专利名称：血液净化用质量平衡系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种人体透析时的超滤控制系统，尤其涉及一种动态控制人体 血液净化治疗时置换液和废液流量的血液净化用质量平衡系统。
背景技术：
在血液净化设备中，患者的血液从体内流出经由管路构成的体外循环回到 体内，在这个循环系统中，主要包括血路、液路和监控系统三个部分。患者体 内的血液引出体外，进入透析器或者滤过器等体外管路，回流入人体，构成血 路系统；液路系统中，标准离子浓度的透析液进入透析器与透析器膜对侧患者 血液发生弥散、对流、超滤等过程，并以适当的速度移除患者体内多余的水分。 监控系统对血液净化设备各个部件、参数、指标等进行监测，通过计算并控制 相关执行部件工作，达到治疗目的。
如图1所示治疗过程中，患者体内的血液经管路引出通过血泵的作用进 入到透析器中，并从另一端引出经管路回流到体内；而标准浓度的透析液经管 路从透析器侧端进入，通过透析器中的膜与血液之间实现弥散、对流、超滤作 用并从透析器侧另一侧端作为废液排除；为了满足患者体内的体液平衡，在此 过程中超滤控制系统控制透析液回路进出液体的压力和流量，确保进入患者体 内的置换液量、排除的废液量和从患者体内需要排除的脱水量之间三者平衡， 即废液=置换液+脱水量。临床上由于患者的个体差异，治疗过程中的置换液流 速、脱水速率、置换液总量和脱水总量都是不同的，需要时刻监测各个量的变 化并通过调节超滤控制系统中置换液与废液泵的速率来实现上述三个量的平 衡。现有超滤控制系统主要采用如下两种方法实il平衡 一种是采用平衡腔或 复式泵方式，借助于置换液与废液等容积的进出来实现平衡；由于无流量监测 及相关反馈环节，治疗过程中若出现故障或者误差积累，将导致平衡破坏，甚 至发生医疗事故。
另一种方案是采用流量计方式，该平衡系统设置有平衡控制电路，该平衡 控制电路设置有输出端，分别连接废液回路中的废液泵、以及置换液回路中的 置换液泵，所述平衡控制电路的输入端分别连接有光电流量计或者电磁流量计， 该设置在废液平衡回路和置换液回路中；通过流量计来检测透析器进出透析液 的流量，计算出超滤率，并与设计超滤率比较，再调节透析液压力，通过控制 跨膜压来实现对超滤率的控制以最终控制超滤量。同样由于流量检测误差的积 累，易导致平衡破坏。
传统的超滤控制系统只能对当前瞬时值进行检测，其缺点是，不能对流量 累计值检测，无法克服累计误差对系统平衡的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种血液净化用质量平衡系统，能够对流量累计值进 行检测，检测出累计误差，消除其对系统平衡的影响。
为达到上述目的，本发明所述的血液净化用质量平衡系统，包括平衡控制 电路，该平衡控制电路设置有输出端，分别连接废液回路中的废液泵、以及置 换液回路中的置换液泵，其关键在于所述平衡控制电路的输入端连接有采样 电路，该采样电路设置有二路输入端，分别连接有废液称重台和置换液称重台；
所述废液称重台设置有废液称重传感器WSl,该称重传感器WS1上端放置有
废液托盘，该废液托盘内放置有废液容器，所述废液容器连接所述废液回路的 流出口；所述置换液称重台设置有置换液称重传感器WS2，该置换液称重传感器WS2 上端放置有置换液托盘，该置换液托盘内放置有置换液容器，所述置换液容器 连接所述置换液回路的流入口 。
废液称重传感器WS1和置换液称重传感器WS2分别测出废液托盘及置换液 托盘内的液体总质量，生成模拟信号，采样电路将其转化为数字信号，并输送 信号给平衡控制电路，平衡控制电路判断，比较出当前总流量及平均流速与设 定值的差异，动态控制废液泵及置换液泵的转速，实现对废液和置换液流量的 平衡控制。
所述采样电路是A/D转换芯片IC1，该A/D转换芯片IC1的第一路正输入 AINl+端、第一路负输入AIN1-端分别连接所述废液称重传感器WS1的二个输出 端；所述A/D转换芯片ICl的第二路正输入AIN2+端、第二路负输入AIN2-端分 别连接所述置换液称重传感器WS2的二个输出端；
