CN204542392U - 医用灌注泵系统 - Google Patents

Abstract

一种医用灌注泵系统，其包括自适应控制器、压强监测装置、流率监测装置、控制信号执行器以及灌注泵，其根据灌注泵输出压强、内窥镜的灌注管路的输出流率以及灌注管路输出端与灌注泵的相对高度产生的静水压，准确的计算出灌注点的压强，进而能够通过灌注点的压强精确控制灌注泵的输出流率；无需将压强监测装置通过内窥镜一起送入工作点，能有效的简化人工操作步骤、避免传感器被器械干扰造成测量不准以及容易遭受激光误击损毁甚至脱落于体内的情况；还可根据计算获得的体内压强及设定自动调整灌注泵的输出流率、压强等指标或提出警示，实现在保证安全的同时，可以采用更小的通道，提供更好的视野和获得更高效率。

Description

医用灌注泵系统

技术领域

本实用新型涉及医疗器械技术领域，特别是指一种智能自动控制的医用灌注泵系统。

背景技术

医用灌注泵主要用于各种微创手术，在泌尿外科的很多腔内手术中是必须的，而且灌注泵的性能和手术者对灌注泵的应用方法对于手术的成功是至关重要的。

在肾、输尿管的腔内手术中，向体腔内注入生理盐水以冲洗掉术中的出血、结石粉末，保持输尿管镜、经皮肾镜、输尿管软镜的视野清晰，还可以撑开腔隙，维持手术所必须的空间、带走碎石器械产生的热量等。这是完成此类手术所必须的。而快速的、大量的冲洗可以获得更清晰、广阔的手术视野，手术者可以准确的判断相关的解剖结构、避免损伤周围组织，并能够更迅速地清除结石、血块，加快手术进程。不过，由于手术区域是相对封闭的，冲入的生理盐水需要通过狭小的输尿管或者皮-肾通道流出体外，快速、大量的冲洗也可能导致肾脏内压强升高。如果肾内压强超过阈值（20-40厘米水柱）时，灌注液就可能被人体迅速大量地吸收，细菌、毒素也可能混在冲洗液中进入血液循环，从而出现脓毒血症、感染性休克、水中毒等并发症，严重的可以直接威胁患者的生命安全。临床医生无法了解肾内实时地压强，也就无从知道是否会超过安全阈值，所以只能通过各种措施预留出足够的安全空间，来增加手术的安全性。这些措施对于大部分患者来说并不是必要的，只是为了有足够的安全空间。而这些措施往往会加大患者的创伤、降低效率，还可能增加副损伤的机会。而且，即使采取了这些措施，也不能完全杜绝相关高危并发症的出现。

另外，由于无法确切保证肾内压强处于安全范围，为避免严重并发症危机患者生命，临床医生往往需要选择相对安全，而创伤较大的经皮肾镜手术来处理上尿路结石合并感染的病人。而如果能够确切的控制肾内压强，很多这类合并尿路感染的患者可以通过输尿管镜或输尿管软镜手术治愈，从而可以明显缩短住院时间、降低治疗费用、显著减少对患者的创伤、避免经皮肾镜所带来的大出血、介入止血、丢失部分肾脏功能的风险。

有的技术方案使用固定在经皮肾镜的镜鞘前端的压强感受器（CN201420055037）来测定肾脏内压强，以提高手术的安全性。但这可能会影响手术操作，并且感受器容易被激光等碎石设备影响、破坏。而且，测量得到的数据还要通过无线数据链或有线方式与灌注泵或负压吸引泵连接以实现自动控制，较为繁琐而可靠性让人担心。也有方案使用细小的压强感受器通过内镜的操作通道置入体内以实时测量压强，但这样会增加手术操作的步骤，影响手术操作，同样感受器容易被激光不慎击毁，甚至脱落于体内。上述方法均未能被广泛采用。

在灌注量小的输尿管镜、输尿管软镜手术时，很多术者为了减少压强过高引起的感染，会让助手使用注射器推水，而不使用灌注泵，以增加手术的安全性。但这种方案的安全性取决于助手的经验，无法确切保证体内的压强状态，而且难以实现连续灌注、人力成本高，也不适用于要求大流量灌注的手术。

