CN106896082B - 一种血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测方法及系统，采用近红外光谱仪建立血液样本检验模型并在线监测血透透析器进出口血液中尿素氮肌酐的含量变化，根据血透血液中尿素氮肌酐的含量变化规律监测、预防、避免血透事故发生，从而为尿毒症患者的治疗提供科学依据，达到提高患者肾病治疗水平的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测方法及系统，特别是涉及一种采用近红外光谱检测的血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测方法及系统。
背景技术
目前，血液净化在临床治疗中被广泛需要。以肾脏病透析治疗为例，我国约有200万终末期肾病患者，40万在接受血液透析治疗，每年以超过10％的速度递增，患者对透析治疗的需求很大。
血透疗法是利用半透膜的原理，将患者的血液与透析液同时引进透析器的内外侧，借助于膜两侧的溶质梯度、渗透梯度和弥散度，通过扩散、对流、清除毒素等，通过这种方法清除体内潴留过多的水分和代谢废物，同时留下所需要的物质，纠正电解质和酸碱平衡紊乱。
尿素是人体蛋白质代谢的主要终末产物，氨基酸脱氨基产生NH3和CO2，两者在肝脏中合成尿素，每克蛋白质代谢产生尿素氮约0.3克。通常肾脏为排泄尿素的主要器官，尿素从肾小球滤过后在各段小管均可重吸收。正常成人空腹尿素氮为3.2～7.1mmol/L(9～20mg/d1)。各种肾实质性病变，如肾小球肾炎、间质性肾炎、急慢性肾功能衰竭等均可使血尿素氮增高。如能排除肾外因素，尿素氮21.4mmol/L(60mg/d1)即为尿毒症诊断指标之一。
肌酐(CR)是人体肌肉代谢的产物，主要由肌酸通过不可逆的非酶脱水反应缓慢形成，再释放到血液中，随尿排泄，不易受饮食影响，可通过肾小球滤过，在肾小管内很少会被再次吸收，肌酐包括血肌酐和尿肌酐，血肌酐衡量肾功能更有意义，血清肌酐浓度测定是评价肾小球滤过率的有效指标，可有效反映肾脏功能的实质损伤程度，在临床上检测有助于判断病情，具有重要意义。
对血液中尿素氮肌酐含量超标患者进行血液透析治疗时，需用到透析器。透析器可能出现堵塞或破损现象。透析器堵塞的原因主要有：a、血液离体离泵时间太长，这是透析器堵塞的主要原因；b、肝素用量不足，患者首次透析肝素的注入量十分重要，一般是0.2～0.5mg/kg，假如首次肝素化不充分，透析中追加肝素量再大也无明显效果；c、透析者本身因疾病、肾病终末期，血液粘稠度增高。
透析器被堵塞后应及时更换，否则体外循环停止，动脉血路、静脉血路也会随之被堵，造成透析者血液大量丢失，危害极大。而观察透析器被堵的过程一般5～10分钟，为了及时发现透析器堵塞现象，有必要对透析过程进行在线监测，寻找出血液浓度的变化规律。如当透析膜逐步堵塞时，血液中的尿素氮肌酐含量会逐渐升高，当与正常尿素氮肌酐含量超过一定限度时，可通过报警装置及时提醒，有效避免危害的发生。
再者，通过在线监测血透血液中尿素氮肌酐含量的变化，可及时发现透析器破损情况。如透析器的中空纤维膜发生破损时，血液中的尿素氮肌酐含量会明显降低，通过监测可以及时发现透析器破损，及时处理并避免事故的发生。
现有技术采用电导率检测、血液浓度监测等进行预防，但也存在一定的缺点，如取样检测的及时性不够且产生污染、浓度监测需要高精度的传感器、传感器探头可能发生腐蚀现象而导致测量值不准确等情况的发生。
近红外光谱技术是近几年才发展起来的新型技术，是用近红外光谱仪快速扫描物质在670～2526nm光谱区域的反射、漫反射或透射光谱的一种仪器分析手段。由于近红外光谱分析技术具有分析速度快、效率高、样品无化学污染、无需样品预处理、在线无损检测等优点，目前在食品及农产品检测等领域得到了广泛应用。但文献检索未发现其应用于血液透析在线监测领域。
因此如何结合近红外光谱检测技术的优点，在线监测血透血液中尿素氮肌酐含量的变化，寻找血透时血液中尿素氮肌酐含量的变化规律，寻找血透时血液中尿素氮肌酐含量变化与患者心率、血压、透析液流量之间的相关性，寻找血液中尿素氮肌酐含量在特殊情况如堵塞或破损下的变化规律，成为该领域研究的课题之一。