所述A/D转换芯片IC1的片选信号-CS端、时钟信号SCLK端、数字输入DIN 端、数字输出DOUT端和预备DRDY端分别连接所述平衡控制电路的片选信号端、 时钟信号端、数字输出端、数字输入端和预备端。
称重传感器的型号为L6D-C3D-35kg-0. 4B，其输出端连接到采样电路的两个 差分输入通道，采样电路是一 16位A/D转换控制器AD7705BN。 AD7705BN是美 国AD公司的高分辨率模数转换芯片，其与平衡控制电路的接口采用SPI总线， 平衡控制电路通过SPI总线-CS、 DOUT、 DIN、 DRDY向AD7705发出采样控制命令 并接收两个A/D转换通道的值。废液容器和置换液容器的重量由称重传感器WS1 和WS2转换成为电压信号，并通过AD7705BN A/D转换后送给平衡控制电路。平 衡控制电路是PHILIPS公司的8位微控制器P89LPC925，通过其芯片上的输入/ 输出端口连接到采样电路的SPI总线信号脚控制并读取废液与置换液重量的A/D 转换值；还通过SDA和SCL信号线连接外部的参数设置电路，接收预滤废液总 量UF一total、预滤废液时间SO、预加入置换液总量SUB—total 、预加入置换液 时间SO;在对预定值和实际值作出比较、判断后，其输出端分别发出不同的转 速命令控制废液泵和置换液泵，实现液体流量的总量动态平衡。所述平衡控制电路是一微控制器IC2，其内部设置有置换液泵控制装置，该
置换液泵控制装置包括
用于启动置换液泵控制的机构； 用于读取预加入置换液总量SUB—total的机构；
用于读取预加入置换液时间S0的机构； 用于计算预加入置换液流速V0的机构；
在读取采样电路的SUB_total和外部参数设置电路预置的S0后，计算出V0= SUB—total/ S0，
用于读取当前剩余置换液量UFO的机构； 用于获得当前已用置换液量UF1的机构； 在读取采样电路的UFO后，计算出UFl=SUB—total-UFO， 用于统计已用置换液量的加入时间S的机构；
用于计算当前置换液流速V1的机构；
V1=UF1/S，
用于判断所述当前置换液流速VI是否大于所述预加入置换液流速VO的机
构；
所述当前置换液流速VI大于所述预加入置换液流速V0，则输出减速信号给 所述置换液泵，且返回所述用于读取当前剩余置换液量UFO的机构；
所述当前置换液流速VI不大于所述预加入置换液流速V0，则判断所述当前 置换液流速VI是否小于所述预加入置换液流速VO的机构；
所述当前置换液流速V1小于所述预加入置换液流速VO，则输出加速信号给 所述置换液泵，且返回所述用于读取当前剩余置换液量UFO的机构；所述当前置换液流速VI等于所述预加入置换液流速vo，返回所述用于读取 当前剩余置换液量UFO的机构。
所述平衡控制电路的内部还设置有废液泵控制装置，该废液泵控制装置包
括
用于启动废液泵控制的机构； 用于读取预备的脱水总量UF—total的机构； 用于读取预备的脱水时间SO的机构；
用于计算预备的脱水速度V0的机构；
在读取外部参数设置电路预置的UF_total和SO后，计算出V0= UF—total/
SO;
用于读取当前滤出废液量UF的机构；
用于获得当前己用置换液量UF1的机构；读取预加入置换液总量SUB—total 和读取采样电路的UFO后，计算出UFl=SUB_total-UFO， 用于计算当前脱水量U的机构；
在读取采样电路给出的UF，以及置换液泵控制装置给出的UF1后，计算出 U:UF-UFl;
用于统计当前脱水时间S的机构； 用于计算当前脱水速度V的机构； V=U/S;
用于判断所述当前脱水速度V是否大于所述预备的脱水速度VO的机构；
所述当前脱水速度v大于所述预备的脱水速度vo，则输出减速信号给所述
废液泵，且返回所述用于读取当前滤出废液量UF的机构；
