CN109238571A - 一种血液净化***微量漏血监测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种血液净化***微量漏血监测装置和方法，监测装置包括腔体、螺线管、温控热板、微控制器以及驱动检测电路，其中螺线管置于腔体上方，温控热板置于腔体下方；螺线管由微控制器通过控制驱动检测电路实现驱动；腔体内部为空腔体并设有三个微通道，三个微通道分别连接废样进液软管、第一注射泵、第二注射泵；腔体一侧设有卡槽，卡槽内放置∏型悬片传感器，∏型悬片传感器输出信号连接至驱动检测电路。本发明能够克服体外血液净化***中废液中由于气泡的存在导致测量不准确的问题，可避免漏血误报警的现象。
Description
技术领域
本发明主要涉及一种血液透析、洗涤装置，特别是涉及一种体外血液净化***微量漏血监测的装置和方法。
背景技术
人工肾、血液透析洗涤装置广泛用于肾功能衰竭、***等疾病患者，他们的原理是将患者的血液引出体外利用透析、过滤、吸附、膜分离等原理排除体内过剩的有害物质，然后再将净化的血液引回体内。人工肾、血液透析洗涤装置的核心部分是用高分子材料制成的透析膜，这种透析膜可代替肾小球实现其毛细血管壁的滤过功能，达到血液净化的目的。若透析、洗涤过程中透析膜发生破裂，则血液会渗透到废液端，引起血液渗漏，从而危及患者生命安全。因此，通过漏血监测及早发现漏血现象可及时避免此类情况发生。
现有的漏血监测方法普遍采用光学原理来实现，即发光二极管发出一束光，穿过废液容器，由安装在废液容器另一端的光敏传感器或者颜色传感器(发明专利“一种血液净化用漏血监测***”(CN201210257765.4))将透射光信号转为电信号，通过对比电信号的大小来判断是否存在漏血现象。
由于超滤液颜色的深浅不一，光敏传感电路接收到不同病人的光强信号不同，加上光敏传感单元本身灵敏度响应范围的影响，用光学原理检测漏血时需要在废液中的血液要达到一定量才能被传感器检测到，微量、少量漏血无法进行有效检测。此外，传统光学原理检测方法易受废液中气泡的影响，从而影响测量准确度，甚至出现误报警情况。及时发现微量、少量漏血的检测可提前判断漏血现象，尽早采取相应的安全措施。
发明内容
为解决目前技术的不足，本发明结合现有技术，从实际应用出发，提供一种血液净化***微量漏血监测装置和方法，能够克服体外血液净化***中废液中由于气泡的存在导致测量不准确的问题，可避免漏血误报警的现象。
本发明的技术方案如下：
一种血液净化***微量漏血监测装置，包括腔体、螺线管、温控热板、微控制器以及驱动检测电路，其中
螺线管置于腔体上方，温控热板置于腔体下方；螺线管由微控制器通过控制驱动检测电路实现驱动；
腔体内部为空腔体并设有三个微通道，三个微通道分别连接废样进液软管、第一注射泵、第二注射泵；腔体一侧设有卡槽，卡槽内放置∏型悬片传感器，∏型悬片传感器输出信号连接至驱动检测电路。
进一步的，所述第一注射泵和第二注射泵由微控制器控制实现推进和后拉功能。
进一步的，所述废液进样软管为Y字型三端口，其两个出口端分别连接废液袋和腔体，腔体和废液进样软管之间通过第一硅胶软管连接，腔体和第一注射泵之间通过第二硅胶软管连接，腔体和第二注射泵之间通过第三硅胶软管连接，第一硅胶软管和废液进样软管连接处端口大于和腔体连接处端口。
进一步的，所述卡槽由卡槽底座和卡扣组成，∏型悬片传感器通过卡扣固定在卡槽底座上。
进一步的，∏型悬片传感器，包括左悬臂、右悬臂、自由振动端和∏型悬片支撑端；
左悬臂、右悬臂和自由振动端构成∏型结构；
在靠近支撑端侧，左悬臂上刻有两条平行的P+电阻，方向与左悬臂纵向方向相同，两条平行的P+电阻与高掺杂电阻串联，并引出相应的电极；
