CN1857745A - 一种基于计算机集散控制的微型血液变温*** - Google Patents
一种基于计算机集散控制的微型血液变温*** Download PDFInfo
- Publication number
- CN1857745A CN1857745A CN 200510068031 CN200510068031A CN1857745A CN 1857745 A CN1857745 A CN 1857745A CN 200510068031 CN200510068031 CN 200510068031 CN 200510068031 A CN200510068031 A CN 200510068031A CN 1857745 A CN1857745 A CN 1857745A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- blood
- temperature
- control
- centrifugal pump
- computer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000008280 blood Substances 0.000 title claims abstract description 179
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 title claims abstract description 179
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 36
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000004087 circulation Effects 0.000 claims abstract description 23
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 18
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000006854 communication Effects 0.000 claims description 22
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 20
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000008676 import Effects 0.000 claims description 3
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 48
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 14
- 230000006870 function Effects 0.000 description 11
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 9
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 7
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 6
- 210000000436 anus Anatomy 0.000 description 5
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000002512 chemotherapy Methods 0.000 description 5
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 4
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 4
- 238000000015 thermotherapy Methods 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 3
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 3
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 3
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 3
- 230000010412 perfusion Effects 0.000 description 3
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 3
- 210000005239 tubule Anatomy 0.000 description 3
- 206010020843 Hyperthermia Diseases 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000036031 hyperthermia Effects 0.000 description 2
- 238000002649 immunization Methods 0.000 description 2
- 230000003053 immunization Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 210000004185 liver Anatomy 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 238000001959 radiotherapy Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000002054 transplantation Methods 0.000 description 2
