離線混合型生物人工肝支持系統(tǒng)的研制.pdf

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

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計，完善現(xiàn)有生物人工肝治療設備的不足，從臨床治療實際需求出發(fā)，研制適宜于臨床應用和實驗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驗研究，論文主要涉及的研究內(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建
　　離線混合型生物人工肝治療流程的構建是建立在現(xiàn)有人工肝治療流程基礎之上的。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治療，臨床應用的肝衰竭治療流程中混合生物反應治療應用不多，通常是分段治療，或兩臺機器交互治療。離線混合型生物人工肝治療流程把單一的生物反應與非生物反應治療科學搭配混合，在流程設計中把病人與體外循環(huán)流程進行間接的物理隔離，從而實現(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)過設定的定時定量累積后，形成一個血漿池，針對血漿池進行同步的血液灌流和生物反應治療，然后

4、回輸?shù)交颊唧w內(nèi)。
　　離線混合治療流程的設計使得病人與在線治療處于間接連接關系，其治療流程中分子吸附模式與生物反應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如流量、壓力、流速等參數(shù)對病人生理應受條件要求低、影響小、安全穩(wěn)定系數(shù)高，同時治療時間大大減少，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)、觸摸屏人機界面、壓力傳感器、稱重傳感器、霍爾傳感器、夾管閥等實現(xiàn)智能控制。該設備自動化程度高、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)動動力;提供加溫、恒溫自動檢測功能;提供血液輸入、輸出質(zhì)量平衡功能;凈化消毒生物反應治療環(huán)境;提供運行參數(shù)實時修改功能;提供智能安全監(jiān)測報警等多種功能。人機界面友好簡潔，具有穩(wěn)定性好、安全性高、開發(fā)容易等諸多優(yōu)點，臨床醫(yī)生根據(jù)觸摸屏對話提示，選取相應治療模式，

6、進行管路連接安裝，設定運行參數(shù)、報警參數(shù)。運行過程自動控制由多種傳感器負責監(jiān)測，通過不同信號的連續(xù)采集與反饋，計算機控制軟件負責參數(shù)計算與比較，同時根據(jù)運算規(guī)則進行自動補償或報警。
　　(3)恒溫箱、空氣消毒凈化、視頻監(jiān)控裝置的設計
　　恒溫箱是生物反應器放置的主體環(huán)境，要求治療時應保持無菌、恒溫、實時狀況可控可視。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、生物反應器搖臂組成。加熱設

7、計采用碳素纖維導線并聯(lián)分組均勻分布，24V低壓供電，預熱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行反應器過程監(jiān)控，使得生物反應器在恒溫箱體內(nèi)實時可視，恒溫箱體頂部設定空氣凈化口，對恒溫箱內(nèi)部空氣進行循環(huán)空氣凈化，同時利用空氣循環(huán)達到氣體擾流來平衡溫度，箱體內(nèi)部設定紫外線消毒裝置，機器預熱時進行箱體內(nèi)部環(huán)境表面消毒。
　　(4)設備整體外觀布局設計及加工制造
　　充分利用不同制圖軟件進行仿真布

8、局設計，反復對比調(diào)試、涂裝模擬，并利用現(xiàn)代精密數(shù)控機床進行機架和配件的生產(chǎn)加工。濾器夾子設計為4個方向可調(diào)裝置，方便透析器和管路安裝時的不同角度需求。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)，故設計一種抽屬式開啟裝置，方便于管路內(nèi)置安裝。
　　(5)可調(diào)式動力泵設計及加工制造
　　動力驅(qū)動泵由泵頭和底座組成，利用驅(qū)動電機進行控制和調(diào)節(jié)泵頭的轉(zhuǎn)動和速度，實現(xiàn)血液凈化時體外循環(huán)的動力支持。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、電機轉(zhuǎn)接軸等器件組成，底座設定有泵頭蓋和底座主體，同時安裝霍爾開關感應器件，實現(xiàn)泵的實時安全可控。泵頭設計為可調(diào)式，可以根據(jù)不同耗材的管路尺寸進行調(diào)節(jié)，拓展了泵頭使用的可適應性。
　　(6)安全報警功能
　　安全報警系統(tǒng)主要利用聲、光來實現(xiàn)對醫(yī)護人員的警示。①溫度過溫測試，給予設定安全界限外溫度，測試傳感器靈敏度，結(jié)果能夠及時提示溫度過高和過低警示，同時軟件有效進行加熱系統(tǒng)自動平衡控制;②氣泡檢測，

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

11、定界限時報警提示，軟件能夠有效計算并自動控制泵速，實時進行稱重的平衡調(diào)節(jié)。
　　綜上所述，離線混合型生物人工肝治療設備具有的特點是:①治療模式設計獨到:可進行血漿置換、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，全流程運行模式時，有效實現(xiàn)離線混合治療，減少病人生理反應，減少用血量，減少治療用時;②裝置智能化:操控系統(tǒng)均由計算機軟件自動控制，且觸摸屏圖示清楚，便于操作者掌握，報警系統(tǒng)及時有效;③安全性高:該系統(tǒng)安裝