離線混合型生物人工肝支持系統(tǒng)的研制.pdf

1、人工肝治療設(shè)備是臨床治療肝衰竭患者必不可缺的應(yīng)用平臺(tái)，目前臨床應(yīng)用困局在于大量使用進(jìn)口設(shè)備，其配套耗材昂貴，系統(tǒng)治療流程固化，設(shè)備成本與長(zhǎng)期使用成本都很高，病人負(fù)擔(dān)不斷增加。離線混合型生物人工肝，是臨床關(guān)于人工肝治療應(yīng)用的創(chuàng)新，現(xiàn)有人工肝治療設(shè)備，其功能偏重于人工肝某一個(gè)治療流程或應(yīng)用，缺少離線混合生物治療的綜合應(yīng)用功能，主要表現(xiàn)為:①動(dòng)力支持不足;②缺少生物反應(yīng)環(huán)境;③操控系統(tǒng)和治療流程無(wú)法滿足離線混合治療的創(chuàng)新性臨床應(yīng)用。
　

2、　本研究立足于新型離線混合型生物人工肝治療流程的設(shè)計(jì)，完善現(xiàn)有生物人工肝治療設(shè)備的不足，從臨床治療實(shí)際需求出發(fā)，研制適宜于臨床應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)研究的混合型生物人工肝支持系統(tǒng)，用于臨床血液凈化治療及實(shí)驗(yàn)研究，論文主要涉及的研究?jī)?nèi)容、方法及滿足的基本功能敘述如下:
　　(1)離線混合型生物人工肝治療流程的構(gòu)建
　　離線混合型生物人工肝治療流程的構(gòu)建是建立在現(xiàn)有人工肝治療流程基礎(chǔ)之上的。眾所周知，人工肝治療分為非生物型和生物型兩大類，現(xiàn)

3、有治療流程多集中于非生物型治療過程，或者是單一的生物反應(yīng)治療，臨床應(yīng)用的肝衰竭治療流程中混合生物反應(yīng)治療應(yīng)用不多，通常是分段治療，或兩臺(tái)機(jī)器交互治療。離線混合型生物人工肝治療流程把單一的生物反應(yīng)與非生物反應(yīng)治療科學(xué)搭配混合，在流程設(shè)計(jì)中把病人與體外循環(huán)流程進(jìn)行間接的物理隔離，從而實(shí)現(xiàn)患者的離線治療，治療流程依次通過血漿置換、吸附治療后，體外循環(huán)血液經(jīng)過設(shè)定的定時(shí)定量累積后，形成一個(gè)血漿池，針對(duì)血漿池進(jìn)行同步的血液灌流和生物反應(yīng)治療，然后

4、回輸?shù)交颊唧w內(nèi)。
　　離線混合治療流程的設(shè)計(jì)使得病人與在線治療處于間接連接關(guān)系，其治療流程中分子吸附模式與生物反應(yīng)治療過程均與病人保持離線狀態(tài)，故稱之為離線混合型生物人工肝。體外循環(huán)治療中，離線模式治療的物理效應(yīng)如流量、壓力、流速等參數(shù)對(duì)病人生理應(yīng)受條件要求低、影響小、安全穩(wěn)定系數(shù)高，同時(shí)治療時(shí)間大大減少，提高了患者治療的舒適度。
　　(2)離線混合型生物人工肝智能控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
　　離線混合型生物人工肝智能控制系統(tǒng)由

5、可編程控制器(PLC)、觸摸屏人機(jī)界面、壓力傳感器、稱重傳感器、霍爾傳感器、夾管閥等實(shí)現(xiàn)智能控制。該設(shè)備自動(dòng)化程度高、具有多種治療模式功能，為患者體外血液循環(huán)提供流速、流量可控的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力;提供加溫、恒溫自動(dòng)檢測(cè)功能;提供血液輸入、輸出質(zhì)量平衡功能;凈化消毒生物反應(yīng)治療環(huán)境;提供運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)修改功能;提供智能安全監(jiān)測(cè)報(bào)警等多種功能。人機(jī)界面友好簡(jiǎn)潔，具有穩(wěn)定性好、安全性高、開發(fā)容易等諸多優(yōu)點(diǎn)，臨床醫(yī)生根據(jù)觸摸屏對(duì)話提示，選取相應(yīng)治療模式，

6、進(jìn)行管路連接安裝，設(shè)定運(yùn)行參數(shù)、報(bào)警參數(shù)。運(yùn)行過程自動(dòng)控制由多種傳感器負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)，通過不同信號(hào)的連續(xù)采集與反饋，計(jì)算機(jī)控制軟件負(fù)責(zé)參數(shù)計(jì)算與比較，同時(shí)根據(jù)運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償或報(bào)警。
　　(3)恒溫箱、空氣消毒凈化、視頻監(jiān)控裝置的設(shè)計(jì)
　　恒溫箱是生物反應(yīng)器放置的主體環(huán)境，要求治療時(shí)應(yīng)保持無(wú)菌、恒溫、實(shí)時(shí)狀況可控可視。恒溫箱由箱體、空氣凈化裝置、紫外線消毒裝置、碳素纖維加熱恒溫控制器件、視頻監(jiān)控裝置、生物反應(yīng)器搖臂組成。加熱設(shè)