在靠近支撑端侧，右悬臂上刻有两条平行的P+电阻，方向与右悬臂纵向方向垂直，两条平行的P+电阻与高掺杂电阻串联，并引出相应的电极；
左悬臂上的两条平行P+电阻和右悬臂上的两条平行P+电阻相互垂直。
进一步的，∏型悬片传感器所用基底为硅基底，其上表面沉积硅表面。
进一步的，在自由振动端溅射有矩形状金属镍。
进一步的，∏型悬片传感器悬臂长：40～250μm，宽：10～50μm，厚：1～5μm。
进一步的，驱动检测电路中，左悬臂压阻对应的电阻Rs1、右悬臂压阻对应的电阻Rs2和电阻R1、R2、R3、R4、芯片IC2、芯片IC3组成电桥；
电桥中R1、R2、R3串联，并与直流电压VCC相连，IC2芯片采用AD835芯片，其引脚1和引脚5与R3相连，引脚8与D/A芯片相连，引脚2、4、7接地；
电桥中Rs1、Rs2、R4串联，并与直流电压VCC相连，IC3芯片采用AD835芯片，其引脚1和引脚5与R4相连，引脚8与D/A芯片相连，引脚2、4、7接地；
电桥输出电压V1、V2通过差分运算放大器IC1放大，放大后的输出电压为VIC1＝A(V1-V2)，A为芯片IC1放大倍数；
微控制器通过A/D转换器采集IC1输出信号VIC1，根据VIC1值调节D/A值来控制IC2引脚8的电压Vc1和IC3引脚8的电压Vc2；
R3和芯片IC2所组成的电路等效电阻Rctl1可表示为：
Rctl1＝R3/(1-Vc1) (3)
R4和芯片IC2所组成的电路等效电阻Rctl2可表示为：
Rctl2＝R4/(1-Vc2) (4)
当VIC1值为非0时，调节IC2引脚8的电压Vc1和IC3引脚8的电压Vc2改变等效电阻Rctl1和Rctl2，直至VIC1为0，达到电桥平衡；
电桥平衡后，微控制器控制信号发生器将特定幅度、频率的正弦信号送入交流恒流源和锁相放大电路；
螺线管受激励信号作用产生交变磁场，∏型悬片传感器自由振动端的金属镍受交变磁场影响产生力的作用，从而使左悬臂、右悬臂发生周期性的振动变形，进而使电阻Rs1和电阻Rs2发生变化；
电桥产生的微弱变化信号通过差分放大器IC1放大后，由锁相放大电路进行测量并送入微控制器。
10、一种血液净化***微量漏血监测方法，包括如下步骤，
步骤1.按1：1比例配比鞣花酸试剂+0.025mol/L氯化钙溶液，并在37℃水浴预温，将配比溶液装入第一注射泵注射针筒内；
步骤2.开启温控热板，使温度维持在37℃；
步骤3.开启第二注射泵，第二注射泵工作在“拉”模式，使废液从第一硅胶软管流入腔体内、并最终流入第二注射泵，第二注射泵所使用的注射管容积视一次血液透析所产生的废液量决定；
步骤4.第一注射泵向腔体开始注射鞣花酸+0.025mol/L氯化钙溶液配比试剂，流速1～5uL/s，废液和鞣花酸+0.025mol/L氯化钙溶液配比试剂混合后流入第二注射泵；
步骤5.驱动检测电路调节自动电桥达到平衡后，向螺线管发出激励信号，驱动∏型悬片传感器作自由上下振动，并实时检测电桥产生的微弱信号，
步骤6.通过测量电桥输出振动信号的幅度，并根据废液中的血液含量和电桥输出振动信号幅度的比例关系，即可换算出废液中的血液含量。
本发明的有益效果：
本发明克服了废液中由于气泡的存在导致测量不准确，可避免漏血误报警的现象；微纳米尺度的∏型悬片传感器结构设计简单合理，微量血液和鞣花酸试剂+0.025mol/L氯化钙溶液混合后，产生血液凝结，即可使得∏型悬片传感器构成的电桥信号输出发生改变，即可实现微量血液的检测；∏型悬片传感器除了可实现微量血液检测外，还可广泛用于生物、医学、化学等领域的微小分子检测；电桥自动平衡电路可广泛应用于任何其它传感器构成的电桥平衡调节。