发明内容
本发明是为解决现有技术存在的问题，提供一种血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测方法及系统，采用近红外光谱仪建立血液样本检验模型并在线监测血透血液中尿素氮肌酐的含量变化，达到预防血透事故发生、提高肾病治疗水平的目的。
本发明提供一种血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测方法，包括如下步骤：
1)配制不同尿素氮含量、肌酐含量的血透血液样本；
2)采用近红外光谱仪对尿素氮含量、肌酐含量的血透血液样本进行光谱采集；
3)建立基于近红外光谱的血透血液中尿素氮含量、肌酐含量定量鉴别模型；
4)利用在线监测探头对血透透析器进口或出口血液进行近红外光谱采集，将采集的透析器进口或出口血液中尿素氮含量、肌酐含量的近红外光谱与步骤3)建立的血液中尿素氮含量、肌酐含量定量鉴别模型进行比对，确定待检透析器进口或出口血液中的尿素氮肌酐含量。
另外，本发明还提供一种血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测系统，包括：血液侧循环、透析液侧循环和透析器4；血液侧循环包括，人体动脉血液输出侧1、血泵2、第一血液监测探头14、动脉血液循环导管3、静脉血液循环导管6、人体静脉血液输入侧8、第一近红外光谱检测数据线路16和近红外光谱监测仪17；动脉血液循环导管3连接人体动脉血液输出侧1和透析器4的血液入口；静脉血液循环导管6连接透析器4的血液出口和人体静脉血液输入侧8；第一血液监测探头14设置在动脉血液循环导管3或静脉血液循环导管6上；第一近红外光谱检测数据线路16连接第一血液监测探头14和近红外光谱监测仪17；透析液侧循环包括，透析液桶9、析液泵10、透析液进口管线11、透析液出口管线13和透析液回收桶15；透析液进口管线11连接透析液桶9和透析器4的透析液入口；透析液出口管线13连接透析器4的透析液出口和透析液回收桶15；透析液泵10设置在透析液进口管线11上；第一血液监测探头14采集透析器4进口或出口的血液中尿素氮含量、肌酐含量的近红外光谱。
进一步，本发明还提供一种血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测系统，还具有以下特征：血液侧循环还包括，第二血液监测探头18和第二近红外光谱检测数据线路19；第一血液监测探头14设置在动脉血液循环导管3上；第二血液监测探头18设置在静脉血液循环导管6上；第二近红外光谱检测数据线路19连接第二血液监测探头18和近红外光谱监测仪17。
进一步，本发明还提供一种血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测系统，还具有以下特征：第一血液监测探头14采集透析器4进口或出口血液中尿素氮肌酐含量的近红外光谱，经第一近红外光谱检测数据线路16进入近红外光谱监测仪17，跟基于近红外光谱的血透血液中尿素氮肌酐含量定量鉴别模型比对得到血透血液进出口血液中尿素氮肌酐含量并实时记录。
进一步，本发明还提供一种血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测系统，还具有以下特征：基于近红外光谱的血透血液中尿素氮肌酐含量定量鉴别模型是指配制不同尿素氮含量、肌酐含量的血透血液样本，采用近红外光谱仪对该血液样本进行光谱采集，从而建立起基于近红外光谱的血透血液中尿素氮含量、肌酐含量定量鉴别模型。
进一步，本发明还提供一种血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测系统，还具有以下特征：血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测系统设有气泡捕捉监测器7，设置在静脉血液循环导管6上。
