CN115887809A - Ecmo运行系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种ECMO运行系统，包括驱动泵和传感器，驱动泵包括泵头、第一控制单元、第二控制单元以及显示器，第一控制单元用于控制泵头工作，第二控制单元用于检测第一控制单元的工作状态、控制第一控制单元工作，显示器通信连接于第二控制单元；传感器为流量气泡传感器，用于检测泵头处的流量和气泡，并将检测到的信息传输至所述第二控制单元，第二控制单元能够根据流量和转速信息对异常进行报警。该系统在驱动泵中增设一块能检测和控制第一控制单元工作的第二控制单元，对驱动泵外接流量气泡传感器，就能够在确保该系统正常运行的条件下，有效避免负载大、体积大、不方便转运等问题。

Description

ECMO运行系统

技术领域

本申请涉及ECMO设备技术领域，尤其涉及一种ECMO运行系统。

背景技术

随着医学的发展，体外肺氧合（ECMO）设备的功能越来越完善，但完善功能的同时又增加了设备的负载和体积，现有的ECMO设备的驱动泵装置携带仍然较多的部件，导致在一些特殊的应用场合（如转运、荒野应急等）不方便搬运。

发明内容

基于此，本发明有必要提供一种ECMO运行系统，以解决现有技术中ECMO设备负载大、体积大、不方便转运的技术问题，以满足部分急救场合的需求。

一种ECMO运行系统，包括：

驱动泵，包括电机、泵头、第一控制单元、第二控制单元以及显示器，所述第一控制单元用于控制所述电机工作，所述第二控制单元用于检测所述第一控制单元的工作状态，并控制所述第一控制单元工作，所述显示器通信连接于所述第二控制单元；

传感器，所述传感器为流量气泡传感器，用于检测所述泵头处的流量和气泡，并将检测到的信息传输至所述第二控制单元。

在其中一个实施例中，所述驱动泵还包括电机和供电组件，所述供电组件用于向所述电机、所述显示器以及所述流量气泡传感器供电，所述电机的输出端连接于所述泵头，用于带动所述泵头旋转，所述第一控制单元用于控制所述电机和所述供电组件工作。

在其中一个实施例中，所述第二控制单元用于控制所述显示器和所述流量气泡传感器的通讯和语音报警。

在其中一个实施例中，所述第二控制单元通过接收所述流量气泡传感器的数据和接收所述第一控制单元检测所述驱动泵的转速，所述第二控制单元通过流量和转速不在预设范围区间发出警报。

在其中一个实施例中，所述第二控制单元用于检测所述第一控制单元的运行状态，当所述第一控制单元运行异常时，所述第二控制单元发出警报，并控制所述第一控制单元复位。

在其中一个实施例中，所述第一控制单元还包括识别管脚，用于与外部电源连通，所述电源分别为所述第一控制单元和所述第二控制单元供电。

在其中一个实施例中，所述第一控制单元和所述第二控制单元间隔放设置于所述驱动泵中。

在其中一个实施例中，所述显示器上设有多个控制输入单元，以分别控制所述驱动泵的启停、菜单选项、选择移动或确认功能。

上述的ECMO运行系统，相比于现有外接主机的ECMO设备，首先是减少了笨重的主机模块，将控制和屏幕显示都集中到驱动泵上；其次仅需要在驱动泵中增设一块能够检测和控制第一控制单元工作的第二控制单元，两块控制单元可以分开设置，有利于散热和避免强信号窜扰影响弱信号，并通过相互自检带来更高的安全性；最后驱动泵外接一个流量气泡传感器，并通过流量和转速的计算，就能监控血液体外循环的常规异常情况，如气泡报警、流量异常报警、漏液报警，满足了ECMO安全方面的基本要求。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种ECMO运行系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，一种ECMO运行系统，包括驱动泵和流量气泡传感器，驱动泵包括泵头、第一控制单元、第二控制单元以及显示器。第一控制单元用于控制泵头工作。第二控制单元用于检测第一控制单元的工作状态，并控制第一控制单元工作。显示器通信连接于第二控制单元。流量气泡传感器用于检测泵头处的流量和气泡，并将检测到的信息传输至第二控制单元。

