CN1820794A - 一种智能化脑脊液置换仪 - Google Patents

Abstract

一种智能化脑脊液置换仪由置换缸和驱动控制装置两部分组成。置换缸设计为一次性使用，驱动控制装置为永久性使用。置换缸内装有人工脑脊液，置换缸上开有与引流管连接的置换口，置换缸内固定有抽吸器，驱动控制装置主要设有与抽吸器连接的机械驱动装置和自动控制装置。该器具设计为程控驱动定速、定容型推吸泵，即在规定时间内推吸速度与推吸量不受置换系统内阻力的影响。可根据病情任意设定参数，全智能化能精确控制脑脊液置换的速度、时间和推吸量，使其流速更恒定、定时和定量更准确，提高了脑脊液置换技术的科学性、准确性、安全性和置换效率。提升了脑脊液置换技术的科学价值，使之操作规程和控制参数更规范，易于广泛推广。

Description

一种智能化脑脊液置换仪

                       技术领域

本发明涉及一种医疗设备，特别是一种智能化脑脊液置换仪，主要用于净化由各种病况导致的脊髓蛛网膜下腔的血性、炎性或异常免疫物污染的脑脊液。

                       背景技术

业已证明，清除人体脑脊液中的血液、炎性或异常免疫物质，即脑脊液置换技术，是救治和预防严重威胁人类健康的重大疾病——出血性脑血管疾病(如蛛网膜下腔出血、脑室出血)、中枢神经系统感染(如结核性、化脓性、霉菌性和病毒性脑膜炎等)和脱髓鞘性神经病及其并发症的一种有效方法，目前人们已公认此技术的临床价值。此技术现行的主要操作方法是：行腰椎或脑室穿刺后，术者用普通注射器经体腔抽出并去掉一定量的病态脑脊液，再注入等量的生理盐水或林革氏液，停留一段时间后再重复上述操作。经过反复“吸浊注清”的人工置换，使病态脑脊液逐步被注入液体所稀释而达到清除脑脊液中有害物质成份的目的。脑脊液置换技术还有液体输入法、双引流管置换法等手段，但这些简陋的人工或半自动操作方法因随意性大，难以量化等而存有许多弊端：其一，无法准确控制置换速度、液体数量和置换与停留时间，操作流程的不规范常导致其疗效不稳定，限制了广泛推广，同时若遇颅压高和置换速度过快病例，可因体腔内压骤减而突发脑疝死亡；其二，频繁暴露于空气中操作，增加了体腔医源性感染的机会；其三，目前所用的置换液并不是与人体脑脊液成份十分接近的液体，而是仅与人血部分电解质相近的生理盐水或林革氏液，完全未顾及其渗透压、PH值和其他必需物质成份与人体脑脊液相差悬殊的影响，大量置换势必对人体造成不良影响；其四，人为操作费时难坚持。

                 发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出了一种能精确控制置换速度、时间和液量的全自动化的脑脊液置换仪。

