CN1121242C - 人工肺底置式血液平面浓度动态监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种体外循环用人工肺底置式血液平面及浓度动态监测系统，主要由底置式超声波传感器、具有有效测量区的人工肺贮血器、超声信号处理器、显示器、报警器及反馈控制部分构成。适用于对各种筒式人工肺、贮血或贮液器内的血、液平面、血容量或血细胞浓度完成全程动态的高精度测量，对动脉灌注流量的测量及反馈性控制血泵的正常运行。

Description

人工肺底置式血液平面浓度动态监测系统

本发明是一种体外循环用人工肺底置式血液平面及血细胞浓度动态监测系统，主要由底置式超声波传感器，具有有效测量区的人工肺贮血器、超声信号处理器、显示器、报警器及反馈控制部分构成。适用于对各种筒式人工肺、贮血器，或贮液器，实现对血、液平面、血容量或血细胞浓度的完成全程动态的高精度测量，同时可反馈性控制血泵的运行。

查国内外有关资料末见人工肺底置式超声波血溶量动态监测装置。体外循环是在心脏手术中用人工心肺代替人的真正心脏跳动和肺脏的呼吸维持病人的生命，其过程是：利用重力引流原理将黑色的静脉血不断地引流到人工肺内进行氧合，变成红色的动脉血，并贮存在人工肺的筒式容器内，再由血泵通过管道将容器内的血液不断地泵入人体的动脉系统以维持病人的生命，当任何因素导致动脉泵的泵血速度与静脉的回流速度失去平衡时，都会使容器内的血液平面发生波动，如果血平面高出容器的容量则可溢出，造成失血意外，当血液平面超过人工肺的去泡海绵上界高度时，去泡能力丧失出现泡沫。若泵血过快血平面过低可在10秒钟内将大量空气泵入病人体内导致病人死亡，即使少量气体进入体内也可能致残。为了杜绝减少这些因素所致的死亡，国内外学者研究了多种安全监测装置、血平面检测装置等用来检测圆简式人工肺贮血容器内的血液是否高于或低于限定的高度，从而保证人工心肺系统的正常运行，保证受术者的生命安全。已有同类技术共有两类：一类是利用光电反射原理制做的传感器侧置式血平面监测器，如专利号为CN87212650U中所述。另一类是利用超声波原理制做的血平面监测器，如美国生产的斯道克特一沙一里(Stockter-Skhiley)人工心肺机上装配的超声波侧置式血平面传感器。它们共同特点是“传感器侧置”，只能检测传感器所在位置的某一个液平面，其功能是在一个圆筒式容器的外侧壁安装一支传感器，当容器内的液体高于或低于这个平面时发出报警信号或控制信号。美国生产的Sans7400心肺机通过安装上、下两个传感器分别检测高、低位两个液平面的位置，根据所发出的信号判断容器内的液体是否大致在正常范围内。它们的共同优点是结构简单，制做容易，成本低。缺点是不能动态测量容器内液位的瞬间状态、变化趋势及计算实际容量，高、低液面同时测量时必须安装两个传感器及两套检测电路，为了降低成本减少传感器数量，一般仅配备一套最低液面检测器以减少致命性危险。它们仅能输出逻辑电平、触发报警器或控制血泵启停动作，不能把动态变化的液位高度值变成实时的模拟量或数字量显示出来，也不能精确地指挥血泵完成科学的匀加速或匀减速运转。

本发明的目的是为了弥补已有技术的不足，精确地测量贮血容器内的瞬间液位，并将其转换成模拟量及数字量，在显示液位值的同时还可将此动态信号反馈给人工心脏，使血泵随之做必要的速度调整，确保人工心肺系统安全运转，使血液对人体的灌注更接近生理状态，减少体外循环的死亡率及并发症，提高安全性及治愈率；用底置式单一传感器对被测容器的液位高度实现全程测量，实现任一值的液面上、下限的设定。本发明也实用于各种筒式液体容器的液位测量及容量的精确监控。

本发明与工业用超声波测量装置的根本区别是：超声波的波长及能量必须选择在对血液无破坏的物理量范围内；工业贮液容器较大，容器中间无或少有其他异构材料，多可用超声波原理直接检测，而人工肺贮血器容量极小，直径仅十多厘米，底部形状多不规则，且容器中间80％的容积范围被复杂的人工肺内芯占据，如气体氧合时产生的气泡结构，变温器用的钛合金金属管道、去泡用的浸硅油海棉及滤血器用的多层绦纶网等，上述多种材料的声阻抗不同，对声波的传导产生严重的干扰会影响测量。因此本发明在传感器设计，信号处理及控制部分的设计要求完全适应人工肺的结构特点，排除各种不同材料对测量的干扰—检测器与容器结构实行全同步专业设计。人工肺由多个厂家生产，其规格及形状不一，本发明实现了在不改变人工肺结构及功能的前提下对多数人工肺贮血器进行精确检测。

本发明的结构如图1所示：

即往人工肺的内芯1与贮血器外壳3为同心圆设计，二者之间的间隙窄至小于传感器的6的直径，若在贮血器外壳3的底部任何部位安放传感器都会影响声波的正常传导，利用超声波原理测量液面位置是不可能的。本发明将内芯1与贮血器外壳3设计成偏心式，即不影响人工肺的功能又可出现一半圆形的超声波有效测量区2，在人工肺外壳的底部与测量区2相对应的部分设计了用来固定传感器的燕尾槽5，在传感器6的前端有一对称的侧翼7与燕尾槽5相吻合，当血液4的液平面在圆筒式贮血器3内上下波动时，超声波的液面反射时间也随之产生相应的改变，由信号处理器8根据声波的反射时间及声速可计算出液面的高度；声波的传导速度与血液中血细胞的浓度成比例变化，通过已知液面高度及声速又可求出血细胞的浓度。将血细胞的浓度值及液位高度值同时送至显示器11显示，同时将液位高度的变化情况送到报警器10及血泵9，使之按预定的程式报警及控制血泵的运转，当血平面低至极限值时，在发出报警信号的同时可迫使血泵减速或在必要时停止血泵运转，从而避免了空气栓塞事故的发生。

本发明附有二次保护装置，即当血平面传感器6失灵，或任何原因导致动脉管14进入空气时，即可由二次保护传感器固定器12内部的超声波传感器13所感知，并将其转换成电信号送入信号处理器8进行处理，强制血泵9停转，避免任何原因的气栓事故发生，增加了系统的可靠性。与同类气栓传感器的区别在于：该传感器是血平面的二次保护装置，可检测气栓的体积及个数，同时可测量动脉流量只有当气栓体积达到危险值时才停止血泵运转，而已有技术无此功能。

附图说明

1  圆柱式人工肺内芯

2  超声波测量区

3  圆筒式贮血器外壳

4  血液

5  燕尾槽

6  超声波传感器

7  传感器前端对称性侧翼

8  信号处理器

9  血泵

10 报警器

11 液位及血细胞浓度显示器

12 二次保护装置的传感器固定器

13 二次保护装置的超声波传感器

14 动脉管路

Claims (3)

1、一种人工肺血液平面安全监控系统，由超声波传感器、人工肺贮血器及反馈控制部分组成，其特征在于贮血器外壳(3)与内芯(1)为偏心式，形成一个较大的超声波有效测量区(2)，并在与测量区(2)相对应的人工肺外壳的底部设有传感器(6)，此外，在动脉管道(14)上还设有超声波传感器(13)，并通过弹力夹式固定器(12)使其与动脉管道(14)的外壁紧密偶合接触。传感器(6)与传感器(13)均通过导线与信号处理器(8)相連。

2、根据权利要求1所述的人工肺血液平面安全监控系统，其特征在于在人工肺外壳的底部与测量区(2)对应的部分设有燕尾槽(5)样对称的钩状结构，该结构可以是与外壳(3)固化为一体，也可以是用双面胶临时粘贴于外壳(3)的底部，用于与侧翼(7)的对称性突起相挂钩，使传感器(6)与测量区(2)的底部外侧壁呈可靠地可逆性镶嵌式偶合連接。

3、根据权利要求1所述的人工肺血液平面安全监控系统，其特征还在于信号处理器(8)不仅能够将传感器(6)的信号换算成血液平面高度值，也可以换算成血液细胞浓度值，还可以检测出传感器(13)的功能状态，同时对所测量的值设定上、下限报警值，并且能将处理结果传送到执行机构血泵(9)、根据设定值发出声光报警的报警器(10)、能够显示血液平面、细胞浓度以及限定值的显示器(11)上。