CN108325007A - 一种通过呼气动态监测血液透析的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过呼气动态监测血液透析的系统及方法，包括依次连接的传感器阵列、A/D模块、信号预处理模块、控制模块和显示模块，其方法为：建立血透患者呼出气体与血液透析完成情况之间的量化关系；通过气体收集装置对患者呼出的气体进行采集；采集的气体送入系统中，对患者呼出的气体成分进行量化指标实时分析；实时分析得到的量化指标结合呼出气体与血液透析完成情况之间的量化关系，判断血液透析是否充分完成。本发明无需抽血，操作简单，可以连续反复测定，不额外增加患者费用，对原有透析装置不做任何改动，有利于短期内透析计划的调整，制定针对性强、个体化的透析方案，因人而异，保证每位患者透析的充分性。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种通过呼气动态监测血液透析的系统及方法。
背景技术
根据2011-2015年的统计，目前全世界透析患者人数约250万人左右，中国透析患者人数约25万人；到2020年，这个数字将超过350万。自从开展透析以来，尿毒症患者长期生存成为可能。终末期肾脏病患者接受充分的血液透析治疗可降低并发症的发病率和死亡率。血液透析充分性是指与透析相关的发病率和死亡率降至最低水平所给予的透析量，称为最理想透析或透析充分性。
但如何有效监测血液透析的充分性，确保肾功能不全患者得到充分的血液透析呢。透析充分性指标主要是指透析对小分子溶质的清除，经对现有技术的文献检索发现，临床上用来评价透析充分性的指标很多，最常用和公认的是尿素清除指数（Kt/V）,通常的方法是每次透析前后采血测尿素，然后通过公式计算Kt/V值，但该方法需多次采样血液，对患者伤害较大，且化验费用会增加。在线尿素清除率监测方法具有实时监测、简单、方便等优点。其基本原理是基于尿素与血钠清除率相互间的直线关系，在透析器透析液出口端加装电导率探头，通过对进出透析器前后透析液电导率度的测量，来测定钠离子的变化，并进一步计算出Kt/V值，在线监测血液透析情况。该方法在临床上应用较多，但需对原有透析器进行改动，可能会对透析有一定影响。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种通过呼气动态监测血液透析的系统及方法，以解决现有技术的不足。
为实现上述目的，本发明提供了一种通过呼气动态监测血液透析的系统，包括传感器阵列、A/D模块、信号预处理模块、控制模块和显示模块，所述传感器阵列、A/D模块、信号预处理模块、控制模块和显示模块依次连接，其中：
传感器阵列，用于检测收集的患者呼出的气体；
A/D模块，用于对传感器输出模拟信号进行A/D转换；
信号预处理模块，用于预处理经过A/D转换后的传感器输出数字信号；
控制模块，用于对预处理后的传感器输出数字信号进行特征提取及分类判断，判定当前状况属于透析不充分或透析充分；
显示模块，用于显示关于透析不充分或透析充分的最终分析结果。
进一步地，所述传感器阵列包括但不限于纳米传感器、表面声波传感器或比色传感器。
进一步地，所述控制模块包括但不限于单片机、ARM处理器。
一种通过呼气动态监测血液透析的方法，包括以下步骤：
步骤1、建立血透患者呼出气体与血液透析完成情况之间的量化关系；
步骤2、通过气体收集装置对患者呼出的气体进行采集；
步骤3、采集的气体送入由气体传感器阵列、A/D模块、信号预处理模块、
控制模块、显示模块组成的装置中，对患者呼出的气体成分进行量化指标实时分析；
步骤4、实时分析得到的量化指标结合步骤1呼出气体与血液透析完成情况之间的量化关系，判断血液透析是否充分完成。
进一步地，所述对患者呼出的气体进行采集包括连续采集或者间隔一定时间采集。
进一步地，所述对患者呼出的气体间隔一定时间采集的控制方式有多种选择，可以是人为方式，也可根据测得呼气情况进行反馈控制。
进一步地，所述步骤2的气体收集装置包括但不限于呼气嘴或面罩。
进一步地，所述步骤3对患者呼出的气体成分进行量化指标实时分析采用直接或间接的方法进行实时分析，直接分析为：计算某种或某些气体成分的含量，间接分析为：气体变化引起的其他物理化学量的变化情况。
本发明的有益效果是：