- 208000028399 Critical Illness Diseases 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010057040 Temperature intolerance Diseases 0.000 description 1
- 208000009956 adenocarcinoma Diseases 0.000 description 1
- 206010003119 arrhythmia Diseases 0.000 description 1
- 230000006793 arrhythmia Effects 0.000 description 1
- 230000036760 body temperature Effects 0.000 description 1
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 235000019628 coolness Nutrition 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000009429 distress Effects 0.000 description 1
- JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N h2o hydrate Chemical compound O.O JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008543 heat sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000009169 immunotherapy Methods 0.000 description 1
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 1
- 238000007912 intraperitoneal administration Methods 0.000 description 1
- 210000000867 larynx Anatomy 0.000 description 1
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 1
- 230000037323 metabolic rate Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000037452 priming Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000000153 supplemental effect Effects 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000472 traumatic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 208000003663 ventricular fibrillation Diseases 0.000 description 1
- 210000001835 viscera Anatomy 0.000 description 1
Images
Landscapes
- External Artificial Organs (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于计算机集散控制的血液变温***，由血液体外循环子***和监控子***组成，血液体外循环子***包括输血管、换热器、水泵、氧和器和血液后处理器，监控子***包括流量传感器、加热/制冷装置和离心泵转速控制器，所述的血液体外循环子***还包括离心泵，所述的监控子***还包括主控计算机和多点温度测量仪；所述的离心泵由直流电机、离心泵头和磁耦合装置组成，所述离心泵头采用全封闭式泵头；所述的主控计算机用于实现对温度的精确控制，并实时显示温度信息和血流量信息，保存变温过程的数据；所述的多点温度测量仪用来测量血液变温***中多个测量点的温度；所述血液变温***具有集散控制***的结构。
Description
技术领域
本发明涉及血液变温领域，特别涉及到一种基于计算机集散控制的微型血液变温***。
背景技术
血液变温在在临床医学上得到了广泛应用，如在体外循环全身癌症灌注热疗、人体复温及器官移植手术中得到应用。
多年来，在癌症治疗中起重要作用的主要是外科手术、放射疗法和化学疗法等局部治疗方法，但癌症不只停留在发癌局部，它可以借助血液循环***、淋巴***或直接蔓延转移侵及其他部位，并且继续在那里增殖。因此单纯依靠外科手术，放射线治疗等局部治疗方法是不够的，并且在不同程度上存在一定的创伤性或毒副作用。与局部治疗方法相对应的是全身治疗方法，癌症的全身治疗方法目前有化学治疗法和免疫治疗法两种。目前化学治疗法的整体治疗成绩并不十分令人满意，特别是对腺癌还缺少有效的化学治疗药物。在免疫治疗法方面，治疗效果也并不理想。近年来发展迅速的热疗，被认为是继手术、放疗、化疗、免疫疗法之后的第五种***的方法。大量的临床研究表明，热疗合并放疗或化疗的效应，有明显的互补和增效作用。体外循环全身灌注热疗(Extracorporeal Whole Body HyperthermiaEWBH)是近十年来在国内外迅速发展起来的新的肿瘤全身热疗方法，该方法利用体外循环血液变温装置将人体部分血液抽出体外并加热后输送回体内，使身体核心温度升高到42℃左右，并且在此温度下维持数小时，利用癌细胞和正常细胞热敏感性的差异，杀死全身各处的癌细胞，又不致损伤正常组织。
