CN206063480U - 一种医用结肠透析治疗仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种医用结肠透析治疗仪，包括微控制器，以及分别与微控制器连接的液位测量电路、测温电路、液箱加热电路、药液流量控制电路、蠕动泵驱动电路、雾化电路、压力测量电路、压力调节电路、串口电路、声音报警电路、电源电路、阀门驱动电路。本实用新型采用超声雾化方式配合压力调节电路，将雾化的透析液分子与肠道粘膜充分接触，利于粘膜吸收，将结肠有毒物质排出体外，降低了患者不适感，药液的作用时间延长，体内保留时间长，交换量大，疗效较传统液体透析提升明显；采用串口电路与上位机进行通信，通过上位机进行治疗仪的参数设置和工作状态显示，操作更方便、直观；增强了对患者使用的安全性；为安全用药提供了保障。

Description

一种医用结肠透析治疗仪

技术领域

本实用新型涉及一种医用结肠透析治疗仪。

背景技术

结肠透析疗法是通过探头将向肠道内注入过滤水清洗液，清洗结肠毒素，扩大结肠粘膜与药液接触面积，再注入透析药液，结肠粘膜充分接触透析药液，利用结肠粘膜的生物半透膜特性，吸收药液中有用的物质，提高肠腔内溶质的交换，排出代谢废物及过剩的水份，改善肠道环境，达到病灶修复和治疗的目的。

近几年来，结肠透析疗法已广泛应用于各大医疗机构，结合药液的化学作用，对结肠疾病的治疗取得了较好的效果，并且具有无创、安全、低成本、痛苦低、适应面广泛等特点，是继血液透析和腹膜透析的新型无创靶向治疗方法。

现有的结肠透析治疗设备相对古老的半自动清洗透析技术有了很大的改进，虽然增加了加热、流量自动控制等功能，但仍然满足不了临床的需要，具有患者耐受性差、设备操作繁琐、药液保留时间短等弊端。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于提供一种操作简单的医用结肠透析治疗仪，增加药液保留时间，使患者适应性更好。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种医用结肠透析治疗仪，其特征在于：包括：微控制器；用于检测药液瓶液位和液箱液位的液位测量电路；用于检测液箱内液体温度的测温电路；用于对液箱内液体进行加热的液箱加热电路；用于对药液瓶输出药液流量进行调节的药液流量控制电路；用于对注入肠道液体进行流量调节的蠕动泵驱动电路；用于对注入肠道的透析液进行雾化的雾化电路；用于对雾化透析液所经管路的压力进行检测的压力测量电路；用于对雾化透析液所经管路的压力进行调节的压力调节电路；与上位机连接的串口电路；电源电路；所述液位测量电路、测温电路、液箱加热电路、药液流量控制电路、蠕动泵驱动电路、雾化电路、压力测量电路、压力调节电路、串口电路以及电源电路分别与微控制器连接。

雾化电路包括高频压电陶瓷片、压电陶瓷振荡器、以及控制压电陶瓷振荡器通断的液位控制电路；液位控制电路，主要由安装在高频压电陶瓷片上的水位控制触针Ⅰ和水位控制触针Ⅱ，以及第一PNP三极管、反相器、第二PNP三极管组成，水位控制触针Ⅰ与雾化电路主回路电源连接，水位控制触针Ⅱ、第一PNP三极管、反相器、第二PNP三极管、压电陶瓷振荡器依次连接。

液位测量电路包括与微控制器连接的差动放大器，以及分别与差动放大器连接的药液瓶液位传感器、液箱液位传感器。

测温电路采用与微控制器连接的热敏电阻。

液箱加热电路包括与微控制器连接的光电耦合器Ⅱ，由光电耦合器Ⅱ通过第三NPN三极管控制的继电器Ⅱ，以及由继电器Ⅱ控制通断的加热回路。

药液流量控制电路包括与微控制器连接的光电耦合器Ⅲ，由光电耦合器Ⅲ依次通过第四NPN三极管和ＮＭＯＳ管控制、对药液瓶输出流量进行调节的电机泵Ⅰ。

蠕动泵驱动电路包括与微控制器连接的步进电机伺服驱动器，以及与步进电机伺服驱动器连接的蠕动泵。

压力测量电路采用与微控制器连接的压力传感器；压力调节电路包括与微控制器连接的光电耦合器Ⅳ，以及由光电耦合器Ⅳ隔离控制、对雾化透析液所经管路的压力进行调节的电机泵Ⅱ。