附图说明
附图1为∏型悬片传感器示意图。
附图2为∏型悬片传感器侧面图。
附图3为微量漏血监测装置图。
附图4为∏型悬片传感器固定插槽示意图。
附图5为微量漏血监测驱动检测电路原理图。
具体实施方式
结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
如图3所示，本发明的基于∏型悬片传感器微量漏血监测装置包括：废液进样软管1、第一硅胶软管2、废液袋3、第一注射泵4、第二硅胶软管5、温控热板6、腔体7、螺线管8、卡槽9、第三硅胶软管10、第二注射泵11、微控制器12、驱动检测电路13。
其中废液进样软管1为Y字型三端口，废液分别流入废液袋3和第一硅胶软管2，第一硅胶软管2连接废液进样软管1和腔体7，和废液进样软管1连接处端口较大，和腔体7连接处端口较小。
第一注射泵4通过第二硅胶软管5与腔体7连接，第二注射泵11通过第三硅胶软管10与腔体7连接。
腔体7内部为空腔体，并有三个微通道，分别和第一硅胶软管2、第二硅胶软管5、第三硅胶软管10连接。腔体7正上方放置螺线管8，正下方紧贴温控热板6，正侧面有一矩形开口，为卡槽9的***口。
卡槽9内放置∏型悬片传感器，∏型悬片传感器输出信号连接至驱动检测电路13。
螺线管8由微控制器12通过控制驱动检测电路13实现驱动。
第一注射泵4和第二注射泵11由微控制器12控制实现推进和后拉功能。
如图1所示，在本发明中，∏型悬片传感器包括左悬臂25、右悬臂27、自由振动端26，∏型悬片支撑端22，所用基底为硅基底，左悬臂25、右悬臂27和自由振动端26构成∏型结构，在靠近支撑端22侧，左悬臂,25上刻有两条平行的P+电阻24，方向与左悬臂25纵向方向相同，两条平行的P+电阻24与高掺杂电阻23串联，并与铝电极21、212相连。在靠近支撑端22侧，右悬臂27上刻有两条平行的P+电阻28，方向与右悬臂27纵向方向垂直，两条平行的P+电阻28与高掺杂电阻29串联，并与铝电极210、211相连，左悬臂25上的两条平行P+电阻,24和右悬臂27上的两条平行P+电阻28相互垂直。
如图2所示，在自由振动端26溅射有矩形状金属镍214。
在∏型悬片表面沉积硅表面213，硅表面213用于防止在液体中出现电路短路现象。
∏型悬片传感器，其尺寸范围为：其悬臂长：40～250μm，宽：10～50μm，厚：1～5μm。
如图4所示，卡槽9由卡槽底座14和卡扣15组成，∏型悬片传感器通过卡扣15固定在卡槽底座14之上，实现快速安装。
铝电极21、210、211、212通过导线16引出与外界电路连接。
如图5所示，铝电极21和212之间的电阻Rs1、210和211之间的电阻Rs2和电阻R1、R2、R3、R4、芯片IC2、芯片IC3组成电桥，芯片IC2、IC3为AD835或类似芯片，电桥中R3、R4、芯片IC2和芯片IC3主要功能是实现电桥的自动平衡调节。
电桥中R1、R2、R3串联，并与直流电压VCC相连，IC2引脚1和引脚5与R3相连，引脚8与D/A芯片相连，引脚2、4、7接地。
电桥中Rs1、Rs2、R4串联，并与直流电压VCC相连，IC3引脚1和引脚5与R4相连，引脚8与D/A芯片相连，引脚2、4、7接地。
电桥输出电压V1、V2通过差分运算放大器IC1放大，放大后的输出电压为VIC1＝A(V1-V2)，A为芯片IC1放大倍数。
微控制器12通过A/D转换器采集IC1输出信号VIC1，根据VIC1值调节D/A值来控制IC2引脚8的电压Vc1和IC3引脚8的电压Vc2。
R3和芯片IC2所组成的电路等效电阻Rctl1可表示为：
Rctl1＝R3/(1-Vc1) (5)