ECMO运行系统的运行，行业公知的包括一些必要的部件，如市售已灭菌的一次性使用膜式氧合器套包，该套包是由膜式氧合器及动静脉管路组件（含离心泵泵头），预充管路组件，配件包组件和氧气管路组成常规的一次性套包等耗材组成，在临床使用时打开。本申请提供了一种小型化的运行系统，本系统为了应用于一些特殊的适用场景，首先减少了笨重的主机模块，将控制和屏显都集中到驱动泵上；其次需要在驱动泵中增设一块能够检测和控制第一控制单元工作的第二控制单元，并对驱动泵外接一个流量气泡传感器及市售的一次性使用模式氧合器套包，就能监控血液体外循环的常规异常情况，如可以气泡报警、流量异常报警、漏液报警等。本申请中的ECMO运行系统仅需配置一个驱动泵、一个第一控制单元以及一个流量气泡传感器即可组成一个能够在在如主机损坏、航空转运、应急、备电不足等特殊情况下，仍能确保驱动泵短期正常运行的“最小运行系统”。

需要说明的是，上述的第一、二控制单元和显示器均为驱动泵内置的元件。此外，驱动泵既可以外接市电，也可连接电池，以方便在转运应急等过程中持续为驱动泵、驱动模块、显示器以及流量气泡传感器供电。

还需要说明的是，人体血液管路及ECMO的血液体外循环管路中是不能有较大的气泡的，流量气泡传感器目的用于监测管路中是否有气泡及血液的流速。市售的流量和气泡传感器可以是单独分开的，也有合并的，都是通过超声波原理通过采集信号。本申请优选使用集成流量传感器单元和气泡传感器单元的传感器，简称流量气泡传感器，但单独的流量传感器和单独的气泡传感器配合使用，也属于本申请的思路。

在一个实施例中，驱动泵还包括电机和电池。电池用于向电机、显示器以及流量气泡传感器供电，以方便在转运过程中保证各电子元器件正常工作。电机的输出端连接于泵头，用于带动泵头旋转。第一控制单元用于控制电机和电池工作。

需要说明的是，第一控制单元控制电池以及工作电压在16V-32V之间的电机等相对强电压的相关硬件工作。

在一个实施例中，第二控制单元用于控制显示器和流量气泡传感器的通讯和语音报警。具体地，在本实施例中，第二控制单元能够控制流量气泡传感器和工作电压在5V-7V之间的显示器等相对弱电压的相关硬件工作。

还需要说明的是，本申请中的第一控制单元和/或第二控制单元可以选用MCU（微控制单元）。

此外，第一控制单元和第二控制单元间隔设置于驱动泵中。具体地，在本实施例中，第一控制单元和第二控制单元至少间隔1cm设置，以防止二者之间电压干扰，且有利于散热。

在一个实施例中，第二控制单元通过接收流量气泡传感器的数据和接收第一控制单元检测驱动泵的转速，第二控制单元通过流量和转速不在预设范围区间发出警报。

需要说明的是，通过转速和流量值测算流量异常的方法可包括一下步骤S1-S3：

S1，采集驱动泵的实际转速数据以及流量气泡传感器的流量数据。

具体实施中，驱动泵的转速由用户设定，驱动泵的实际转速数据可从驱动泵的控制系统中获得。流量气泡传感器的流量数据可通过直接读取得到。

在一实施例中，以上步骤S1具体包括：

S11，采集驱动泵在预设的采样时间范围内的多个采样点的多个实际转速值作为实际转速数据。

具体实施中，预先设定采样时间范围，采样时间范围内间隔设定多个采样点，采样点可等间距设置。例如，采样时间范围的长度可设定为3s，每间隔0.1s设定一个采样点。为了准确检测异常，本发明采用实时连续检测的方式，即流量气泡传感器的流量发生变化或者驱动泵的转速发生变化时，则以该变化发生的时间点作为起点设定长度为预设值（例如3s）的采样时间范围。

具体地，采集驱动泵在预先设定的采样时间范围内的多个采样点的多个实际转速值作为实际转速数据。

S12，采集流量气泡传感器在预设的采样时间范围内的多个采样点的多个流量值作为流量数据。

具体实施中，采集流量气泡传感器在预先设定的采样时间范围内的多个采样点的多个流量值作为流量数据。

可以理解的，以上步骤S11-S12是并行执行的，即在预先设定的采样时间范围内并行执行。

S2，根据预设的转速与流量之间的映射关系确定流量数据对应的预测转速数据。

具体实施中，基于血液体外循环管路系统，搭建血液循环系统，通过改变泵的转速，同时记录流量传感器的流量值，从而得到多组泵的转速与流量传感器单元的流量值之间的对应关系，基于上述多组泵的转速与流量传感器的流量值之间的对应关系进行曲线拟合即可得到转速与流量之间的映射关系。之后根据转速与流量之间的映射关系，可由流量计算出预测转速，或由转速计算出预测流量。在获得了据转速与流量之间的映射关系后，将转速与流量之间的映射关系存储备用。