血液变温还可以治疗体温过低症。地球表面71％的面积为海洋，除热带地区以外，一般海水水温都在20℃以下。全世界每年有五千多万人从事海上作业和数以千万计的飞行员和乘客在海上飞行，因事故落入海水的人员都可能遭受到海水浸泡的威胁，导致海水浸泡性体温过低症——海上遇险人员中约2/3遇难者死于该症。此外，登山、边防人员遇到雪崩或暴风雪等事故也可能造成遇险者体温过低症。经由体外循环血液变温的方法进行人体复温是挽救此类病人的有效方法。
在器官移植手术如肝移植手术中，存在大量的失血，病人必须通过大量输血来维持基本的生命过程，但这些血液来源主要是血库，血源温度较低，脏移植术由于手术时间长，需要大量补充血液及液体，加上植肝期间为保护脏器腹腔内需置入大量冰块降温等原因常可致患者体温过低，此时机体抵抗力下降，增加感染机会。如产生寒颤可位代谢率增加300％-400％。肛温低于摄氏32度时，室颤阈降低，易诱发心律失常。采取血液加温设备将血液温度快速提高温度来减少患者的热丧失，维持体温在正常范围，是手术成功的重要保证。
在上述血液变温的应用中，都要用到相应的血液变温装置，现有技术中的血液变温装置存在着一定的缺陷。如美国专利Apparatuses and processes for whole-bodyhyperthermia，描述了一种血液变温装置，该装置在动力驱动方面使用了蠕动泵，但蠕动泵对血液有较大的破坏作用，此外，该血液变温装置还有软硬件不易扩展、装置体积较大、价格昂贵等不足(关于该装置的详细信息请参见参考文献[1]：AshStephen R.Apparatuses and processes for whole-body hyperthermia.United States Patent6,264,680.July 24，2001)，在该专利中还缺少对控制部分的说明。在另一个美国专利Warmer for medical treatment and its control method中，描述了一种变温控制方法，但该专利的控制算法过于简单，难以保证手术所需的控制精度，并且没有图像界面显示功能，变温数据也不易保存(关于该专利的详细信息请参见参考文献[2]：KoonPark，Warmer for medical treatment and its control method.United States Patent Pub.No.US20030176903Sep.18，2003)。
如果能够克服上述的现有技术中的缺陷，提供一种微型血液变温***，对于血液变温临床应用效果的提高具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于计算机集散控制的微型血液变温***，实现安全、快速、方便的血液温度调整。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于计算机集散控制的血液变温***，包括血液体外循环子***和监控子***，血液体外循环子***包括血泵、输血管(120)、换热器(124)、水泵、氧和器(126)和血液后处理器(118)；其中氧和器(126)的输入端连接一带输血接口的输血管，氧和器(126)的输出端通过管道连接到换热器(112)的入血口，换热器(112)的出血口通过输血管(120)与血泵的入口相连，血泵的出口连接到血液后处理器(118)的入血口，血液后处理器(118)的出血口接一带输血接口的输血管；其特征在于，
所述的血泵采用包括直流电机、离心泵头和磁耦合装置组成的离心泵(116)，所述的离心泵头采用全封闭式泵头；
所述的监控子***包括流量传感器、加热/制冷装置108、离心泵转速控制器、水箱114、主控计算机102和多点温度测量仪106；流量传感器安装在输血管120上，离心泵转速控制器安装在离心泵116上，多点温度测量仪106安装在换热器124的入血口和水箱114，加热/制冷装置安装在水箱114中，主控计算机102通过网络与流量传感器、加热/制冷装置108、离心泵转速控制器和多点温度测量仪106相连；监控子***采用集散控制***的结构，主控计算机102、多点温度测量仪106、流量传感器、加热/制冷装置108以微处理器为基础，相互之间通过通信***进行信息交换；所述的通信***采用RS485标准接口网络，主控计算机102的RS232串口通过电平转换与多点温度测量仪106、流量传感器的RS485接口相连接，运行工业通用标准的MODBUS协议，构成一个主从式的RS485网络。
上述技术方案中，所述的主控计算机102分为显示模块、控制模块和信息存储模块，显示模块的作用是将变温过程中的信息实时显示给用户，控制模块的作用是通过对血液变温***的控制实现对血液温度的控制，信息存储模块的作用是存储变温过程中的数据。
上述技术方案中，所述的控制模块分为数据采集单元、用户命令输入单元、控制命令生成单元和控制命令发送单元，数据采集单元用于采集温度信息和血流量信息；用户命令输入单元用于输入用户所期望的加温时间、目标温度和血流量；控制命令生成单元用于根据数据和用户命令生成控制命令；控制命令发送单元用于将控制命令发送到血液变温***的相应装置。
上述技术方案中，所述的多点温度测量仪106包括温度传感器、可编程门阵列和单片机，温度传感器采集温度信息；可编程门阵列同步处理多个温度传感器输出的多路串行信号，并暂时存储采集到的温度信息；单片机读取可编程门阵列中存储区的数据，并实现与上位机的通讯。
上述技术方案中，所述的流量传感器采用Dynasonics公司的TFXL小管径时差式超声流量计。
上述技术方案中，所述的磁耦合装置包括耦合转盘210和永磁铁212，永磁铁212镶嵌在耦合转盘210上，与泵头206之间通过磁力实现无接触耦合。
上述技术方案中，所述的离心泵头采用上海医疗器械厂生产的ZS-B离心泵头。
