CN105688303A - 用于便携式血液净化***中的气泡监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于便携式血液净化***中的气泡监测装置，包括超声波气泡探测器、信号处理器、比较器、CPU处理器和报警装置；超声波气泡探测器安装在血液导管的两侧；信号处理器与超声波气泡探测器相连，进行干扰信号消除并形成规则的矩形信号脉宽Tc；比较器与信号处理器相连，CPU处理器分别与比较器、报警装置相连。比较器对矩形信号脉宽Tc与设定的大气泡阀值Tc1，无气泡和微量气泡阀值Tc0进行比较，当Tc≧Tc1，直接启动报警装置；当Tc≦Tc0时，直接过滤掉；当Tc0﹤Tc﹤Tc1时，进行累积计算，当每分钟的累积量大于设定值T时启动报警装置。本发明的气泡监测装置的可靠性得到了大大加强，即保证了气泡的及时准确报警，又有效地屏蔽了各种干扰。

Description

用于便携式血液净化***中的气泡监测装置及方法

技术领域

本发明涉及血液净化领域，尤其涉及用于便携式血液净化***中的气泡监测装置及方法。

背景技术

气泡检测器作为现在透析设备上的主要检测器件，主要作用是在整个透析过程中实时地、连续地、可靠地检测在血液体外循环的静脉回流段是否有气泡存在，防止气体进入患者体内引起气体栓塞，确保透析患者的安全。当有空气出现时，机器发出报警信号，使血夹关闭，阻止血液流回病人体内。

一般常用的检测方法有三种：(1)电容式检测器；(2)红外光电式检测器；(3)超声波式检测器。由于超声波检测器具有强穿透能力，强抗干扰能力，可靠性高，在液体和气体中衰减程度明显等特点，用其原理检测液体管路中的气泡最容易实现，且灵敏度高、稳定可靠，还能检测出间隙很小的连续小气泡，因此目前多采用超声波检测器作为气泡检测器。

超声波检测器的检测原理：利用声波在不同介质的界面上会反射和折射，使传导受到影响，声音强度将会大幅度的减少。声音信号在无气泡的液体(血液)里，衰减率很小，大部分被接收器所接收；接收强度较大输出电压信号也较大。一旦液体中有气泡存在，大部分声波信号将要被气泡所反射和折射，信号大幅度衰减，此时接收器接收到的声音强度将会减少，输出电压信号也随之变小。输出电压信号变小的程度可以反映气泡体积的大小。体积越大的气泡(或者数量更多的同体积气泡)，引起电压的改变越大。

超声波检测器的结构简图如图1所示，发射端1和接收端2安装在血液导管3的两侧，检测原理如图2所示。

气泡检测头安装在在血液回路中，采用的是超声波透射检测法，在血液导管的两侧分别装有超声波发射和接收装置；发射端内设有发射电路，接收端内设有接收电路。无气泡时，超声波通过媒质血液到达检测端，声波的损耗不大，经过换能器转换为电信号时，用示波器能清晰地看到频率为1MHz的正弦波，该信号在电路板上经过处理后送人逻辑电路以保证机子的正常运作；当血液中出现气泡时，由于声波大部分被反射掉，那么在检测端几乎没有声波，反映到电路上则是原有的电信号没有了，变成了低电平，这一变化将使逻辑电路电平发生相应翻转，控制机器发出声光报警并使血夹关闭，同时血泵停转，阻止气泡随回流血液进人人体引起栓塞而危及病人生命安全。

现有气泡检测器存在以下缺陷：

第一，现有气泡传感器的检测阀值一般在传感器出厂时已经标定，当血液中一有气泡则立即报警，非常灵敏，但是这对于便携式透析机就造成了一定的缺陷，因为便携式透析机设计的目的是为了在野外或运动中治疗而设计的，仪器经常处于晃动当中，这时血液中会不断产出微小的气泡，并随着血流而移动，这样就造成了气泡传感器的不断报警而无法使用；

第二，由于仪器的晃动会产生很多的干扰信号，影响传感器的正常适用。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供用于便携式血液净化***中的气泡监测装置及方法。