本发明实施例中，获取预存的转速与流量之间的映射关系，并根据映射关系确定流量数据对应的预测转速数据。

在一实施例中，以上步骤S2具体包括：根据映射关系分别确定流量气泡传感器在采样时间范围内的多个采样点的多个流量值对应的多个预测转速值作为预测转速数据。

具体实施中，针对采样时间范围内的每一个采样点，均根据映射关系确定采样点的流量值对应的预测转速值。采样时间范围内的所有采样点的流量值的预测转速值即组成预测转速数据。

S3，基于实际转速数据以及预测转速数据判断血液体外循环管路系统的流量是否存在异常。

具体实施中，在血液体外循环管路系统正常时，实际转速数据以及预测转速数据之间的偏差值较小，因此如果实际转速数据与预测转速数据之间的偏差值较大，即在大于设定的偏差阈值时，判定血液体外循环管路系统的流量存在异常。

在一实施例中，以上步骤S3具体包括：

S31，针对采样时间范围内的每一个采样点，判断采样点对应的驱动泵的实际转速值与采样点对应的流量气泡传感器的流量值对应的预测转速值之间的差值是否大于预设的差值阈值。

具体实施中，针对采样时间范围内的每一个采样点，均作如下判断，即判断采样点对应的驱动泵的实际转速值与采样点对应的流量气泡传感器的流量值对应的预测转速值之间的差值是否大于预设的差值阈值。差值阈值可由本领域技术人员设定，对此本发明不做具体限定，例如设定为1000转每分钟（rpm）。

S32，若采样点对应的驱动泵的实际转速值与采样点对应的流量气泡传感器的流量值对应的预测转速值之间的差值大于预设的差值阈值，判定采样点对应的流量气泡传感器的流量值存在异常。

具体实施中，如果采样点对应的驱动泵的实际转速值与采样点对应的流量气泡传感器的流量值对应的预测转速值之间的差值大于预设的差值阈值，则说明该采样点对应的实际转速值与预测转速值之间的偏差过大，因此，判定采样点对应的流量气泡传感器的流量值存在异常。

S33，若采样时间范围内的所有采样点对应的流量气泡传感器的流量值均存在异常，判定血液体外循环管路系统的流量存在异常。

具体实施中，如果采样时间范围内的所有采样点对应的流量气泡传感器的流量值均存在异常，则判定血液体外循环管路系统的流量存在异常。本发明实施例中，在采样时间范围内的所有采样点对应的流量气泡传感器的流量值均存在异常时，判定血液体外循环管路系统的流量存在异常，从而避免了由于少数几个采样点异常带来的误判，提高了检测的准确性。

另外，可以理解地，“驱动泵的转速”具体为“驱动电机的转速”，在磁耦合的驱动装置中可以认为电机的转速和泵头的转速是一致的，“驱动泵的流量”具体为“泵头处的流量”。需要说明的是，本申请中的软件系统根据流量气泡传感器的通讯协议，每20ms（当然，也可为其他间隔时间）读取管路的流量及气泡数据，解析出气泡值后，判断气泡大小是否超过报警限制（即第一预设流量值），如果触发报警，即将该报警事件存储到报警记录中，然后再根据报警等级向语音芯片中录入数据，控制语音芯片向扩音器发出音频数据，从而发出报警音。此外，驱动泵的显示器可根据报警等级的不同，对应点亮不同的灯光、文字等。