所述当前脱水速度v不大于所述预备的脱水速度vo，则判断所述当前脱水
速度V是否小于所述预备的脱水速度VO的机构；所述当前脱水速度V小于所述预备的脱水速度VO，则输出加速信号给所述
废液泵，且返回所述用于读取当前滤出废液量UF的机构；
所述当前脱水速度V等于所述预备的脱水速度VO，返回所述用于读取当前 滤出废液量UF的机构。
利用总量计算，克服了累计误差，同时实现了对液体流量的动态平衡控制。 本发明的显著效果是能够对流量累计值进行检测，检测出累计误差，消
除其对系统平衡的影响，利用总量计算，克服了累计误差，同时实现了对液体
流量的动态平衡控制。
附图l:是血液净化设备中透析液和人体血液通路的框图； 附图2:本发明中称重平衡系统控制原理框图； 附图3:本发明中称重平衡系统工作原理示意图； 附图4:本发明中称重平衡系统电路原理图； 附图5:本发明中置换液泵控制流程图； 附图6:本发明中废液泵控制流程图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。 如附图2、附图3所示
一种血液净化用质量平衡系统，由平衡控制电路4、废液泵5、置换液泵6、 采样电路3组成，其中平衡控制电路4设置有输出端，分别连接废液回路中 的废液泵5、以及置换液回路中的置换液泵6，所述平衡控制电路4的输入端连 接有采样电路3，该采样电路3设置有二路输入端，分别连接有废液称重台1和 置换液称重台2;所述废液称重台l设置有废液称重传感器WSl,该称重传感器 WS1上端放置有废液托盘la,该废液托盘la内放置有废液容器lb，所述废液容 器lb连接所述废液回路的流出口 ；说 换液称重传感器WS2，该置换液称重传感器 WS2上端放置有置换液托盘2a，该置换液托盘2a内放置有置换液容器2b，所述 置换液容器2b连接所述置换液回路的流入口 。
废液称重传感器WS1和置换液称重传感器WS2分别测出废液托盘la及置换 液托盘2a内的液体总质量，生成模拟信号，采样电路3将其转化为数字信号， 并输送信号给平衡控制电路4，平衡控制电路4判断，比较出当前总流量及平均 流速与设定值的差异，动态控制废液泵5及置换液泵6的转速，实现对废液和 置换液流量的平衡控制。
如附图4所示所述采样电路3是A/D转换芯片IC1，该A/D转换芯片IC1 的第一路正输入AINl+端、第一路负输入AIN1-端分别连接所述废液称重传感器 WS1的二个输出端；所述A/D转换芯片IC1的第二路正输入AIN2+端、第二路负 输入AIN2-端分别连接所述置换液称重传感器WS2的二个输出端；
所述A/D转换芯片IC1的片选信号-CS端、时钟信号SCLK端、数字输入DIN 端、数字输出DOUT端和预备DRDY端分别连接所述平衡控制电路4的片选信号 端、时钟信号端、数字输出端、数字输入端和预备端。
称重传感器的型号为L6D-C3D-35kg-0. 4B，其采样输出端连接到采样电路3 的两个差分输入通道，采样电路3是一 16位A/D转换控制器AD7705BN。AD7705BN 是美国AD公司的高分辨率模数转换芯片，其与平衡控制电路4的接口采用SPI 总线，平衡控制电路4通过SPI总线-CS、 D0UT、 DIN、 DRDY向AD7705发出采样 控制命令并接收两个A/D转换通道的值。废液容器和置换液容器的重量由称重 传感器WS1和WS2转换成为电压信号，并通过AD7705BN A/D转换后送给平衡控 制电路4。平衡控制电路4是PHILIPS公司的8位微控制器P89LPC925，通过其 芯片上的输入/输出端口连接到采样电路3的SPI总线信号脚控制并读取WS1和 WS2上反映废液与置换液重量的电压信号经A/D转换的值；还通过SDA和SCL信 号线连接到外部的参数设置电路，接收预滤废液总量UF—total、预滤废液时间 S0、预加入置换液总量SUB—total、预加入置换液时间S0;在对预定值和实际 值作出比较、判断后，控制电路4上的输出端分别发出不同的转速控制命令控 制废液泵5和置换液泵6，实现液体流量的总量动态平衡。