本发明的设计原理是由于肾功能不全导致代谢产物的排除不畅，会引起人体气味的变化。同时，由于挥发性气体主要集中于血液顶端，因此，可通过对呼气的实时检测来监测血液透析，替代原来基于尿素浓度的确定参数检测方法。该方法无需抽血，操作简单，可以连续反复测定，不额外增加患者费用，对原有透析装置不做任何改动，有利于短期内透析计划的调整，制定针对性强、个体化的透析方案，因人而异，保证每位患者透析的充分性。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的呼气处理分析系统的硬件组成示意图。
图2是本发明通过呼气动态监测血液透析的结构示意图。
图3是本发明的呼气监测血透流程示意图。
图4是本发明的呼气监测血透流程中控制模块软件流程示意图。
具体实施方式
参见图1，是本发明的呼气处理分析系统的硬件组成示意图，包括依次连接的传感器阵列1、A/D模块2、信号预处理模块3、控制模块4和显示模块5，其中：
传感器阵列1，用于检测收集的患者呼出气体；
A/D模块2，用于对传感器输出模拟信号进行A/D转换；
信号预处理模块3，用于预处理经过A/D转换后的传感器输出数字信号；
控制模块4，用于对预处理后的传感器输出数字信号进行分类判断，判定当前状况属于透析不充分或透析充分；
显示模块5，用于显示关于透析不充分或透析充分的最终分析结果。
首先建立血透患者呼出气体与血液透析完成情况之间的量化关系，呼出的气体先通过呼气嘴或面罩采集等收集设备进行收集，收集方式为连续采集或者间隔一定时间采集。收集的气体通过传感器阵列1检测，传感器可选用纳米传感器、表面声波传感器或比色传感器。对于不同的气体成分输入，传感器将做出不同的响应。合理选择传感器，可有效且高效地检测特异性气体的变化情况。
经A/D转换2和信号预处理模块3后，控制模块4将对患者呼出的气体成分进行量化指标实时分析，具体为：构建高特异性数学分类模型，提取信号特征，并利用已构建的数学模型进行分类预测，做出诊断。控制模块将完成建模和预测分析功能，如图4所示为控制模块的程序流程图。根据大量（如N个，N越多，预测精度将越高）已知样本的输出信号选取特征值，建立数学预测分类模型（分类器），这一过程也称之为训练过程。训练得到数学预测分类模型（分类器）后，再由部分已知样本（如M个）进行测试。如此反复，直至得到高特异性的数学预测分类模型（分类器）。接下来，便可对患者的呼出气体实时或延时分析输出信号特征，并进行分类预测。
最后，结合呼出气体与血液透析完成情况之间的量化关系，通过设置阈值或模式识别等方法对信号进行分类判断，判定当前状况属于透析不充分或透析充分。
如图2所示，为通过呼气动态监测血液透析的装置示意图,在透析的同时，每隔一定时间，采集呼出气体，根据气体元素变化情况实时动态监测血液透析情况。当呼出气体中某种或若干成分变化满足血液透析充分指标时，反馈控制透析过程，停止透析。
图3为呼气监测血透流程示意图。对透析患者的呼出气体进行收集，收集的时间间隔可人为设定，也可根据呼出气体成分变化率进行收集。系统配套简易的呼气嘴或面罩，患者可自主选择对呼出气体进行收集，也可根据上一次呼气的情况，决定下次采集气体的频率。
实施例一
本发明实施例中，如图2所示，通过收集患者呼出气体，对呼气实时分析方法，检测气体成分变化情况，进而实现无创动态监测透析进程的目的。气体收集可经由呼气嘴或面罩采集。气体可收集于真空袋内，也可收纳于具有鉴别特定气体能力的装置内。对收集的气体可采用直接或间接的方法进行实时分析，如直接计算某种或某些气体成分的含量，也可分析由于气体变化引起的其他物理化学量等的变化情况。透析会血液中的一些有毒物质滤过，透析的充分与否与有毒物质的存在有必然联系。代谢物的改变，引发呼出气体成分发生变化。因此，动态地对呼出气体进行监测，可有效指导血液透析的进行，保证血液透析的充分性。
实施例二
本发明实施例中，如图1所示，通过收集患者呼出气体，对呼气实时分析处理，检测气体成分变化情况。气体收集可经由呼气嘴或面罩采集。收集的气体经传感器阵列检测，并由控制模块进行计算、分类等处理。传感器阵列常用的有纳米传感器，也可采用表面声波传感器和比色传感器。气体变化可引起电阻变化或颜色变化。A/D模块将采集到的模拟信号转化为数字信号。控制模块以控制模块为核心，计算由气体成分变化引起的输出状况。进一步，可根据大量已知样本的输出建立预测模型，对实时采集的信号进行分类。
