循环液溶解质浓度的增补算法、装置及便携式人工肾的制作方法

1.本发明涉及医疗设备领域，尤其是一种循环液溶解质浓度的增补算法、装置及便携式人工肾。


背景技术：

2.腹膜透析是治疗终末期肾脏病患者的主要治疗方式之一，它主要是利用人体腹膜作为半透膜，清除体内过多水分、代谢产物和毒素，达到血液净化、替代肾脏功能的目的。
3.目前比较广泛应用的腹膜透析治疗方式具有“居家治疗、院内管理”、节约医疗资源等诸多优势，但是患者通常需要每天早、中、晚各治疗一次，严重限制了患者的自由，无法回归社会，导致家庭负担较重。且患者治疗所用腹膜透析液规格较为单一，无法满足患者多样复杂的治疗需求，更不能实时调整处方，导致透析治疗充分性无法得到更加有效的保障。此外治疗过程中需要使用大量的透析液，对环境的清洁程度也有较高要求。
4.便携式人工肾将设备与人结合在一起，不受时间、地点的限制，治疗简易轻便，更可实现处方实时调整，更好的保证治疗效果，可满足患者出差、旅行等日常需求，使患者的生理、心理状态都能得到极大改善，是肾脏替代设备的发展方向。
5.进一步的，采用腹膜透析原理的便携式人工肾系统中重要的环节之一是实现透析用液的循环使用，从腹腔引流出的废液经过毒素清除装置去除部分毒素，同时保留部分可重复利用的溶解质后得到水溶液，并适量添加葡萄糖、氯化钠、氯化钙、氯化镁等溶解质，再次配置成可注入人体腹腔内进行透析的新透析用液，这一过程称为循环液的配置。若配置的循环液中溶解质的浓度不准确，将影响患者的透析治疗效果，甚至对患者造成一定的伤害。
6.因此，在循环液配置过程中，通过对循环液中的溶解质进行高精度增补，提高循环液的浓度配置准确度，能够有效保证患者治疗效果及安全性，具有显著的经济和社会效益。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种循环液溶解质浓度的增补算法、装置及便携式人工肾。
8.实现本发明目的的技术方案为：
9.一种循环液溶解质浓度的增补算法，用于便携式人工肾循环系统中，在循环液配置阶段，包含固体溶解质和纯水的混合添加及液体溶解质浓缩液和纯水的混合添加。
10.针对固体溶解质和纯水的混合添加，包括以下步骤：
11.步骤1：读取循环液需配置量v
set
，循环液溶解质浓度ω
set
；
12.步骤2：读取溶解质微量传感器测得初始液体中溶解质浓度，并进行非线性补偿后得到浓度值ωf；
13.步骤3：通过高精度流量传感器获取进入配置装置中的初始液体量v1；
14.步骤4：计算液体内溶解质含量m1＝ωf*v1；
15.步骤5：计算需补充纯水量v
水
＝v
set-v1；
16.步骤6：纯水补充，并通过流量传感器获取纯水补充的实际液体量v2；
17.步骤7：实际配置循环液总液体量为v
总
＝v1+v2；
18.步骤8：计算需配置的循环液中溶解质总量m
总
＝ω
set
*v
总
；
19.步骤9：计算溶解质需补充量m
补
＝m
总-m1；
20.步骤10：溶解质补充，完成循环液配置，测得非线性补偿后的溶解质浓度为ω
new
；
21.步骤11：计算判断与可接受溶解质浓度误差σ：
22.1)若则步骤14；
23.2)若则步骤12；则溶解质浓度ω
new
过高，
24.3)若则步骤13；则溶解质浓度ω
new
过低，
25.步骤12：溶解质浓度ω
new
过高，加纯水稀释，计算加水量
26.进行纯水补充，v
总
＝v
总
+v
补
，进行步骤10；
27.步骤13：溶解质浓度ω
new
过低，需继续溶解质增补操作，计算溶解质增补量
28.m'
补
＝(ω
set-ω
new
)*v
总
，进行步骤10；
29.步骤14：循环液配置完成。
30.针对液体溶解质浓缩液和纯水的混合添加，包括以下步骤：
31.步骤1：读取循环液需配置量v
set
，循环液溶解质浓度ω
set
；
32.步骤2：读取溶解质微量传感器测得初始液体中溶解质浓度，并进行非线性补偿后得到浓度值ωf；
33.步骤3：通过高精度流量传感器获取进入配置装置中的初始液体量v1；
34.步骤4：计算液体内溶解质含量m1＝ωf*v1；
35.步骤5：计算溶解质需补充量m
补
＝v
set
*ω