为实现上述目的，本发明提供一种用于便携式血液净化***中的气泡监测装置，包括超声波气泡探测器、信号处理器、比较器、CPU处理器和报警装置；

所述超声波气泡探测器包括发射装置和接收装置，所述发射装置和接收装置安装在血液导管的两侧；

所述信号处理器与接收装置相连，用于对接收到的超声波脉冲信号进行干扰信号消除并形成规则的矩形信号脉宽Tc；

所述比较器与信号处理器相连，所述CPU处理器分别与所述比较器、报警装置相连；所述比较器用于将矩形信号脉宽Tc与设定的阀值进行比较，比较器内设有大气泡阀值Tc1，无气泡和微量气泡阀值为Tc0，当Tc≧Tc1，直接进入CPU处理器并启动报警装置；当Tc≦Tc0时，直接过滤掉；当Tc0﹤Tc﹤Tc1时，进入CPU处理器并进行累积计算，当每分钟的累积量大于设定值T时启动报警装置。

作为本发明的进一步改进，所述信号处理器包括干扰信号处理模块和信号整形模块，所述干扰信号处理模块与所述接收装置相连，所述信号整形模块与所述干扰信号处理模块相连。

作为本发明的进一步改进，所述干扰信号处理模块包括有源带通滤波电路、施密特触发器和比较器中的一种或多种。

作为本发明的进一步改进，所述CPU处理器包括累加器，用于对Tc0﹤矩形信号脉宽Tc﹤Tc1的小气泡进行累积计算。

本发明还公开了一种用于便携式血液净化***中的气泡监测方法，包括：

步骤一、发射装置发射超声波脉冲信号A，接收装置接收穿过血液导管的超声波脉冲信号B；

步骤二、对超声波脉冲信号B进行干扰信号消除，并对消除干扰后的信号进行整形，形成规则的矩形信号且矩形信号的脉宽为Tc；

步骤三、通过比较器对信号脉宽Tc与比较器设定的小气泡阀值Tc0、大气泡阀值Tc1进行比较：

Tc≧Tc1，直接进入CPU处理器并启动报警装置；

Tc≦Tc0，直接过滤掉；

Tc0﹤Tc﹤Tc1，进入CPU处理器并进行累积计算，当每分钟的累积量大于设定值T时启动报警装置。

作为本发明的进一步改进，所述阀值Tc1为20-100ul，Tc0为5-20ul，且Tc1﹥Tc0。

作为本发明的进一步改进，所述设定值T为1-3ml/分钟。

作为本发明的进一步改进，所述启动报警装置包括启动声光报警，血夹闭合，血泵停转和肝素泵停转。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明公开的用于便携式血液净化***中的气泡监测装置及方法，通过设置信号处理模块，将超声波信号中的干扰信号消除，有效地屏蔽了实际应用环境中的各种干扰；同时将消除干扰后的信号整形为矩形信号，通过在比较器内设置两种阀值Tc0、Tc1，判断气泡的大小，当脉宽不小于Tc1则直接报警，不大于Tc0则直接忽略，介于Tc0、Tc1之间通过CPU处理器进行累加，达到一定值则启动报警装置。本发明的气泡监测装置的可靠性得到了大大加强，尤其在摇摆、振动野外战地条件下，与原气泡传感器的区别非常明显，即保证了气泡的及时准确报警，又有效地屏蔽了各种干扰；同时，本发明可以通过调整阀值，改变仪器的灵敏度。

附图说明

图1为本发明背景技术中超声波检测器的结构示意图；

图2为本发明背景技术中超声波检测器的检测原理图；

图3为本发明一种实施例公开的气泡监测装置的框架图；

图4为本发明一种实施例公开的气泡监测方法的流程图。

图中：1、发射端；2、接收端；3、血液导管；4、超声波气泡探测器；4-1、发射装置；4-2、接收装置；5、信号处理器；5-1、干扰信号处理模块；5-2、信号整形模块；6、比较器；7、CPU处理器；8、报警装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