所述医用结肠透析治疗仪还包括与微控制器连接的声音报警电路。

所述医用结肠透析治疗仪还包括用于驱动药液电磁阀、清洗电磁阀、灌注电磁阀、进液阀门、废液阀门、雾化阀门、截止阀的阀门驱动电路，所述阀门驱动电路与微控制器连接。

本实用新型的有益效果：1、采用超声雾化方式配合压力调节电路，对注入肠道的透析液进行雾化，将雾化的透析液分子与肠道粘膜充分接触，利于粘膜吸收，将结肠有毒物质排出体外，降低了患者不适感，药液的作用时间延长，体内保留时间长，交换量大，疗效较传统液体透析提升明显；2、采用串口电路与上位机进行通信，通过上位机进行治疗仪的参数设置和工作状态显示，操作更方便、直观，增强了对患者使用的安全性；3、采用液位传感器、压力传感器、测温电路对灌注压力、温度、液位等参数进行测量，为安全用药提供了保障；4、对故障进行声音报警，增强了对患者使用的安全性。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型的微控制器的电路原理图。

图3为本实用新型的雾化电路原理图。

图4为本实用新型的液位测量电路原理图。

图5为本实用新型的测温电路原理图。

图6为本实用新型的液箱加热电路原理图。

图7为本实用新型的药液流量控制电路原理图。

图8为本实用新型的蠕动泵驱动电路原理图。

图9为本实用新型的压力测量电路原理图。

图10为本实用新型的压力调节电路原理图。

图11为本实用新型的声音报警电路原理图。

图12为本实用新型的串口电路原理图。

图13为本实用新型的电源电路原理图。

图14为本实用新型的阀门驱动电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

参见图1，本实用新型提供一种医用结肠透析治疗仪，包括微控制器、液位测量电路、测温电路、液箱加热电路、药液流量控制电路、蠕动泵驱动电路、雾化电路、压力测量电路、压力调节电路、串口电路、声音报警电路、电源电路，所述液位测量电路、测温电路、液箱加热电路、药液流量控制电路、蠕动泵驱动电路、雾化电路、压力测量电路、压力调节电路、串口电路、声音报警电路、电源电路分别与微控制器连接。

本实用新型的一种医用结肠透析治疗仪，还包括用于驱动药液电磁阀、清洗电磁阀、灌注电磁阀、进液阀门、废液阀门、雾化阀门、截止阀的阀门驱动电路，所述阀门驱动电路与微控制器连接。

以上各功能电路具体描述如下：

1、微控制器

微控制器，采用ATMEL公司AVR单片机ATmega16，通过串口电路与上位机进行通信，接收上位机的指令对传感器信号数据进行采集处理，对各功能电路进行驱动控制，实现清洗透析过程的处理。

参见图2，单片机芯片U1外围接口分配如下：PA0-PA2连接压力测量电路，完成对传输管路的压力数据采集；PA3连接测温电路，采集液箱内温度；PA4和PA5连接液位测量电路，分别采集药液瓶和液箱的液位状态信息；PB0连接液箱加热电路，用于液箱中液体加热控制；PB1口连接雾化电路，控制管路中透析液的雾化；PB2口连接药液流量控制电路，调节药液电机转速，控制传输流量；PB3-PB7连接蠕动泵驱动电路，调节药液传输流量；PC0-PC6连接药液电磁阀驱动电路、清洗电磁阀驱动电路、灌注电磁阀驱动电路、进液阀门驱动电路、废液阀门驱动电路、雾化阀门驱动电路、截止阀驱动电路；PC7连接压力调节电路，调节压力电机转速达到控制管路压力的目的；PD0、PD1连接串口电路，通过电平转换U2和上位机通讯；PD2口连接声音报警电路，发出声报警信号。