set-m1；
36.步骤6：液体溶解质浓缩液浓度ω
con
，计算所需溶解质浓缩液补充量
[0037]vcon
＝m
补
/ω
con
，进行液体浓度液补充，并通过流量传感器获取溶解质浓缩液补充的实际液体量v2；
[0038]
步骤7：计算需补充纯水量v
水
＝v
set-v
1-v2；
[0039]
步骤8：纯水补充，并通过流量传感器获取实际补充的纯水量v3；
[0040]
步骤9：计算实际总补充量v
总
＝v1+v2+v3；
[0041]
步骤10：液体溶解质浓缩液和纯水混合添加完成，测得非线性补偿后的溶解质浓度为ω
new
；
[0042]
步骤11：计算判断与可接受溶解质浓度误差σ：
[0043]
1)若则步骤14；
[0044]
2)若则步骤11；则溶解质浓度ω
new
过高，
[0045]
3)若则步骤13；则溶解质浓度ω
new
过低，
[0046]
步骤12：溶解质浓度ω
new
过高，加纯水稀释，计算加水量
[0047]
进行纯水补充，v
′
总
＝v
总
+v
补水
，进行步骤10；
[0048]
步骤13：溶解质浓度ω
new
过低，需继续溶解质增补操作，计算溶解质增补量
[0049]
进行步骤10；
[0050]
步骤14：循环液配置完成。
[0051]
上述两种分别针对固体溶解质和纯水的混合添加及液体溶解质浓缩液和纯水的混合添加，可接受的溶解质浓度误差σ小于
±
0.2％。
[0052]
相应的，本发明还提供一种循环液溶解质浓度的高精度增补装置，用于便携式人工肾循环系统中，其在循环液配置阶段，包含固体元素和纯水的混合添加及液体浓缩液和纯水的混合添加。
[0053]
相应的，本发明还提供一种便携式人工肾，其在循环液配置阶段，包含固体元素和纯水的混合添加及液体浓缩液和纯水的混合添加，并至少进一步包含前述的循环液溶解质浓度的高精度增补装置。
[0054]
本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明实现一种循环液溶解质浓度的增补算法、装置及便携式人工肾，在循环液配置阶段，包含固体溶解质和纯水的混合添加及液体溶解质浓缩液和纯水的混合添加，具有更好的循环液溶解质浓度增补效果，提高治疗的安全性。
附图说明
[0055]
图1为本发明提供的一种便携式人工肾的一个实施例结构示意图。
[0056]
图2为本发明提供的循环液溶解质浓度的高精度增补装置的示意图。
[0057]
图3为本发明提供的循环液溶解质浓度的高精度增补装置一个实施例的结构示意图。
[0058]
图4为本发明提供的循环液溶解质浓度的增补算法一个实施例的流程图。
[0059]
图5为本发明提供的循环液溶解质浓度的增补算法另一个实施例的流程图。
具体实施方式
[0060]
下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。
[0061]
如图1所示，是本发明提供的一种便携式人工肾的一个实施例结构示意图，在该实施例中，该便携式人工肾包括：
[0062]
一便携式人工肾1，以及用于与患者9连接的导管7、导管8，人工肾通过导管7将透析废液从患者腹腔中引出，经处理后得到新鲜透析液(循环液)，并通过导管8注入患者腹腔。
[0063]
其中，在该实施例中，人工肾1可主要包含有主控器2、泵3、阀4、毒素去除装置5和溶解质高精度增补装置6。
[0064]
具体的，该泵3用于输送流体，主要与通过导管7将透析废液从患者腹腔中引出，并通过导管8将处理后的新鲜透析液输送至患者腹腔。
[0065]
该阀4用于控制流体通道的开合，配合泵在输送流体的时候控制导管7和导管8通道的打开或关闭。
[0066]
毒素去除装置5用于将透析废液中的有毒有害物质进行清除，同时保留可重复利用的部分溶解质。
[0067]
溶解质高精度增补装置6用于对循环液中所需溶解质进行适量补充，重新配置成循环液。
[0068]
主控器2用于控制人工肾的其他部件，可实现透析废液的引流、循环液溶解质增补及新循环液的注入等功能。
[0069]
如图3所示，为本发明提供的一种循环液溶解质高精度增补装置的一个实施例结构示意图，在该实施例中，该增补装置包括：
