CN101708347B

CN101708347B - 由称重控制电导和超滤的血液透析系统

Info

Publication number: CN101708347B
Application number: CN 200910103346
Authority: CN
Inventors: 鲁广洲
Original assignee: CHONGQING DUOTAI MEDICINAL EQUIPMENT Co Ltd
Current assignee: CHONGQING DUOTAI MEDICINAL EQUIPMENT Co Ltd
Priority date: 2009-03-11
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2029-03-11
Also published as: CN101708347A

Abstract

一种由称重控制电导和超滤的血液透析系统，它属于医疗器械领域。主要由透析液自动配制混合室和两套结构相同的超滤控制组件及微电脑控制的电路构成。其特点在于：透析液配制混合室由液体容器、搅拌器、电导传感器、加热器、温度传感器、液位传感器、重量传感器构成；两套结构相同的超滤控制组件由两组上下重叠在一起的液体容器、计量泵、重量传感器、电磁阀、液空探测器构成。采用称重方式配出的透析液，电导准确度高、电解质稳定，不易出现并发症，电导可调范围广，便于个性化透析。通过称重和计量泵双重控制超滤，精度高，提高了治疗的安全可靠性。在治疗时间内，通过液体转换阀使两组结构相同的工作组件交替工作，周而复始，实现工作连续。

Description

由称重控制电导和超滤的血液透析系统

技术领域

本项发明涉及一种由称重控制电导和超滤的血液透析系统，它适用于治疗急性肾功能衰竭、慢性肾功能衰竭、尿毒症等疾病的血液透析超滤，它属于医疗器械领域。

技术背景

目前，市场上临床使用的血液透析机所有的电导控制部分基本上都是采用齿轮泵、柱塞计量泵按一定的比例配制方式实现的，而这种方式由于水压波动的影响使配制出的透析液电导度出现漂移，甚至超出临床预定值的范围，易引起患者并发症，出现恶心、呕吐等电解质紊乱现象，给病人增加了风险，同时加大了医护人员临床处理的工作量；市场上使用的血液透析机的超滤控制系统，根据机型的不同，控制方式也有所区别，分别采用流量计控制、平衡腔控制、硅油腔控制等各种方式，而流量计易被大颗粒物质堵塞，超滤精度难以保障，机器易出故障、性能不稳定；采用平衡腔和硅油腔技术控制超滤的血液透析机无论国内的、国外的，虽然很先进，但结构都很复杂、维修比较困难，这是由于平衡腔和硅油腔内部使用的膜质材料极其特殊，而且长时间经过酸碱及高温消毒处理后，膜质易老化，变硬、变脆，致使超滤出现很大的偏差，甚至破裂，导致平衡腔内膜质量不稳定，造成血液透析机易出故障，影响了机器的可靠性，而且更换一次平衡腔的费用非常昂贵，所以造成此类机器的价格高昂，中小型医院难以接受和应用。

发明内容

本项发明的目的在于针对现有血液透析机电导和超滤控制系统存在的技术缺陷，提供一种由称重控制电导和超滤的血液透析系统，通过称重方式实现了准确的透析液配制，提高了电导的稳定性，更精确的实现了超滤控制，不受酸碱和高温液体的影响，更不会出现超滤偏离的问题。因为每一套组件只有一个重量传感器，而且新液容器和废液容器安装方式为上下重叠，无论新液和废液均通过一个重量传感器实现，首先称量新液的重量，然后再称废液的重量，每次废液的重量减去新液的重量即为超滤量，所以在治疗过程中即使重量传感器出现一点点漂移，也不会影响超滤问题，更不会出现超滤偏离，而且治疗全过程均使用新鲜透析液透析，有效提高患者毒素清除率。

本项发明的透析液混合配制方式采用称重控制，首先将进入混合室的反渗水进行称量，使反渗水的量更加精确，然后根据所称得反渗水的重量和电导预置值的要求，再按一定比例确定吸入A、B浓缩液透析液重量，通过加热、搅拌，并且温度和电导达到预置值范围内之后，配液完成。

