專利名稱：人工肺底置式血液平面濃度動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種體外循環(huán)用人工肺底置式血液平面及血細胞濃度動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，主要由底置式超聲波傳感器、具有有效測量區(qū)的人工肺貯血器、超聲信號處理器、顯示器、報警器及反饋控制部分構(gòu)成。適用于對各種筒式人工肺、貯血或貯液器內(nèi)的血、液平面、血容量或血細胞濃度完成全程動態(tài)的高精度測量，同時可反饋性控制血泵的運行。
查國內(nèi)外有關(guān)資料末見人工肺底置式超聲波血溶量動態(tài)監(jiān)測裝置。體外循環(huán)是在心臟手術(shù)中用人工心肺代替人的真正心臟跳動和肺臟的呼吸維持病人的生命，其過程是利用重力引流原理將黑色的靜脈血不斷地引流到人工肺內(nèi)進行氧合成紅色的動脈血并貯存在人工肺的筒式容器內(nèi)，由血泵通過管道將容器內(nèi)的血液不斷地泵入人體的動脈系統(tǒng)以維持病人的生命，當任何因素導(dǎo)至動脈的泵血速度與靜脈的回流速度失去平衡時，都會使容器內(nèi)的血液平面發(fā)生波動，如果血平面高出容器的容量則可溢出，若泵血過快血平面過低可在10秒鐘內(nèi)將大量空氣泵入病人體內(nèi)導(dǎo)致病人死亡。為了減少這因素所致的死亡率，國內(nèi)外學(xué)者研究了多種安全監(jiān)測裝置。血平面檢測裝置是用來檢測圓筒式人工肺的貯血容器內(nèi)的血液是否高于或低于限定的高度，從而保證人工心肺系統(tǒng)的正常運行，保證受術(shù)者的生命安全。已有同類技術(shù)共有兩類一類是利用光電反射原理制做的傳感器側(cè)置式血平面監(jiān)測器，如專利號為CN 87212650U中所述。另一類是利用超聲波原理制做的血平面監(jiān)測器，如美國生產(chǎn)的斯道克特-沙-里(Stockter-Shiley)人工心肺機上裝配的超聲波側(cè)置式血平面?zhèn)鞲衅鳌Ｋ鼈児餐攸c是“傳感器側(cè)置”，只能檢測傳感器所在位置的某一個液平面，其功能是在一個圓筒式容器的外側(cè)壁安裝一感傳感器，當容器內(nèi)的液體高于或低于這個平面時發(fā)出報警信號或控制信號，通過安裝兩個傳感器分別檢測高低位兩個液平面的位置，根據(jù)所發(fā)出的信號判斷容器內(nèi)的液體是否大至在正常范圍內(nèi)。它們的共同優(yōu)點是結(jié)構(gòu)檢單，制做容易，成本低。缺點是不能動態(tài)測量容器內(nèi)液位的瞬間狀態(tài)及計算實際容量，高低液面同時測量時必須安裝兩個傳感器及兩套檢測電路，為了降低成本減少傳感器數(shù)量，一般僅配備一套能減少致命性危險的最低允許液面檢測器。它們僅能輸出邏輯電平觸發(fā)報警器或控制血泵啟停動作，不能把動態(tài)變化的液位高度值變成實時的模擬量或數(shù)字量去精確地指揮血泵完成科學(xué)的勻加速或勻減速運轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的目的是為了彌補已有技術(shù)的不足，精確地測量貯血容器內(nèi)的瞬間液位，并將其轉(zhuǎn)換成模擬量及數(shù)字量，在顯示液位值的同時還可將此動態(tài)信號反饋給人工心臟，使血泵隨之做必要的應(yīng)速度變化，確保人工心肺系統(tǒng)安全運轉(zhuǎn)，使血液對人體的灌注更接近生理狀態(tài)，減少體外循環(huán)的死亡率及并發(fā)癥，提高安全性及治愈率；用底置式單一傳感器對被測容器的高度實現(xiàn)全程測量，實現(xiàn)任一值的液面上、下限的設(shè)定。本發(fā)明也實用于各種筒式液體容器的液位測量及容量的精確監(jiān)控。
本發(fā)明與工業(yè)用超聲波測量裝置的根本區(qū)別是超聲波的波長及能量必須選擇在對血液無破壞的物理量范圍內(nèi)；工業(yè)貯液容器較大，容器中間無或少有其他異構(gòu)材料，多可用超聲波原理直接檢測，而人工肺貯血器容量極小，直徑僅十厘米，底部形狀多不規(guī)則，且容器中間80％的容積范圍被復(fù)雜的人工肺內(nèi)芯占據(jù)，如氣體氧合時產(chǎn)生的氣泡結(jié)構(gòu)、變溫器用的鈦合金金屬管道、去泡用的浸硅油海棉及濾血器用的多層絳綸網(wǎng)等，上述多種材料的聲阻抗不同，對聲波的傳導(dǎo)產(chǎn)生嚴重的干擾會影響測量。因此本發(fā)明在傳感器設(shè)計、信號處理及控制部分的設(shè)計要求完全適應(yīng)人工肺的結(jié)構(gòu)特點，完全排除各種間質(zhì)材料對測量的干擾——檢測器與容器結(jié)構(gòu)實行全同步專業(yè)設(shè)計。人工肺由多個廠家生產(chǎn)，其規(guī)格及形狀不一，本發(fā)明實現(xiàn)了在不改變?nèi)斯し谓Y(jié)構(gòu)及功能的前提下對多數(shù)人工市貯血器進行精確檢測。