[0070]
第一运动执行机构10、第二运动执行机构11、第一注射器12、第二注射器13、配制袋14、纯水存储袋15、流量传感器16、两通电磁阀17、第一分支管路181、第二分支管路182、第三分支管路183和第四分支管路184；第一运动执行机构10包含第一电机19、第一联轴器20、第一轴承21、第一丝杆22、第一滑块23和第一固定座24，第一电机19固定在第一固定座24，第一联轴器20固定于第一固定座24并连接第一电机19输出轴和第一丝杆22，第一轴承21外圈固定在第一固定座24、内圈固定在第一丝杆22末端，第一滑块23通过内部螺纹连接在第一丝杆22上、外部与第一固定座24接触连接，当第一电机19带动第一丝杆22旋转运动时，第一滑块23由于第一固定座24的接触连接限制沿着第一丝杆22方向前后运动；第二运动执行机构11包含第二电机25、第二联轴器26、第二轴承27、第二丝杆28、第二滑块29和第二固定座30，第二电机25固定在第二固定座30，第二联轴器26固定于第二固定座30并连接第二电机25输出轴和第二丝杆28，第二轴承27外圈固定在第二固定座30、内圈固定在第二丝杆28末端，第二滑块29通过内部螺纹连接在第二丝杆28上、外部与第二固定座30接触连接，当第二电机25带动第二丝杆28旋转运动时，第二滑块29由于第二固定座30的接触连接限制沿着第二丝杆28方向前后运动；第一运动执行机构10与第二运动执行机构11成90
°
方向，第一固定座24和第二滑块29固定连接，当第二电机25旋转运动时，第二滑块29带动第一固定座24上下运动，从而控制第一滑块23内部凹陷结构选择与第一注射器12或第二注射器13尾部推杆连接；第一滑块23通过内部凹陷结构与第一注射器12、第二注射器13的尾部推杆连接，第一运动执行机构10通过控制第一滑块23前后运动推动第一注射器12和第二注射器13尾部推杆，从而控制第一注射器12和第二注射器13中物质的注射；第一注射器12内部存储固态溶解质，通过第一分支管路181与配制袋14连接；第二注射器13内部存储液态溶解质浓缩液，通过第二分支管路182与配制袋14连接；第一注射器12与配制袋14之间连接的第一分支管路181上固定有第一单向阀31，第二注射器13与配制袋14之间连接的第二分支管路182上固定有第二单向阀32；纯水存储袋15通过第三分支管路183与配制袋14连接，连接纯水存储袋15与配制袋14的第三分支管路183上固定有两通电磁阀17；第四分支管路184与配制袋14连接处固定有流量传感器16。
[0071]
增补装置通过流量传感器16获取进入配制袋14的溶剂量，人工肾系统根据目标溶液中溶解质浓度计算出所需增补的固态溶解质或液态溶解质浓缩液的剂量，该增补装置通过控制第一电机19和第二电机20的运动来实现将第一注射器12和第二注射器13中的溶解质注入配制袋14。
[0072]
图4和图5分别为本发明提供的一种循环液溶解质高精度增补算法的两个实施例的详细流程图。
[0073]
例如：
[0074]
针对固体溶解质和纯水的混合添加，第一次循环液配置阶段：
[0075]
1)设定需配置循环液2000ml，溶解质浓度为2.5％；
[0076]
2)经过毒素清除的液体中留存的有益的溶解质浓度为1.53％，非线性补偿后浓度为1.55％；
[0077]
3)通过高精度流量传感器获取进入配置装置中的初始液体量为1800ml；
[0078]
4)计算液体里残余溶解质量为1.55％*1800＝27.9；
[0079]
5)计算需补充纯水量为：2000-1800＝200ml；
[0080]
6)纯水补充，并通过流量传感器获取纯水补充的实际液体量为197ml；
[0081]
7)计算循环液配置装置中总液体量：1800+197＝1997ml；
[0082]
8)计算循环液里需含溶解质总量：1997*2.5％＝49.925；
[0083]
9)计算需增补溶解质量：49.925-27.9＝22.025；
[0084]
10)往循环液里进行溶解质增补操作，循环液配置；
[0085]
11)获取配置完成的循环液溶解质浓度为2.55％，符合在可接受浓度误差σ＝
±