实用新型内容

本实用新型提供一种医用灌注泵系统，其所要解决的主要技术问题是：现有的医用灌注泵系统通常仅设定灌注泵输出灌注压强及灌注流率的上限，而无法确认体腔内压强，而体腔内压强是决定手术安全性的关键因素，这样就使手术的安全性难以得到保障；而一般科研实验中采用在灌注管路插入体腔中的一端安装压力传感器来测量实时压强，进而根据测量到的数据进行相关计算，实现控制外部灌注泵或者吸引泵的工作状态，这种情况的控制方式繁琐，且探入体腔内的压力传感器容易受到手术器械干扰影响，甚至容易被击毁、掉落在体腔中，难以投入实际使用；而另一种手术过程中常用的为使用人工操控注射器的原始方式，这种方式能增加手术的安全性，但是无法适应大流量灌注、连续灌注，且过于依赖操作者的经验，人力成本高。

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种实施上述方法的医用灌注泵系统，其包括自适应控制器、压强监测装置、流率监测装置、控制信号执行器以及灌注泵，所述压强监测装置设置在所述灌注泵上，用于监测所述灌注泵的输出压强，所述流率监测装置用于监测所述灌注泵的输出流率，所述自适应控制器包括处理模块以及分别与所述处理模块通信连接的信号输入口、信号输出口以及存储模块，所述压强监测装置以及流率监测装置通信连接至所述信号输入口，所述信号输出口通信连接至所述控制信号执行器，所述压强监测装置采集的压强信号与流率监测装置采集的流率信号均发送至所述自适应控制器，所述处理模块对接收的实时数据进行运算并将运算得出的处理信号通过所述信号输出口发送至所述控制信号执行器，所述控制信号执行器控制所述灌注泵运行，所述处理模块还可将运算得出的处理信号发送至所述存储模块。

优选于：所述自适应控制器还包括一人机交互连接端，所述人机交互连接端通信连接有显示设备以及输入控制设备，所述输入控制设备输入的信号发送至所述处理模块，所述处理模块将实时信息（实时信息可以是根据用户选择或系统设置的由所述压强监测装置采集的压强信号与流率监测装置采集的流率信号、运算得出的处理信号、用户当前选项、处理模式等等）发送至所述显示设备。

优选于：所述输入控制设备为脚踏控制设备或手动控制设备或语音识别控制设备，所述脚踏控制设备为一可采用脚踏操作的控制开关，手动控制设备可为手控电容屏，电容屏便于无菌化消毒，也能够满足灵活操控，所述语音识别控制设备可为声控开关或语音指令识别控制器，以上三种方式均为现有的成熟技术，可择一使用。

优选于：所述自适应控制器还包括有与所述处理模块对应连接的USB接口、无线信号接口、网线接口中的任意一种或几种。

优选于：所述控制信号执行器为用于控制所述灌注泵的电机控制器。

优选于：所述灌注泵为步进电机同时驱动两个反向设置的注射器，所述流率监测装置为设置在所述步进电机上的位移传感器；所述压强监测装置可为压强传感器。

优选于：所述灌注泵为步进电机同时驱动两个反向设置的注射器，所述流率监测装置为设置在所述步进电机上的位移传感器；所述压强监测装置可为设置在所述两个反向设置的注射器活塞与步进电机之间的推力传感器。

