CN117442802A - 一种便携式人工肾无接触式循环液计量及管路堵塞判断系统 - Google Patents

一种便携式人工肾无接触式循环液计量及管路堵塞判断系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种便携式人工肾无接触式循环液计量及管路堵塞判断系统，包括驱动模块、循环液模块和控制模块，其中驱动模块在控制模块的控制下驱动循环液模块，实现循环液的引流和注入，同时，控制模块实时采集驱动模块的引流和注入数据，得到循环液的计量结果以及堵塞判断结果，所述驱动模块基于液体或气体实现对循环液模块中循环液的驱动。本发明的方案提供了两种驱动循环液的方法，包括液体驱动和气体驱动，适用于不同情况下的循环液计量和管路堵塞判断，实现便携式人工肾设备中循环液进行无接触式计量，保证循环液回路的无菌性，还可实现对管路堵塞的智能判断，判断快速有效，可为人工肾的安全性提供保障。

Description

一种便携式人工肾无接触式循环液计量及管路堵塞判断系统
技术领域
本发明属于医疗设备领域，具体涉及一种便携式人工肾无接触式循环液计量及管路堵塞判断系统。
背景技术
终端末期肾病(ESKD)是慢性肾脏疾病的终末端，在这个阶段，肾脏的功能已经完全丧失，无法排出体内的代谢废物和多余的水分，导致一系列症状和并发症。传统的终端末期肾病治疗方式主要有肾移植、腹膜透析和血液透析。肾移植由于供体有限，手术风险高，因此肾移植的患者比例不高。腹膜透析是利用腹膜生物半透膜的特性，通过向腹腔内注入腹膜透析液并进行腹膜透析液的间断交换以清除毒素和水分的治疗方法。这种方法患者出血风险小，不容易引起一些血液上的并发症，适合还有一部分残余肾功能的患者。血液透析是将患者血液引出体外，流经由中空纤维组成的透析器，通过对流和弥散方式与透析液进行交换，清除体内的代谢废物、维持电解质和酸碱平衡，并进行体内多余水分的清除，再将经过净化的血液回输至体内。这中方法毒素清除效果好，但是需要添加血液抗凝剂，对于操作的要求极高，一般只能在医院完成治疗。
虽然血液透析和腹膜透析两种治疗方式毒素清除效果较好，但是传统腹膜透析需要患者居家治疗，传统血液透析需要患者去医院接受治疗。这给患者的正常生活和工作造成了很大的不便，同时血液透析也增加了医院的负担。因此，便携式人工肾逐渐成为了研究的主流。
为了保证整个循环液管路的无菌性，便携式人工肾采用固定腔室无接触式驱动。循环液通过固定腔室来实现固定的引流量或者注入量，在这个过程中判断隔膜是否贴合固定腔室是计算引流量或者注入量准确的关键。同时在治疗的过程中，如果循环管路堵塞，设备没有及时采取紧急停止措施，有可能会对设备造成损坏。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种便携式人工肾无接触式循环液计量及管路堵塞判断系统。
实现本发明目的的具体技术方案为：
一种便携式人工肾无接触式循环液计量及管路堵塞判断系统，包括驱动模块、循环液模块和控制模块；
所述驱动模块在控制模块的控制下驱动循环液模块，实现循环液的引流和注入；
同时，控制模块实时采集驱动模块的引流和注入数据，得到循环液的计量结果以及堵塞判断结果。
进一步的，所述驱动模块基于液体或气体实现对循环液模块中循环液的驱动。
进一步的，所述驱动模块包括第一控制阀、泵、第二控制阀、驱动液袋、液体流量传感器、隔膜、驱动腔；
所述循环液模块包括循环液腔、引流管和注入管；
所述循环液腔和驱动腔通过隔膜连接，循环液腔的另一端分别设置引流管和注入管；
所述驱动腔的另一端分别与第一控制阀、第二控制阀连接，第一控制阀、第二控制阀的另一端分别与泵的输出端连接，同时，第一控制阀、第二控制阀还分别与驱动液袋通过管路连接，该管路上设置液体流量传感器。
进一步的，所述循环液腔的引流管和注入管上分别设置单向阀。
进一步的，当循环液需要引流时，所述泵在控制模块的控制下通过驱动驱动液由驱动腔流向驱动液袋，此时隔膜压缩驱动腔，循环液腔体积增大，从而通过引流管从外部吸入循环液；
当循环液需要注入时，所述泵在控制模块的控制下通过驱动驱动液由驱动液袋流向驱动腔，此时隔膜压缩循环液腔，循环液腔体积减小，从而通过注入管向外部注入循环液。