0.2％范围内的要求，循环液配置完成。
[0086]
针对固体溶解质和纯水的混合添加，第二次循环液配置阶段：
[0087]
1)设定需配置循环液2000ml，溶解质浓度为2.5％；
[0088]
2)经过毒素清除的液体中留存的有益的溶解质浓度为1.61％，非线性补偿后浓度为1.59％；
[0089]
3)通过高精度流量传感器获取进入配置装置中的初始液体量为1750ml，
[0090]
4)计算液体里残余溶解质量为1.59％*1750＝27.825；
[0091]
5)计算需补充纯水量为：2000-1750＝250ml；
[0092]
6)纯水补充，并通过流量传感器获取纯水补充的实际液体量为246ml；
[0093]
7)计算循环液配置装置中总液体量：1750+246＝1996ml；
[0094]
8)计算循环液里需含溶解质总量：1996*2.5％＝49.9；
[0095]
9)计算需增补溶解质量：49.9-27.825＝22.075；
[0096]
10)往循环液里进行溶解质增补操作，循环液配置；
[0097]
11)获取配置完成的循环液溶解质浓度为2.15％，不符合在可接受浓度误差σ＝
±
0.2％的范围内，继续循环液配置；
[0098]
12)继续增补溶解质，增补量为6.986；
[0099]
13)获取配置完成的循环液溶解质浓度为2.52％，符合在可接受浓度误差σ＝
±
0.2％范围内的要求，循环液配置完成。
[0100]
针对液体溶解质浓缩液和纯水的混合添加，第一次循环液配置阶段：
[0101]
1)设定需配置循环液2000ml，溶解质浓度为2.5％；
[0102]
2)经过毒素清除的液体中留存的有益的溶解质浓度为1.54％，非线性补偿后浓度为1.55％；
[0103]
3)通过高精度流量传感器获取进入配置装置中的初始液体量为1500ml；
[0104]
4)计算液体里残余溶解质量为1.55％*1500＝23.25；
[0105]
5)计算溶解质需补充量2000*2.5％-23.25＝26.75；
[0106]
6)液体溶解质浓缩液浓度为80％，计算所需溶解质浓缩液补充量26.75/80％＝33.4375，液体浓度液补充，并通过流量传感器获取溶解质浓缩液补充的实际液体量33.5；
[0107]
7)计算需补充纯水量2000-1500-33.5＝466.5；
[0108]
8)纯水补充，并通过流量传感器获取实际补充的纯水量为466ml
[0109]
9)计算实际总补充量1500+33.5+466＝1999.5；
[0110]
10)液体溶解质浓缩液和纯水混合添加完成，测得非线性补偿后的溶解质浓度为2.51％，符合在可接受浓度误差σ＝
±
0.2％范围内的要求，循环液配置完成。
[0111]
针对液体溶解质浓缩液和纯水的混合添加，第二次循环液配置阶段：
[0112]
1)设定需配置循环液2000ml，溶解质浓度为2.5％；
[0113]
2)经过毒素清除的液体中留存的可继续利用的溶解质浓度为1.61％，非线性补偿后浓度为1.60％；
[0114]
3)通过高精度流量传感器获取进入配置装置中的初始液体量为1500ml；
[0115]
4)计算液体里残余溶解质量为1.6％*1500＝24；
[0116]
5)计算溶解质需补充量2000*2.5％-24＝26；
[0117]
6)液体溶解质浓缩液浓度为80％，计算所需溶解质浓缩液补充量26/80％＝32.5，液体浓度液补充，并通过流量传感器获取溶解质浓缩液补充的实际液体量26；
[0118]
7)计算需补充纯水量2000-1500-30＝470；
[0119]
8)纯水补充，并通过流量传感器获取实际补充的纯水量为465ml
[0120]
9)计算实际总补充量1500+30+465＝1995；
[0121]
10)液体溶解质浓缩液和纯水混合添加完成，测得非线性补偿后的溶解质浓度为2.25％，溶解质浓度过低；
[0122]
11)需继续溶解质增补操作，计算所需液体溶解质浓缩液增补量
[0123]
11)液体溶解质浓缩液增补完成，测得非线性补偿后的溶解质浓度为2.48％，符合可接受浓度误差σ＝
±
0.2％范围内的要求，循环液配置完成。