2、雾化电路

雾化电路，用于对注入肠道的透析液进行雾化。雾化电路包括压电陶瓷片Y2、压电陶瓷振荡器、以及控制压电陶瓷振荡器通断的液位控制电路；微控制器依次通过光电耦合器ⅠUL3、第一NPN三极管Q11、继电器ⅠJK2控制雾化电路的通断，继电器ⅠJK2的常开触点设置在雾化电路的主回路上。

参见图3，雾化电路的电路主要包括第一电阻R14～第八电阻R18、第一电容C8～第五电容C12、稳压二极管D11、第一PNP三极管Q10、第二PNP三极管Q9、反相器U7、第一电感L1～第三电感L3、第二NPN三极管Q8、高频压电陶瓷片（超声换能器）Y2、以及安装在高频压电陶瓷片上的水位控制触针Ⅰ和水位控制触针Ⅱ；其中，液位控制电路，主要由水位控制触针Ⅰ和水位控制触针Ⅱ，以及第一PNP三极管Q10、反相器U7、第二PNP三极管Q9及相关电阻组成；压电陶瓷振荡器主要由第二电感L2、第三电感L3、第二NPN三极管Q8、第三电容C10、第五电容C12及相关电阻组成。

在单片机发出雾化控制信号时，光电耦合器ⅠUL3导通，继电器ⅠJK2的常开触点闭合，当透析液位达到水位控制触针Ⅰ和水位控制触针Ⅱ导通位置时，雾化电路主回路提供的24V电源通过水位控制触针Ⅰ、透析液、水位控制触针Ⅱ给第一PNP三极管Q10的发射极提供电源，第一PNP三极管Q10导通工作，第二PNP三极管Q9也导通，24V电源通过第一PNP三极管Q10、反相器U7、第二PNP三极管Q9、电阻R20、第一电感L1、电阻R18、电阻R19向第二NPN三极管Q8提供偏置电流，使第二NPN三极管Q8振荡工作；高频压电陶瓷片Y2高频谐振产生电子高频震荡，负责振荡频率，压电陶瓷振荡器中，第三电容C10、第三电感L3负责振荡的幅度，第五电容C12、第二电感L2负责振荡的反馈量，维持电路的可靠性。压电陶瓷振荡器驱动高频压电陶瓷片，将管路中的药液打散而产生雾状，与压力调节电路配合，给结肠部位提供雾化治疗，为治疗管路提供间歇雾化效果。一旦透析液液位下降而使水位控制触针Ⅰ和水位控制触针Ⅱ全部露出液面时，第一PNP三极管Q10截止，第二NPN三极管Q8因无偏置电流而停止振荡，避免因发热而损坏。

雾化电路的具体电路结构如下：水位控制触针Ⅰ连接24V电源，水位控制触针Ⅱ连接第一PNP三极管Q10的发射极，第一PNP三极管Q10的基极与第一电阻R14的一端连接，稳压二极管D11的阴极连接24V电源，稳压二极管D11的阳极通过第二电阻R15接地，第一电阻R14的另一端连接在稳压二极管D11的阳极和第二电阻R15之间；第一PNP三极管Q10的集电极通过第三电阻R16连接到反相器U7的输入端；第一电容C8的一端连接24V电源，另一端连接到反相器U7的输入端；反相器U7的输出端通过第四电阻R17连接到第二PNP三极管Q9的基极，第二PNP三极管Q9的发射连接24V电源，第二PNP三极管Q9的集电极依次通过串联的第五电阻R20和第六电阻R21接地；第一电感L1的一端连接在第五电阻R20和第六电阻R21之间，第一电感L1的另一端依次通过串联的第七电阻R18、第八电阻R19连接到第二NPN三极管Q8的基极，第二NPN三极管Q8的集电极连接到第二PNP三极管Q9的发射极，第二NPN三极管Q8的发射极连接到第三电感L3的一端；高频压电陶瓷片Y2与第二电容C9串联后的一端连接到第二PNP三极管Q9的发射极，另一端连接到第七电阻R18和第八电阻R19之间；第四电容C11的一端连接到第二NPN三极管Q8的基极，另一端连接到第二PNP三极管Q9的发射极；第三电容C10的一端连接到第七电阻R18和第八电阻R19之间，第五电容C12的一端连接第二NPN三极管Q8的集电极，第二电感L2的一端接地，第三电容C10的另一端、第五电容C12的另一端以及第二电感L2的另一端分别连接到第三电感L3的另一端。