实施例1：如图3所示，本发明所述的一种用于便携式血液净化***中的气泡监测装置，包括超声波气泡探测器4、信号处理器5、比较器6、CPU处理器7和报警装置8；

超声波气泡探测器4包括发射装置4-1和接收装置4-2，发射装置4-1和接收装置4-2安装在血液导管3的两侧；

信号处理器5包括干扰信号处理模块5-1和信号整形模块5-2，干扰信号处理模块5-1与接收装置4-2相连，用于对接收装置4-2接收到的超声波脉冲信号中的干扰信号进行消除。由于仪器的晃动会产生很多的干扰信号，也会影响传感器的正常适用，因此，也应该加以消除此类干扰信号，干扰信号一般多为高频小信号，对这种干扰信号多从硬件和软件两方面加以消除。硬件方面，在干扰信号处理模块5-1内增加有源带通滤波电路、施密特触发器、比较器等器件来消除干扰信号。软件方面，采用了数字滤波方式，多次采样取平均值办法。通过硬件和软件两方面的改进，从而有效地消除了干扰信号的干扰。信号整形模块5-2与干扰信号处理模块5-1相连，用于对消除干扰信号后的脉冲信号进行整形，并形成规则的矩形信号脉宽Tc；

比较器6与信号处理器5相连，CPU处理器7分别与比较器6、报警装置8相连。比较器6用于将矩形信号脉宽Tc与设定的阀值进行比较，比较器内设有大气泡阀值Tc1，无气泡和微量气泡阀值为Tc0；当Tc≧Tc1，判断为大气泡，直接进入CPU处理器7并启动报警装置8；当Tc≦Tc0时，判断为无气泡或微量小气泡，对人体不会产生伤害，因此不需要报警，直接过滤掉；当Tc0﹤Tc﹤Tc1时，判断为小体积气泡，当这种类型气泡累积到一定程度，也会对人体造成伤害；因此，进入CPU处理器7并通过CPU处理器7内的累加器进行累积计算，当每分钟的累积量大于设定值T时启动报警装置。

超声波气泡探测器4采用的是超声波透射检测法。在液体正常流动且没有混入气泡时，声波的损耗不大，在接收装置4-2内检测到的超声波脉冲信号的幅度应足够大，信号经整形处理后信号脉宽宽；当血液中出现气泡时，由于声波大部分被反射掉，那么在接收装置4-2检测到的超声波脉冲信号的幅度在该气泡通过传感器检测面时衰减较大，信号经整形处理后信号脉宽变窄；气泡越大，脉宽越窄。为使气泡监测装置更加可靠，本发明不但可对一定体积以上的气泡发出报警，同时可以检测该体积以下的气泡并且估算气泡的体积，并将该体积累计，一旦一次透析过程中流经气泡监测装置的不足以引发报警的微小气泡总体积累计超过一定值的时候，也会发生报警，提示工作人员存在的安全隐患。

在实际使用中，大气泡阀值Tc0一般可以设定为20-100ul，小气泡阀值Tc1设定为5-20ul之间可调，小气泡累计阀值T设定为1-3ml/分钟，通过调整阀值的设定，可以改变仪器的灵敏度，根据病人的实际情况，由技师设定阀值的大小。

实施例2：如图4所示，本发明所述的一种用于便携式血液净化***中的气泡监测方法，包括：

步骤一、发射装置发射超声波脉冲信号A，接收装置接收穿过血液导管的超声波脉冲信号B；

步骤二、对超声波脉冲信号B进行干扰信号消除，并对消除干扰后的信号进行整形，形成规则的矩形信号且矩形信号的脉宽为Tc；

步骤三、通过比较器对信号脉宽Tc与比较器设定的小气泡阀值Tc0、大气泡阀值Tc1进行比较：

Tc≧Tc1，直接进入CPU处理器并启动报警装置；

Tc≦Tc0，直接过滤掉；

Tc0﹤Tc﹤Tc1，进入CPU处理器并进行累积计算，当每分钟的累积量大于设定值T时启动报警装置。

进一步，阀值Tc1为20-100ul，Tc0为5-20ul，且Tc1﹥Tc0，设定值T为1-3ml/分钟。

进一步，启动报警装置包括启动声光报警，血夹闭合，血泵停转和肝素泵停转。

本发明的气泡监测装置的可靠性得到了大大加强，尤其在摇摆、振动野外战地条件下，与原气泡传感器的区别非常明显，即保证了气泡的及时准确报警，又有效地屏蔽了各种干扰；同时，本发明可以通过调整阀值，改变仪器的灵敏度。