ii转速控制命令是通过二个控制模块，分别实现对废液泵5和置换液泵6的 转速控制，该控制模块为现有技术。
如附图5所示所述平衡控制电路4是一微控制器IC2，其内部设置有置换
液泵控制装置，该置换液泵控制装置包括 用于启动置换液泵控制的机构； 用于读取预加入置换液总量SUB—total的机构；
用于读取预加入置换液时间SO的机构； 用于计算预加入置换液流速V0的机构；
在读取采样电路3的SUB—total和外部参数设置电路1预置的SO后，计算 出VO二 SUB_total/ S0，
用于读取当前剩余置换液量UFO的机构； 用于获得当前已用置换液量UF1的机构； 在读取采样电路3的UFO后，计算出UF1=SUB—total-UF0， 用于统计已用置换液量的加入时间S的机构；
用于计算当前置换液流速V1的机构；
V1=UF1/S，
用于判断所述当前置换液流速VI是否大于所述预加入置换液流速V0的机
构；
所述当前置换液流速V1大于所述预加入置换液流速V0，则输出减速信号给 所述置换液泵6,且返回所述用于读取当前剩余置换液量UFO的机构；
所述当前置换液流速VI不大于所述预加入置换液流速V0，则判断所述当前 置换液流速VI是否小于所述预加入置换液流速V0的机构；
所述当前置换液流速V1小于所述预加入置换液流速V0，则输出加速信号给 所述置换液泵6，且返回所述用于读取当前剩余置换液量UFO的机构；所述当前置换液流速VI等于所述预加入置换液流速VO，返回所述用于读取 当前剩余置换液量UFO的机构。
如附图6所示所述平衡控制电路4的内部还设置有废液泵控制装置，该
废液泵控制装置包括
用于启动废液泵控制的机构； 用于读取预备的脱水总量UF—total的机构；
用于读取预备的脱水时间SO的机构； 用于计算预备的脱水速度V0的机构；
在读取外部参数设置电路预置的UF—total和SO后，计算出V0= UF_total/
SO;
用于读取当前滤出废液量UF的机构； 用于获得当前已用置换液量UF1的机构； 用于计算当前脱水量U的机构；
在读取采样电路给出的UF，以及置换液泵控制装置给出的UF1后，计算出 U二UF-UF1;
用于统计当前脱水时间S的机构； 用于计算当前脱水速度V的机构； V=U/S;
用于判断所述当前脱水速度V是否大于所述预备的脱水速度VO的机构；
所述当前脱水速度v大于所述预备的脱水速度vo，则输出减速信号给所述
废液泵5，且返回所述用于读取当前滤出废液量UF的机构；
所述当前脱水速度v不大于所述预备的脱水速度vo，则判断所述当前脱水
速度V是否小于所述预备的脱水速度VO的机构；所述当前脱水速度v小于所述预备的脱水速度vo，则输出加速信号给所述
废液泵5，且返回所述用于读取当前滤出废液量UF的机构；
所述当前脱水速度V等于所述预备的脱水速度VO，返回所述用于读取当前 滤出废液量UF的机构。
利用总量计算，克服了累计误差，同时实现了对液体流量的动态平衡控制。
其工作原理如下
本发明安装于血液净化设备的液路系统中，废液称重传感器WS1和置换液 称重传感器WS2分别测出废液托盘la及置换液托盘2a内的液体总质量，生成 模拟信号，采样电路3将其转化为数字信号，并输送信号给平衡控制电路4，平 衡控制电路4判断，比较出当前总流量及平均流速与设定值的差异，动态控制 废液泵5及置换液泵6的转速，实现对脱水量和置换液流量的平衡控制。
1权利要求
