CN113018546B - 一种局部枸橼酸抗凝输注系统及控制方法、系统、介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种局部枸橼酸抗凝输注系统及控制方法、系统、介质，其中枸橼酸泵输注转速的控制方法，包括：获取局部枸橼酸抗凝输注系统的参数，所述参数包括血流速度和红细胞压积；根据获取的所述参数确定单位时间枸橼酸输注量；根据所述单位时间枸橼酸输注量控制枸橼酸泵输注转速。钙泵输注转速的控制方法包括：确定局部枸橼酸抗凝输注系统所需补钙的量；根据所述所需补钙的量控制钙泵输注转速。本发明通过特定的公式确定单位时间枸橼酸输注量、局部枸橼酸抗凝输注系统所需补钙的量，能实现枸橼酸泵和/或钙泵的自动化控制，并进一步确保患者的安全。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械和智能控制技术领域，具体地，涉及一种局部枸橼酸抗凝输注系统，以及该系统中的枸橼酸抗凝控制方法、系统、介质。
背景技术
局部枸橼酸抗凝(Regional Citrate Anticoagulation,RCA)已被证实具有有效的体外抗凝作用，患者的血液从人体抽出体外，通过透析器后再回到人体中，在进入透析器之前，需要将枸橼酸钠抗凝剂通过枸橼酸输注泵注入血液通道中，同时，在回人体之前，再将氯化钙溶液通过氯化钙输注泵注入血液通道中，以补充患者流失的钙。该抗凝方法能避免患者长时间暴露于肝素，减少出血风险。目前临床上开展RCA主要采用试错法，即通过频繁监测体内和体外循环离子钙水平以调整枸橼酸和钙的输注速度，限制了RCA技术的推广。
为了解决上述的问题，现有技术中已经出现了一些新的技术，比如CN201710640069.4的中国发明专利，该发明公开了一种适用于CVVHD过程中的枸橼酸抗凝控制系统及其装置和应用，所述适用于CVVHD过程中的枸橼酸抗凝控制系统包括第一蠕动泵速度计算模块，用于计算枸橼酸输注速度；第二蠕动泵速度计算模块，用于补钙速度；所述第二蠕动泵速度计算模块包括：第二蠕动泵第一阶段速度计算单元，用于计算体外透析清除的钙量与体内蓄积钙量之和；第二蠕动泵第二阶段速度计算单元，用于计算体外透析清除的钙量。所述枸橼酸抗凝装置包含上述适用于CVVHD过程中的枸橼酸抗凝控制系统。
上述CN201710640069.4可以实现枸橼酸泵和钙泵的自动化控制，节省了人力，同时更加精确、安全和稳定。但是该专利只适用于CVVHD模式下的枸橼酸抗凝治疗。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种局部枸橼酸抗凝输注系统及控制方法、系统、介质，使其在实现枸橼酸泵和/或钙泵的自动化控制的同时，能适用于CVVHD模式下和iHD模式下的枸橼酸抗凝治疗。
本发明的第一方面，提供一种枸橼酸泵输注转速的控制方法，包括：
获取局部枸橼酸抗凝输注系统的参数，所述参数包括血流速度和红细胞压积；
根据获取的所述参数确定单位时间枸橼酸输注量；
根据所述单位时间枸橼酸输注量控制枸橼酸泵输注转速；
其中：所述单位时间枸橼酸输注量通过以下公式获得：
Qcit(mmol/h)＝4-5(mmol/L)×Qb(ml/min)×(1-Hct％)
上述中，Qcit为单位时间枸橼酸输注量；Qb为血流速度；Hct为红细胞压积。
本发明的第二方面，提供一种钙泵输注转速的控制方法，包括：
确定局部枸橼酸抗凝输注系统所需补钙的量；
根据所述所需补钙的量控制钙泵输注转速；
其中，所述确定局部枸橼酸抗凝输注系统所需补钙的量：
-对于后稀释CVVHDF模式
计算二阶段补钙模型的二阶段所需补钙的量：
第一阶段所需补钙的量采用以下公式计算：
第二阶段所需补钙的量采用以下公式计算：
上述公式中，Qca1为第一阶段需要补钙的量；Qca2为第二阶段需要补钙的量；fa为动脉端枸橼酸输注后滤器前可弥散钙比例；Cca_T为枸橼酸输注后滤器前总钙浓度；Cln-ca为可弥散钙清除率；fb为蓄积钙浓度与枸橼酸浓度相关系数；Csys(t)为枸橼酸点时浓度；BW为患者体重；
-对于间歇性血液透析模式iHD模式，所需补钙的量为体外循环钙清除量；
针对不同的透析器选择膜面积后计算出可弥散钙清除率Cln-ca；
膜面积小于1.2m2时，Cln-Ca＝0.7944×(Qb×0.43+80.5)×(1-Hct)+2.2421+0.46×Quf；
膜面积为1.2-1.8m2时，Cln-Ca＝0.7944×(Qb×0.29+95)×(1-Hct)+2.2421+0.46×Quf；
膜面积大于1.8m2时，Cln-Ca＝0.7944×(Qb×0.53+75.5)×(1-Hct)+2.2421+0.46×Quf；
根据上述可弥散钙清除率Cln-ca计算每小时体外循环钙清除量：
Eca(mmol/L)＝fa×Cca_T×Cln-ca×60/1000
上述公式中，Qb为血流速度；Quf为超滤率；Eca(mmol/L)为每小时体外循环钙清除量。
本发明的第三方面，提供一种枸橼酸泵输注转速的控制模块，包括：