本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，一种智能化脑脊液置换仪，其特点是：它主要由置换缸和驱动控制装置两部分构成，置换缸内装有人工脑脊液，置换缸上开有与引流管连接的置换口，置换缸内固定有抽吸器，驱动控制装置主要设有与抽吸器连接的机械驱动装置和自动控制装置。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，人工脑脊液是模仿正常脑脊液生化特性特制的专用于脑脊液置换的灭菌多种化合物混合溶液，其组方为：钾2.5～5.5mMol/L、钠135～145mMol/L、钙1.18～1.38mMol/L、氯化物115～130mMol/L、乳酸盐20～40mMol/L、葡萄糖2.5～4.5mMol/L，PH值为7.28～7.34，渗透压250～310mOsm/L。人工脑脊液的质量及工艺要求与静脉输注液一致。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，置换口设在置换缸的上部，靠近置换口处的置换缸内设有沉淀沟。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，自动控制装置设有一个主控制单片机，单片机的接口连接有电源电路、控制面板电路、控制输出电路以及反馈信号电路，控制面板电路上设有参数设置装置、显示器和指示灯。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述的抽吸器为固定在置换缸底部的活塞式抽吸装置，抽吸装置设有抽吸腔室，抽吸腔室设有与置换缸内置换液联通的推吸孔，抽吸腔室设有活塞体，抽吸腔室连接有活塞杆往返室，活塞杆往返室与活塞体连接的活塞杆设在活塞杆往返室内，活塞杆末端向下固定有驱动柄，活塞杆往返室底部的置换缸开有驱动柄往返运动的条形孔，驱动控制装置上设有与驱动柄配合的嵌槽，嵌槽与电机带动往复驱动装置相接。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，置换缸内在置换口与推吸孔之间装有过滤吸附隔膜。所述的隔膜可以用树脂隔膜或生物隔膜，以过滤与吸附有形成份或蛋白质类物质。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，在嵌槽的前后装有压力传感器，压力传感器通过反馈信号电路与主控单片机相接。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述的抽吸器也可为装在置换缸内的气囊，气囊在置换缸的底部设有接入口，在驱动控制装置上设有与气囊接入口相接驱动泵。

本发明的有益效果是：

1、可根据病情任意设定参数，全智能化能精确控制脑脊液置换的速度、时间和推吸量，使其流速更恒定、定时和定量更准确，可避免人工或半自动置换速度不恒定、定时、定量不精确的弊端，提高了脑脊液置换技术的科学性、准确性、安全性和置换效率。

2、可连续将病态脑脊液置换到拟定程度，能大大节省人力，减少污染，克服人工或半自动置换法的盲目性和随意性，能完全取代现行的各种置换方法。

3、科学合理的人工脑脊液组方，使置换液的渗透压、PH值、糖份、电解质和无机盐等成份更接近人体需要，当大量置换时可减少置换液对人体的不良影响。

4、提升了脑脊液置换技术的科学价值，扩大了脑脊液置换技术的应用范围，使之操作规程和控制参数更规范，易于广泛推广。

                 附图说明

图1为本发明的结构图。

图2为置换缸结构简图。

图3为驱动控制装置俯视图。

图4为自动控制装置的控制原理图。

图5为置换缸另一种结构简图。

               具体实施方式

一种智能化脑脊液置换仪由置换缸4和驱动控制装置8两部分组成。置换缸4设计为一次性使用，驱动控制装置8为永久性使用。置换缸4内装有人工脑脊液，置换缸4是储存人工脑脊液和置换脑脊液的主体，置于驱动控制装置8之上，由透明(便于观察)无毒(对人体无害)塑料类物质制成的硬性容器(便于成型及支撑压力)。其内装满(便于容器中压力均匀传递)人工脑脊液，其大小与其驱动控制装置匹配，并符合拟定容量要求。

人工脑脊液：是模仿正常脑脊液生化特性特制的专用于脑脊液置换的灭菌多种化合物混合溶液。其组方为：钾2.5～5.5mMol/L、钠135～145mMol/L、钙1.18～1.38mMol/L、氯化物115～130mMol/L、乳酸盐20～40mMol/L、葡萄糖2.5～4.5mMol/L，PH值为7.28～7.34，渗透压250～310mOsm/L。其最佳组方配比为：钾3mMol/L、钠140mMol/L、钙1.2mMol/L、氯化物120mMol/L、乳酸盐30mMol/L、葡萄糖3.5mMol/L，PH值为7.30，渗透压290mOsm/L。人工脑脊液的质量及工艺要求与静脉输注液一致。

置换缸4上开有与引流管连接的置换口3，置换缸4内固定有抽吸器6，驱动控制装置8主要设有与抽吸器6连接的机械驱动装置和自动控制装置。自动控制装置设有一个主控制单片机20，单片机20的接口连接有电源电路24、控制面板电路19、控制输出电路22以及反馈信号电路23。