1、一种血液净化用质量平衡系统，包括平衡控制电路(4)，该平衡控制电路(4)设置有输出端，分别连接废液回路中的废液泵(5)、以及置换液回路中的置换液泵(6)，其特征在于所述平衡控制电路(4)的输入端连接有采样电路(3)，该采样电路(3)设置有二路输入端，分别连接有废液称重台(1)和置换液称重台(2)；所述废液称重台(1)设置有废液称重传感器WS1，该称重传感器WS1上端放置有废液托盘(1a)，该废液托盘(1a)内放置有废液容器(1b)，所述废液容器(1b)连接所述废液回路的流出口；所述置换液称重台(2)设置有置换液称重传感器WS2，该置换液称重传感器WS2上端放置有置换液托盘(2a)，该置换液托盘(2a)内放置有置换液容器(2b)，所述置换液容器(2b)连接所述置换液回路的流入口；所述平衡控制电路(4)是一微控制器IC2，其内部设置有废液泵控制装置，该废液泵控制装置包括用于启动废液泵控制的机构；用于读取预备的脱水总量UF_total的机构；用于读取预备的脱水时间S0的机构；用于计算预备的脱水速度V0的机构；用于读取当前滤出废液量UF的机构；用于获得当前已用置换液量UF1的机构；用于计算当前脱水量U的机构；用于统计当前脱水时间S的机构；用于计算当前脱水速度V的机构；用于判断所述当前脱水速度V是否大于所述预备的脱水速度V0的机构；所述当前脱水速度V大于所述预备的脱水速度V0，则输出减速信号给所述废液泵(5)，且返回所述用于读取当前滤出废液量UF的机构；所述当前脱水速度V不大于所述预备的脱水速度V0，则判断所述当前脱水速度V是否小于所述预备的脱水速度V0的机构；所述当前脱水速度V小于所述预备的脱水速度V0，则输出加速信号给所述废液泵(5)，且返回所述用于读取当前滤出废液量UF的机构；所述当前脱水速度V等于所述预备的脱水速度V0，返回所述用于读取当前滤出废液量UF的机构。
2、 根据权利要求1所述的血液净化用质量平衡系统，其特征在于所述采样电路(3)是A/D转换芯片IC1，该A/D转换芯片IC1的第一路正输入AIN1+ 端、第一路负输入AIN1-端分别连接所述废液称重传感器WS1的二个输出端；所 述A/D转换芯片IC1的第二路正输入AIN2+端、第二路负输入AIN2-端分别连接 所述置换液称重传感器WS2的二个输出端；所述A/D转换芯片IC1的片选信号-CS端、时钟信号SCLK端、数字输入DIN 端、数字输出DOUT端和预备DRDY端分别连接所述平衡控制电路(4)的片选信 号端、时钟信号端、数字输出端、数字输入端和预备端。
3、 根据权利要求1所述的血液净化用质量平衡系统，其特征在于 所述平衡控制电路(4)的内部还设置有置换液泵控制装置，该置换液泵控制装置包括用于启动置换液泵控制的机构； 用于读取预加入置换液总量SUB一total的机构；用于读取预加入置换液时间SO'的机构； 用于计算预加入置换液流速VO'的机构； 用于读取当前剩余置换液量UFO的机构； 用于获得当前已用置换液量UF1的机构； 用于统计已用置换液量的加入时间S'的机构； 用于计算当前置换液流速V1的机构；用于判断所述当前置换液流速VI是否大于所述预加入置换液流速VO'的机构；所述当前置换液流速VI大于所述预加入置换液流速vo'，则输出减速信号 给所述置换液泵(6)，且返回所述用于读取当前剩余置换液量UFO的机构；所述当前置换液流速V1不大于所述预加入置换液流速V0'，则判断所述当前置换液流速V1是否小于所述预加入置换液流速VO'的机构；所述当前置换液流速V1小于所述预加入置换液流速V0'，则输出加速信号 给所述置换液泵(6)，且返回所述用于读取当前剩余置换液量UFO的机构；所述当前置换液流速VI等于所述预加入置换液流速VO'，返回所述用于读
全文摘要
一种血液净化用质量平衡系统，包括平衡控制电路(4)，该平衡控制电路(4)设置有输出端，分别连接废液泵(5)、置换液泵(6)，其特征在于平衡控制电路(4)的输入端连接有采样电路(3)，该采样电路(3)连接有废液称重传感器WS1，置换液称重传感器WS2。本发明的显著效果是能够对流量累计值进行检测，检测出累计误差，消除其对系统平衡的影响，利用总量计算，克服了累计误差，同时实现了对液体流量的动态平衡控制。
文档编号A61M1/14GK101502682SQ200910002489
公开日2009年8月12日 申请日期2006年8月25日 优先权日2006年8月25日
发明者亮 文, 李昔华, 陈香美, 高光勇 申请人:重庆山外山科技有限公司