实施例3：本发明检测试验

对本发明的气泡监测装置进行车载透析试验，在车辆行驶的情况下进行。

试验对象：狗，体重23公斤

试验参数：血流量设定300ml/分钟；补液速度设定1升/小时；脱水速度设定0.2升/小时；透析时间设定5小时。

在试验中，采用原来的超声波空气探测器，在5个小时中，原气泡传感器报警不断，共产生了数百次报警，极大干扰了透析的进行。

在同样的条件下，采用本发明的装置，共产生大气泡报警5次，累计气泡报警3次。

根据得到的试验结果，又进行了多次实验。实验结果都表明：改进后的超声波气泡探测器监测的可靠性得到了大大加强，尤其在摇摆、振动野外战地条件下，与原气泡传感器的区别非常明显，即保证了气泡的及时准确报警，又有效地屏蔽了各种干扰。本发明可以在便携式血液净化***中，极大地改善现有气泡传感器的功能。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于便携式血液净化***中的气泡监测装置，其特征在于，包括超声波气泡探测器、信号处理器、比较器、CPU处理器和报警装置；

所述超声波气泡探测器包括发射装置和接收装置，所述发射装置和接收装置安装在血液导管的两侧；

所述信号处理器与接收装置相连，用于对接收到的超声波脉冲信号进行干扰信号消除并形成规则的矩形信号脉宽Tc；

所述比较器与信号处理器相连，所述CPU处理器分别与所述比较器、报警装置相连；所述比较器用于将矩形信号脉宽Tc与设定的阀值进行比较，比较器内设有大气泡阀值Tc1，无气泡和微量气泡阀值为Tc0，当Tc≧Tc1，直接进入CPU处理器并启动报警装置；当Tc≦Tc0时，直接过滤掉；当Tc0﹤Tc﹤Tc1时，进入CPU处理器并进行累积计算，当每分钟的累积量大于设定值T时启动报警装置。

2.如权利要求1所述的用于便携式血液净化***中的气泡监测装置，其特征在于，所述信号处理器包括干扰信号处理模块和信号整形模块，所述干扰信号处理模块与所述接收装置相连，所述信号整形模块与所述干扰信号处理模块相连。

3.如权利要求2所述的用于便携式血液净化***中的气泡监测装置，其特征在于，所述干扰信号处理模块包括有源带通滤波电路、施密特触发器和比较器中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的用于便携式血液净化***中的气泡监测装置，其特征在于，所述CPU处理器包括累加器，用于对Tc0﹤矩形信号脉宽Tc﹤Tc1的小气泡进行累积计算。

5.一种如权利要求1所述的用于便携式血液净化***中的气泡监测装置的监测方法，其特征在于，包括：

步骤一、发射装置发射超声波脉冲信号A，接收装置接收穿过血液导管的超声波脉冲信号B；

步骤二、对超声波脉冲信号B进行干扰信号消除，并对消除干扰后的信号进行整形，形成规则的矩形信号且矩形信号的脉宽为Tc；

步骤三、通过比较器对信号脉宽Tc与比较器设定的小气泡阀值Tc0、大气泡阀值Tc1进行比较：

Tc≧Tc1，直接进入CPU处理器并启动报警装置；

Tc≦Tc0，直接过滤掉；

Tc0﹤Tc﹤Tc1，进入CPU处理器并进行累积计算，当每分钟的累积量大于设定值T时启动报警装置。

6.如权利要求5所述的用于便携式血液净化***中的气泡监测方法，其特征在于，所述阀值Tc1为20-100ul，Tc0为5-20ul，且Tc1﹥Tc0。

7.如权利要求5所述的用于便携式血液净化***中的气泡监测方法，其特征在于，所述设定值T为1-3ml/分钟。

8.如权利要求5所述的用于便携式血液净化***中的气泡监测方法，其特征在于，所述启动报警装置包括启动声光报警，血夹闭合，血泵停转和肝素泵停转。