进一步的，所述控制模块确定循环液的计量结果以及堵塞判断结果的过程为：
首先进行初始化，当泵的工作电流大于设定的阈值时，读取液体流量传感器的流量值Q，判断其与循环液腔和驱动腔的总体积Qt的差值：
△＝|Q-Qt|
当△≤σ时，说明此时引流或注入已经完成，此时液体流量传感器的流量值Q即为循环液的计量结果，其中σ为设定的误差值；
当△＞σ时，说明此时管路存在堵塞。
进一步的，所述驱动模块包括第一控制阀、泵、第二控制阀、隔膜、驱动腔、空气流量传感器；
所述循环液模块包括循环液腔、引流管和注入管；
所述驱动腔的另一端分别与第一控制阀、第二控制阀连接，第一控制阀、第二控制阀的另一端分别与泵的输出端连接，同时，第一控制阀、第二控制阀还分别与空气流量传感器连接。
进一步的，所述循环液腔的引流管和注入管上分别设置单向阀。
进一步的，当循环液需要引流时，所述泵在控制模块的控制下通过驱动空气由驱动腔排出，此时隔膜压缩驱动腔，循环液腔体积增大，从而通过引流管从外部吸入循环液；
当循环液需要注入时，所述泵在控制模块的控制下通过驱动空气向驱动腔注入，此时隔膜压缩循环液腔，循环液腔体积减小，从而通过注入管向外部注入循环液。
进一步的，所述控制模块确定循环液的计量结果以及堵塞判断结果的过程为：
首先进行初始化，当泵的工作电流大于设定的阈值时，读取空气流量传感器的流量值Q，判断其与循环液腔和驱动腔的总体积Qt的差值：
△＝|Q-Qt|
当△≤σ时，说明此时引流或注入已经完成，此时空气流量传感器的流量值Q即为循环液的计量结果，其中σ为设定的误差值；
当△＞σ时，说明此时管路存在堵塞。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)本发明的方案实现便携式人工肾设备中循环液进行无接触式计量，保证循环液回路的无菌性，还可实现对管路堵塞的智能判断，判断快速有效，可为人工肾的安全性提供保障；
(2)本发明的方案提供了两种驱动循环液的方法，包括液体驱动和气体驱动，适用于不同情况下的循环液计量和管路堵塞判断，使用场景广，结构简单、易实现。
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明。
附图说明
图1为本发明的实施例1中的便携式人工肾无接触式循环液计量及管路堵塞判断系统架构示意图。
图2为本发明的实施例2中的便携式人工肾无接触式循环液计量及管路堵塞判断系统架构示意图。
图3为本发明的实施例中的循环液计量及管路堵塞判断逻辑示意图。
图4为本发明实施例应用在便携式人工肾中的架构示意图。
具体实施方式
实施例1
结合图1，一种便携式人工肾无接触式循环液计量及管路堵塞判断系统，包括驱动模块、循环液模块和控制模块1；
所述驱动模块在控制模块1的控制下驱动循环液模块，实现循环液的引流和注入；
同时，控制模块1实时采集驱动模块的引流和注入数据，得到循环液的计量结果以及堵塞判断结果。
所述驱动模块基于液体或气体实现对循环液模块中循环液的驱动。
本实施例中基于液体实现对循环液模块中循环液的驱动，所述驱动模块包括第一控制阀2、泵3、第二控制阀4、驱动液袋5、液体流量传感器6、隔膜7、驱动腔11；
所述循环液模块包括循环液腔10、引流管和注入管；
所述循环液腔10和驱动腔11通过隔膜7连接，循环液腔10的另一端分别设置引流管和注入管；
所述驱动腔11的另一端分别与第一控制阀2、第二控制阀4连接，第一控制阀2、第二控制阀4的另一端分别与泵3的输出端连接，同时，第一控制阀2、第二控制阀4还分别与驱动液袋5通过管路连接，该管路上设置液体流量传感器6。
所述循环液腔10的引流管和注入管上分别设置单向阀，具体到本实施例中，即第一单向阀8和第二单向阀9，实现循环液的单向流动；
当循环液需要引流时，所述泵3在控制模块1的控制下通过驱动驱动液由驱动腔11流向驱动液袋5，此时隔膜7压缩驱动腔11，循环液腔10体积增大，从而通过引流管从外部吸入循环液；
当循环液需要注入时，所述泵3在控制模块的控制下通过驱动驱动液由驱动液袋5流向驱动腔11，此时隔膜7压缩循环液腔10，循环液腔10体积减小，从而通过注入管向外部注入循环液。