所述的温度传感器采用美国YSI专门医用温度传感器。
所述的流量传感器和温度传感器统称为监控站，对监控站的数据采集过程采用循环通讯方式，所述的循环通讯方式是指对血液变温***中的各个监控站排序，在采集数据时，只采集其中第一监控站的数据，结合上次循环得到的其他信息及用户设定的命令参数，生成控制命令，并将控制命令发送到相应的设备，再按顺序采集下一监控站的数据，生成相应的控制命令，并发送到相关设备，依此类推，直至完成与最后一个监控站的通讯，再重新开始循环。
本发明的优点在于：
1、本发明的基于计算机集散控制的微型血液变温***体积小、成本低、可扩展性好。
2、本发明的基于计算机集散控制的微型血液变温***对血液成分破坏少。
3、本发明的基于计算机集散控制的微型血液变温***对温度的控制准确、平稳、可靠。
4、本发明的基于计算机集散控制的微型血液变温***采用的图形界面友好、直观。
附图说明
图1为本发明的基于计算机集散控制的微型血液变温***的一个实施例的示意图；
图2(a)为离心泵头示意图；
图2(b)为本发明的基于计算机集散控制的微型血液变温***中的离心泵的结构图；
图3为本发明的基于计算机集散控制的微型血液变温***中的RS485网络控制***结构示意图；
图4为本发明的基于计算机集散控制的微型血液变温***中的多点温度测量仪的结构图；
图5为利用本发明的基于计算机集散控制的微型血液变温***的两次变温实验的变化效果曲线图。
图面标识：
102、主控计算机 104、RS485网络 106、多点温度测量仪
108、加热/制冷装置 110、流量监控部分 112、温度探头
114、水箱 116、离心泵 118、血液后处理器
120、输血管 122、水管 124、换热器
126、氧和器 128、冰盔 202、泵头座
204、泵头卡子 206、泵头 208、螺孔槽
210、耦合转盘 212、永磁铁 214、电动机轴
具体实施方式
下面参照附图和具体实施方式对本发明做详细说明。
本发明的基于计算机集散控制的微型血液变温***包括两个子***，一为血液体外循环子***，二为监控子***。
如图1所示，血液体外循环子***包括离心泵116、输血管120、换热器112、水泵(图中未示出)、氧和器126和血液后处理器118组成。氧和器126的输入端通过输血管120连接到目标物体的输血接口，氧和器126的输出端通过输血管连接到换热器112的入血口，换热器112的出血口通过输血管120与离心泵116的入血口相连，离心泵116的出血口连接到血液后处理器118的入血口，血液后处理器118的出血口通过输血管120与目标物体的另一输血接口相连，形成一个封闭的血液体外循环***。
所述的离心泵116由直流电机、离心泵头和磁耦合装置组成。直流电机可直接从市场上购得，所要求的转速范围在0～1300rpm之间。为了减少血液污染，所述的离心泵头选用全封闭式泵头，全封闭式的离心泵头从市场上购得，可选用上海医疗器械厂生产的ZS-B离心泵头，如图2(a)所示。血液传输过程要求密闭、无污染，因此在离心泵的驱动电机轴和泵轴叶片之间需通过磁耦合装置实现无接触耦合，避免机械连接对血液可能造成的污染，并可简化更换泵头的操作。磁耦合装置包括两个部分，一是镶嵌有永磁铁的转子，它固定连接在泵轴上，二是泵头座，它托起泵头，使之不与转子发生机械摩擦。
如图2(b)所示，为一个离心泵的结构图，离心泵由泵头座202、泵头卡子204、泵头206、螺孔槽208、耦合转盘210、永磁铁212、电动机轴214组成，其中的耦合转盘210和永磁铁212构成了前述的磁耦合装置。泵头卡子204将泵头206固定在泵头座202上，螺孔槽208用于通过螺丝将泵头座202固定在机箱上。耦合转盘210上镶嵌有永磁铁212，电动机轴214固定耦合转盘210，与泵头206之间通过磁力实现无接触耦合。耦合转盘210和泵头206之间不发生机械摩擦，但两者之间的距离应当足够近，以保证有足够的磁耦合力。
与现有技术中所使用的蠕动泵相比，本发明中所使用的离心泵具有血液成分破坏小、安全性好、轻便、灵活、效能高的优点。此外，离心泵的体积小、预充量小、重量轻、操作简单，可对不能脱机的重危患者实施床边辅助循环，有利于实现血液变温***的微型化。
输血管120采用体外循环专用硅胶管，该管内径为四分之一英寸，可在市场上直接购得。
换热器122也可由市场上直接购得，只要符合下列条件即可：
(1)热交换性能好；(2)管道内面光滑；(3)血流阻力小；(4)调节血和水的温差简便迅速；(5)预充血量少；(6)安装及拆洗方便等。符合上述条件的换热器均可用于本发明。
本发明所用的水泵没有特殊要求，市场上的水泵都可用于本发明。
氧和器126的作用是作为一个模拟肺排出CO2并增加O2的含量，改善体外循环过程中血液的含氧状况。氧和器126可在市场上直接购得。
如图1所示，监控子***包括主控计算机102、多点温度测量仪106、流量传感器、加热/制冷装置108、水箱114和离心泵转速控制器组成。
主控计算机102用于实现对温度的精确控制，并能够实时显示温度信息和血流量信息，保存变温过程的数据。主控计算机102按照功能可进一步划分为显示模块、控制模块和信息存储模块。
显示模块的作用是将变温过程中的信息，包括温度信息和血流量信息，实时显示给用户。温度信息的显示方式有两种，一种是以数字方式显示温度信息，另一种是将温度信息以曲线的形式实时显示。血流量信息的显示方式主要是数字方式。显示模块在显示温度信息时可显示多种类型的温度，包括：水温、血温、人体的喉温、人体的肛温和人体体表温度，上述多种温度分别用数字方式和曲线方式显示给用户。