参数获取模块，用于获取局部枸橼酸抗凝输注系统的参数，所述参数包括血流速度和红细胞压积；
输注量确定模块，用于根据获取的所述参数确定单位时间枸橼酸输注量；
枸橼酸泵转速控制模块，用于根据所述单位时间枸橼酸输注量控制枸橼酸泵输注转速；
其中：所述输注量确定模块通过以下公式获得单位时间枸橼酸输注量：
Qcit(mmol/h)＝4-5(mmol/L)×Qb(ml/min)×(1-Hct％)
上述中，Qcit为单位时间枸橼酸输注量；Qb为血流速度；Hct为红细胞压积。
本发明的第四方面，提供一种钙泵输注转速的控制模块，包括：
补钙量确定模块，用于确定局部枸橼酸抗凝输注系统所需补钙的量；
钙泵转速控制模块，用于根据所述所需补钙的量控制钙泵输注转速；
其中，所述补钙量确定模块通过以下方式确定局部枸橼酸抗凝输注系统所需补钙的量：
-对于后稀释CVVHDF模式
计算二阶段补钙模型的二阶段所需补钙的量：
第一阶段所需补钙的量采用以下公式计算：
第二阶段所需补钙的量采用以下公式计算：
上述公式中，Qca1为第一阶段需要补钙的量；Qca2为第二阶段需要补钙的量；fa为动脉端枸橼酸输注后滤器前可弥散钙比例；Cca_T为枸橼酸输注后滤器前总钙浓度；Cln-ca为可弥散钙清除率；fb为蓄积钙浓度与枸橼酸浓度相关系数；Csys(t)为枸橼酸点时浓度；BW为患者体重；
-对于间歇性血液透析模式iHD模式，所需补钙的量为体外循环钙清除量；
针对不同的透析器选择膜面积后计算出可弥散钙清除率Cln-ca；
膜面积小于1.2m2时，Cln-Ca＝0.7944×(Qb×0.43+80.5)×(1-Hct)+2.2421+0.46×Quf；
膜面积为1.2-1.8m2时，Cln-Ca＝0.7944×(Qb×0.29+95)×(1-Hct)+2.2421+0.46×Quf；
膜面积大于1.8m2时，Cln-Ca＝0.7944×(Qb×0.53+75.5)×(1-Hct)+2.2421+0.46×Quf；
根据上述可弥散钙清除率Cln-ca计算每小时体外循环钙清除量：
Eca(mmol/L)＝fa×Cca_T×Cln-Ca×60/1000
上述公式中，Qb为血流速度；Quf为超滤率；Eca(mmol/L)为每小时体外循环钙清除量。
本发明的第五方面，提供一种局部枸橼酸抗凝输注的控制方法，包括：
枸橼酸泵输注转速的控制；以及
钙泵输注转速的控制；
分别采用上述的枸橼酸泵输注转速的控制方法、钙泵输注转速的控制方法实现。
本发明的第六方面，提供一种局部枸橼酸抗凝输注的控制系统，包括：
枸橼酸泵输注转速的控制模块；以及
钙泵输注转速的控制模块；
分别采用上述的枸橼酸泵输注转速的控制模块、钙泵输注转速的控制模块。
本发明的第七方面，提供一种局部枸橼酸抗凝输注系统，包括：
枸橼酸泵，用于输注枸橼酸钠抗凝剂；
钙泵，用于输注氯化钙溶液；
控制器，用于控制所述枸橼酸泵和所述钙泵的输注速度。
优选地，所述控制器包括：
采样执行模块，是局部枸橼酸抗凝输注系统采集外部信号和执行控制器命令的模块，采集输注管路中各参数，接受所述控制器关于所述枸橼酸泵、所述钙泵的输液速度命令，该模块控制驱动电机，使所述枸橼酸泵、所述钙泵按指定速度工作；
治疗分析模块，用于定时测量枸橼酸泵、钙泵的流量，并将各流量反馈给枸橼酸泵、钙泵输注转速的控制模块，该控制模块根据所述流量以及预先设定的参数控制枸橼酸泵、钙泵的转速。
优选地，所述控制器还包括：安全模块，所述安全模块通过采样数据分析实时监控设备的运行情况，同时根据事故发生处理意见模块针对治疗过程中发生的状况提示报警和操作。
所述采样执行模块、治疗分析模块和安全模块，这三个模块并行运行，并独立与数据库交换数据。
优选地，所述治疗分析模块，还实现以下功能：
-实时接收和分析采样模块传输的数据信号；
-将数据记录到数据库或共享，以备外部设备记录和读取治疗记录和治疗事故；
-按照预定程序，分析患者信息和治疗信息，根据二阶段理论模型实时计算期望枸橼酸和氯化钙的输注速度，并将信号传输给采样执行模块；
-采样数据与安全模块实时交换，按照事故处理意见，分析设备是否处于正常运行状态，并针对其运行状态，做出主动防护动作和声光报警。
优选地，对于所述枸橼酸泵、所述钙泵的单个输注泵，采用模糊自适应整定PID控制。根据控制系统的实际响应情况，参照提前储存在计算机中的模糊控制规则，运用模糊推理，自动实现对单个输注泵PID参数的最佳调整。
本发明的第八方面，提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并能在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时用于执行以下任一种方法：
-上述枸橼酸泵输注转速的控制方法；
-上述钙泵输注转速的控制方法；
-上述局部枸橼酸抗凝输注的控制方法。
本发明的第九方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时用于执行以下任一种方法：