本实用新型在具体实施时，所述灌注泵系统中的灌注泵的控制方法为：

第一步、建立标准状态下（所述标准状态即内窥镜的灌注管路的输出端与灌注泵上的压强采集位置位于同一水平高度的情况下）各种内窥镜的输送流率与压强差的对应关系数据库：将内窥镜的灌注通道连接至灌注泵的药液输送管上，在所述灌注泵与内窥镜的输出端之间形成一个完整的灌注管路，使该灌注管路的输出端与灌注泵上的压强采集位置保持在同一水平高度，采集灌注泵的输出压强以及灌注管路的输送流率，调整所述灌注泵的输出功率，逐步增加灌注泵输出功率，输出压强与流率都将逐步上升，在此过程中统计该灌注管路的输送流率以及灌注泵的输出压强，此过程中，灌注管路上位于灌注泵的一端与输出端之间的两端压强差的值等于灌注泵的输出压强的值，建立在标准状态下该灌注管路对应的流率与两端压强差之间的对应关系；按上述方式将各种内窥镜对应的灌注管路的输送流率与压强差的对应关系进行逐次统计，并建立各种内窥镜对应的灌注管路的输送流率与压强差的对应关系数据库；重复上述过程，将各种内窥镜对应的灌注管路及其使用各种匹配器械时的输送流率与压强差的对应关系进行逐次统计，并建立已有内窥镜对应的灌注管路及使用相关器械时对应的输送流率与压强差的对应关系数据库；

第二步、匹配设备：将实际使用的内窥镜的灌注通道连接在所述灌注泵的药液输送管上，在所述灌注泵与灌注通道的输出端之间形成一个完整的灌注管路，并使该灌注管路的输出端与所述灌注泵保持在同一水平高度上，采集灌注泵的输出压强以及灌注管路的输送流率，计算灌注管路的两端压强差，逐步提升灌注泵的输出功率，获得实际灌注管路的输送流率与两端压强差的对应关系，将实际测量数据与设备数据库进行匹配：如匹配成功，则选择与该内窥镜对应的输送流率与压强差的对应关系作为计算灌注点压强并控制灌注泵的控制基准，并提示手术者所选择数据匹配的手术器械的名称、型号；如匹配不成功，检查药液输送管以及内窥镜的灌注通道是否异常，无异常，则按照第一步中所述的方式建立该实际使用的内窥镜对应的灌注管路的输送流率与两端压强差的对应关系，以此作为计算灌注点压强并控制灌注泵的控制基准；

第三步、测量内窥镜工作点即灌注点与灌注泵之间的相对高度差产生的相对高度压强差——静水压：将灌注管路的输出端置于与灌注点所在的同一水平高度，统计同样输送流率情况下所述灌注泵的输出压强与上述第二步中“计算灌注点压强并控制灌注泵的控制基准”中的灌注泵的输出压强相比的升/降情况以及变化差值，该变化差值即为静水压，当灌注点高度位置不变时，该静水压为固定值；

第四步、计算灌注点压强，并控制灌注泵输出流率：将灌注管路的输出端置于灌注点，实时测量的灌注泵的输出压强以及灌注管路的输送流率，灌注点的压强等于灌注泵的输出压强根据灌注点高度升或降的情况减或加静水压再依据该灌注管路的输送流率与两端压强差的对应关系减实时流率情况下的两端压强差，设定灌注点压强的上限值以及下限值，通过灌注点的实时压强反馈控制所述灌注泵的输出流率，同时设置灌注泵的输出流率的上限以及下限。

前述第二步、第三步可以同时进行，将灌注管路的输出端置于与灌注点所在的同一水平高度，运转灌注泵，使灌注泵的输出流率逐步变化，获得该灌注管路对应的输送流率与压强差之间的对应关系；将其与数据库中的数据匹配，同时根据实际采集的灌注泵输出压强对比匹配的数据的计算出静水压；如匹配不成功，检查药液输送管以及内窥镜的灌注通道是否异常，无异常，则使该灌注管路的输出端与灌注泵保持在同一水平高度上，采集灌注泵的输出压强以及灌注管路的输送流率，逐步改变灌注泵的输出功率，获得建立在标准状态下该灌注管路的输送流率与压强差的对应关系，将标准状态下以及灌注管路的输出端置于与灌注点所在的同一水平高度情况下灌注管路的输出端压强进行对比，即可计算出静水压。

本实用新型依照上述方法提供

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

一、能实时精确计算出内窥镜的工作点（手术部位腔体内）压强，无需将压强监测装置通过内窥镜一起送入工作点，能有效的简化人工操作步骤、避免传感器被器械干扰造成测量不准以及容易遭受激光误击损毁甚至脱落于体内的情况；

二、根据计算获得的体内压强及设定自动调整灌注泵的输出流率、压强等指标或提出警示，实现在保证安全的同时，可以采用更小的通道，提供更好的视野和获得更高效率，使内窥更清晰，有利于提高手术的安全性；