3、液位测量电路

液位测量电路，用于检测药液瓶液位和液箱液位。液位测量电路包括与微控制器连接的差动放大器，以及分别与差动放大器连接的药液瓶液位传感器、液箱液位传感器。

参见图4，液位测量电路由差动放大器U3、电容C13-C16、电阻R40-R45、压敏电阻RV、药液瓶液位传感器CG1、液箱液位传感器CG2组成。药液液位传感器CG1检测的液位信号，经差动放大器U3处理后送入单片机进行计算测量药液瓶的药液液位；液箱液位传感器CG2检测的液位信号经差动放大器U3处理后送入单片机进行计算测量液箱的液体液位。测量到的液位数据上传至上位机显示。

4、测温电路

测温电路，用于检测液箱内液体温度。测温电路采用与微控制器连接的热敏电阻。

参见图5，测温电路由电阻R3、电阻R4、电容C5组成。电阻R3为PTC正温度系数热敏电阻，当液箱内温度升高，热敏电阻的电阻值越大，单片机检测到的数据变化后，经处理后得到液箱水温。

5、液箱加热电路

液箱加热电路，用于对液箱内液体进行加热。液箱加热电路包括与微控制器连接的光电耦合器Ⅱ，由光电耦合器Ⅱ通过第三NPN三极管控制的继电器Ⅱ，以及由继电器Ⅱ控制通断的加热回路。

参见图6，液箱加热电路主要由光电耦合器ⅡUL2、第三NPN三极管Q0、二极管D2、继电器ⅡJK1、加热回路组成；光电耦合器ⅡUL2的输入端与微控制器连接，光电耦合器ⅡUL2的输出端与第三NPN三极管Q0的基极连接，第三NPN三极管Q0的发射极接地；二极管D2与继电器ⅡJK1线圈并联后的一端连接到第三NPN三极管Q0的集电极，另一端连接到12V工作电压；加热回路由串联的电感RL1和电感RL2组成，继电器ⅡJK1的常开触点设置在加热回路上。

6、药液流量控制电路

药液流量控制电路，用于对药液瓶输出药液流量进行调节。药液流量控制电路包括与微控制器连接的光电耦合器Ⅲ，由光电耦合器Ⅲ依次通过第四NPN三极管和ＮＭＯＳ管控制、对药液瓶输出流量进行调节的电机泵Ⅰ。

参见图7，药液流量控制电路由光电耦合器ⅢUL4、电机泵ⅠM2、ＮＭＯＳ管TQ1、第四NPN三极管Q12、电阻R29～R32组成。单片机发出的信号通过光电耦合器ⅢUL4隔离，控制电机泵ⅠM2的转速，进而控制药液瓶中药液的输出流量。

7、蠕动泵驱动电路

蠕动泵驱动电路，用于对注入肠道液体进行流量调节。参见图8，蠕动泵驱动电路包括与微控制器连接的步进电机伺服驱动器TX1，以及与步进电机伺服驱动器TX1连接的蠕动泵M3。单片机依据上位机发送的数据通过步进电机伺服驱动器TX1调节蠕动泵M3的转速，对管路中液体的流量进行调节，进而控制液体透析量。