还需要说明的是，医护人员可根据实际需要单独设置如转速值或流量值的上下限进行提醒报警，在此不做限定。

进一步地，第二控制单元用于检测第一控制单元的运行状态，如电量不足，电机软件问题，第二控制单元发出警报，并可以控制第一控制单元复位。

需要说明的是，现有的ECMO设备通常只采用驱动泵中自带的第一控制单元控制驱动泵工作，而当该第一控制单元运行故障时，唯有断电重启才能使驱动泵恢复工作，且会突然断电重启导致该第一控制单元中的数据无法被保存。而本申请通过额外设置一个第二控制单元，检测和控制第一控制单元工作。其中，第一控制单元用于控制泵头工作时，第二控制单元不仅能够检测第一控制单元的工作状态，还能够实时调控第一控制单元，并将第一控制单元中的数据信息进行保存。因此，当第一控制单元发生故障后，第二控制单元不仅能够控制第一控制单元复位工作，还能够将故障前后的数据进行对比，若对比的信息不同时，可及时发出报警提示医护人员对设备进行检查。

还需要说明的是，在现有的ECMO设备中，常使用压力传感器检测驱动泵处的压力，且压力传感器通常需要挂在集线器上使用，转运过程中十分不便。因此本申请还通过设置流量气泡传感器检测驱动泵处的流量，再通过软件系统根据检测到的流量、电机的转速，以计算出驱动泵处的压力。该计算出的压力值可作为一个有效观察参考对象，以在应急使用的过程中代替直接通过压力传感器检测出的驱动泵处的压力值。

进一步地，本申请可通过在流量转速特性曲线表中有对应的正常情况下的压力上限和下限值，然后根据转速电流特性曲线表也可以获取到一个压力的上限与下限，在管路正常的情况时两个表映射出的压力大小不会超过自身的10%，如果应用中出现两个映射出的压力值不是等于或者包含的关系，则说明压力出现异常。

现有的ECMO设备在转运过程中，由于设备搬运、磕碰等原因，容易造成驱动泵处流量异常波动，且没有直接对应调整驱动泵处流量的装置，会造成驱动泵处的流量过低，不能满足实际需要。

在本申请ECMO运行系统中设置有“流量模式”，使得在系统运行过程中，系统中的软件单元可通过PID算法自动调节驱动泵处的流量，以使驱动泵处的流量维持在第一预设流量值，以保持流量稳定为目标，系统自动适应性调节驱动泵的转速。

当然，本申请中的ECMO运行系统，还设置有“转速模式”，即设置目标转速范围，以保持转速稳定为目标，系统自动适应性调节驱动泵的流量。医护人员可根据实际需要选择使用“流量模式”或“转速模式”。

在实际使用过程中，启动本申请中的ECMO运行系统后，医护人员可先选择使用“转速模式”，以将驱动泵调节到合适的转速，以为病人提供维持生理机能所需要的血液氧合流量。待观察一段时间后，若医护人员判断病人短期内需要保持当前的流量来维持生理机能的正常运转，则可调换至“流量模式”，并以当前的流量值作为第一预设流量值。

在病人转运过程中，为了避免因ECMO中的循环导管弯折而导致病人供血不足等问题，可开启“流量模式”，例如：设置第一预设流量值为2L/MIN，则系统将自动调整流量值2L/MIN，当导管收到弯折导致流量减少时，系统会自动调高电机转速，以使流量值维持在2L/MIN。此外，当电机的转速变化超过500rpm持续一段时间如6s，但流量变化小于0.1L/MIN时，系统自动退出“流量模式”，转为“转速模式”。

需要说明的是，常规的流量气泡传感器只可检测流量的大小，而在不同的工作条件和运转模式下，泵头的转速可能发生变化，例如：在流量模式下，管路发生泄露时，可通过调整泵头的转速，以使泵头出的流量保持稳定。在转运过程中发生管路泄露、挤压等问题时，在流量模式下，系统会自动增加转速，以维持泵头处的流量稳定，而这种情况下，转速增加至一定程度，对患者的身体会造成损伤，严重时会引发医疗事故。

在本实施例中，第二控制单元通过收集第一控制单元传输的泵头实时转速数据和流量气泡传感器传输的流量数据，以判断泵头处的流量是否异常。当转速数据和流量数据均异常时，第二控制单元发出警报，从而能够在管路发生泄露、挤压等紧急情况下，该ECMO运行系统能够及时发出报警，避免医疗事故的发生，有利于提升系统运行的可靠性。

进一步地，在一个实施例中，第一控制单元还包括识别管脚，用于与外部电源连通。电源分别为第一控制单元和第二控制单元供电。该识别管脚能够识别直接通电、主机高电平、电池低电平的运行，以适应不同的电源，使得该ECMO运行系统在各种使用场景下均能与附近的供电器连通，确保驱动泵正常工作。