控制模块是主控计算机的核心模块，它的一个功能是采集血液变温***的温度数据，根据用户设定的加温时间和目标温度，控制模块生成加温控制策略，并转化成具体的控制命令发送到***的其他相关装置，实现温度控制。它的另一个功能是采集人体血液的血流量数据，根据数据和事先拟订的血流量高低判断标准对血流量进行调整。血流量高低的判断标准主要有两个，一是按临床上的安全要求，血流量必须在安全范围内；二是按温度控制的要求，如果血流速度过快，换热器来不及将血温升高，或者血流速度过慢，换热器将血温升的过高，都会影响对温度的控制，因此也需要控制血流速度，也就是血流量。控制模块按照功能细分为数据采集单元、用户命令输入单元、控制命令生成单元和控制命令发送单元。控制模块对温度控制的过程是用户通过用户命令输入单元设定加温时间和目标温度，数据采集单元采集血液变温***中的各个温度监控站的温度数据，并将所得到的温度数据送入控制命令生成单元，控制命令生成单元结合用户设定的加温时间和目标温度生成一个具体的加温控制策略，并由此产生控制命令，最后将控制命令通过控制命令发送单元发送到血液变温***的具体装置。通过控制模块中各个单元相互间的配合，控制模块还可实现对血流量的控制。
信息存储模块的作用是存储用户信息、相关病例信息和所有的运动检测数据，以方便对数据的后期处理。
在血液变温***中，有多个不同的监控站，这些监控站分别用于监控温度和血流量。在本发明中，监控站包括流量传感器和多点温度测量仪106中的温度传感器。不同的监控站位于不同的部位，例如，换热器的出血口和进水口，人体的体表、肛部和喉部等。对这些监控站从数据采集到控制命令的发送过程采用了循环通讯方式，结合实施例，对所述的循环通讯的具体过程进行说明。假设在换热器出血口的温度监控站为1号监控站，换热器的进水口的温度监控站为2号监控站，人体体表的温度监控站为3号监控站，人体肛部的温度监控站为4号监控站，人体喉部的温度监控站为5号监控站，输血管道中的血流量监控站为6号监控站。控制模块的数据采集单元首先呼叫1号监控站，待1号监控站响应后，与1号监控站建立连接，从1号监控站获取所需要的温度数据后，结合上次循环得到的其他信息及用户设定的命令参数，控制命令生成单元生成控制命令，由控制命令发送单元将控制命令发送到加热/制冷装置，由该装置实现温度的调控；然后控制模块呼叫2号监控站，实现与1号监控站类似的操作，依此类推，直到与6号监控站完成通讯操作，然后再由1号监控站开始重新进行循环。在循环通讯过程中涉及到相关的通讯协议，在本实施例中可优先选用MODBUS标准协议，主控通信程序可采用WIN32API提供的串行通信函数实现。
由于医疗的需要，在血液变温过程中，要求血液温度能够平稳、快速的上升，并尽量减少超调和振荡，对变温过程的控制是由控制模块中的控制命令生成单元所生成的控制命令实现的，要实现血液变温的要求就要有合适的温度控制算法，在本发明中采用中国专利申请号为03109809.6，发明名称为“灌注升温疗法用的血液温度控制方法及变温装置”中的血液温度控制算法。利用该血液温度控制算法可满足临床上对血液变温的需要。
流量传感器用于测量输血管道中的血流量以及血流速度的大小，流量传感器在图1中未示出，现有的流量传感器一般都可用于本发明，在一个实施例中，流量传感器优先选用Dynasonics公司的TFXL小管径时差式超声流量计，将该超声流量计的收发超声换能器探头分别放置在输血管道的上下游，由于超声在两探头间传播的时间与液态流速线性相关，因此测出超声的输血管内的传播时间即可计算出血液的流速，通过流速很容易得到血流量。TFXL小管径时差式超声流量计的测量范围为0.03M/s-12.4M/s，测量精度在流速0.3M/s以上时为读数的±1％，在流速0.3M/s以下时为0.003M/s。
加热/制冷装置108用于改变水箱中的水温，在本发明中，加热/制冷装置108可采用大功率半导体片，半导体片通过改变电流方向实现加热或制冷的功能，加热/制冷的功率由电流大小决定，主控计算机通过改变电流大小控制水箱中的水温，从而最终改变血液温度。
离心泵转速控制器与离心泵相连接，在图1中，离心泵转速控制器也未示出，离心泵转速控制器接收主控计算机经由DA给出的电压信号，调节离心泵上的电压大小，从而控制离心泵转速，达到控制血流量高低的目的。
多点温度测量仪106用来测量血液变温***中测量点的温度，多点温度测量仪106包括温度传感器、FPGA(可编程门阵列)和单片机。温度传感器可采用美国YSI专门医用温度传感器，该传感器的温度测量范围为0～60℃，测量精度在在32～42℃范围内为0.1℃，在其他温度测量范围内的测量精度为0.2℃。在多点温度测量仪中，包含有多个温度传感器，温度传感器安放在需要测量温度的地方，如水箱、换热器、人体的体表、喉部等。FPGA的作用是同步处理多个温度传感器输出的多路串行信号，并暂时存储采集到的温度信息。单片机的作用是读取FPGA中存储区的数据，并实现与上位机(主控计算机)的通讯。在多点温度测量仪中之所以要用单片机，是因为上位机不可能单独辟出地址线来读取FPGA的存储区数据。在具体的应用中，单片机可选用P89C51。如图4所示，为多点温度测量仪的结构图，在图中包含有三个YSI温度传感器、一个FPGA、一个单片机以及FPGA的***辅助部件(FPGA配置芯片和时钟)。YSI温度传感器的温度探针实时检测相应部位的温度大小，并分别以每秒一次的频率将各自的温度信息以编码脉冲形式发送出来，经过电平转换后输入FPGA。FPGA同时接收若干个信道的包含温度信息的编码脉冲，将8字节ASCII码转换为2字节的自约定编码，并按一定顺序存储，FPGA随时接受单片机(P89C51)的查询。单片机将查询结果通过通讯模块接入RS485网络，通过与主控计算机的通讯，将温度数值汇报给主控计算机。