实施例三
本发明实施例中，如图3所示，对血透患者呼出气体的收集，控制方式可以有很多种。可通过呼吸面罩连续采集呼出气体，也可间隔一定时间进行采集。第一种方式更加适用于呼吸困难或危重患者。考虑到患者的舒适性，一般可采用第二种方式。间隔采样的方式也可以根据情况采用不同的方法，如患者可根据自己的情况，主动对呼出气体进行检测，根据测量指标自主完成整个血液透析过程。患者也可根据每次检测的呼气情况反馈，由机器提示患者进行下一次的呼气检测；或者由机器根据反馈结果控制下一次的气体采集与分析。
本发明的设计原理是由于肾功能不全导致代谢产物的排除不畅，会引起人体气味的变化。同时，由于挥发性气体主要集中于血液顶端，因此，可通过对呼气的实时检测来监测血液透析，替代原来基于尿素浓度的确定参数检测方法。该方法无需抽血，操作简单，可以连续反复测定，不额外增加患者费用，对原有透析装置不做任何改动，有利于短期内透析计划的调整，制定针对性强、个体化的透析方案，因人而异，保证每位患者透析的充分性。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种通过呼气动态监测血液透析的系统，其特征在于：包括传感器阵列（1）、A/D模块（2）、信号预处理模块（3）、控制模块（4）和显示模块（5），所述传感器阵列（1）、A/D模块（2）、信号预处理模块（3）、控制模块（4）和显示模块（5）依次连接，其中：
传感器阵列（1），用于检测收集的患者呼出气体；
A/D模块（2），用于对传感器输出模拟信号进行A/D转换；
信号预处理模块（3），用于预处理经过A/D转换后的传感器输出数字信号；
控制模块（4），用于对预处理后的传感器输出数字信号进行分类判断，判定当前状况属于透析不充分或透析充分；
显示模块（5），用于显示关于透析不充分或透析充分的最终分析结果。
2.如权利要求1所述的一种通过呼气动态监测血液透析的系统，其特征在于：所述传感器阵列（1）包括但不限于纳米传感器、表面声波传感器或比色传感器。
3.如权利要求1所述的一种通过呼气动态监测血液透析的系统，其特征在于：所述控制模块（4）包括但不限于单片机、ARM处理器。
4.一种通过呼气动态监测血液透析的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、建立血透患者呼出气体与血液透析完成情况之间的量化关系；
步骤2、通过气体收集装置对患者呼出的气体进行采集；
步骤3、采集的气体送入由气体传感器阵列、A/D模块、信号预处理模块、
控制模块、显示模块组成的装置中，对患者呼出的气体成分进行量化指标实时分析；
步骤4、实时分析得到的量化指标结合步骤1呼出气体与血液透析完成情况之间的量化关系，判断血液透析是否充分完成。
5.如权利要求4所述的一种通过呼气动态监测血液透析的方法，其特征在于：所述对患者呼出的气体进行采集包括连续采集或者间隔一定时间采集。
6.如权利要求5所述的一种通过呼气动态监测血液透析的方法，其特征在于：所述对患者呼出的气体间隔一定时间采集的控制方式有多种选择，可以是人为方式，也可根据测得呼气情况进行反馈控制。
7.如权利要求4所述的一种通过呼气动态监测血液透析的方法，其特征在于：所述步骤2的气体收集装置包括但不限于呼气嘴或面罩。
8.如权利要求4所述的一种通过呼气动态监测血液透析的方法，其特征在于：所述步骤3对患者呼出的气体成分进行量化指标实时分析采用直接或间接的方法进行实时分析，直接分析为：计算某种或某些气体成分的含量，间接分析为：气体变化引起的其他物理化学量的变化情况。
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|---|---|---|---|---|
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| CN117153336A (zh) * | 2023-10-26 | 2023-12-01 | 中国人民解放军总医院第二医学中心 | 一种基于血液透析机的血液透析监测系统及其方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180727 |