7、計(jì)采用碳素纖維導(dǎo)線并聯(lián)分組均勻分布，24V低壓供電，預(yù)熱30分鐘后，環(huán)境溫度控制在34攝氏度至40攝氏度之間，利用紅外夜視攝像頭進(jìn)行反應(yīng)器過程監(jiān)控，使得生物反應(yīng)器在恒溫箱體內(nèi)實(shí)時(shí)可視，恒溫箱體頂部設(shè)定空氣凈化口，對(duì)恒溫箱內(nèi)部空氣進(jìn)行循環(huán)空氣凈化，同時(shí)利用空氣循環(huán)達(dá)到氣體擾流來(lái)平衡溫度，箱體內(nèi)部設(shè)定紫外線消毒裝置，機(jī)器預(yù)熱時(shí)進(jìn)行箱體內(nèi)部環(huán)境表面消毒。
　　(4)設(shè)備整體外觀布局設(shè)計(jì)及加工制造
　　充分利用不同制圖軟件進(jìn)行仿真布

8、局設(shè)計(jì)，反復(fù)對(duì)比調(diào)試、涂裝模擬，并利用現(xiàn)代精密數(shù)控機(jī)床進(jìn)行機(jī)架和配件的生產(chǎn)加工。濾器夾子設(shè)計(jì)為4個(gè)方向可調(diào)裝置，方便透析器和管路安裝時(shí)的不同角度需求。根據(jù)治療流程需求，離線治療管路內(nèi)置于恒溫箱體內(nèi)，故設(shè)計(jì)一種抽屬式開啟裝置，方便于管路內(nèi)置安裝。
　　(5)可調(diào)式動(dòng)力泵設(shè)計(jì)及加工制造
　　動(dòng)力驅(qū)動(dòng)泵由泵頭和底座組成，利用驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)泵頭的轉(zhuǎn)動(dòng)和速度，實(shí)現(xiàn)血液凈化時(shí)體外循環(huán)的動(dòng)力支持。泵頭制作精度高、安全性好，由泵頭主

9、體、滾輪、滾輪架、防脫栓、電機(jī)轉(zhuǎn)接軸等器件組成，底座設(shè)定有泵頭蓋和底座主體，同時(shí)安裝霍爾開關(guān)感應(yīng)器件，實(shí)現(xiàn)泵的實(shí)時(shí)安全可控。泵頭設(shè)計(jì)為可調(diào)式，可以根據(jù)不同耗材的管路尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)，拓展了泵頭使用的可適應(yīng)性。
　　(6)安全報(bào)警功能
　　安全報(bào)警系統(tǒng)主要利用聲、光來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)護(hù)人員的警示。①溫度過溫測(cè)試，給予設(shè)定安全界限外溫度，測(cè)試傳感器靈敏度，結(jié)果能夠及時(shí)提示溫度過高和過低警示，同時(shí)軟件有效進(jìn)行加熱系統(tǒng)自動(dòng)平衡控制;②氣泡檢測(cè)，

10、運(yùn)行過程中，模擬不同尺寸大小的人造氣泡測(cè)試傳感器靈敏度以及操控系統(tǒng)反應(yīng)是否有效，結(jié)果顯示，系統(tǒng)能夠及時(shí)反饋不同大小的氣泡出現(xiàn)，管路閥有效動(dòng)作，終止運(yùn)行。③漏血檢測(cè)，運(yùn)行過程中，模擬不同濃度人造紅細(xì)胞流經(jīng)傳感器，測(cè)試其靈敏度以及搡控系統(tǒng)反應(yīng)是否有效，結(jié)果顯示，系統(tǒng)能夠及時(shí)反饋漏血出現(xiàn)，管路閥有效動(dòng)作，并終止流程運(yùn)行。④電子稱重平衡測(cè)試，根據(jù)運(yùn)行設(shè)定參數(shù)進(jìn)行血液稱重測(cè)試，結(jié)果顯示，空置和超重時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)有效反饋不同重量并實(shí)時(shí)顯示，超出設(shè)

11、定界限時(shí)報(bào)警提示，軟件能夠有效計(jì)算并自動(dòng)控制泵速，實(shí)時(shí)進(jìn)行稱重的平衡調(diào)節(jié)。
　　綜上所述，離線混合型生物人工肝治療設(shè)備具有的特點(diǎn)是:①治療模式設(shè)計(jì)獨(dú)到:可進(jìn)行血漿置換、吸附治療、生物人工肝治療，根據(jù)治療需求三種治療模式可靈活混搭，全流程運(yùn)行模式時(shí)，有效實(shí)現(xiàn)離線混合治療，減少病人生理反應(yīng)，減少用血量，減少治療用時(shí);②裝置智能化:操控系統(tǒng)均由計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)控制，且觸摸屏圖示清楚，便于操作者掌握，報(bào)警系統(tǒng)及時(shí)有效;③安全性高:該系統(tǒng)安裝