、 方法。
【請求項9】
前記透析機(20、70)は、腹膜透析機または血液透析機である、請求項8に記載の方法。
【請求項10】
貯蔵デバイス(53)内に電気を貯蔵するステップをさらに包含し、前記貯蔵デバイス(53)は、前記燃料電池(52)および前記透析機(70)のうちの少なくとも1つに動作可能に接続されている、請求項8および請求項9のうちの1項に記載の方法。
【請求項11】
前記透析機(70)および前記燃料電池(52、62)は携帯可能であり、前記動作させるステップは、前記透析機(70)および燃料電池(52、62)が患者によって装着されている間に生じる、請求項8〜請求項10のいずれか1項に記載の方法。
【請求項12】
前記電力を前記透析機(20、70)によって使用可能な電圧に変換するステップをさらに包含する、請求項8〜請求項11のいずれか1項に記載の方法。
【請求項13】
触媒ヒータ(22)を使用して患者用の透析流体を温めるステップをさらに包含する、請求項8〜請求項12のいずれか1項に記載の方法。
【請求項14】
患者用の携帯型・装着型透析機(70、140)であって、
前記装着型透析機(70、140)に電力供給するための燃料電池(77、150)と、
透析液供給(160)と、
前記燃料電池(77、150)によって電力供給されるポンプ(73、158)であって、流体回路(72、79)内に透析流体を送出するためのポンプ(73、158)と、
前記流体回路(72、79)内の透析流体を直接温めるために前記燃料電池(77、150)によって電力供給されるインラインヒータ(22)と、
前記流体回路(72、79)内に配置されている粒子フィルタ(75)と、
前記流体回路(72、79)内の交換型カートリッジ(76、156)であって、老廃物を吸収するための交換型カートリッジ(76、156)と
を備えている、携帯型・装着型透析機。
【請求項15】
前記流体回路(72、79)内、および患者に接続されるアクセスデバイス(71)の上流に、抗菌フィルタ(78)をさらに備えている、請求項14に記載の携帯型・装着型透析機(70)。
【請求項16】
患者は、単一管腔アクセスデバイスまたは二重管腔アクセスデバイス(71)で前記流体回路(72、79)に接続する、請求項14および請求項15のうちの1項に記載の携帯型・装着型透析機(70)。
【請求項17】
前記燃料電池(77、150)は、直接メタノールまたは直接エタノール燃料電池(52、62)である、請求項14〜請求項16のいずれか1項に記載の携帯型・装着型透析機(70、140)。
【請求項18】
前記透析機(70)は、血液透析機であり、前記透析流体用の容器と、ダイアライザと、前記燃料電池によって電力供給される第2のポンプと、前記透析流体容器を前記流体回路および前記ダイアライザに接続する配管と、患者を前記第2のポンプおよび前記ダイアライザに接続する血液ライン配管であって、前記患者に戻る血液ライン配管とをさらに備えている、請求項14〜請求項17のいずれか1項に記載の携帯型・装着型透析機(70)。
【請求項19】
前記透析機は、腹膜透析機である、請求項14〜請求項17のいずれか1項に記載の携帯型・装着型透析機(70)。
【請求項20】
前記燃料電池(77、150)に接続されている電力貯蔵デバイス(43、63)と、
前記透析機を制御するための少なくとも1つの入力デバイス(45、46)と、
前記透析機を監視するための少なくとも1つの出力デバイス(47、48)と、
前記透析機(70、140)を制御するためのコントローラ(44)と
をさらに備え、前記コントローラ(44)は、前記少なくとも1つの入力デバイス(45、46)および出力デバイス(47、48)に動作可能に接続されている、請求項14〜請求項19のいずれか1項に記載の携帯型・装着型透析機(70、140)。
【請求項21】
前記電力貯蔵デバイス(43、63)は、前記透析機(70、140)の少なくとも1時間の動作のために十分な電力を貯蔵することが可能なバッテリまたはキャパシタである、請求項20に記載の携帯型・装着型透析機。
【請求項22】
前記貯蔵デバイス(43、63)内の電力を、少なくとも前記透析機(70、140)および前記コントローラ(44)に電力供給するために有用な電気に変換するための回路(42、54、64)をさらに備えている、請求項20および請求項21のうちの1項に記載の携帯型・装着型透析機。
【請求項23】
家庭用、自動車用、または公共用の電力を前記透析機(70、140)に接続するための回路をさらに備え、前記透析機(70、140)は、家庭用、自動車用、または公共用の電力によって電力供給されることが可能である、請求項14〜請求項19および請求項21〜請求項23のいずれか1項に記載の携帯型・装着型透析機。
【請求項24】
インラインヒータは、触媒ヒータ(22)であり、前記コントローラ(44)に動作可能に連絡している、請求項20〜請求項23のいずれか1項に記載の携帯型・装着型透析機。
【請求項1】
医療用流体機械(20、70)を動作させる方法であって、
携帯型燃料電池電源(41、51/52、61/62、77)を提供するステップと、
前記電源(41、51/52、61/62、77)の出力を前記医療用流体機械(20、70)に接続するステップと、
前記医療用流体機械(20、70)を動作させるステップと
を包含し、前記電源(41、51/52、61/62、77)は、前記医療用流体機械(20、70)に電力供給するように適合されている、方法。
【請求項2】
前記燃料電池(41、51/52、61/62、77)は、メタノールまたはエタノールによって電力供給される、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記携帯型燃料電池電源(41、51/52、61/62、77)は、電気を発生し、前記携帯型燃料電池電源(41、51/52、61/62、77)に接続されているバッテリまたはキャパシタ(43、63)に電気を貯蔵するステップをさらに包含する、請求項1〜請求項2のいずれか1項に記載の方法。
【請求項4】
前記携帯型燃料電池電源(41、51/52、61/62、77)は、燃料電池(52、62)と、随意で、前記燃料電池(52、62)に接続されている燃料源(51、61)とを備えている、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の方法。
【請求項5】
前記医療用流体機械(20、70)は、個人によって装着される携帯型腹膜透析機(70)である、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の方法。
【請求項6】
触媒ヒータ(22)を使用して、患者への注入用の医療用流体を温めるステップをさらに包含する、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項7】
家庭用公共電力または自動車用電力から前記医療用流体機械に電力を提供するステップをさらに包含する、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の方法。
【請求項8】
透析機(20、70)を動作させる方法であって、
電力の燃料電池源(52、62)を提供するステップと、
前記燃料電池源(52、62)の電気出力を透析機(20、70)に接続するステップと、
前記透析機(20、70)を動作させるステップと
を包含し、前記燃料電池源(52、62)は、液体燃料(51、61)によって電力供給され、少なくとも前記透析機(20、70)と同じくらい小型で、コンパクトで、かつ携帯可能である、 方法。
【請求項9】
前記透析機(20、70)は、腹膜透析機または血液透析機である、請求項8に記載の方法。
【請求項10】
貯蔵デバイス(53)内に電気を貯蔵するステップをさらに包含し、前記貯蔵デバイス(53)は、前記燃料電池(52)および前記透析機(70)のうちの少なくとも1つに動作可能に接続されている、請求項8および請求項9のうちの1項に記載の方法。
【請求項11】
前記透析機(70)および前記燃料電池(52、62)は携帯可能であり、前記動作させるステップは、前記透析機(70)および燃料電池(52、62)が患者によって装着されている間に生じる、請求項8〜請求項10のいずれか1項に記載の方法。
【請求項12】
前記電力を前記透析機(20、70)によって使用可能な電圧に変換するステップをさらに包含する、請求項8〜請求項11のいずれか1項に記載の方法。
【請求項13】
触媒ヒータ(22)を使用して患者用の透析流体を温めるステップをさらに包含する、請求項8〜請求項12のいずれか1項に記載の方法。
【請求項14】
患者用の携帯型・装着型透析機(70、140)であって、
前記装着型透析機(70、140)に電力供給するための燃料電池(77、150)と、
透析液供給(160)と、
前記燃料電池(77、150)によって電力供給されるポンプ(73、158)であって、流体回路(72、79)内に透析流体を送出するためのポンプ(73、158)と、
前記流体回路(72、79)内の透析流体を直接温めるために前記燃料電池(77、150)によって電力供給されるインラインヒータ(22)と、
前記流体回路(72、79)内に配置されている粒子フィルタ(75)と、
前記流体回路(72、79)内の交換型カートリッジ(76、156)であって、老廃物を吸収するための交換型カートリッジ(76、156)と
を備えている、携帯型・装着型透析機。
【請求項15】
前記流体回路(72、79)内、および患者に接続されるアクセスデバイス(71)の上流に、抗菌フィルタ(78)をさらに備えている、請求項14に記載の携帯型・装着型透析機(70)。
【請求項16】
患者は、単一管腔アクセスデバイスまたは二重管腔アクセスデバイス(71)で前記流体回路(72、79)に接続する、請求項14および請求項15のうちの1項に記載の携帯型・装着型透析機(70)。
【請求項17】
前記燃料電池(77、150)は、直接メタノールまたは直接エタノール燃料電池(52、62)である、請求項14〜請求項16のいずれか1項に記載の携帯型・装着型透析機(70、140)。
【請求項18】
前記透析機(70)は、血液透析機であり、前記透析流体用の容器と、ダイアライザと、前記燃料電池によって電力供給される第2のポンプと、前記透析流体容器を前記流体回路および前記ダイアライザに接続する配管と、患者を前記第2のポンプおよび前記ダイアライザに接続する血液ライン配管であって、前記患者に戻る血液ライン配管とをさらに備えている、請求項14〜請求項17のいずれか1項に記載の携帯型・装着型透析機(70)。
【請求項19】
前記透析機は、腹膜透析機である、請求項14〜請求項17のいずれか1項に記載の携帯型・装着型透析機(70)。
【請求項20】
前記燃料電池(77、150)に接続されている電力貯蔵デバイス(43、63)と、
前記透析機を制御するための少なくとも1つの入力デバイス(45、46)と、
前記透析機を監視するための少なくとも1つの出力デバイス(47、48)と、
前記透析機(70、140)を制御するためのコントローラ(44)と
をさらに備え、前記コントローラ(44)は、前記少なくとも1つの入力デバイス(45、46)および出力デバイス(47、48)に動作可能に接続されている、請求項14〜請求項19のいずれか1項に記載の携帯型・装着型透析機(70、140)。
【請求項21】
前記電力貯蔵デバイス(43、63)は、前記透析機(70、140)の少なくとも1時間の動作のために十分な電力を貯蔵することが可能なバッテリまたはキャパシタである、請求項20に記載の携帯型・装着型透析機。
【請求項22】
前記貯蔵デバイス(43、63)内の電力を、少なくとも前記透析機(70、140)および前記コントローラ(44)に電力供給するために有用な電気に変換するための回路(42、54、64)をさらに備えている、請求項20および請求項21のうちの1項に記載の携帯型・装着型透析機。
【請求項23】
家庭用、自動車用、または公共用の電力を前記透析機(70、140)に接続するための回路をさらに備え、前記透析機(70、140)は、家庭用、自動車用、または公共用の電力によって電力供給されることが可能である、請求項14〜請求項19および請求項21〜請求項23のいずれか1項に記載の携帯型・装着型透析機。
【請求項24】
インラインヒータは、触媒ヒータ(22)であり、前記コントローラ(44)に動作可能に連絡している、請求項20〜請求項23のいずれか1項に記載の携帯型・装着型透析機。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公表番号】特表2011−528942(P2011−528942A)
【公表日】平成23年12月1日(2011.12.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−520136(P2011−520136)
【出願日】平成21年7月21日(2009.7.21)
【国際出願番号】PCT/US2009/051268
【国際公開番号】WO2010/011660
【国際公開日】平成22年1月28日(2010.1.28)
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.ZIGBEE
【出願人】(591013229)バクスター・インターナショナル・インコーポレイテッド (448)
【氏名又は名称原語表記】BAXTER INTERNATIONAL INCORP0RATED
【出願人】(501453189)バクスター・ヘルスケヤー・ソシエテ・アノニム (289)
【氏名又は名称原語表記】BAXTER HEALTHCARE S.A.
【Fターム(参考)】
【公表日】平成23年12月1日(2011.12.1)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年7月21日(2009.7.21)
【国際出願番号】PCT/US2009/051268
【国際公開番号】WO2010/011660
【国際公開日】平成22年1月28日(2010.1.28)
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.ZIGBEE
【出願人】(591013229)バクスター・インターナショナル・インコーポレイテッド (448)
【氏名又は名称原語表記】BAXTER INTERNATIONAL INCORP0RATED
【出願人】(501453189)バクスター・ヘルスケヤー・ソシエテ・アノニム (289)
【氏名又は名称原語表記】BAXTER HEALTHCARE S.A.
【Fターム(参考)】
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