三、通过精确、可靠地控制灌注泵输出压强，使得原先高危的手术变得安全、可靠，即使初学者也可以轻易地完成以往高危的手术，根据灌注管路对应的输送流率与压强差的对应关系，能够早期发现静脉开放、液体大量吸收的情况，还可以防止由于灌注压强过高造成的灌注液被人体迅速大量地吸收，细菌、毒素混在冲洗液中进入血液循环，从而出现脓毒血症、感染性休克、水中毒等并发症，威胁患者的生命安全等现象，能够明显缩短住院时间、降低治疗费用、显著减少对患者的创伤。

附图说明

图1为本实用新型整体结构模块示意框图。

具体实施方式

以下将结合附图1以及较佳实施例对本实用新型提出的一种医用灌注泵系统作更为详细说明。

本实用新型提供一种医用灌注泵系统，其包括自适应控制器1、压强监测装置2、流率监测装置3、控制信号执行器4以及灌注泵5，所述压强监测装置2（所述压强监测装置2可为设置在所述药液输出管中的压强传感器）设置在所述灌注泵5上，所述流率监测装置3用于监测所述灌注泵5的输出流率（如：采用注射泵，该流率监测装置3即可为步进电机的位移传感器，通过测量步进电机的位移，就可根据单位时间的位移量以及注射泵的横截面积计算出流率），所述自适应控制器1包括处理模块11以及分别与所述处理模块11通信连接的信号输入口12、信号输出口13以及存储模块14，其中，所述压强监测装置2、流率监测装置3分别用于采集灌注泵的输出压强信号及内窥镜对应的灌注管路（将内窥镜的灌注通道连接至灌注泵的药液输送管上，在所述灌注泵与灌注通道的输出端之间形成一个完整的灌注管路）的输送流率信号，通过所述信号输入口12提供给处理模块11，所述处理模块11将处理后的信号存入所述存储模块14，并在所述存储模块14中建立作为控制基准的灌注管路的输送流率与两端压强差的对应关系数据库，也可在所述存储模块14中根据各种内窥镜对应的灌注管路的输送流率与两端压强差的对应关系建立起标准状态下灌注管路的压强差-流率数学模型作为控制基准，所述自适应控制器1还包括一人机交互连接端15，所述人机交互连接端15通信连接有显示设备6以及输入控制设备7，所述处理模块11可将实时信息（实时信息可以是根据用户选择或系统设置的由所述压强监测装置采集的压强信号与流率监测装置采集的流率信号、运算得出的处理信号、用户当前选项、处理模式等等）发送至所述显示设备6，操作者可通过所述输入控制设备7输入的信号由所述人机交互连接端15发送至所述处理模块11；在使用本实用新型的医用灌注泵系统协助手术时，灌注泵系统连接好内窥镜后，在体外，将内窥镜出水口置于与体内测压点（即灌注点）位于同一水平高度的位置，调整灌注泵系统中的控制信号执行器4，控制所述灌注泵5自动变化灌注输出流率，测得实际的灌注管路对应的输送流率与两端压强差的对应关系。将实测的灌注管路对应的输送流率与压强差的对应关系与数据库中比对，（通过显示设备）自动提示手术医生：手术使用的内窥镜型号，并判断体内测压点相对高度；医生通过输入控制设备7（可为脚踏开关或易于消毒、无菌化的手控单元，又或者是声控指令识别设备）确认后，就可以开始手术，术中灌注泵5维持特定输出功率灌注，体腔内的压强变化，必然会导致灌注泵5的输出压强也产生相应的变化，以维持灌注管路两端的压强差不变；将实测灌注泵5的输出压强与灌注管路的输送流率与两端压强差的对应关系中相应的灌注泵输出压强比对，再除去体内测压点相对高度导致的静水压，其差值就是体内压强值，设定体腔内压强的上限以及下限阀值，进而可以计算出体腔内压强反馈控制所述灌注泵5的输出功率，同时设置灌注泵5的输出流率的上限以及下限可以更加安全的营造出手术环境。