R4和芯片IC2所组成的电路等效电阻Rctl2可表示为：
Rctl2＝R4/(1-Vc2) (6)
当VIC1值为非0时，调节IC2引脚8的电压Vc1和IC3引脚8的电压Vc2改变等效电阻Rctl1和Rctl2，直至VIC1为0，达到电桥平衡。
电桥平衡后，微控制器12控制信号发生器S1，将特定幅度、频率的正弦信号送入交流恒流源C1和锁相放大电路1。
螺线管8受激励信号作用产生交变磁场，∏型悬片传感器自由振动端26的金属镍214受交变磁场影响产生力的作用，从而使左悬臂25、右悬臂27发生周期性的振动变形，电阻Rs1和电阻Rs2发生变化。
电桥产生的微弱变化信号通过差分放大器IC1放大后，由锁相放大电路1进行测量并送入微控制器12。
本发明的基于上述监测装置的监测方法，包括如下步骤：
1.按1：1比例配比鞣花酸试剂+0.025mol/L氯化钙溶液，并在37℃水浴预温，将配比溶液装入第一注射泵4注射针筒内；
2.开启温控热板6，使温度维持在37℃；
3.开启第二注射泵11，第二注射泵11工作在“拉”模式，使废液从第一硅胶软管2流入腔体7内、并最终流入第二注射泵11，第二注射泵11的主要作用是防止血液透析***产生的压力不足以使废液通过第一硅胶软管2，第二注射泵11所使用的注射管容积视一次血液透析所产生的废液量决定；
4.第一注射泵4向腔体7开始注射鞣花酸+0.025mol/L氯化钙溶液配比试剂，流速1～5uL/s，废液和鞣花酸+0.025mol/L氯化钙溶液配比试剂混合后流入第二注射泵11；
5.驱动检测电路13调节自动电桥达到平衡后，向螺线管8发出激励信号，驱动∏型悬片传感器作自由上下振动，并实时检测电桥产生的微弱信号；
当废液不含血液时，电桥输出振动信号的频率和幅度基本稳定。当废液含血液时，微量血液和鞣花酸试剂+0.025mol/L氯化钙溶液混合后，产生血液凝结现象，从而使电桥输出振动信号的频率发生偏移，幅度也变小。废液含血液浓度越大，电桥输出振动信号的幅度越小。即废液中血液浓度与电桥输出振动信号的幅度正反比。
6.通过测量电桥输出振动信号的幅度，并根据废液中的血液含量和电桥输出振动信号幅度的比例关系，即可换算出废液中的血液含量。
Claims (10)
1.一种血液净化***微量漏血监测装置，其特征在于：包括腔体、螺线管、温控热板、微控制器以及驱动检测电路，其中
螺线管置于腔体上方，温控热板置于腔体下方；螺线管由微控制器通过控制驱动检测电路实现驱动；
腔体内部为空腔体并设有三个微通道，三个微通道分别连接废样进液软管、第一注射泵、第二注射泵；腔体一侧设有卡槽，卡槽内放置∏型悬片传感器，∏型悬片传感器输出信号连接至驱动检测电路。
2.如权利要求1所述的一种血液净化***微量漏血监测装置，其特征在于：所述第一注射泵和第二注射泵由微控制器控制实现推进和后拉功能。
3.如权利要求1所述的一种血液净化***微量漏血监测装置，其特征在于：所述废液进样软管为Y字型三端口，其两个出口端分别连接废液袋和腔体，腔体和废液进样软管之间通过第一硅胶软管连接，腔体和第一注射泵之间通过第二硅胶软管连接，腔体和第二注射泵之间通过第三硅胶软管连接，第一硅胶软管和废液进样软管连接处端口大于和腔体连接处端口。
4.如权利要求1所述的一种血液净化***微量漏血监测装置，其特征在于：所述卡槽由卡槽底座和卡扣组成，∏型悬片传感器通过卡扣固定在卡槽底座上。
5.如权利要求1所述的一种血液净化***微量漏血监测装置，其特征在于：所述∏型悬片传感器包括左悬臂、右悬臂、自由振动端和∏型悬片支撑端；
左悬臂、右悬臂和自由振动端构成∏型结构；