即，控制模块1中通过泵3的电流和液体流量传感器6的值作为输入信息，通过这两个输入信息的计算，控制第一控制阀2、第二控制阀4的动作，从而实现循环液的引流和注入。
所述控制模块确定循环液的计量结果以及堵塞判断结果的过程为：
结合图3，首先进行初始化，然后进行排气，在这个阶段整个控制模块不读取任何传感器的信息；
当排气完成之后控制模块开始监测泵3的工作电流，当泵3的工作电流大于设定的阈值Imax时，读取液体流量传感器6的流量值Q，判断其与循环液腔10和驱动腔11的总体积Qt的差值：
△＝|Q-Qt|
当△≤σ时，说明此时引流或注入已经完成，此时液体流量传感器6的流量值Q即为循环液的计量结果，其中σ为设定的误差值；
同时，控制模块1通过第一控制阀2、第二控制阀4的状态判断当前处于哪一个工作周期，即当第一控制阀2为高电平，第二控制阀4为低电平时，当前处于注入周期；当第一控制阀2为低电平，第二控制阀4为高电平时，当前处于引流周期，本实施例中，控制阀选用电磁阀。
当△＞σ时，说明此时管路存在堵塞，若注入引流未完成的话电机电流不会大于设定阈值。
实施例2
结合图2，一种便携式人工肾无接触式循环液计量及管路堵塞判断系统，包括驱动模块、循环液模块和控制模块1；
所述驱动模块在控制模块1的控制下驱动循环液模块，实现循环液的引流和注入；
同时，控制模块1实时采集驱动模块的引流和注入数据，得到循环液的计量结果以及堵塞判断结果。
所述驱动模块基于液体或气体实现对循环液模块中循环液的驱动。
本实施例中基于气体实现对循环液模块中循环液的驱动，所述驱动模块包括第一控制阀2、泵3、第二控制阀4、隔膜7、驱动腔11、空气流量传感器12；
所述循环液模块包括循环液腔10、引流管和注入管；
所述驱动腔11的另一端分别与第一控制阀2、第二控制阀4连接，第一控制阀2、第二控制阀4的另一端分别与泵3的输出端连接，同时，第一控制阀2、第二控制阀4还分别与空气流量传感器12连接。
所述循环液腔10的引流管和注入管上分别设置单向阀，具体到本实施例中，即第一单向阀8和第二单向阀9，实现循环液的单向流动；
当循环液需要引流时，所述泵3在控制模块1的控制下通过驱动空气由驱动腔11排出，此时隔膜7压缩驱动腔11，循环液腔10体积增大，从而通过引流管从外部吸入循环液；
当循环液需要注入时，所述泵3在控制模块的控制下通过驱动空气向驱动腔11注入，此时隔膜7压缩循环液腔10，循环液腔10体积减小，从而通过注入管向外部注入循环液。
即控制模块1通过泵3的电流和空气流量传感器12的值作为输入信息，通过这两个输入信息的计算，控制两个控制阀2和4的动作，从而实现循环液的引流和注入。
所述控制模块确定循环液的计量结果以及堵塞判断结果的过程为：
结合图3，首先进行初始化，当泵3的工作电流大于设定的阈值时，读取空气流量传感器12的流量值Q，判断其与循环液腔10和驱动腔11的总体积Qt的差值：
△＝|Q-Qt|
当△≤σ时，说明此时引流或注入已经完成，此时空气流量传感器12的流量值Q即为循环液的计量结果，其中σ为设定的误差值；
同时，控制模块1通过第一控制阀2、第二控制阀4的状态判断当前处于哪一个工作周期，即当第一控制阀2为高电平，第二控制阀4为低电平时，当前处于注入周期；当第一控制阀2为低电平，第二控制阀4为高电平时，当前处于引流周期，本实施例中，控制阀选用电磁阀。
当△＞σ时，说明此时管路存在堵塞。
如图4所示，为本发明在便携式人工肾中一个具体实施示例，患者腹腔1中的废液经过101管道被抽取到本发明的便携式人工肾无接触式循环液计量及管路堵塞判断系统中；
该系统中控制阀控制其中的废液注入到毒素清除模块3中去，经过毒素清除模块3后的废液和高精度增补模块4增补的微量元素形成新鲜的循环液然后通过管道104、105和107注回人体腹腔；当气泡传感器6检测到循环液中存在气泡时，控制阀9打开控制管道105与106进行连接，有气泡的循环液被注入到废液袋7。当系统通过计算得知患者有超滤时，也可以将控制阀9打开控制管道105与106进行连接，将多余的液体注入到废液袋7。

Claims (10)

1.一种便携式人工肾无接触式循环液计量及管路堵塞判断系统，其特征在于，包括驱动模块、循环液模块和控制模块；
所述驱动模块在控制模块的控制下驱动循环液模块，实现循环液的引流和注入；