进一步，本发明还提供一种血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测系统，还具有以下特征：第一血液监测探头14和/或第二血液监测探头18包括探头壳体21、血液通道24、近红外接收室29和近红外发射室32；近红外接收室29和近红外发射室32分别设在探头壳体21两侧，中间由血液通道24贯穿探头壳体21，近红外接收室29和近红外发射室32分别通过近红外接收孔25和近红外发射孔30连通血液通道24，近红外接收孔25和近红外发射孔30同轴；近红外发射室32在近红外发射孔30的位置设有近红外发射管31；近红外接收室29在近红外接收孔25的位置设有近红外接收管27；近红外接收室29设有电路板28与近红外接收管27连通；探头壳体21外部设有连接头23，连接头23通过导线孔22连通近红外接收室29、近红外发射室32和外部；血液通道24设有石英玻璃33覆盖近红外接收孔25和近红外发射孔30；第一血液监测探头14或第二血液监测探头18还包括两个密封盖26连接探头壳体21分别形成近红外接收室29和近红外发射室32；近红外光线监测血液通道24中的血液，采集的光谱信号经第一血液监测探头14、第二血液监测探头18内部导线通过连接头23从导线管引出，分别经第一近红外光谱检测数据线路16、第二近红外光谱检测数据线路19进入近红外光谱监测仪17，得到血透血液中尿素氮肌酐含量并实时记录。
进一步，本发明还提供一种血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测系统，还具有以下特征：密封盖26与探头壳体21通过密封螺纹连接；连接头23、探头壳体21和密封盖26采用不锈钢材质。
进一步，本发明还提供一种血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测系统，还具有以下特征：近红外光线垂直透射血液通道24中的血液。
进一步，本发明还提供一种血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测系统，还具有以下特征：血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测系统设有肝素泵20，设置在动脉血液循环导管3上；配制的注射液经肝素泵20注入血液。
本发明中未说明的技术特征及实验步骤等采用成熟的现有技术进行配套。
发明的有益效果
1、通过在线实时监测血液中尿素氮肌酐的含量，能够快速判断透析器是否发生堵塞或破损现象，从而及时处理、防止医疗事故的发生；
2、在线监测的检测时间短，获得的血液中尿素氮肌酐含量数据多，有助于找出血透时血液中尿素氮肌酐含量的变化规律，有助于寻找出血透时血液中尿素氮肌酐含量变化与患者心率、血压、透析液流量之间的相关性，从而为尿毒症患者的治疗提供科学依据；
3、真正实现快速无损检测，与其他监测方法相比，人为误差及系统误差有效降低，模型准确率高，提高了工作效率；
4、为肾病的预防、救治、急救提供了可靠的技术保证，经济、社会意义巨大。
附图说明
图1为本发明的一种血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测系统示意图。
图2为本发明中的血液监测探头的结构示意图。
附图标记:
1-人体动脉血液输出侧；2-血泵；3-动脉血液循环导管；4-透析器；5-中空纤维膜；6-静脉血液循环导管；7-气泡捕捉监测器；8-人体静脉血液输入侧；9-干净透析液桶；10-透析液泵；11-透析液进口管线；12-透析器透析液侧；13-透析液出口管线；14-第一血液监测探头；15-用过的透析液回收桶；16-第一近红外光谱检测数据线路；17-近红外光谱监测仪；18-第二血液监测探头；19-第二近红外光谱检测数据线路；20-肝素泵；21-探头壳体；22-导线孔；23-连接头；24-血液通道；25-近红外接收孔；26-密封盖；27-近红外接收管；28-电路板；29-近红外接收室；30-近红外发射孔；31-近红外发射管；32-近红外发射室；33-石英玻璃。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