在靠近支撑端侧，左悬臂上刻有两条平行的P+电阻，方向与左悬臂纵向方向相同，两条平行的P+电阻与高掺杂电阻串联，并引出相应的电极；
在靠近支撑端侧，右悬臂上刻有两条平行的P+电阻，方向与右悬臂纵向方向垂直，两条平行的P+电阻与高掺杂电阻串联，并引出相应的电极；
左悬臂上的两条平行P+电阻和右悬臂上的两条平行P+电阻相互垂直。
6.如权利要求5所述的∏型悬片传感器，其特征在于：∏型悬片传感器所用基底为硅基底，其上表面沉积硅表面。
7.如权利要求5所述的∏型悬片传感器，其特征在于：在自由振动端溅射有矩形状金属镍。
8.如权利要求5所述的∏型悬片传感器，其特征在于：∏型悬片传感器悬臂长：40～250μm，宽：10～50μm，厚：1～5μm 。
9.如权利要求5所述的一种血液净化***微量漏血监测装置，其特征在于：
驱动检测电路中，左悬臂压阻对应的电阻Rs1、右悬臂压阻对应的电阻Rs2和电阻R1、R2、R3、R4、芯片IC2、芯片IC3组成电桥；
电桥中R1、R2、R3串联，并与直流电压VCC相连，IC2芯片采用AD835芯片，其引脚1和引脚5与R3相连，引脚8与D/A芯片相连，引脚2、4、7接地；
电桥中Rs1、Rs2、R4串联，并与直流电压VCC相连，IC3芯片采用AD835芯片，其引脚1和引脚5与R4相连，引脚8与D/A芯片相连，引脚2、4、7接地；
电桥输出电压V1、V2通过差分运算放大器IC1放大，放大后的输出电压为VIC1＝A(V1-V2)，A为芯片IC1放大倍数；
微控制器通过A/D转换器采集IC1输出信号VIC1，根据VIC1值调节D/A值来控制IC2引脚8的电压Vc1和IC3引脚8的电压Vc2；
R3和芯片IC2所组成的电路等效电阻Rctl1可表示为：
Rctl1＝R3/(1-Vc1) (1)
R4和芯片IC2所组成的电路等效电阻Rctl2可表示为：
Rctl2＝R4/(1-Vc2) (2)
当VIC1值为非0时，调节IC2引脚8的电压Vc1和IC3引脚8的电压Vc2改变等效电阻Rctl1和Rctl2，直至VIC1为0，达到电桥平衡；
电桥平衡后，微控制器控制信号发生器将特定幅度、频率的正弦信号送入交流恒流源和锁相放大电路；
螺线管受激励信号作用产生交变磁场，∏型悬片传感器自由振动端的金属镍受交变磁场影响产生力的作用，从而使左悬臂、右悬臂发生周期性的振动变形，进而使电阻Rs1和电阻Rs2发生变化；
电桥产生的微弱变化信号通过差分放大器IC1放大后，由锁相放大电路进行测量并送入微控制器。
10.一种使用权利要求1～9任一项所述监测装置的监测方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤1.按1：1比例配比鞣花酸试剂+0.025mol/L氯化钙溶液，并在37℃水浴预温，将配比溶液装入第一注射泵注射针筒内；
步骤2.开启温控热板，使温度维持在37℃；
步骤3.开启第二注射泵，第二注射泵工作在“拉”模式，使废液从第一硅胶软管流入腔体内、并最终流入第二注射泵，第二注射泵所使用的注射管容积视一次血液透析所产生的废液量决定；
步骤4.第一注射泵向腔体开始注射鞣花酸+0.025mol/L氯化钙溶液配比试剂，流速1～5uL/s，废液和鞣花酸+0.025mol/L氯化钙溶液配比试剂混合后流入第二注射泵；
步骤5.驱动检测电路调节自动电桥达到平衡后，向螺线管发出激励信号，驱动∏型悬片传感器作自由上下振动，并实时检测电桥产生的微弱信号，
步骤6.通过测量电桥输出振动信号的幅度，并根据废液中的血液含量和电桥输出振动信号幅度的比例关系，即可换算出废液中的血液含量。
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