控制面板电路19上设有1、电源显示灯：显示电源的开关状态。当开启驱动控制装置背面的电源开关后，此灯持续发亮；相反，关闭电源，此灯熄灭。2、运行显示灯：显示设备的运行与停止状态。当按下启动键后，此灯持续发亮；相反，当按起启动键后，此灯熄灭。3、启动键：设备启动运行与停止开关。当按下此键后，设备开始运行；相反，当按起此键后，设备停止运行。4、欠压报警显示灯：显示运行中电压低于设备最低要求值。当电压低于设备所需的下限时，此灯闪烁，与同声音一起报警。5、阻塞报警显示灯：显示运行中设备超愈所规定的阻力。当推吸塞未达到设定每次推注量或抽吸量而超愈其阻力上限时，此灯闪烁，与同声音一起报警。6、消音键：消除声、光报警。7、停止运行显示灯：显示设备已完成预计总置换量。当预设置换量完成后，此灯持续发亮，与同声音一起报警。8、参数选择键：选择设定参数。当按一下后，参数从前一参数跳转到下一相邻参数，几个拟定参数设置完后，再按一下，又跳转到第一参数，久按之，退出参数设置。9、推吸速度设置：设置所对应的上方显示参数，向上为增，向下为减。抽吸和推注的速度相等。10、推吸量设置：设置所对应的上方显示参数，向上为增，向下为减。抽吸量和推注量相等。11、推吸来回次数(置换总量)设置：设置所对应的上方显示参数，向上为增，向下为减。1次等于推与吸来回1周期。12、间停时间设置：设置所对应的上方显示参数，向上为增，向下为减。间停时间系指推注结束到抽吸开始的时间。13、推吸速度显示：设定参数时，显示设定数，设定完成时，显示最后设定数。14、每次推吸量显示：设定参数时，显示设定数，设定完成时，显示最后设定数。15、推吸次数显示：设定参数时，显示设定数，设定完成时，显示最后设定数。16、间停时间显示：设定参数时，显示设定数，设定完成时，显示最后设定数。17、总量显示：显示设备运行过程中实时置换的累计量。

抽吸器6为固定在置换缸4底部的活塞式抽吸装置，抽吸装置设有抽吸腔室11，抽吸腔室11设有与置换缸4内置换液联通的推吸孔9，抽吸腔室11设有活塞体10，抽吸腔室11连接有活塞杆往返室14，活塞杆往返室14与活塞体10连接的活塞杆12设在活塞杆往返室14内，活塞杆12末端向下固定有驱动柄13，活塞杆往返室14底部的置换缸4开有驱动柄13往返运动的条形孔，驱动控制装置8上设有与驱动柄13配合的嵌槽16，嵌槽16与电机带动往复驱动装置21相接。在嵌槽16的前后装有压力传感器15，压力传感器15通过反馈信号电路23与主控单片机20相接。置换口3设在置换缸4的上部，靠近置换口3处的置换缸4内设有沉淀沟2，沉淀沟2由活塞杆往返室14后部与置换缸4侧壁构成；或是采用专用隔板与置换缸4侧壁构成。置换缸4内在置换口3与推吸孔9之间装有过滤吸附隔膜5。所述的隔膜5可以用树脂隔膜或生物隔膜，以过滤与吸附有形成份或蛋白质类物质。

工作原理

1、驱动控制装置工作原理

该器具设计为程控驱动定速、定容型推吸泵，即在规定时间内推吸速度与推吸量不受置换系统内阻力的影响。因此，实际注入或吸出的速度与容量等于预先设定注入或吸出的速度与容量。