-上述枸橼酸泵输注转速的控制方法；
-上述钙泵输注转速的控制方法；
-上述局部枸橼酸抗凝输注的控制方法。
与现有技术相比，本发明实施例具有如下至少一种有益效果：
本发明上述局部枸橼酸抗凝输注系统及控制方法、系统、介质，使其在实现枸橼酸泵和/或钙泵的自动化控制的同时，能确保转速稳定可控。进一步的，当异常情况出现时，能及时报警和紧急控制来保证患者安全。
本发明上述局部枸橼酸抗凝输注系统及控制方法、系统、介质，能适用于针对连续性血液体外循环治疗后稀释CVVHDF和间歇性血液透析iHD模式下的枸橼酸泵的转速和钙泵的转速的确定，实现精确化控制输注速度。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为后稀释CVVHDF枸橼酸抗凝示意图；
图2为间歇性血液透析模式(iHD)模式示意图；
图3为一实施例中枸橼酸泵输注转速的控制方法的流程图；
图4为一实施例中钙泵输注转速的控制方法的流程图；
图5为一实施例中枸橼酸泵输注转速的控制模块框图；
图6为一实施例中钙泵输注转速的控制模块框图；
图7为一实施例中局部枸橼酸抗凝输注系统模块框图；
图8为一优选实施例中局部枸橼酸抗凝输注系统原理图；
图9为一实施例中单个输注泵控制结构框图；
图10为一实施例中局部枸橼酸抗凝输注控制构原理图；
图11为一具体实施例中的局部枸橼酸抗凝输注系统结构框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在局部枸橼酸抗凝中，以局部枸橼酸抗凝二阶段补钙理论为基础，结合枸橼酸药代动力学和血液净化清除动力学理论，将各种模式和剂量的血液净化RCA时枸橼酸和钙剂补充剂量进行精准定量控制。其主要原理如下：
1.RCA时枸橼酸输注速度与体外循环血浆流率相关。
2.溶质清除效率较低的血液净化技术(如CRRT)RCA时补钙速度存在“两阶段”现象，即表现为钙需要量的不均一性，存在着先多后少的特点。其原因是由于低效血液净化对枸橼酸的清除较低，从而导致患者体内枸橼酸蓄积，而枸橼酸在体内绝大部分是以枸橼酸钙的形式存在，在枸橼酸体内代谢3-5个半衰期后枸橼酸和血钙达到稳态。因此，在RCA-CRRT的第一阶段，需要补充体外循环清除钙及蓄积钙，而在随后的第二阶段，仅需补充体外循环清除钙。
3.CRRT时流出液钙并未和血液钙浓度平衡，即体外循环钙清除率与CRRT剂量和模式相关。
4.高效血液净化技术(如IHD)补钙剂量主要和体外循环清除率相关，钙清除率与透析器肌酐、磷酸盐清除率存在相关关系。
参照图1所示，为后稀释CVVHDF枸橼酸抗凝示意图。根据后稀释CVVHDF枸橼酸抗凝的原理，决定枸橼酸输注速度的关键参数是体外循环钙负荷。当体内离子钙浓度在正常范围内时，每升血浆流量需要4.0-5.0mM枸橼酸可将体外循环离子水平降至0.2-0.4mmol/L。
参照图2所示，为间歇性血液透析模式(iHD)模式示意图。决定枸橼酸输注速度的关键参数是体外循环钙负荷。当体内离子钙浓度在正常范围内时，每升血浆流量需要4.0-5.0mM枸橼酸可将体外循环离子水平降至0.2-0.4mmol/L。
基于上述研究原理，本发明实施例提供的局部枸橼酸抗凝输注系统及控制方法、系统、介质，主要用于局部枸橼酸抗凝中自动控制患者治疗管路中枸橼酸抗凝剂的输注转速，以及，进一步与之匹配的，为了防止患者体内离子钙的流失，自动控制患者治疗管路中钙泵的输注转速，以按照所需的速度向患者输注枸橼酸抗凝剂、补充钙剂，从而避免患者长时间暴露于肝素，减少出血风险。
参照图3所示，为本发明一实施例中枸橼酸泵输注转速的控制方法的流程图。该实施例中的枸橼酸泵输注转速的控制方法，按照以下步骤进行：
S101,获取局部枸橼酸抗凝输注系统的参数，参数包括血流速度和红细胞压积；
S102,根据获取的参数确定单位时间枸橼酸输注量；
S103,根据单位时间枸橼酸输注量控制枸橼酸泵输注转速。
上述的S102中，单位时间枸橼酸输注量通过以下公式获得：
Qcit(mmol/h)＝4-5(mmol/L)×Qb(ml/min)×(1-Hct％) (1)
上述中，Qcit为单位时间枸橼酸输注量；Qb为血流速度；Hct为红细胞压积。
上述的S103中，确定了单位时间枸橼酸输注量，可以根据枸橼酸泵的型号确定的枸橼酸泵输注转速，从而可以自动控制患者治疗管路中枸橼酸抗凝剂的输注。
参照图4所示，为本发明一实施例中钙泵输注转速的控制方法的流程图。本实施例中能够的钙泵输注转速的控制方法，按照以下步骤进行：
S201,确定局部枸橼酸抗凝输注系统所需补钙的量；
S202,根据所需补钙的量控制钙泵输注转速；
其中S201，对于后稀释CVVHDF模式，根据二阶段补钙模型，使用可弥散钙清除率、动脉端枸橼酸输注后滤器前可弥散钙占总钙比例计算每小时体外循环钙清除量，结合体内蓄积钙，可得简化定量的二阶段补钙方程。具体的，确定局部枸橼酸抗凝输注系统所需补钙的量，可以采用以下方式计算二阶段补钙模型的二阶段所需补钙的量：
第一阶段所需补钙的量采用以下公式计算：
第二阶段所需补钙的量采用以下公式计算：
上述公式中，Qca1为第一阶段需要补钙的量；Qca2为第二阶段需要补钙的量；fa为动脉端枸橼酸输注后滤器前可弥散钙比例；Cca_T为枸橼酸输注后滤器前总钙浓度；Cln-ca为可弥散钙清除率；fb为蓄积钙浓度与枸橼酸浓度相关系数；Csys(t)为枸橼酸点时浓度；BW为患者体重。
在本发明一实施例中，对于间歇性血液透析模式iHD模式，所需补钙的量为体外循环钙清除量，因此，确定局部枸橼酸抗凝输注系统所需补钙的量可以按照以下步骤进行：
S2011，针对不同的透析器选择膜面积后计算出可弥散钙清除率Cln-ca；
S2012，根据上述可弥散钙清除率Cln-ca计算每小时体外循环钙清除量。
由于IHD模式使用透析器多样，有效膜面积范围为1.0-2.0m2，且不同型号透析器对溶质清除率有差异，因此针对不同的透析器，分析可弥散钙实际清除率与各透析器肌酐、磷酸盐说明书清除率的线性关系得到如下公式：
Cln-Ca＝0.79×(1-Hct)×(CliCr+CliP)/2+2.24(R2＝0.31,p＝0.0165) (6)
其中，Cln-Ca：可弥散钙实际清除率；CliCr：肌酐说明书清除率；CliP：磷酸盐说明书清除率；Hct：红细胞压积。
公式(6)在超滤率为0时成立。在实际治疗时通常超滤率不为0，因此需要考虑超滤率部分的清除率。根据既往研究，当超滤率小于70ml/min时，清除率与超滤率满足如下等式：
ClB＝ClB0+0.46×Quf (7)
(其中ClB：实际超滤率时的清除率；ClB0：超滤率为0时的清除率；Quf：超滤率)
因此，将实际超滤率纳入公式后，可得到如下等式：
Cln-Ca＝0.79×(1-Hct)×(CliCr+CliP)/2+2.24+0.46×Quf (8)
当透析器血流量为150-300ml/min时，溶质清除率与血流量近似成线性，因此可以根据透析器说明书求出透析器溶质清除率与血流量关系，代入清除率公式得到可弥散钙实际清除率与血流量的估算公式。将透析器根据有效膜面积分成三类：
膜面积小于1.2m2时，Cln-Ca＝0.7944×(Qb×0.43+80.5)×(1-Hct)+2.2421+0.46×Quf(9)
膜面积为1.2-1.8m2时，Cln-Ca＝0.7944×(Qb×0.29+95)×(1-Hct)+2.2421+0.46×Quf(10)
膜面积大于1.8m2时，Cln-Ca＝0.7944×(Qb×0.53+75.5)×(1-Hct)+2.2421+0.46×Quf(11)
在IHD模式下由于透析液流速较快，超过80％的枸橼酸钙被透析器清除，枸橼酸蓄积较少。因此IHD中补钙量主要为体外循环钙清除量。如前体外循环钙清除量等式可如下表示：
Eca(mmol/L)＝ fa×Cca_T×Cln-Ca×60/1000 (12)
上述公式中，Qb为血流速度；Quf为超滤率；Eca(mmol/L)为每小时体外循环钙清除量。
IHD模式中fa平均值为0.85，体内稳态钙浓度(Cca_T)与开始治疗时体内总钙浓度接近，清除率(Cl)为公式(9)-(11)，针对不同的透析器选择膜面积后计算出清除率(Cl)，再代入公式(12)后即可计算每小时体外循环钙清除量，进而确定对应钙泵的输注速度。
基于上述图3所示实施例的枸橼酸泵输注转速的控制方法，在另一实施例中，还对应提供了一种枸橼酸泵输注转速的控制模块，该模块可以用于实现上述的枸橼酸泵输注转速的控制方法。具体的，参照图5所示，枸橼酸泵输注转速的控制模块包括：参数获取模块、输注量确定模块以及枸橼酸泵转速控制模块，其中：参数获取模块用于获取局部枸橼酸抗凝输注系统的参数，参数包括血流速度和红细胞压积；输注量确定模块用于根据获取的参数确定单位时间枸橼酸输注量；枸橼酸泵转速控制模块用于根据单位时间枸橼酸输注量控制枸橼酸泵输注转速。相应的，输注量确定模块通过以下公式(1)获得单位时间枸橼酸输注量。
基于上述图4所示实施例的钙泵输注转速的控制方法，在另一实施例中，还对应提供了一种钙泵输注转速的控制模块，该模块可以用于实现上述的钙泵输注转速的控制方法。具体的，参照图6所示，钙泵输注转速的控制模块包括：补钙量确定模块以及钙泵转速控制模块，其中，补钙量确定模块用于确定局部枸橼酸抗凝输注系统所需补钙的量；钙泵转速控制模块，用于根据所需补钙的量控制钙泵输注转速；其中，补钙量确定模块通过公式(2)、(3)确定二阶段补钙量，或通过公式(12)来确定间歇性血液透析模式iHD模式所需补钙的量。
基于上述各实施例的钙泵输注转速、枸橼酸泵输注转速方法和模块，在本发明另一实施例中，还提供一种局部枸橼酸抗凝输注的控制方法，包括两部分，其中一部分是对于枸橼酸泵的工作控制，另一部分是对钙泵的工作控制，该方法中采用图3所示实施例的枸橼酸泵输注转速的控制方法、图4所示实施例的钙泵输注转速的控制方法实现。
在本发明另一实施例中，提供一种局部枸橼酸抗凝输注的控制系统，包括两个主要模块，其中一个模块是对于枸橼酸泵的工作控制，另一个模块是对钙泵的工作控制，即：枸橼酸泵输注转速的控制模块；以及钙泵输注转速的控制模块；这两个模块分别采用图5所示实施例的枸橼酸泵输注转速的控制模块、图6所示实施例的钙泵输注转速的控制模块。
参照图7所示，为一实施例中局部枸橼酸抗凝输注系统模块框图。该局部枸橼酸抗凝输注系统包括：枸橼酸泵、钙泵以及控制器，枸橼酸泵用于输注枸橼酸钠抗凝剂；钙泵用于输注氯化钙溶液；控制器用于控制所述枸橼酸泵和所述钙泵的输注速度；其中，控制器包括图5所示实施例的枸橼酸泵输注转速的控制模块以及图6所示实施例的钙泵输注转速的控制模块。本实施例通过对枸橼酸泵、钙泵的控制，能实现自动局部枸橼酸抗凝输注控制。
参照图8所示，为局部枸橼酸抗凝输注系统的优选实施例图。在图7所示所示实施例基础上，本优选实施例局部枸橼酸抗凝输注系统中，控制器还进一步包括：
采样执行模块，是局部枸橼酸抗凝输注系统采集外部信号和执行控制器命令的模块，采集输注管路中各参数(比如管路中的气泡、压力、输液泵的保护泵盖状态等信息)，接受控制器关于枸橼酸泵、钙泵的输液速度命令，该模块控制驱动电机，使枸橼酸泵、钙泵按指定速度工作；比如管路中的气泡、压力、输液泵的保护泵盖状态等信息会通过采样部分电路进行采集，主控关于输液泵的输液速度命令传输到采样执行模块，该模块控制直流无刷电机和其驱动模块，使其按指定速度工作；
治疗分析模块，用于定时测量枸橼酸泵、钙泵的流量，并将各流量反馈给枸橼酸泵、钙泵输注转速的控制模块，该控制模块根据流量以及预先设定的参数控制枸橼酸泵、钙泵的转速。
为了保证局部枸橼酸抗凝输注的安全性，控制器还可以进一步包括：安全模块，所述安全模块通过采样数据分析实时监控设备的运行情况，同时根据事故发生处理意见模块针对治疗过程中发生的状况提示报警和操作。
上述实施例中，采样执行模块、治疗分析模块和安全模块，这三个模块并行运行，并独立与数据库交换数据。
比如，在一实施例中，采样模块的信号发送到MCU主控的计算模块；计算模块跟安全模块交换数据，校验信号是否合理；若信号合理，说明设备运行正常，治疗持续进行；若信号不合理，说明设备运行不正常，设备将按照事故发生处理意见，将事故分为三个等级：低优先级、中优先级和高优先级，并分别采取不同的防护措施，进行相应的声光报警。
上述实施例中，治疗分析模块的功能还可以进一步包括：
1、实时接收和分析采样模块传输的数据信号；
2、将关键数据记录到数据库或共享，以备外部设备记录和读取治疗记录和治疗事故；
3、按照预定程序，分析患者信息和治疗信息，根据二阶段理论模型实时计算期望枸橼酸和氯化钙的输注速度，并将信号传输给执行模块；
4、采样数据与安全模块实时交换，按照事故处理意见，分析设备是否处于正常运行状态，并针对其运行状态，做出主动防护动作和声光报警。
参照图9所示，为一实施例中单个输注泵的控制结构框图。对于所述枸橼酸泵、所述钙泵的单个输注泵，采用模糊自适应整定PID控制。辅助CRRT设备或iHD设备在治疗过程中进行抗凝治疗，在系统设备的运行过程中，由于CRRT设备或iHD设备的流速和本发明涉及的设备的流速不同，负荷始终变化，再加上环境等其他干扰因素影响，其特性参数极易发生改变，因此设计模糊自适应整定PID控制单个输注泵，运用现代控制理论在线辨识对象特征参数，实时改变其控制策略，使控制系统的指标始终保持在最佳范围内。计算机在运行的过程中，根据控制系统的实际响应情况，参照提前储存在计算机中的模糊控制规则，运用模糊推理，自动实现对单个输注泵PID参数的最佳调整。具体的，可以参照图9所示，公式为：
其中，(j)、(k)为采样序号，T为采样时间常数，kp是比例系数，kp与比例度成倒数关系；ki是积分系数，kd是微分系数。e(k)是给定值与测量值之间的误差，而e(k-1)是上一次采样时间区间内的误差。在线运行过程中，控制系统通过对模糊逻辑规则的结果处理、查表和运算，完成对PID参数的在线自校正。
上述优选实施例中，通过采集枸橼酸泵、氯化钙泵的参数，通过PID控制始终保持枸橼酸泵的、氯化钙泵的转速稳定可控。并且在发生异常时，可以及时发出报警，并可以同时进行紧急操作，比如停止泵的输注等。
参照图10所示，为一实施例中局部枸橼酸抗凝输注控制构原理图。在实际使用中，患者的血液从人体抽出体外，通过透析器后再回到人体中，在进入透析器之前将枸橼酸钠抗凝剂通过枸橼酸泵注入血液通道中，同时，在回人体之前将氯化钙溶液通过氯化钙泵注入血液通道中，以补充患者流失的钙。本实施例的整体控制思路分为上下两层，其中下层为两个蠕动泵(枸橼酸泵、氯化钙泵)的闭环控制，上层为智能分析与决策层即控制器，控制器可以采用软件模块来实现，也可以采用硬件器件来实现。枸如图10所示，橼酸泵的主要输入参数为Qcit，输出参数即枸橼酸泵的转速信号，通过PID控制始终保持枸橼酸泵的转速稳定可控；氯化钙泵的的主要输入参数为Qca，输出参数即氯化钙泵的转速信号，通过PID控制始终保持氯化钙泵的转速稳定可控。同时在治疗过程中，要求操作者在透析器前和后分别测量血液中钙离子的水平，将该参数输入系统中，控制器会自动调整氯化钙泵的输注速度。
控制器的上层控制通过采集病患的基本参数和体外血液净化治疗的参数后，治疗分析模块根据“二阶段补钙学说”及枸橼酸药代动力学和血液净化清除动力学理论，计算出每个小时对应的的枸橼酸和钙的流量数据，该数据通过下层闭环控制会自动转换成驱动电机的运行参数。驱动电机经减速机构带动蠕动泵泵头旋转，泵头上的转子反复挤压输液管路外壁，驱使管内药液持续定向流动，从而达到精确补液的目的。
参照图11所示，为一具体实施例中的局部枸橼酸抗凝输注系统结构框图，其中，枸橼酸泵、气泡传感器、液位传感器及夹阀构成枸橼酸输注侧；氯化钙泵、气泡传感器、液位传感器及夹阀构成氯化钙输注侧，控制器部分包括主控板、电机驱动器、压力传感器模块、气泡传感器模块、舵机驱动器模块、声光报警模块及其储能电池。该系统还可以设置外壳，外壳上设有外壳固定结构、出风口、外接电源接口及数据接口、触摸屏、扬声器、报警灯等部件。以对应完成上述的各部分的参数采集、枸橼酸泵的控制、氯化钙泵(钙泵)的控制，以及对应异常情况的检测、报警、紧急停止等功能。枸橼酸钠溶液跟氯化钙容液在流动过程中是两路互不干涉的通道，在此以枸橼酸钠溶液的液体通道描述系统的工作流程为例说明，氯化钙溶液的液体通道跟枸橼酸钠溶液液体通道相同。具体的枸橼酸钠溶液从液袋中通过输注泵将其泵出，在进入输注泵前先进过一个气泡传感器，若液袋空袋时气泡传感器会检测到液体通道中有气泡则系统报警，提示换袋操作。通过输注泵后枸橼酸钠溶液进入静脉壶，静脉壶放置与液位传感器中，静脉壶的上端分支通过压力传感器保护罩接入机器压力传感器接头，另一端接入主板上的压力检测模块，同时接入小气泵。若静脉壶的水位低于系统设定的水位时，小气泵会将静脉壶中的水位抽到正常液位，同时压力检测模块会实时监测压力变化，通过系统的压力补偿给输注泵调节流量，使得输注泵不管在何种压力负载下工作都能保证流量得精准性。枸橼酸钠溶液通过静脉壶后进入第二个气泡传感器，检测输进血液体外循坏回路中是否有气泡，经过气泡传感器后进入夹阀，若检测到气泡产生，则系统会关闭输注泵和夹阀，保证气泡不进入血液体外循环回路中，若要消除气泡，则根据系统提示操作通过打开夹阀，小气泵将气泡抽走后机器恢复工作。
在本发明另一实施例中，还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并能在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时用于执行上述实施例中的枸橼酸泵输注转速的控制方法；也可以用于执行上述实施例中的钙泵输注转速的控制方法；也可以用于执行上述实施例中的局部枸橼酸抗凝输注的控制方法。
在本发明另一实施例中，还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时用于执行上述实施例中的枸橼酸泵输注转速的控制方法；也可以用于执行上述实施例中的钙泵输注转速的控制方法；也可以用于执行上述实施例中的局部枸橼酸抗凝输注的控制方法。
上述的存储器，可以包括易失性存储器(英文：volatile memory)，例如随机存取存储器(英文：random-access memory，缩写：RAM)，如静态随机存取存储器(英文：staticrandom-access memory，缩写：SRAM)，双倍数据率同步动态随机存取存储器(英文：DoubleData Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory，缩写：DDR SDRAM)等；存储器也可以包括非易失性存储器(英文：non-volatile memory)，例如快闪存储器(英文：flashmemory)。存储器用于存储计算机程序(如实现上述方法的应用程序、功能模块等)、计算机指令等，上述的计算机程序、计算机指令等可以分区存储在一个或多个存储器中。并且上述的计算机程序、计算机指令、数据等可以被处理器调用。
上述的计算机程序、计算机指令等可以分区存储在一个或多个存储器中。并且上述的计算机程序、计算机指令、数据等可以被处理器调用。
处理器，用于执行存储器存储的计算机程序，以实现上述实施例涉及的方法中的各个步骤。具体可以参见前面方法实施例中的相关描述。
处理器和存储器可以是独立结构，也可以是集成在一起的集成结构。当处理器和存储器是独立结构时，存储器、处理器可以通过总线耦合连接。
需要说明的是，本发明提供的所述方法中的步骤，可以利用所述系统中对应的模块、装置、单元等予以实现，本领域技术人员可以参照所述系统的技术方案实现所述方法的步骤流程，即，所述系统中的实施例可理解为实现所述方法的优选例，在此不予赘述。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。上述各优选特征在互不冲突的情况下，可以任意组合使用。
Claims (10)
1.一种钙泵输注转速的控制模块，其特征在于，包括：
补钙量确定模块，用于确定局部枸橼酸抗凝输注系统所需补钙的量；
钙泵转速控制模块，用于根据所述所需补钙的量控制钙泵输注转速；
其中，所述补钙量确定模块通过以下方式确定局部枸橼酸抗凝输注系统所需补钙的量：
-对于后稀释CVVHDF模式
计算二阶段补钙模型的二阶段所需补钙的量：
第一阶段所需补钙的量采用以下公式计算：
第二阶段所需补钙的量采用以下公式计算：
上述公式中，Qca1为第一阶段需要补钙的量；Qca2为第二阶段需要补钙的量；fa为动脉端枸橼酸输注后滤器前可弥散钙比例；Cca_T为枸橼酸输注后滤器前总钙浓度；Cln-ca为可弥散钙清除率；fb为蓄积钙浓度与枸橼酸浓度相关系数；Csys(t)为枸橼酸点时浓度；BW为患者体重；
-对于间歇性血液透析模式iHD模式，所需补钙的量为体外循环钙清除量；
针对不同的透析器选择膜面积后计算出可弥散钙清除率Cln-ca；
膜面积小于1.2m2时，Cln-Ca＝0.7944×(Qb×0.43+80.5)×(1-Hct)+2.2421+0.46×Quf；
膜面积为1.2-1.8m2时，Cln-Ca＝0.7944×(Qb×0.29+95)×(1-Hct)+2.2421+0.46×Quf；
膜面积大于1.8m2时，Cln-Ca＝0.7944×(Qb×0.53+75.5)×(1-Hct)+2.2421+0.46×Quf；
根据上述可弥散钙清除率Cln-ca计算每小时体外循环钙清除量：
Eca(mmol/L)＝fa×Cca_T×(Cln-Ca)×60/1000
上述公式中，Qb为血流速度；Quf为超滤率；Eca(mmol/L)为每小时体外循环钙清除量。
2.一种局部枸橼酸抗凝输注的控制系统，其特征在于，包括：
枸橼酸泵输注转速的控制模块；以及
钙泵输注转速的控制模块，采用权利要求1所述的钙泵输注转速的控制模块；
所述枸橼酸泵输注转速的控制模块，包括：
获取局部枸橼酸抗凝输注系统的参数，所述参数包括血流速度和红细胞压积；
根据获取的所述参数确定单位时间枸橼酸输注量；
根据所述单位时间枸橼酸输注量控制枸橼酸泵输注转速；
其中：所述单位时间枸橼酸输注量通过以下公式获得：
Qcit(mmol/h)＝4-5(mmol/L)×Qb(ml/min)×(1-Hct％)
上述中，Qcit为单位时间枸橼酸输注量；Qb为血流速度；Hct为红细胞压积。
3.一种局部枸橼酸抗凝输注系统，其特征在于，包括：
枸橼酸泵，用于输注枸橼酸钠抗凝剂；
钙泵，用于输注氯化钙溶液；
控制器，用于控制所述枸橼酸泵和所述钙泵的输注速度；
其中，所述控制器包括枸橼酸泵输注转速的控制模块以及权利要求2的钙泵输注转速的控制模块；
所述枸橼酸泵输注转速的控制模块，包括：
获取局部枸橼酸抗凝输注系统的参数，所述参数包括血流速度和红细胞压积；
根据获取的所述参数确定单位时间枸橼酸输注量；
根据所述单位时间枸橼酸输注量控制枸橼酸泵输注转速；
其中：所述单位时间枸橼酸输注量通过以下公式获得：
Qcit(mmol/h)＝4-5(mmol/L)×Qb(ml/min)×(1-Hct％)
上述中，Qcit为单位时间枸橼酸输注量；Qb为血流速度；Hct为红细胞压积。
4.根据权利要求3所述的局部枸橼酸抗凝输注系统，其特征在于，所述控制器还包括：
采样执行模块，是局部枸橼酸抗凝输注系统采集外部信号和执行控制器命令的模块，采集输注管路中各参数，接受所述控制器关于所述枸橼酸泵、所述钙泵的输液速度命令，该模块控制驱动电机，使所述枸橼酸泵、所述钙泵按指定速度工作；
治疗分析模块，用于定时测量枸橼酸泵、钙泵的流量，并将各流量反馈给枸橼酸泵、钙泵输注转速的控制模块，该控制模块根据所述流量以及预先设定的参数控制枸橼酸泵、钙泵的转速。
5.根据权利要求4所述的局部枸橼酸抗凝输注系统，其特征在于，所述控制器还包括：安全模块，所述安全模块通过采样数据分析实时监控设备的运行情况，同时根据事故发生处理意见模块针对治疗过程中发生的状况提示报警和操作。
6.根据权利要求5所述的局部枸橼酸抗凝输注系统，其特征在于，所述采样执行模块、治疗分析模块和安全模块，这三个模块并行运行，并独立与数据库交换数据。
7.根据权利要求4所述的局部枸橼酸抗凝输注系统，其特征在于，所述治疗分析模块，还实现以下功能：
-实时接收和分析采样模块传输的数据信号；
-将数据记录到数据库或共享，以备外部设备记录和读取治疗记录和治疗事故；
-按照预定程序，分析患者信息和治疗信息，根据二阶段理论模型实时计算期望枸橼酸和氯化钙的输注速度，并将信号传输给采样执行模块；
-采样数据与安全模块实时交换，按照事故处理意见，分析设备是否处于正常运行状态，并针对其运行状态，做出主动防护动作和声光报警。
8.根据权利要求4所述的局部枸橼酸抗凝输注系统，其特征在于，对于所述枸橼酸泵、所述钙泵的单个输注泵，采用模糊自适应整定PID控制；根据控制系统的实际响应情况，参照提前储存在计算机中的模糊控制规则，运用模糊推理，自动实现对单个输注泵PID参数的最佳调整。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并能在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时用于执行以下任一种方法：
-钙泵输注转速的控制方法；
-局部枸橼酸抗凝输注的控制方法；
具体的，所述钙泵输注转速的控制方法包括：
确定局部枸橼酸抗凝输注系统所需补钙的量；
根据所述所需补钙的量控制钙泵输注转速；
其中，所述确定局部枸橼酸抗凝输注系统所需补钙的量：
-对于后稀释CVVHDF模式
计算二阶段补钙模型的二阶段所需补钙的量：
第一阶段所需补钙的量采用以下公式计算：
第二阶段所需补钙的量采用以下公式计算：
上述公式中，Qca1为第一阶段需要补钙的量；Qca2为第二阶段需要补钙的量；fa为动脉端枸橼酸输注后滤器前可弥散钙比例；Cca_T为枸橼酸输注后滤器前总钙浓度；Cln-ca为可弥散钙清除率；fb为蓄积钙浓度与枸橼酸浓度相关系数；Csys(t)为枸橼酸点时浓度；BW为患者体重；
-对于间歇性血液透析模式iHD模式，所需补钙的量为体外循环钙清除量；
针对不同的透析器选择膜面积后计算出可弥散钙清除率Cln-ca；
膜面积小于1.2m2时，Cln-Ca＝0.7944×(Qb×0.43+80.5)×(1-Hct)+2.2421+0.46×Quf；
膜面积为1.2-1.8m2时，Cln-Ca＝0.7944×(Qb×0.29+95)×(1-Hct)+2.2421+0.46×Quf；
膜面积大于1.8m2时，Cln-Ca＝0.7944×(Qb×0.53+75.5)×(1-Hct)+2.2421+0.46×Quf；
根据上述可弥散钙清除率Cln-ca计算每小时体外循环钙清除量：
Eca(mmol/L)＝fa×Cca_T×(Cln-Ca)×60/1000
上述公式中，Qb为血流速度；Quf为超滤率；Eca(mmol/L)为每小时体外循环钙清除量；
具体的，所述局部枸橼酸抗凝输注的控制方法包括：
枸橼酸泵输注转速的控制；以及
钙泵输注转速的控制，采用上述钙泵输注转速的控制方法实现；
所述枸橼酸泵输注转速的控制，包括：
获取局部枸橼酸抗凝输注系统的参数，所述参数包括血流速度和红细胞压积；
根据获取的所述参数确定单位时间枸橼酸输注量；
根据所述单位时间枸橼酸输注量控制枸橼酸泵输注转速；
其中：所述单位时间枸橼酸输注量通过以下公式获得：
Qcit(mmol/h)＝4-5(mmol/L)×Qb(ml/min)×(1-Hct％)
上述中，Qcit为单位时间枸橼酸输注量；Qb为血流速度；Hct为红细胞压积。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时用于执行以下任一种方法：
-钙泵输注转速的控制方法；
-局部枸橼酸抗凝输注的控制方法；
具体的，所述钙泵输注转速的控制方法包括：
确定局部枸橼酸抗凝输注系统所需补钙的量；
根据所述所需补钙的量控制钙泵输注转速；
其中，所述确定局部枸橼酸抗凝输注系统所需补钙的量：
-对于后稀释CVVHDF模式
计算二阶段补钙模型的二阶段所需补钙的量：
第一阶段所需补钙的量采用以下公式计算：
第二阶段所需补钙的量采用以下公式计算：
上述公式中，Qca1为第一阶段需要补钙的量；Qca2为第二阶段需要补钙的量；fa为动脉端枸橼酸输注后滤器前可弥散钙比例；Cca_T为枸橼酸输注后滤器前总钙浓度；Cln-ca为可弥散钙清除率；fb为蓄积钙浓度与枸橼酸浓度相关系数；Csys(t)为枸橼酸点时浓度；BW为患者体重；
-对于间歇性血液透析模式iHD模式，所需补钙的量为体外循环钙清除量；
针对不同的透析器选择膜面积后计算出可弥散钙清除率Cln-ca；
膜面积小于1.2m2时，Cln-Ca＝0.7944×(Qb×0.43+80.5)×(1-Hct)+2.2421+0.46×Quf；
膜面积为1.2-1.8m2时，Cln-Ca＝0.7944×(Qb×0.29+95)×(1-Hct)+2.2421+0.46×Quf；
膜面积大于1.8m2时，Cln-Ca＝0.7944×(Qb×0.53+75.5)×(1-Hct)+2.2421+0.46×Quf；
根据上述可弥散钙清除率Cln-ca计算每小时体外循环钙清除量：
Eca(mmol/L)＝fa×Cca_T×(Cln-Ca)×60/1000
上述公式中，Qb为血流速度；Quf为超滤率；Eca(mmol/L)为每小时体外循环钙清除量；
具体的，所述局部枸橼酸抗凝输注的控制方法包括：
枸橼酸泵输注转速的控制；以及
钙泵输注转速的控制，采用上述钙泵输注转速的控制方法实现；
所述枸橼酸泵输注转速的控制，包括：
获取局部枸橼酸抗凝输注系统的参数，所述参数包括血流速度和红细胞压积；
根据获取的所述参数确定单位时间枸橼酸输注量；
根据所述单位时间枸橼酸输注量控制枸橼酸泵输注转速；
其中：所述单位时间枸橼酸输注量通过以下公式获得：
Qcit(mmol/h)＝4-5(mmol/L)×Qb(ml/min)×(1-Hct％)
上述中，Qcit为单位时间枸橼酸输注量；Qb为血流速度；Hct为红细胞压积。
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