一种血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测方法，包括如下步骤：
1)配制不同尿素氮含量、肌酐含量的血透血液样本，样本数量满足建立样本检验模型的要求；
2)采用近红外光谱仪对尿素氮含量、肌酐含量的血透血液样本进行光谱采集；
3)建立基于近红外光谱的血透血液中尿素氮含量、肌酐含量定量鉴别模型；
4)利用在线监测探头对血透透析器进出口血液进行近红外光谱采集，将采集的透析器进口或出口血液中尿素氮含量、肌酐含量的近红外光谱与步骤3)建立的血液中尿素氮含量、肌酐含量定量鉴别模型进行比对，快速确定待检透析器进口或出口血液中的尿素氮肌酐含量。
图1为本发明的一种血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测系统示意图。
如图1所示，一种血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测系统，包括：血液侧循环、透析液侧循环和透析器4。透析器4具有中空纤维膜5和透析液侧12。
血液侧循环包括：人体动脉血液输出侧1、血泵2、第一血液监测探头14、动脉血液循环导管3、第二血液监测探头18、静脉血液循环导管6、人体静脉血液输入侧8、第一近红外光谱检测数据线路16、第二近红外光谱检测数据线路19和近红外光谱监测仪17。
动脉血液循环导管3连接人体动脉血液输出侧1和透析器4的血液入口。静脉血液循环导管6连接透析器4的血液出口和人体静脉血液输入侧8。第一血液监测探头14设置在动脉血液循环导管3上。第一近红外光谱检测数据线路16连接第一血液监测探头14和近红外光谱监测仪17。第二血液监测探头18设置在静脉血液循环导管6上。第二近红外光谱检测数据线路19连接第二血液监测探头18和近红外光谱监测仪17。
透析液侧循环包括：透析液桶9、透析液泵10、透析液进口管线11、透析液出口管线13和透析液回收桶15。透析液进口管线11连接透析液桶9和透析器4的透析液入口。透析液出口管线13连接透析器4的透析液出口和透析液回收桶15。透析液泵10设置在透析液进口管线11上。
第一血液监测探头14采集透析器4进口血液中尿素氮肌酐含量的近红外光谱，经第一近红外光谱检测数据线路16进入近红外光谱监测仪17，跟基于近红外光谱的血透血液中尿素氮肌酐含量定量鉴别模型比对得到血透血液进口血液中尿素氮肌酐含量并实时记录。第二血液监测探头18采集透析器4出口血液中尿素氮肌酐含量的近红外光谱，经第二近红外光谱检测数据线路19进入近红外光谱监测仪17，跟基于近红外光谱的血透血液中尿素氮肌酐含量定量鉴别模型比对得到血透血液出口血液中尿素氮肌酐含量并实时记录。
一种血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测系统的工作流程：血液侧循环是指人体动脉血液输出侧1输出的血液经血泵2、第一血液监测探头14中的血液通道、动脉血液循环导管3进入透析器4，血液经透析器4中的中空纤维膜5与透析液进行溶质交换，再经静脉血液循环导管6、第二血液监测探头18中的血液通道、人体静脉血液输入侧8回到人体；透析液侧循环是指干净透析液桶9中的透析液经透析液泵10、透析液进口管线11进入透析器透析液侧12，与中空纤维膜5中的血液进行溶质交换，再经透析液出口管线13进入用过的透析液回收桶15；第一血液监测探头14、第二血液监测探头18采集透析器4进出口的血液的近红外光谱，分别经第一近红外光谱检测数据线路16、第二近红外光谱检测数据线路19进入近红外光谱监测仪17，跟基于近红外光谱的血透血液中尿素氮含量、肌酐含量定量鉴别模型比对得到血透透析器进出口血液中尿素氮肌酐含量并实时记录。
基于近红外光谱的血透血液中尿素氮肌酐含量定量鉴别模型是指配制不同尿素氮肌酐含量的血透血液样本，采用近红外光谱仪对该血液样本进行光谱采集，从而建立起基于近红外光谱的血透血液中尿素氮含量、肌酐含量定量鉴别模型。
从透析器4出来的血液经静脉血液循环导管6、第二血液监测探头18、气泡捕捉监测器7、人体静脉血液输入侧8回到人体。