8、压力测量电路

压力测量电路，用于对雾化透析液所经管路的压力进行检测。压力测量电路采用与微控制器连接的压力传感器。

参见图9，压力测量电路由信号放大器、压力传感器CG3、电阻R24～R28组成。压力传感器CG3采集信号后经信号放大器两级放大处理后送入单片机进行处理计算，完成传输管路的压力测量。

9、压力调节电路

压力调节电路，用于对雾化透析液所经管路的压力进行调节。压力调节电路包括与微控制器连接的光电耦合器Ⅳ，以及由光电耦合器Ⅳ隔离控制、和压力测量电路配合，对雾化透析液所经管路的压力进行控制的电机泵Ⅱ。

参见图10，压力调节电路由光电耦合器ⅣUL1、双向晶闸管T1、电机泵ⅡM1、二极管D1、电阻R6～R9、电容C6～C7组成。压力调节电路采用光电耦合器ⅣUL1隔离，双向晶闸管T1、电阻R7～R9、二极管D1、电容C6～C7组成电机驱动电路，对管路中的雾化药液进行增压，达到肠道给药的目的，依据输入的压力参数和检测到的管路压力对电机泵ⅡM1转速进行调节，达到对管路中压力的调整。

10、声音报警电路

声音报警电路，用于系统故障、操作不当、透析完成后，提供声报警信号。参见图11，声音报警电路由蜂鸣器H1、电阻R5、三极管V1组成。

11、串口电路

串口电路，是计算机和单片机连接的桥梁，用于上位机和单片机之间数据和指令的传输。参见图12，串口电路由电平转换芯片U2、RS232接口DB1、电容C17～C20组成，完成电平转换和信号传输。电平转换芯片U2采用MAX232芯片。

12、电源电路

电源采用医疗器械专用的开关电源，输出24V、12V、5V直流电压，为各功能电路模块提供电能，电路图参见图13。

13、阀门驱动电路

阀门驱动电路，配合单片机信号指令完成对药液电磁阀、清洗电磁阀、灌注电磁阀、进液阀门、废液阀门、雾化阀门、截止阀的控制，进而控制相应管路中的液体流通状态。

参见图14，阀门驱动电路由信号驱动芯片U4、三极管Q1～Q7、药液电磁阀DCF1、清洗电磁阀DCF2、灌注电磁阀DCF3、进液阀门FM1、废液阀门FM2、雾化阀门FM3、截止阀FM4、继电器JK3-JK6、电阻R33-R39、二极管D4～D10组成。上述各阀门的作用如下：

药液电磁阀打开时，药液瓶中流出的药液与液箱流出的纯化水进行混合得到透析液；

清洗电磁阀打开时，液箱中的纯化水被注入肠道进行清洗；

灌注电磁阀打开时，透析液被注入肠道进行雾化；

进液阀门打开时，纯化水进入液箱中；

废液阀门打开时，肠道清洗完或透析完后的废液流入废液瓶；

雾化阀门打开时，雾化电路对透析液进行雾化。

截止阀关闭时，将注入的纯化水或透析液保持在结肠内，在截止阀打开后废液排出体外。

本实用新型的工作原理：

根据医生设置的透析治疗方案，清洗电磁阀打开，向结肠注入纯化水进行清洗，清洗完毕后，废液阀门打开，排出废液，可根据人机设置的清洗次数进行结肠清洗；清洗完毕后，药液电磁阀打开，根据设定量对结肠注入透析液，关闭药液电磁阀，延长透析液的保留时间，促进肠道吸收，打开废液阀门，废液排出；药液电磁阀门和雾化阀门打开，对肠道注入定量的雾化药液，关闭雾化阀门，保留一定时间后，打开药液电磁阀，进行二次透析，透析完毕后，打开截止阀，在废气作用下使肠道内的毒素和废液彻底排空，透析结束。