当腰椎或脑室穿刺和置入引流管后，将引流管连接到置换缸的置换口3上。启开电源后，设备各参数自动恢复到默认状态。据病情需要设定好各参数后，按下启动键，设备按设定的参数要求开始工作。单片机首先发出抽吸运行指令(CW)，指挥电流发生器按设定速度(电流发放量)运行数字电机(步进电机或伺服电机)，并带动活塞杆抽吸运行。当抽吸量(抽吸过程运行时间)完成时，单片机发出反向运行指令(CCW)，指挥电流发生器及数字电机反向运行。此时活塞杆立即推注运行。当推注量(推注过程运行时间)完成时，单片机发出间停指令，电流发生器处于“Free”状态，数字电机间停。当间停时间结束时，单片机再次发出抽吸运行指令，指挥电流发生器及数字电机等进行相应工作。周而复始。当设定总推吸次数完成时，单片机将自动发出指令停止设备运行，并发出指令进行持续声、光报警。在设备运行中，若电压低于设备要求的下限或阻力高于设备要求的上限时，设备停止运行，并分别间断声、光报警。另外，推吸过程中单片机不断记录推吸累计量，并作实时显示。

实现嵌槽16移动的原理是单片机直接控制电流发生器的输出与停止、输出量与电流方向而调控数字电机工作，齿轮和丝杆又将其旋转运动转变为滑动头的直线往返运动。

2、置换缸工作原理

随着活塞杆来回往返，造成推吸筒内与置换缸内之间的正、负压差，人工脑脊液顺着此压差而被推出或吸入推吸筒。根据密闭容器中容积压力传递原理，在置换缸与引流管间也出现同步压差变化，并顺着引流管传入所置入的体腔。借助此压差，将人体脑脊液吸入置换缸或将人工脑脊液等量地注入体腔内。

根据溶液稀释原理和沉淀原理及过滤吸附原理，首先吸入置换缸的脑脊液被多出数百倍的置换液稀释，同时其中的比重较重物质(如细胞或炎性凝块)立即开始下沉。由于抽吸与推注均为缓慢匀速运动，有足够的时间让其沉淀，加之又设计了空间狭窄的沉淀沟及推吸孔与置换口的较高位置，大大减少了已沉淀物的扰动浮游，再通过过滤吸附隔膜的过滤和生物吸附作用，过滤与吸附掉蛋白质类成份，故每次推入体腔的混合液总是缸中上层经净化的液体。

每次注入体腔经净化的混合液随着压差而不断与脑室系统和脊髓蛛网膜下腔上部或脑室腔流入的较浓稠的人体脑脊液混合而逐渐降低其有害物质的浓度。循环往复，从而达到清除蛛网膜下腔脑脊液中有害物质的目的。

本设备置换效率可通过下列公式计算：

设：每次推吸量为c₀；体腔中脑脊液经n次置换后的浓度为αⁿ；置换缸中人工脑脊液经n次置换后的浓度为βⁿ；体腔中脑脊液容积为c₁；置换缸中人工脑脊液容积为c₂；体腔中脑脊液的拟定置换浓度为α0，则建立数学模型为递推公式模型。

设第k次两容器的浓度分别为α^k，β^k，那么下一次的浓度就是：

${\mathrm{\α}}^{k+1}=\frac{c_0{\mathrm{\β}}^k+c_1{\mathrm{\α}}^k}{c_0+c_1}$ …………………………………①

${\mathrm{\β}}^{k+1}=\frac{c_0{\mathrm{\α}}^{k+1}+(c_2-c_0){\mathrm{\β}}^k}{c_2}$ …………………………………②

α⁰＝α………………………………………………③

β⁰＝β………………………………………………④

所以经过①，②式的整理可以得到：

${\mathrm{\β}}^{k+1}=\frac{(c_1{c}_2+c_2{c}_0-c_1{c}_0){\mathrm{\β}}^k+c_0{c}_1(c_0+c_1){\mathrm{\α}}^k}{c_2(c_0+c_1)}$ …………………………………⑤