人体动脉血液输出侧1输出的血液经血泵2、第一血液监测探头14、肝素泵20、动脉血液循环导管3进入透析器4；配制的注射液经肝素泵20注入血液。
图2为本发明中的血液监测探头的结构示意图。
如图2所示，第一血液监测探头14和第二血液监测探头18包括探头壳体21、血液通道24、近红外接收室29和近红外发射室32；近红外接收室29和近红外发射室32分别设在探头壳体21两侧，中间由血液通道24贯穿探头壳体21，近红外接收室29和近红外发射室32分别通过近红外接收孔25和近红外发射孔30连通血液通道24，近红外接收孔25和近红外发射孔30同轴；近红外发射室32在近红外发射孔30的位置设有近红外发射管31；近红外接收室29在近红外接收孔25的位置设有近红外接收管27；近红外接收室29设有电路板28与近红外接收管27连通。
探头壳体21外部设有连接头23，连接头23通过导线孔22连通近红外接收室29、近红外发射室32和外部；血液通道24设有石英玻璃33覆盖近红外接收孔25和近红外发射孔30；第一血液监测探头14或第二血液监测探头18还包括两个密封盖26连接探头壳体21分别形成近红外接收室29和近红外发射室32。
近红外光线监测血液通道24中的血液，采集的光谱信号经第一血液监测探头14、第二血液监测探头18内部导线通过连接头23从导线管引出，分别经第一近红外光谱检测数据线路16、第二近红外光谱检测数据线路19进入近红外光谱监测仪17，得到血透血液中尿素氮肌酐含量并实时记录。
密封盖26与探头壳体21通过密封螺纹连接。
连接头23、探头壳体21和密封盖26采用不锈钢材质。
近红外光线垂直透射血液通道24中的血液。
本发明中未说明的技术特征及实验步骤等采用成熟的现有技术进行配套。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明，任何熟悉本领域专业的技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，做出的变化、改型、添加或替换，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (7)
1.一种血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测系统，其特征在于：包括，血液侧循环、透析液侧循环和透析器(4)；
所述的血液侧循环包括人体动脉血液输出侧(1)、血泵(2)、第一血液监测探头(14)、动脉血液循环导管(3)、静脉血液循环导管(6)、人体静脉血液输入侧(8)、第一近红外光谱检测数据线路(16)和近红外光谱监测仪(17)；所述动脉血液循环导管(3)连接所述人体动脉血液输出侧(1)和透析器(4)的血液入口；所述静脉血液循环导管(6)连接所述透析器(4)的血液出口和所述人体静脉血液输入侧(8)；所述第一血液监测探头(14)设置在所述动脉血液循环导管(3)或所述静脉血液循环导管(6)上；所述第一近红外光谱检测数据线路(16)连接所述第一血液监测探头(14)和所述近红外光谱监测仪(17)；
所述的透析液侧循环包括，透析液桶(9)、透析液泵(10)、透析液进口管线(11)、透析液出口管线(13)和透析液回收桶(15)；所述透析液进口管线(11)连接所述透析液桶(9)和所述透析器(4)的透析液入口；所述透析液出口管线(13)连接所述透析器(4)的透析液出口和所述透析液回收桶(15)；透析液泵(10)设置在所述透析液进口管线(11)上；
所述的第一血液监测探头(14)采集透析器(4)进口或出口血液中尿素氮含量、肌酐含量的近红外光谱；
所述的血液侧循环还包括，第二血液监测探头(18)和第二近红外光谱检测数据线路(19)；所述第一血液监测探头(14)设置在所述动脉血液循环导管(3)上；所述第二血液监测探头(18)设置在所述静脉血液循环导管(6)上；所述第二近红外光谱检测数据线路(19)连接所述第二血液监测探头(18)和所述近红外光谱监测仪(17)；
所述的第一血液监测探头(14)采集透析器(4)进口或出口血液中尿素氮肌酐含量的近红外光谱，经所述第一近红外光谱检测数据线路(16)进入所述近红外光谱监测仪(17)，跟基于近红外光谱的血透血液中尿素氮肌酐定量鉴别模型比对得到血透血液进出口血液中尿素氮肌酐含量并实时记录。