本项发明主要由透析液自动配制混合室和两套结构相同的超滤控制组件及微电脑技术控制监测的电路构成。

其特点一：在于透析液自动配制混合室容器底部安装了一个重量传感器III，工作方式为自动进完反渗水后，先进行称重，然后根据称得反渗水的重量和电导预置值的要求，再按一定比例确定吸入A、B浓缩液透析液重量，通过加热、搅拌，并且温度和电导达到预置值范围内之后，配好的透析液方可流入新液容器I或II。

其特点二：在于两套结构相同的超滤控制组件：第一套超滤控制组件由上下重叠在一起的新液容器I和废液容器I、进液阀I、透析液转换阀I、排液阀I、液空探测器I、重量传感器I、管路构成；第二套超滤控制组件由上下重叠在一起的新液容器II和废液容器II、进液阀II、透析液转换阀II、排液阀II、液空探测器II、重量传感器II、管路构成；每套组件容器底部组装了一个重量传感器，通过称量新液与废液重量方式实现超滤量控制。

每一套组件工作流程，都是由重量传感器III称重后配制完成的透析液经过进液阀I或II的控制流入新液容器I或II，通过重量传感器I或II称重后的新液，在进液计量泵的控制下送给透析器，透析液与血液在透析器内进行离子弥散、超滤，毒素被置换到透析液中，再经过出液计量泵和重量传感器I或II双重控制下将含有毒素的透析液和从人体内抽出的超滤液经过出液转换阀回到重叠在一起的废液容器I或II；每一套组件的新液和废液的重量差与设定的超滤速率进行比较，根据比较的结果反馈控制出液计量泵的流速，从而完成准确的超滤控制，待切换到下一套工作程序时将废液排弃。

两套结构相同的超滤控制组件，工作交替，周而复始，实现透析液流量和超滤连续。通过重量传感器的称重，每一套的新液与废液的重量差即为该时段的超滤量。在整个透析治疗时间内，新液累计总量与废液累计总量的重量差即为全过程透析治疗的总超滤量。

微电脑系统控制的电路负责接受操作人员的指令，控制及监测来自体外循环血路和透析液供给水路的各种透析参数，以保证整个透析过程的可持续地、安全地进行。

体外循环血路，由血泵(蠕动泵)来实现血液体外循环、其结构和工作原理与常规血液透析机相同，也是由泵轮滚动驱动体外循环管路内的血液流动，并在整个体外循环管路上连接有空气监测器、阻流夹、动、静脉压力监测器、透析器、以及防止血液凝固的抗凝血剂自动推注泵；

透析液供给水路由反渗水减压阀、反渗水预热容器、A浓缩液泵、B浓缩液泵、透析液混合容器、两套结构相同的超滤控制组件、进出液计量泵、跨膜压力监测器、温度监测器、液位探测器、电导度监测器、漏血探测器、电磁阀、透析液管路构成。

为了方便临床高温消毒彻底，本项发明新液容器和废液容器采用了耐高温、耐酸碱、耐腐蚀的医用材料制作，如可为聚四氟乙烯、硬质的医用塑料等，容量可根据需要而定。

本项发明每套新液容器和废液容器上下重叠，只在底部装有一重量传感器，发明人员经过反复试验探索发现，采用透析液容器和重量传感器及计量泵双重控制超滤，超出的液体量随时可知，准确可靠，透析液流量可调范围为50～1000ml/min，并且超滤液可调节范围为0～5000ml/h，便于临床个体化超滤；根据称重方式配出的透析液，电导准确度高、电解质稳定，不容易出现并发症，电导可调范围12～17mS/cm，便于患者个性化透析。

在反渗水加热过程中由于空气的膨胀系数大，整个回路中不能有空气，为了保障回路系统封闭、无空气，故在透析液回路中的预热容器和透析液混合容器及透析液容器顶端都设计了支管路排空气。