若α＝0.5单位/升、β＝0单位/升(默认置换缸浓度)、c₀＝0.001升(默认每次推吸量)、c₁＝0.12升(脑脊液正常总体储存量)、c₂＝2升(默认置换缸容量)、α0＝0.25单位/升，则迭代结果为：k＝54次。

若α＝1单位/升、β＝0单位/升、c₀＝0.001升、c₁＝0.12升、c₂＝2升、α0＝0.25单位/升，则迭代结果为：k＝96次。

由此可见，本发明的置换效率相当高。

本发明的抽吸器还可以设置为装在置换缸内的气囊，气囊在置换缸的底部设有接入口，驱动控制装置上的机械驱动部分为与气囊接入口相接驱动泵。驱动泵可以为气泵或液压泵，通过控制泵的进出介质的量、速率和停滞时间，来控制置换缸的推吸量，其置换效率与活塞式抽吸器相同。

Claims (8)

1.一种智能化脑脊液置换仪，其特征在于：它主要由置换缸(4)和驱动控制装置(8)两部分构成，置换缸(4)内装有人工脑脊液，置换缸(4)上开有与引流管连接的置换口(3)，置换缸(4)内固定有抽吸器(6)，驱动控制装置(8)主要设有与抽吸器(6)连接的机械驱动装置和自动控制装置。

2.根据权利要求1所述的智能化脑脊液置换仪，其特征在于：人工脑脊液是模仿正常脑脊液生化特性特制的专用于脑脊液置换的灭菌多种化合物混合溶液，其组方为：钾2.5mMol/L～5.5mMol/L、钠135mMol/L～145mMol/L、钙1.18mMol/L～1.38mMol/L、氯化物115mMol/L～130mMol/L、乳酸盐20mMol/L～40mMol/L、葡萄糖2.5mMol/L～4.5mMol/L，PH值为7.28～7.34，渗透压250mOsm/L～310mOsm/L。

3.根据权利要求1所述的智能化脑脊液置换仪，其特征在于：置换口(3)设在置换缸(4)的上部，靠近置换口(3)处的置换缸(4)内设有沉淀沟(2)。

4.根据权利要求1所述的智能化脑脊液置换仪，其特征在于：自动控制装置设有一个主控制单片机(20)，单片机(20)的接口连接有电源电路(24)、控制面板电路(19)、控制输出电路(22)以及反馈信号电路(23)，控制面板电路(19)上设有参数设置装置(18)、显示器(17)和指示灯(7)。

5.根据权利要求1所述的智能化脑脊液置换仪，其特征在于：所述的抽吸器(6)为固定在置换缸(4)底部的活塞式抽吸装置，抽吸装置设有抽吸腔室(11)，抽吸腔室(11)设有与置换缸(4)内置换液联通的推吸孔(9)，抽吸腔室(11)设有活塞体(10)，抽吸腔室(11)连接有活塞杆往返室(14)，与活塞体(10)连接的活塞杆(12)设在活塞杆往返室(14)内，活塞杆(12)末端向下固定有驱动柄(13)，活塞杆往返室(14)底部的置换缸(4)开有驱动柄(13)往返运动的条形孔，驱动控制装置(8)上设有与驱动柄(13)配合的嵌槽(16)，嵌槽(16)与电机带动往复驱动装置(21)相接。

6.根据权利要求5所述的智能化脑脊液置换仪，其特征在于：置换缸(4)内在置换口(3)与推吸孔(9)之间装有过滤吸附隔膜(5)。

7.根据权利要求5所述的智能化脑脊液置换仪，其特征在于：在嵌槽(16)的前后装有压力传感器(15)，压力传感器(15)与自动控制装置的反馈信号电路(23)相接。

8.根据权利要求1所述的智能化脑脊液置换仪，其特征在于：所述的抽吸器(6)为装在置换缸(4)内的气囊(25)，气囊(25)在置换缸(4)的底部设有接入口(26)，在驱动控制装置上设有与气囊接入口(26)相接驱动泵。

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