在本发明的血液变温***中，有多个需要采集的监测量(如温度、血流量)和多个需要控制的量(如加热/制冷装置的电流大小、离心泵的电压等)，如果采用传统的集中采集和控制的方法，则***结构复杂、故障率高。基于上述缺点，本发明的微型血液变温***采用集散控制***(DCS)的思想进行***设计，以提高***的硬件和软件的可扩展性。所述的集散控制***是由若干按功能或处理量划分的子***在物理上和功能上相结合所构成的***，它是一种分级递阶的结构，其各组成部分具有各自的分工范围，独立完成各自的功能，而各个组成部分互相之间又有联系和协调，数据信息可以互相交换，各组成部分在***统一协调下工作。利用集散控制***的思想进行***设计主要涉及本发明的监控子***部分，主控计算机、多点温度测量仪、流量传感器、加热/制冷装置都以微处理器为基础，相互之间通过通信***进行信息交换。本发明的通信***采用RS485标准接口网络，主控计算机的RS232串口与温度监控部分(多点温度测量仪)、流量监控部分(流量传感器)的RS485接口相连接，运行工业通用标准的MODBUS协议，构成一个主从式的RS485网络，提供了主控计算机与各个监控站之间的信息通道。如图3所示，为RS485网络控制***结构示意图，在图中，主控计算机102的RS232串口通过电平转换成为RS485电平，通过集线器103联入RS485网络104，温度监控部分106、加热/制冷部分108、流量监控部分110都连接入RS485网络104，运行工业通用标准的MODBUS协议，构成一个的主从式RS485网络。对监控子***的此种构架方法使得各个变量独立出来，连接易于更改，***易于实现，安全性得到了提高，并可根据需要加入新的监控站实现功能的扩张。
水箱114安装有加热/制冷装置，加热/制冷装置改变水箱114中的水温，通过水箱中的水在换热器124中与血液进行热交换，实现对血液温度的改变。
下面结合图1对本发明的基于计算机集散控制的微型血液变温***在人体上的应用流程进行说明。在血液体外循环子***中，血液从人体流出，通过输血管120经过氧和器126进入换热器124，在换热器124中，还有经由水管122流入换热器124的热水，血液与热水在换热器124中完成热交换，在完成热交换后，血液由离心泵116驱动，在血液后处理器118处理后，重新流入人体。在上述血液体外循环过程中，要对血液温度、水温、血流量进行控制，该工作由监控子***完成。监控子***由主控计算机102、多点温度测量仪106、加热/制冷装置108、流量监控部分110组成，其中，流量监控部分110包括流量传感器和离心泵转速控制器，主控计算机102通过485网络与多点温度测量仪106、加热/制冷装置108、流量监控部分110连接。多点温度测量仪106有四个温度探头112，分别用于测量水箱114、换热器124的出血口、人体体表温度和人体肛温。加热/制冷装置安放于水箱114中，用于改变水箱中的水温。流量监控部分110中的流量传感器安放输血管中，离心泵转速控制器则安装在离心泵上。***工作时，主控计算机102通过485网络104不断向多点温度测量仪106循环查询血液温度和水温，向流量传感器查询流量值，然后根据控制策略计算出合适的加热功率和合适的离心泵转速。该合适功率和合适转速由主控计算机102以指令形式通过485网络分别发送给加热/制冷装置108控制部分的单片机和离心泵转速控制器的转速控制单片机，由这两片控制单片机实现功率和转速控制，最终达到控制血液温度的目的。本实施例中，还有冰盔128用于头部降温，以保护大脑。
利用本发明的基于计算机集散控制的微型血液变温***可以达到良好的血液变温效果，如图5(a)和图5(b)所示，为两次变温实验的变化效果曲线图。在图5中的两个实验中的变温对象有不同的容积和不同的流量，在每个变温实验中分别改变水温和血液(模拟血液)温度。图5中的血温变化曲线光滑、稳定、上升快速、无超调，说明本发明的微型血液变温***的变温过程迅速、准确、稳定，没有出现过高温度，符合临床治疗要求。
Claims (8)
1、一种基于计算机集散控制的血液变温***，包括血液体外循环子***和监控子***，血液体外循环子***包括血泵、输血管(120)、换热器(124)、水泵、氧和器(126)和血液后处理器(118)；其中氧和器(126)的输入端连接一带输血接口的输血管，氧和器(126)的输出端通过管道连接到换热器(112)的入血口，换热器(112)的出血口通过输血管(120)与血泵的入口相连，血泵的出口连接到血液后处理器(118)的入血口，血液后处理器(118)的出血口接一带输血接口的输血管；其特征在于，
所述的血泵采用包括直流电机、离心泵头和磁耦合装置组成的离心泵(116)，所述的离心泵头采用全封闭式泵头；
所述的监控子***包括流量传感器、加热/制冷装置(108)、离心泵转速控制器、水箱(114)、主控计算机(102)和多点温度测量仪(106)；其中流量传感器安装在输血管(120)上，离心泵转速控制器安装在离心泵(116)上，多点温度测量仪(106)安装在换热器(124)的入血口和水箱(114)，加热/制冷装置安装在水箱(114)中，主控计算机(102)通过网络与流量传感器、加热/制冷装置(108)、离心泵转速控制器和多点温度测量仪(106)相连；监控子***采用集散控制***的结构，主控计算机(102)、多点温度测量仪(106)、流量传感器、加热/制冷装置(108)以微处理器为基础，相互之间通过通信***进行信息交换；所述的通信***采用RS485标准接口网络，主控计算机(102)的RS232串口通过电平转换与多点温度测量仪(106)、流量传感器的RS485接口相连接，运行工业通用标准的MODBUS协议，构成一个主从式的RS485网络。
2、根据权利要求1所述的基于计算机集散控制的血液变温***，其特征在于，所述的主控计算机(102)分为显示模块、控制模块和信息存储模块，显示模块将变温过程中的信息实时显示给用户，控制模块通过对血液变温***的控制实现对血液温度的控制，信息存储模块存储变温过程中的数据。
3、根据权利要求2所述的基于计算机集散控制的血液变温***，其特征在于，所述的控制模块分为数据采集单元、用户命令输入单元、控制命令生成单元和控制命令发送单元，数据采集单元用于采集温度信息和血流量信息；用户命令输入单元用于输入用户所期望的加温时间、目标温度和血流量；控制命令生成单元用于根据数据和用户命令生成控制命令；控制命令发送单元用于将控制命令发送到血液变温***的相应装置。
4、根据权利要求1所述的基于计算机集散控制的血液变温***，其特征在于，所述的多点温度测量仪(106)包括温度传感器、可编程门阵列和单片机，温度传感器采集温度信息；可编程门阵列同步处理多个温度传感器输出的多路串行信号，并暂时存储采集到的温度信息；单片机读取可编程门阵列中存储区的数据，并实现与上位机的通讯。