在上述实测的灌注管路对应的输送流率与亮度纳压强差的对应关系与数据库中比对过程中，如果显示设备6提示的内窥镜与实际不符，手术医生需要检查是药液输送管以及内窥镜的灌注通道是否不正常，还是因为内窥镜型号未被数据库收录。必要时可以通过标准操作程序，由医生自行补充、设定数据库资料，其中标准程序如下：将内窥镜的灌注通道连接至灌注泵5上的药液输送管形成一个完整的灌注管路，启动灌注泵5，使灌注管路的输出端与灌注泵保持在同一水平面上，测量灌注泵的输出压强，测量灌注管路的输送流率，调整所述灌注泵5的输出功率，使其从限定的最小功率逐步提升至最大功率，在此过程中统计该灌注管路的输送流率以及灌注泵的输出压强，此过程中，灌注管路两端的压强差等于灌注泵的输出压强的值，进而建立在标准状态下该灌注管路对应的输送流率与两端压强差之间的对应关系，并录入数据库。

由于手术中需要通过内窥镜的灌注通道使用激光光纤、取石钳等器械，这些器械会占据灌注通道中灌注药液通过的部分通道，导致灌注阻力增加，流率下降，灌注泵5会相应的自动逐步降低输出压强，针对这种情况，还需要建立在标准状态下该灌注管路的内窥镜灌注通道中使用相应器械时对应的输送流率与两端压强差之间的对应关系，将相匹配的器械逐次通过灌注通道，通过测量被占用部分通道情况下的灌注泵的输出压强、灌注管路的输送流率，调整所述灌注泵5的输出功率，使其从限定的最小功率逐步提升至最大功率，在此过程中统计该灌注管路的输送流率以及灌注泵的输出压强，建立在标准状态下该灌注管路中使用相应器械时对应的输送流率与两端压强差之间的对应关系，并录入数据库；在实际手术中，实时测定被占用部分通道情况下的灌注泵的输出压强、灌注管路的输送流率，将实测的灌注管路对应的输送流率与两端压强差的对应关系与数据库中比对，自动判断目前使用的器械及对应的输送流率与压强差的对应关系，并使用新的输送流率与压强差的对应关系来预测体腔内压力，同时通过显示设备6向手术医生做出提示。当停止使用该器械或更换器械时，通过实测数据与数据库内数据比对，自动判断是否使用了附加器械及器械的种类，并相应的自动调整预测体腔内压力的输送流率与压强差的对应关系。

手术过程中，为维持体腔中压力稳定，除了使用灌注泵系统，还会从体腔中引出一排液通道（通过体腔压力自然排液或者用吸引泵协助排液），在灌注液体从体腔内流出的通道固定时，比如：经尿道前列腺电切、经皮肾镜、使用输尿管鞘的输尿管软镜等手术时，体腔内压强主要取决于：灌注的流率和流出通道造成的阻力，在灌注液仅通过预设的固定通道流出时，体内的压强与灌注流率也会形成对应关系，也就是使用特定器械会形成特定的压强与流率之间的对应关系，通过体外实验及手术验证，同样可以获得使用特定器械时的体腔内的压强与灌注管路的输送流率之间的对应关系，可以将各种手术用内窥镜的灌注管路、器械在使用过程中的这种对应关系录入数据库。如果出现大量液体吸收或流出道堵塞，其术中实际测得的体腔内的压强与流率之间的对应关系与预先存储的体腔内的压强与流率之间的对应关系相比会出现显著变化，进而可以准确的判断手术中是否出现液体吸收、流出道堵塞等异常情况，及时提示手术医生，提高手术的安全性。

所述灌注泵可以为步进电机同时驱动两个反向配置的注射器，步进电机向一侧推动时，一个注射器排出液体，另一个注射器吸入液体，反向推动时，原先输出的注射器开始抽吸液体，原先吸入液体的注射器开始输出，通过连接的单向阀系统，就可以实现连续灌注，在非超载的情况下，步进电机的转速、停止的位置只取决于所述控制信号执行器4输出的脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，控制输入脉冲信号就可以精确地控制所述步进电机的运动距离与速度，也就可以精确地控制灌注的流率，并通过位移传感器验证相关数据，以判断步进电机运行情况，并可以做出相应调控；还可使用在注射器的活塞推动部位设置推力传感器，根据测得的推力及注射器的横截面面积可以得到灌注泵的输出压强，同时可在所述药液输送管上设置测压回路或压强感应器，通过比较这两组数值是否同步变化，可以判断灌注泵系统的运行状态，除外机器及管路的故障。