透析液供给水路部分的透析液自动配制混合室(容器)内有加热器、搅拌器、温度传感器、液位传感器、电导度监测器、液空探测器、底部有一重量传感器构成，在整个透析液水路上装有监测透析液压力监测器，防止透析器破膜造成患者体外失血的漏血探测器及监测透析液浓度的电导度监测器，而且透析液为单向流动，有效提高了透析质量和操作安全性及可靠性。

本项发明与现有技术相比，有如下优点；

1、采用称重方式配出的透析液，电导准确度高、电解质稳定，不容易出现并发症，电导可调范围关广，便于患者个性化透析。

2、采用进液计量泵、超滤计量泵和重量传感器双重控制超滤，超滤精确度高，提高了治疗的安全可靠性。

3、液体容器采用重量传感器称重方式，弥补了平衡腔、硅油腔和单纯流量计控制的不足，且材料易于加工、便于设计，更不受酸碱和高温液体的影响，有利于推广应用。

4、通过称重方式控制超滤，在治疗过程中即使重量传感器出现一点点漂移，也不会影响超滤问题，更不会出现超滤偏离，实现了准确超滤，而且治疗全过程均使用新鲜透析液透析，有效提高患者毒素清除率。

5、可以根据临床需要任意设定透析液流量、超滤量，便于病人个体化透析。

附图说明

为达到上述目的，本项发明的采用以下技术方案，并结合下面具体实施例和结构附图做进一步说明：

附图1是本项发明由称重控制电导和超滤的血液透析系统的结构示意图。

附图2是本项发明由称重控制电导和超滤的血液透析系统的工作原理图。

具体实施方式

本项发明由称重控制电导和超滤的血液透析系统，主要由透析液自动配制混合室和两套结构相同的超滤控制组件及微电脑技术控制监测的电路构成。

如图1所示：本项发明由称重控制电导和超滤的血液透析系统的结构：透析液自动配制混合室由混合室容器11、位于容器内的搅拌电机12、位于容器内的液位传感器13、位于容器内的温度传感器14、位于容器内的搅拌器15、位于容器内的电导传感器16、位于容器内的加热器17、位于容器底部的重量传感器III18、位于容器底部的液空探测器19、三通连接管20、进液阀I21、进液阀II22、酸性浓缩液A泵55、碱性浓缩液B泵56、位于容器顶部的混合室除气口58构成；两套结构相同的超滤控制组件由透析液入口I23、透析液入口II24、新液容器I25、新液容器II26、位于容器底部的新液液空探测器I27、位于容器底部的新液液空探测器II28、透析液转换阀I29、透析液转换阀II30、位于容器底部的重量传感器I31、位于容器底部的重量传感器II32、三通连接管33、进液计量泵34、透析器前温度传感器35、透析器前电导传感器36、旁路阀37、透析器入口38、透析器出口39、隔离阀40、三通连接管41、漏血探测器42、超滤泵43、出液转换阀44、废液入口I45、废液入口II46、、废液容器I47、废液容器II48、废液出口I49、废液出口II50、排液阀I51、排液阀II52、废液转换容器53、排液泵54、位于5个容器顶部的除气口59、除气口60、除气口61、除气口62、除气口63构成。

如图2所示：本项发明由称重控制电导和超滤的血液透析系统的工作原理：透析液自动配制混合室部分由反渗水入口、反渗水接头1、减压调节阀2、供水阀3、预加热容器4、预加热容器入水口5、位于容器内部的加热器6、位于容器内部的温度传感器7、位于容器内部的液位传感器8、预加热容器出水口9、连接管路10、位于预热容器顶部的除气口57，以及透析液自动配制混合室部分组件(见图1结构说明)构成；两套结构相同上下重叠在一起的超滤控制组件(见图1结构说明)；体外循环血路由血液流出人体的动脉端67、蠕动式血泵68、步进电机驱动的抗凝血剂自动推注器69、动脉压力接口70、动脉壶71、透析器64、透析器动脉端65、透析器静脉端66、静脉压力接口72、超声波原理的空气监测器73、静脉壶(除泡器)74、阻流夹75、血液返回人体静脉端76构成。