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如圖1所示即往人工肺的內(nèi)芯(1)與貯血器(2)為同心圓設(shè)計，二者之間的間隙窄至小于傳感器的(6)的直徑，若在貯血底部任何部位安放傳感器都會影響聲波的正常傳導(dǎo)，利用超聲波原理測量液面位置是不可能的。本發(fā)明將內(nèi)芯(1)與貯血器外殼(2)設(shè)計成偏心式，即不影響人工肺的功能又可出現(xiàn)一半圓形的超聲波有效測量區(qū)(3)，在人工肺外殼的底部與測量區(qū)(3)相對應(yīng)的部位設(shè)計了用來固定傳感器的燕尾槽(5)，在傳感器(6)的前端有一對稱的側(cè)翼(7)與燕尾槽(5)相吻合，當血液(4)在圓筒式貯血器(2)內(nèi)上下波動時，每次超聲波的液面反射時間也隨之相應(yīng)的改變，由信號處理器(8)根據(jù)聲波的反射時間及聲速可計算出液面的高度；聲波的傳導(dǎo)速度與血液中血細胞的濃度成比例變化，通過已知液面高度及聲速又可求出血細胞的濃度。將血細胞的濃度值及液位高度值同時送至顯示器(11)顯示，同時將液位高度的變化情況送到報警器(10)及血泵(9)，使之按預(yù)定的程式報警及控制血泵的運轉(zhuǎn)，當血平面低至極限值時，在發(fā)出報警信號的同時可迫使血泵減速并停止血泵運轉(zhuǎn)，從而避免了空氣栓塞事故的發(fā)生。
本發(fā)明附有二次保護裝置，即當血平面?zhèn)鞲衅?6)失靈，或任何原因?qū)е聞用}管(14)進入空氣時，即可由二次保護傳感器固定器(12)內(nèi)部的超聲波傳感器所感知，并將其轉(zhuǎn)換成電信號送入信號處理器(8)進行處理，強制血泵(9)停轉(zhuǎn)，避免任何原因的氣栓事故發(fā)生，增加了系統(tǒng)的可靠性。與同類氣栓傳感器的區(qū)別在于該傳感器是血平面的二次保護裝置，可檢測氣栓的體積及個數(shù)，同時可測量動脈流量只有當氣栓體積達到危險值時才停止血泵運轉(zhuǎn)，而已有技術(shù)無此功能。


1 圓柱式人工肺內(nèi)芯2 圓筒式貯血器外殼3 超聲波測量區(qū)4 血液5 燕尾槽6 超聲波傳感器7 傳感器前端對稱性側(cè)翼8 信號處理器9 血泵10 報警器11 液位及血細胞濃度顯示器12 二次保護裝置的傳感器固定器13 二次保護裝置的超聲波傳感器14 動脈管路
權(quán)利要求
本發(fā)明是一種體外循環(huán)用人工肺底置式超聲波血液平面高精度動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征如下1、一種人工肺血液平面監(jiān)控系統(tǒng)，主要包括具有超聲波有效測量區(qū)(3)的人工肺貯血器(2)、底置式超聲波傳感器(6)，信號處理器(8)，液位及血細胞濃度顯示器(11)及報警器(10)。
2.如權(quán)利要求1所述的液位監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是人工肺的內(nèi)芯(1)與貯血器(2)之間有一寬度大于傳感器(6)直徑的有效測量區(qū)(3)。
3.如權(quán)利要求1所述的液位監(jiān)控系統(tǒng)，其超聲波傳感器(6)安放在貯血器的底部，使用時其檢測平面與血液平面永遠處于平行狀態(tài)。傳感器的前端有對稱性的側(cè)翼(7)。
4.如權(quán)利要求1所述的液位監(jiān)控系統(tǒng)，貯血器底部具有燕尾槽(5)，其結(jié)構(gòu)有兩種一種是與貯血器(2)成一體化結(jié)構(gòu)，另一種是雙面膠外貼膜式結(jié)構(gòu)，兩種結(jié)構(gòu)的形態(tài)及功能相同，其形態(tài)及尺寸與傳感器(6)前端的對稱性側(cè)翼(7)相吻合，其功能是可靠地固定傳感器(6)。
5.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)控系統(tǒng)，其信號處理系統(tǒng)可將同一傳感器(6)的超聲波信號分別轉(zhuǎn)換成液位高度數(shù)值及血細胞濃度值送顯示器(11)顯示。具有控制血泵的信號及報警信號分別送至被控血泵(9)和報警器(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)控系統(tǒng)，具有二次保護用超聲波傳感器(13)，及相應(yīng)的固定裝置(12)。
全文摘要
本發(fā)明是一種體外循環(huán)用人工肺底置式血液平面及濃度動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),主要由底置式超聲波傳感器、具有有效測量區(qū)的人工肺貯血器、超聲信號處理器、顯示器、報警器及反饋控制部分構(gòu)成。適用于對各種筒式人工肺、貯血或貯液器內(nèi)的血、液平面、血容量或血細胞濃度完成全程動態(tài)的高精度測量,對動脈灌注流量的測量及反饋性控制血泵的正常運行。
文檔編號A61M1/10GK1197677SQ98100120
公開日1998年11月4日 申請日期1998年1月12日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月12日
發(fā)明者周國明 申請人:周國明, 宋志杰, 劉昭會, 龔慶成, 萬榮