需要说明的是，当识别管脚与外部主机连接时，其电平为高电平；当识别管脚与电池连接时，其电平为低电平。此外，本申请中的软件系统可判断识别管脚的状态，从而切换与外部的通讯方式：若识别管脚与主机连接，将识别管脚的通讯接口设为CAN接口；若识别管脚与电池连接，则将识别管脚的通讯接口设为I2C接口。

在一个实施例中，显示器上还设有第一按键、第二按键、第三按键以及第四按键。第一按键用于控制驱动泵的启停。第二按键用于控制驱动泵的功率。第三按键用于控制显示器上的菜单选项移动。第四按键用于选定并确认执行显示器上的菜单选项。

可以理解地，显示器上可以设置“按键”以供医护人员控制驱动泵工作，也可以设置“旋钮”，也可以屏幕中提供“虚拟按键”，以供医护人员控制驱动泵工作。

需要说明的是，在按下第一按键开机后，系统在预设时间内对该系统进行故障检检测，如：流量气泡传感器是否就位，供电是否稳定等。在本实施例中，该预设时间为1秒。

应当指出，在说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等表示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语未必是指同一实施例。此外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合明确或未明确描述的其他实施例实现这样的特征、结构或特性处于本领域技术人员的知识范围之内。

应当容易地理解，应当按照最宽的方式解释本公开中的“在……上”、“在……以上”和“在……之上”，以使得“在……上”不仅意味着“直接处于某物上”，还包括“在某物上”且其间具有中间特征或层的含义，并且“在……以上”或者“在……之上”不仅包括“在某物以上”或“之上”的含义，还可以包括“在某物以上”或“之上”且其间没有中间特征或层（即，直接处于某物上）的含义。

此外，文中为了便于说明可以使用空间相对术语，例如，“下面”、“以下”、“下方”、“以上”、“上方”等，以描述一个元件或特征相对于其他元件或特征的如图所示的关系。空间相对术语意在包含除了附图所示的取向之外的处于使用或操作中的器件的不同取向。装置可以具有其他取向（旋转90度或者处于其他取向上），并且文中使用的空间相对描述词可以同样被相应地解释。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种ECMO运行系统，其特征在于，包括：

驱动泵，包括电机、泵头、第一控制单元、第二控制单元以及显示器，所述第一控制单元用于控制所述电机工作，所述第二控制单元用于检测所述第一控制单元的工作状态，并控制所述第一控制单元工作，所述显示器通信连接于所述第二控制单元；

传感器，所述传感器为流量气泡传感器，所述流量气泡传感器用于检测所述泵头处的流量和气泡，并将检测到的信息传输至所述第二控制单元。

2.根据权利要求1所述的ECMO运行系统，其特征在于，所述驱动泵还包括电机和供电组件，所述供电组件用于向所述电机、所述显示器以及所述流量气泡传感器供电，所述电机的输出端连接于所述泵头，用于带动所述泵头旋转，所述第一控制单元用于控制所述电机和所述供电组件工作。

3.根据权利要求1所述的ECMO运行系统，其特征在于，所述第二控制单元用于控制所述显示器和所述流量气泡传感器的通讯和语音报警。

4.根据权利要求1所述的ECMO运行系统，其特征在于，所述第二控制单元通过接收所述流量气泡传感器的数据和接收所述第一控制单元检测所述驱动泵的转速，所述第二控制单元通过流量和转速不在预设范围区间发出警报。

5.根据权利要求1所述的ECMO运行系统，其特征在于，所述第二控制单元用于检测所述第一控制单元的运行状态，当所述第一控制单元运行异常时，所述第二控制单元发出警报，并控制所述第一控制单元复位。

6.根据权利要求1所述的ECMO运行系统，其特征在于，所述第一控制单元还包括识别管脚，用于与外部电源连通，所述电源分别为所述第一控制单元和所述第二控制单元供电。

7.根据权利要求1所述的ECMO运行系统，其特征在于，所述第一控制单元和所述第二控制单元间隔放设置于所述驱动泵中。

8.根据权利要求1所述的ECMO运行系统，其特征在于，所述显示器上设有多个控制输入单元，以分别控制所述驱动泵的启停、菜单选项、选择移动或确认功能。

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