同时，所述处理模块11在根据实测的灌注泵输出压强以及流率计算体腔内压强时，可以延时设置，进而过滤掉因为激光碎石时的冲击波、咳嗽、灌注泵输出波动等因素造成的实时数据跳出所述灌注管路对应的输送流率与压强差之间的对应关系对计算造成的干扰，提高运转的稳定性。

另外所述处理模块11还通信连接有USB接口16、无线接口17（WIFI、蓝牙或NFC）、网线接口18或者其中的任意一种或两种，用以输出灌注泵5的运行及测量数据、计算的数据、输入设备数据库等，便于开展临床研究，进一步确认体内压强的安全范围，更新设备存储数据，便于改进功能、升级系统等。

上述原理可适用于注射泵、蠕动泵等多种类型，而且，通过上述方法精确计算出体腔内压强后，还可以根据该数据控制各种负压吸引装置、设备，通过调节负压的大小，调节体腔内的压强，实现安全手术。

综合上所述，本实用新型的技术方案可以充分有效的完成上述实用新型目的，且本实用新型的结构原理及功能原理都已经在实施例中得到充分的验证，而能达到预期的功效及目的，且本实用新型的实施例也可以根据这些原理进行变换，因此，本实用新型包括一切在申请专利范围中所提到范围内的所有替换内容。任何在本实用新型申请专利范围内所作的等效变化，皆属本案申请的专利范围之内。

Claims (7)

1.一种医用灌注泵系统，其特征在于：包括自适应控制器、用于监测所述灌注泵输出压强的压强监测装置、用于监测所述灌注泵输出流率的流率监测装置、控制信号执行器以及灌注泵，所述压强监测装置设置在所述灌注泵上，所述自适应控制器包括处理模块以及分别与所述处理模块通信连接的信号输入口、信号输出口以及存储模块，所述压强监测装置以及流率监测装置通信连接至所述信号输入口，所述信号输出口通信连接至所述控制信号执行器，所述压强监测装置采集的压强信号与流率监测装置采集的流率信号均发送至所述自适应控制器，所述处理模块对接收的实时数据进行运算并将运算得出的处理信号通过所述信号输出口发送至所述控制信号执行器，所述控制信号执行器控制所述灌注泵运行，所述处理模块还可将运算得出的处理信号发送至所述存储模块。

2.根据权利要求1所述的一种医用灌注泵系统，其特征在于：所述自适应控制器还包括一人机交互连接端，所述人机交互连接端通信连接有显示设备以及输入控制设备，所述输入控制设备输入的信号发送至所述处理模块，所述处理模块将实时信息发送至所述显示设备。

3.根据权利要求2所述的一种医用灌注泵系统，其特征在于：所述输入控制设备为脚踏控制设备或手动控制设备或语音识别控制设备。

4.根据权利要求3所述的一种医用灌注泵系统，其特征在于：所述自适应控制器还包括有与所述处理模块对应连接的USB接口、无线信号接口、网线接口中的任意一种或几种。

5.根据权利要求4所述的一种医用灌注泵系统，其特征在于：所述控制信号执行器为用于控制所述灌注泵的电机控制器。

6.根据权利要求5所述的一种医用灌注泵系统，其特征在于：所述灌注泵为步进电机同时驱动两个反向设置的注射器，所述流率监测装置为设置在所述步进电机上的位移传感器；所述压强监测装置可为压强传感器。

7.根据权利要求5所述的一种医用灌注泵系统，其特征在于：所述灌注泵为步进电机同时驱动两个反向设置的注射器，所述流率监测装置为设置在所述步进电机上的位移传感器；所述压强监测装置为设置在所述两个反向设置的注射器活塞与步进电机之间的推力传感器。