具体实施例：

如图2所示：本项发明由称重控制电导和超滤的血液透析系统工作过程如下：

透析液自动配制混合室部分：将预热容器4内预热到一定温度的反渗水，经过预热器出水口9和连接管路10从透析液混合容器11顶部的进水接口流入透析液混合室内，在液位传感器13的作用下，进水停止。进入混合室内的反渗水首先被重量传感器18称量，根据所称得的反渗水重量和电导预置值的要求，再按一定的比例决定吸入酸性浓缩液A55和碱性浓缩液B56的重量，然后在温度传感器14、电导传感器16的监控下，开始搅拌15、加热17，当温度和电导度达到预定值后，配液完成。经过称重配制出的透析液电导精度高、电解质稳定，并可根据临床的要求个体化配液，满足不同病人的需要。

两套结构相同的超滤控制组件：第一套超滤控制组件：当进液阀I21开放、进液阀II22关闭状态时，已经配制完成的新鲜透析液，自混合容器11底部输出口及三通连接管20流入到新液容器I25，当液空探测器19检测到透析液流完后进液阀I21自动关闭，开始下一次的配液程序，此时流入新液容器I25内的透析液被称重后，透析液转换阀29开放，在透析液进液计量泵34控制下，新鲜的透析液按一定流量经过透析器入口38供给透析器64，透析液与血液在透析器64内进行离子弥散、交换，毒素被置换到透析液中，含有毒素的透析液和从人体内脱出的超滤液通过超滤泵43和废液容器底部的重量传感器31双重控制下，通过透析器出口39、隔离阀40、三通连接管41、漏血探测器42、出液转换阀44、废液容器入口I45进入废液容器I47，进行称重计量，计量出的废液重量和新鲜透析液的重量差与设定的超滤速率进行比较，根据比较的结果反馈控制出液泵的流量，从而完成准确的超滤控制。待新液容器I25内透析液用完，透析液转换阀I29关闭，同时透析液转换阀II30开放，自动切换到新液容器II26，开始第二套组件的工作程序，完成同样的供液程序，与此同时排液阀I51打开将废液自动通过废液管路排到废液转换容器53，在排液泵54的作用下，将废液排弃到下水道。

第二套超滤控制组件：在第一套完成透析液流入新液容器I25内的同时，进液阀I21关闭，透析液再次配制完成，进液阀II22开放、将透析液从输出口流入到新液容器II26，同样被液空探测器19检测到透析液流完后进液阀II22自动关闭，此时容器II26内的透析液也被称重，待新液容器I25内透析液用完，再通过透析液转换阀30自动切换到新液容器II26，完成第一套工作组件同样的程序。

两组结构相同的超滤控制组件，工作交替，周而复始，实现透析液流量和超滤连续。通过重量传感器的称重，每一组的新鲜透析液与废液的重量差即为超滤量，在整个透析治疗时间内，新鲜透析液累计总量与废液累计总量的重量差即为全过程透析治疗的总超滤量。

由重量传感器和计量泵双重控制的超滤系统在血液透析工作中的全过程如下：

体外循环血路：血液自病人的动脉血管连接穿刺针，经过动脉段体外循环管路67在血泵68动力下引出，再经抗凝血剂自动推注器69进行抗凝处理后，血液经过动脉虎71及动脉压力监测器70监控下，通过透析器动脉端65进入透析器64，在透析器64内与新鲜透析液进行离子交换，血中的毒素被置换到透析液中，置换后的血液经过透析器的静脉端出口66及静脉壶74、在静脉压力监测器72和空气监测器73的监测下，经过阻流夹75后，再通过静脉76返回病人体内。