同时，控制模块实时采集驱动模块的引流和注入数据，得到循环液的计量结果以及堵塞判断结果。
2.根据权利要求1所述的便携式人工肾无接触式循环液计量及管路堵塞判断系统，其特征在于，所述驱动模块基于液体或气体实现对循环液模块中循环液的驱动。
3.根据权利要求2所述的便携式人工肾无接触式循环液计量及管路堵塞判断系统，其特征在于，所述驱动模块包括第一控制阀(2)、泵(3)、第二控制阀(4)、驱动液袋(5)、液体流量传感器(6)、隔膜(7)、驱动腔(11)；
所述循环液模块包括循环液腔(10)、引流管和注入管；
所述循环液腔(10)和驱动腔(11)通过隔膜(7)连接，循环液腔(10)的另一端分别设置引流管和注入管；
所述驱动腔(11)的另一端分别与第一控制阀(2)、第二控制阀(4)连接，第一控制阀(2)、第二控制阀(4)的另一端分别与泵(3)的输出端连接，同时，第一控制阀(2)、第二控制阀(4)还分别与驱动液袋(5)通过管路连接，该管路上设置液体流量传感器(6)。
4.根据权利要求3所述的便携式人工肾无接触式循环液计量及管路堵塞判断系统，其特征在于，所述循环液腔(10)的引流管和注入管上分别设置单向阀。
5.根据权利要求3所述的便携式人工肾无接触式循环液计量及管路堵塞判断系统，其特征在于，当循环液需要引流时，所述泵(3)在控制模块的控制下通过驱动驱动液由驱动腔(11)流向驱动液袋(5)，此时隔膜(7)压缩驱动腔(11)，循环液腔(10)体积增大，从而通过引流管从外部吸入循环液；
当循环液需要注入时，所述泵(3)在控制模块的控制下通过驱动驱动液由驱动液袋(5)流向驱动腔(11)，此时隔膜(7)压缩循环液腔(10)，循环液腔(10)体积减小，从而通过注入管向外部注入循环液。
6.根据权利要求3所述的便携式人工肾无接触式循环液计量及管路堵塞判断系统，其特征在于，所述控制模块确定循环液的计量结果以及堵塞判断结果的过程为：
首先进行初始化，当泵(3)的工作电流大于设定的阈值时，读取液体流量传感器(6)的流量值Q，判断其与循环液腔(10)和驱动腔(11)的总体积Qt的差值：
△＝|Q-Qt|
当△≤σ时，说明此时引流或注入已经完成，此时液体流量传感器(6)的流量值Q即为循环液的计量结果，其中σ为设定的误差值；
当△＞σ时，说明此时管路存在堵塞。
7.根据权利要求2所述的便携式人工肾无接触式循环液计量及管路堵塞判断系统，其特征在于，所述驱动模块包括第一控制阀(2)、泵(3)、第二控制阀(4)、隔膜(7)、驱动腔(11)、空气流量传感器(12)；
所述循环液模块包括循环液腔(10)、引流管和注入管；
所述驱动腔(11)的另一端分别与第一控制阀(2)、第二控制阀(4)连接，第一控制阀(2)、第二控制阀(4)的另一端分别与泵(3)的输出端连接，同时，第一控制阀(2)、第二控制阀(4)还分别与空气流量传感器(12)连接。
8.根据权利要求7所述的便携式人工肾无接触式循环液计量及管路堵塞判断系统，其特征在于，所述循环液腔(10)的引流管和注入管上分别设置单向阀。
9.根据权利要求7所述的便携式人工肾无接触式循环液计量及管路堵塞判断系统，其特征在于，当循环液需要引流时，所述泵(3)在控制模块的控制下通过驱动空气由驱动腔(11)排出，此时隔膜(7)压缩驱动腔(11)，循环液腔(10)体积增大，从而通过引流管从外部吸入循环液；
当循环液需要注入时，所述泵(3)在控制模块的控制下通过驱动空气向驱动腔(11)注入，此时隔膜(7)压缩循环液腔(10)，循环液腔(10)体积减小，从而通过注入管向外部注入循环液。
10.根据权利要求7所述的便携式人工肾无接触式循环液计量及管路堵塞判断系统，其特征在于，所述控制模块确定循环液的计量结果以及堵塞判断结果的过程为：
首先进行初始化，当泵(3)的工作电流大于设定的阈值时，读取空气流量传感器(12)的流量值Q，判断其与循环液腔(10)和驱动腔(11)的总体积Qt的差值：
△＝|Q-Qt|
当△≤σ时，说明此时引流或注入已经完成，此时空气流量传感器(12)的流量值Q即为循环液的计量结果，其中σ为设定的误差值；
当△＞σ时，说明此时管路存在堵塞。
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