本实用新型具有以下优点：

1、超声雾化与药液灌注相结合，对肠道无死角治疗。

采用超声雾化和灌注间歇加载的方式透析灌注，雾化的药液在升温后可弥散于结肠的每个角落，进而改善肠道环境。

2、采用串口电路与上位机进行通信，通过上位机进行治疗仪的参数设置和工作状态显示，操作更方便、直观。

3、采用液位传感器、压力传感器、测温电路对灌注压力、温度、液位等参数进行测量，为安全用药提供保障。

4、 对管路压力、干烧、超温、液位限制、管路故障、电路故障进行声音报警，增强了对患者使用的安全性。

Claims (10)

1.一种医用结肠透析治疗仪，其特征在于：包括：

微控制器；

用于检测药液瓶液位和液箱液位的液位测量电路；

用于检测液箱内液体温度的测温电路；

用于对液箱内液体进行加热的液箱加热电路；

用于对药液瓶输出药液流量进行调节的药液流量控制电路；

用于对注入肠道液体进行流量调节的蠕动泵驱动电路；

用于对注入肠道的透析液进行雾化的雾化电路；

用于对雾化透析液所经管路的压力进行检测的压力测量电路；

用于对雾化透析液所经管路的压力进行调节的压力调节电路；

与上位机连接的串口电路；

电源电路；

所述液位测量电路、测温电路、液箱加热电路、药液流量控制电路、蠕动泵驱动电路、雾化电路、压力测量电路、压力调节电路、串口电路以及电源电路分别与微控制器连接。

2.根据权利要求1所述的医用结肠透析治疗仪，其特征在于：雾化电路包括高频压电陶瓷片、压电陶瓷振荡器、以及控制压电陶瓷振荡器通断的液位控制电路；液位控制电路，主要由安装在高频压电陶瓷片上的水位控制触针Ⅰ和水位控制触针Ⅱ，以及第一PNP三极管、反相器、第二PNP三极管组成，水位控制触针Ⅰ与雾化电路主回路电源连接，水位控制触针Ⅱ、第一PNP三极管、反相器、第二PNP三极管、压电陶瓷振荡器依次连接。

3.根据权利要求1所述的医用结肠透析治疗仪，其特征在于：液位测量电路包括与微控制器连接的差动放大器，以及分别与差动放大器连接的药液瓶液位传感器、液箱液位传感器。

4.根据权利要求1所述的医用结肠透析治疗仪，其特征在于：测温电路采用与微控制器连接的热敏电阻。

5.根据权利要求1所述的医用结肠透析治疗仪，其特征在于：液箱加热电路包括与微控制器连接的光电耦合器Ⅱ，由光电耦合器Ⅱ通过第三NPN三极管控制的继电器Ⅱ，以及由继电器Ⅱ控制通断的加热回路。

6.根据权利要求1所述的医用结肠透析治疗仪，其特征在于：药液流量控制电路包括与微控制器连接的光电耦合器Ⅲ，由光电耦合器Ⅲ依次通过第四NPN三极管和ＮＭＯＳ管控制、对药液瓶输出流量进行调节的电机泵Ⅰ。

7.根据权利要求1所述的医用结肠透析治疗仪，其特征在于：蠕动泵驱动电路包括与微控制器连接的步进电机伺服驱动器，以及与步进电机伺服驱动器连接的蠕动泵。

8.根据权利要求1所述的医用结肠透析治疗仪，其特征在于：压力测量电路采用与微控制器连接的压力传感器；压力调节电路包括与微控制器连接的光电耦合器Ⅳ，以及由光电耦合器Ⅳ隔离控制、对雾化透析液所经管路的压力进行调节的电机泵Ⅱ。

9.根据权利要求1所述的医用结肠透析治疗仪，其特征在于：还包括与微控制器连接的声音报警电路。

10.根据权利要求1所述的医用结肠透析治疗仪，其特征在于：还包括用于驱动药液电磁阀、清洗电磁阀、灌注电磁阀、进液阀门、废液阀门、雾化阀门、截止阀的阀门驱动电路，所述阀门驱动电路与微控制器连接。