5、根据权利要求1所述的基于计算机集散控制的血液变温***，其特征在于，所述的流量传感器采用Dynasonics公司的TFXL时差式超声流量计。
6、根据权利要求1所述的基于计算机集散控制的血液变温***，其特征在于，所述的离心泵头采用上海医疗器械厂生产的ZS-B离心泵头。
7、根据权利要求1所述的基于计算机集散控制的血液变温***，其特征在于，所述的磁耦合装置包括耦合转盘(210)和永磁铁(212)，永磁铁(212)镶嵌在耦合转盘(210)上，与泵头(206)之间通过磁力实现无接触耦合。
8、根据权利要求4所述的基于计算机集散控制的血液变温***，其特征在于，所述的温度传感器采用美国YSI专门医用温度传感器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200510068031 CN1857745A (zh) | 2005-04-30 | 2005-04-30 | 一种基于计算机集散控制的微型血液变温*** |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200510068031 CN1857745A (zh) | 2005-04-30 | 2005-04-30 | 一种基于计算机集散控制的微型血液变温*** |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1857745A true CN1857745A (zh) | 2006-11-08 |
Family
ID=37296733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200510068031 Pending CN1857745A (zh) | 2005-04-30 | 2005-04-30 | 一种基于计算机集散控制的微型血液变温*** |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1857745A (zh) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101310781B (zh) * | 2007-05-21 | 2010-05-26 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种血管内加热的输液装置 |
| CN102500006A (zh) * | 2011-11-22 | 2012-06-20 | 周相真 | 一种治疗血液所致疾病的医疗设备 |
| CN104348297A (zh) * | 2013-08-09 | 2015-02-11 | 王辉山 | 一种磁耦合驱动装置 |
| CN106237412A (zh) * | 2015-06-10 | 2016-12-21 | B·布莱恩·阿维图姆股份公司 | 血液净化***的溶液回路设备和血液净化*** |
| JP2018512576A (ja) * | 2015-02-27 | 2018-05-17 | マッケ カーディオパルモナリー アーゲー | 流体流量測定および気泡検出装置 |
| CN108704172A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-10-26 | 广东顺德工业设计研究院(广东顺德创新设计研究院) | 一种体外生命支持控制装置及控制方法 |
| CN110321602A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-10-11 | 大连理工大学 | 一种矿用磁力耦合器全场温度计算方法 |
| CN111375099A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-07-07 | 广东顺德工业设计研究院(广东顺德创新设计研究院) | 温度控制方法、装置、存储介质和变温水箱 |
| CN111465816A (zh) * | 2017-10-06 | 2020-07-28 | 利瓦诺维德国有限责任公司 | 具有一次性传热流体回路的模块化加热器冷却器 |
| CN112870545A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-06-01 | 深圳市赛恒尔医疗科技有限公司 | Ecmo血液加温装置 |
| CN113509604A (zh) * | 2021-04-06 | 2021-10-19 | 苏州恒瑞宏远医疗科技有限公司 | 一种ecmo专用便携式温控水箱 |
| CN116474193A (zh) * | 2023-06-25 | 2023-07-25 | 首都儿科研究所附属儿童医院 | 一种智能化靶向脑低温设备、控制方法、***及存储介质 |
-
2005
- 2005-04-30 CN CN 200510068031 patent/CN1857745A/zh active Pending
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101310781B (zh) * | 2007-05-21 | 2010-05-26 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种血管内加热的输液装置 |
| CN102500006A (zh) * | 2011-11-22 | 2012-06-20 | 周相真 | 一种治疗血液所致疾病的医疗设备 |
| CN104348297B (zh) * | 2013-08-09 | 2018-10-26 | 王辉山 | 一种磁耦合驱动装置 |