透析液供给和超滤控制部分：反渗水经过反渗水接头1、在减压调节阀2和供水阀3控制下，自预热容器4底部的入水口5处进入，在液位传感器8和温度传感器7的控制下，将通过加热器6预热到一定温度的反渗水，经过容器出水口9和连接管路10从透析液混合容器11顶部的进水接口流入透析液混合容器11内，在液位传感器13的作用下，进水停止后开始将反渗水的重量称量18，根据所称得的反渗水重量，再按一定的比例控制吸入酸性浓缩液A55和碱性浓缩液B56的重量，然后在温度传感器14、电导传感器16的监控下，开始搅拌15、加热器17，当温度和电导度达到预定值后，配液完成，此时在微电脑的控制下进液阀I21开放、进液阀II22关闭，将配制完成的透析液借助高低落差原理从透析液入口I23流入到新液容器I25，当液空探测器19检测到透析液流完后，进液阀I21自动关闭，下一次自动配液程序继续，再次配液完成后进液阀II22开放、进液阀I21关闭，将透析液从透析液入口I24流入到新液容器II26，在液空探测器19检测下进液阀I22自动关闭。流入到新液容器I25的透析液被重量传感器31称重后，透析液转换阀29开放，并在进液计量泵34控制下，新鲜的透析液按一定流量经过透析器入口38供给透析器64，透析液与血液在透析器64内进行离子弥散、交换，毒素被置换到透析液中，含有毒素的透析液和从人体内脱出的超滤液通过超滤泵43和废液容器底部的重量传感器31双重控制下，通过透析器出口39、隔离阀40、三通连接管41、漏血探测器42、出液转换阀44、废液容器入口I45进入废液容器I47，进行称重计量，计量出的废液重量和新鲜透析液的重量差与设定的超滤速率进行比较，根据比较的结果反馈控制出液泵的流量，从而完成准确的超滤控制。待新液容器I25内透析液用完，透析液转换阀I29关闭，同时透析液转换阀II30开放，自动切换到新鲜透析液容器II26，完成同样的供液程序，与此同时排液阀I51打开将废液自动通过废液管路排到废液转换容器53，在排液泵54的作用下，将废液排弃到下水道。两组结构相同的超滤工作组件，工作交替，周而复始，实现透析液流量和超滤连续。

通过下面计算公式进一步说明本项发明的超滤控制系统的实现：

基于附图所示，在透析状态下，两组工作组件的初始状态为：新液容器I25装入透析液已完成(W1＝W)，而废液容器I47废液已排空(W3＝0)；新液容器II26透析液已用完(W2＝0)，而废液容器II48已装满废液(W4＝W)。通过重量传感器称重后的新液容器I25内的透析液，被进液泵34、超滤泵43经过透析器64后抽到废液容器I47中进行称重计量，此时废液容器I47内的废液量由新液容器I25中的透析液重量和经超滤泵43从人体内抽出的多余水份的重量(即超滤量)构成。新液容器I25中新鲜透析液量与废液容器I47中废液的重量差即为该时段的超滤量。

当容器I25内的透析液用完，自动切换到预先配制完成的第二路组件：新鲜透析液容器II26装入透析液液已完成(W2＝W)，而废液容器废液II48已排空(W4＝0)；新鲜透析液容器I25透析液已用完(W1＝0)，而废液容器I47已装满废液(W3＝W)。完成同样的工作流程。

因此：

W_U＝W_MP-W_DP

式中W _U表示每一透析时间段从人体内抽出的超滤量，以“ml”表示；

W_M——表示废液量，以“ml”表示；

W_D——表示新鲜透析液量，以“ml”表示；

P——表示工作组件的每一透析时间段，以“min”表示。

上述计算的是工作组件的每一透析时间段的超滤量，若完成全过程透析治疗的超滤总量则按下式计算：

W_UT＝W_MPt-W_DPt

式中W_UT——表示全过程从人体内抽出的超滤总量，以“ml”表示；

W_MP——表示每一透析时间段的废液量，以“ml”表示；

W_DP——表示每一透析时间段的新鲜透析液量，以“ml”表示；

t——表示透析总时间，以“h”表示。

在整个透析治疗时间内，新鲜透析液累计总量与废液累计总量的重量差即为全过程透析治疗的总超滤量。

为了缓解透析液供给水路部分的压力，防止透析液管路中有气泡进入透析器，分别在(预热容器4、混合容器11、新液容器I25、新液容器II26、废液容器I47、废液容器II48、废液转换容器53)每个液体容器顶部设计了一个排空气口(57、58、59、60、61、62、63)，便于缓解液体压力，达到正常平稳超滤。

进液泵前端管路上装有温度传感器(35)和电导度监测器(36).当透析液电导或温度出现与设定值偏离设置时，透析液不进入透析器(64)，通过旁路阀(37)自动改走旁路废弃，在旁路状态下，透析液同时被隔离阀(40)隔离，禁止不合格的透析液再次进入透析器，有效提高了治疗安全性。

当出现透析器破膜，为了防止病人体外失血，在超滤泵(43)前设计了漏血监测器(42)，探测到漏血后机器在报警提示的同时停止透析。

在透析过程中，血液回路出现空气(73)或动脉(70)或静脉压力(72)异常或偏离，则机器在报警提示的同时阻流夹(75)关闭，并停止透析，透析液不进入透析器(64)，改走旁路(37)排弃。整个透析过程透析液供给和排液阀切换工作交替且连续，周而复始，并通过进液计量泵、超滤计量泵和称重双重方式实现超滤量控制，完成透析，采用流量和称重联合控制，达到准确超滤。

根据治疗需要，可以设定透析时间、透析液流量、超滤量、温度、电导度、抗凝血剂用量、血液流量以及个体化透析超滤等参数，当透析达到预定目标时，机器自动结束透析。

Claims

1.一种由称重控制电导和超滤的血液透析系统，主要由透析液自动配制混合室和两套结构相同的超滤控制组件及微电脑技术控制监测的电路构成，其特征在于：透析液自动配制混合室由液体容器、搅拌器、电导传感器、加热器、温度传感器、液位传感器、重量传感器III构成；两套结构相同的超滤控制组件：第一套超滤控制组件由上下重叠在一起的新液容器I和废液容器I、进液阀I、透析液转换阀I、排液阀I、液空探测器I、重量传感器I、管路构成；第二套超滤控制组件由上下重叠在一起的新液容器II和废液容器II、进液阀II、透析液转换阀II、排液阀II、液空探测器II、重量传感器II、管路构成；每一套超滤控制组件工作流程，都是由重量传感器III称重后配制完成的新鲜透析液，经过进液阀I或进液阀II的控制流入新液容器I或新液容器II，通过重量传感器I或重量传感器II分别称重后的新液，在进液计量泵的控制下送给透析器，再经过出液计量泵和重量传感器I或重量传感器II双重控制下，将含有毒素的透析液和从人体内抽出的超滤液经过出液转换阀回到重叠在一起的废液容器I或废液容器II；每一套组件的新液和废液的重量差与设定的超滤速率进行比较，根据比较的结果反馈控制出液计量泵的流速，从而完成准确的超滤控制，待切换到下一套工作程序时将废液排弃，两路超滤控制组件工作交替，周而复始，实现透析液流量连续。

2.根据权利要求1所述的由称重控制电导和超滤的血液透析系统，其特征在于：透析液自动配制混合室容器底部安装了一个重量传感器III，首先对进入混合室的反渗水进行称量，根据所称得反渗水的重量和电导预置值的要求，再按一定比例确定吸入A、B浓缩液透析液重量，通过加热、搅拌，并且温度和电导达到预置值范围内之后，配好的透析液方可流入新液容器I或新液容器II。

3.根据权利要求1所述的由称重控制电导和超滤的血液透析系统，其特征在于：两套结构相同的超滤控制组件，两套超滤控制组件容器底部分别安装了重量传感器I或重量传感器II，通过称量新液与废液重量差方式实现了超滤量，在整个透析治疗时间内，新液累计总量与废液累计总量的重量差即为全过程透析治疗的总超滤量。