2.根据权利要求1所述的血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测系统，其特征在于：
所述的血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测系统设有气泡捕捉监测器(7)，设置在静脉血液循环导管(6)上。
3.根据权利要求1所述的血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测系统，其特征在于：
所述的第一血液监测探头(14)和/或第二血液监测探头(18)包括探头壳体(21)、血液通道(24)、近红外接收室(29)和近红外发射室(32)；所述的近红外接收室(29)和近红外发射室(32)分别设在探头壳体(21)两侧，中间由血液通道(24)贯穿探头壳体(21)，近红外接收室(29)和近红外发射室(32)分别通过近红外接收孔(25)和近红外发射孔(30)连通血液通道(24)，近红外接收孔(25)和近红外发射孔(30)同轴；所述的近红外发射室(32)在近红外发射孔(30)的位置设有近红外发射管(31)；所述的近红外接收室(29)在近红外接收孔(25)的位置设有近红外接收管(27)；所述的近红外接收室(29)设有电路板(28)与近红外接收管(27)连通；
所述的探头壳体(21)外部设有连接头(23)，所述连接头(23)通过导线孔(22)连通近红外接收室(29)、近红外发射室(32)和外部；所述的血液通道(24)设有石英玻璃(33)覆盖近红外接收孔(25)和近红外发射孔(30)；所述的第一血液监测探头(14)或第二血液监测探头(18)还包括两个密封盖(26)连接探头壳体(21)，分别形成近红外接收室(29)和近红外发射室(32)；
近红外光线监测血液通道(24)中的血液，采集的光谱信号经第一血液监测探头(14)、第二血液监测探头(18)内部导线通过连接头(23)从导线管引出，分别经第一近红外光谱检测数据线路(16)、第二近红外光谱检测数据线路(19)进入近红外光谱监测仪(17)，得到血透血液中尿素氮肌酐含量并实时记录。
4.根据权利要求3所述的血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测系统，其特征在于：
所述的密封盖(26)与探头壳体(21)通过密封螺纹连接；
所述的连接头(23)、探头壳体(21)和密封盖(26)采用不锈钢材质。
5.根据权利要求3所述的血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测系统，其特征在于：
所述的近红外光线垂直透射血液通道(24)中的血液。
6.根据权利要求1所述的血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测系统，其特征在于：
所述的血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测系统设有肝素泵(20)，设置在动脉血液循环导管(3)上；配制的注射液经肝素泵(20)注入血液。
7.一种血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测方法，其特征在：采用如权利要求1所述的血透血液中尿素氮肌酐含量在线监测系统，并包括如下步骤：
1)配制不同尿素氮含量、肌酐含量的血透血液样本；
2)采用近红外光谱仪对尿素氮含量、肌酐含量的血透血液样本进行光谱采集；
3)建立基于近红外光谱的血透血液中尿素氮含量、肌酐含量定量鉴别模型；
4)利用在线监测探头对血透透析器进口或出口血液进行近红外光谱采集，将采集的透析器进口或出口血液中尿素氮含量、肌酐含量的近红外光谱与步骤3)建立的血液中尿素氮含量、肌酐含量定量鉴别模型进行比对，确定待检透析器进出口血液中的尿素氮肌酐含量。
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