| CN104348297A (zh) * | 2013-08-09 | 2015-02-11 | 王辉山 | 一种磁耦合驱动装置 |
| JP2018512576A (ja) * | 2015-02-27 | 2018-05-17 | マッケ カーディオパルモナリー アーゲー | 流体流量測定および気泡検出装置 |
| US10960125B2 (en) | 2015-02-27 | 2021-03-30 | MAQUET CARDIOPULMONARY GmbH | Fluid flow rate measuring and gas bubble detecting apparatus |
| CN106237412B (zh) * | 2015-06-10 | 2021-08-06 | B·布莱恩·阿维图姆股份公司 | 血液净化***的溶液回路设备和血液净化*** |
| CN106237412A (zh) * | 2015-06-10 | 2016-12-21 | B·布莱恩·阿维图姆股份公司 | 血液净化***的溶液回路设备和血液净化*** |
| CN111465816A (zh) * | 2017-10-06 | 2020-07-28 | 利瓦诺维德国有限责任公司 | 具有一次性传热流体回路的模块化加热器冷却器 |
| US11883574B2 (en) | 2017-10-06 | 2024-01-30 | Livanova Deutschland Gmbh | Modular heater cooler with disposable heat transfer fluid circuit |
| CN108704172A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-10-26 | 广东顺德工业设计研究院(广东顺德创新设计研究院) | 一种体外生命支持控制装置及控制方法 |
| CN110321602A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-10-11 | 大连理工大学 | 一种矿用磁力耦合器全场温度计算方法 |
| CN111375099A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-07-07 | 广东顺德工业设计研究院(广东顺德创新设计研究院) | 温度控制方法、装置、存储介质和变温水箱 |
| CN112870545A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-06-01 | 深圳市赛恒尔医疗科技有限公司 | Ecmo血液加温装置 |
| CN113509604A (zh) * | 2021-04-06 | 2021-10-19 | 苏州恒瑞宏远医疗科技有限公司 | 一种ecmo专用便携式温控水箱 |
| CN116474193A (zh) * | 2023-06-25 | 2023-07-25 | 首都儿科研究所附属儿童医院 | 一种智能化靶向脑低温设备、控制方法、***及存储介质 |
| CN116474193B (zh) * | 2023-06-25 | 2023-09-08 | 首都儿科研究所附属儿童医院 | 一种智能化靶向脑低温设备、控制方法、***及存储介质 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1857745A (zh) | 一种基于计算机集散控制的微型血液变温*** | |
| CN204971822U (zh) | 术后冷敷仪 | |
| CN103767744A (zh) | 医用灌注吸引平台 | |
| WO2018040842A1 (zh) | 智能型鲜红斑痣光动力治疗仪*** | |
| CN104783890A (zh) | 一种黑色素瘤冷热治疗装置 | |
| CN102641532A (zh) | 输液辅助智能控制*** | |
| CN105203586B (zh) | 一种胶体脑实质制备方法及颅脑物理模型 | |
| CN203776946U (zh) | 医用灌注吸引平台 | |
| CN201147406Y (zh) | 热药灌注机 | |
| CN106730200A (zh) | 一种基于压力传感器的氧气吸入器的数字化控制方法 | |
| CN114344594A (zh) | 一种热交换水箱及其温度控制方法 | |
| CN206837193U (zh) | 一种恒温式自动输液装置 | |
| CN201676009U (zh) | 温控医用灌注泵 | |
| CN1326580C (zh) | 红外热灌注治疗仪 | |
| CN101897636B (zh) | 术中腹腔温热化疗仪 | |
| CN207168633U (zh) | 一种发热用降温背心 | |
| CN109036059B (zh) | 模拟激光手术用光学仿体及其模具结构、制备方法 | |
| CN103251996B (zh) | 便携式多器官功能支持一体化治疗机 | |
| CN105457166A (zh) | 一种电磁内分泌护理仪 | |
| CN109998620A (zh) | 一种基于自适应控制的自动气压止血器检测与控制*** | |
| CN1967626A (zh) | 一种模拟人体温热co2气腹的实验装置 | |
| CN200972473Y (zh) | 一种模拟人体温热co2气腹的实验装置 | |
| CN219646550U (zh) | 多功能红外智能治疗仪 | |
| CN202982939U (zh) | 体外冲击波心血管治疗*** | |
| CN111410243A (zh) | 相控阵列超声子宫肌瘤治疗***的双泵水处理装置与方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |