用于医用灌注泵的恒温控制加热装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于医用灌注泵的恒温控制加热装置，包括壳体和位于壳体中的液体袋，其中壳体内设置有平行布置并且相互隔开的第一金属板和第二金属板，其中第一金属板和第二金属板在壳体中限定加热腔；第一加热丝和第二加热丝，第一加热丝和第二加热丝均形成回环弯折平面体构型，其中液体袋位于加热腔中，并且具有回环弯折液体流路。本发明通过平行布置并且相互隔开的金属板设计、以及形成回环弯折平面体构型的加热丝和液体袋设计以加快灌注液热量的吸收；还通过在设置多处温度传感器并通过温度控制单元进行宏观和微观调控来实现灌注液温度的精确控制，以达到温度提升速度快、过冲小、静态误差小的效果。
【专利说明】用于医用灌注泵的恒温控制加热装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及医用设备领域，特别涉及一种医用灌注泵用加热设备。
【背景技术】
[0002]在实施临床外科手术过程中，会有一些诸如烟雾、被切除的组织、渗血、渗液等污染物、附着物产生以及局部高温的情况出现，就需要在手术过程中用溶液对手术部位进行实时清洗，因而医用灌注泵被应用于临床外科手术中，这种医用灌注泵对灌注液的温度、压力、流速具有很高的要求。目前广泛使用的医用灌注泵，一方面大多没有加热装置，需要时只是将提前加热好的液体进行灌注，这会使得进入患者体内的灌注液的温度难以控制，同时当进入患者体内灌注液的温度低于安全值范围时,大量的灌注液冲洗会带走患者身体热量引起患者体温过低，导致手术中患者体温下降或术后患者低体温所引起的并发症。例如申请号为200420044633.4、名称为“医用灌注泵”的中国实用新型专利即公开了这种流量可控但温度不可控的医用灌注设备。二来没有压力、流速控制装置，无法对冲洗液进行精确的流速控制和压力控制，使手术过程中的冲洗操作控制颇为费时费力，严重影响手术的进程。
[0003]为解决恒温控制这一问题，例如申请号为201020135532.3、名称为“温控医用灌注泵”的中国实用新型专利公开了一种外科手术用的温控医用灌注泵，通过对加热器的加热同时对蠕动泵的流量进行控制解决灌注液低于人体温度的缺陷，保证灌注液体温度为人体温度。申请号为200810106317.8、名称为“自控医用灌注泵及其控制方法”的中国发明专利公开了一种医用灌注泵及用其对灌注液进行温度控制的电路。这两种技术方案或许可以实现对灌注液的温度控制，但结构都较为复杂，对温度变化速度、过冲量控制等问题都未涉及。
[0004]为解决流速、压力控制问题，例如申请号为02249349.2、名称为“医用冲洗设备”的中国实用新型专利公开了一种通过气体腔压出储液的冲洗器，能够自动供液、恒压冲洗，但是通过储液罐提供冲洗液，故只适用于泌尿外科微创手术、膀胱冲洗等用液量不大的手术，对需要持续不停冲洗且需液量大的手术便不能适用，且本实用新型亦不可对压力和流速实现精确化控制；例如200420009239.7、名称为“医用冲洗器”的中国实用新型专利也公开了一医用冲洗设备，其控制流速和压力是通过流量开关设置的，并在前端配以喷水嘴以控制流水的形状，这种设备只能进行简单的手术冲洗，对精确化要求高的手术便不再适用。
【发明内容】
[0005]本发明欲解决以上恒温控制的问题，提供一种结构简单、使用方便的对医用灌注泵输出的灌注液进行恒温控制的加热装置，该装置能够更好地控制灌注泵最终的出水温度，具有温度提升速度快、过冲小、静态误差小等特点。具体技术方案如下:
[0006]一种用于医用灌注泵的恒温控制加热装置，包括壳体和位于壳体中的液体袋，其中壳体内设置有:
[0007]平行布置并且相互隔开的第一金属板和第二金属板，其中第一金属板和第二金属板在壳体中限定加热腔；
[0008]第一加热丝和第二加热丝，第一加热丝和第二加热丝均形成回环弯折平面体构型，分别位于第一金属板和第二金属板外侧并与之平行隔开；以及第一隔热层和第二隔热层，分别位于第一加热丝和第二加热丝外侧并与之平行隔开，其中液体袋位于加热腔中，并且具有回环弯折液体流路。
[0009]第一金属板和第二金属板接收第一加热丝和第二加热丝产生的热量加热，使得第一加热丝和第二加热丝产生的热量能够更加均匀地分布，从而使液体袋能够均匀加热。第一加热丝和第二加热丝这种回环弯折平面体构型可以最大限度增加加热丝的长度，增加第一金属板和第二金属板的受热面积，有利于快速提升温度。液体袋用于装载灌注液，为软质材料制作，呈回环弯折液体流路设置以增加灌注液在加热腔内的加热时间，有利于液体袋里的灌注液充分快速吸收热量，提升加热速度；此外，液体袋将灌注液与加热装置隔离，可以避免加热装置污染灌注液。加热装置内的对称的发热结构可以使液体袋上下两面同时受热，提升加温速度。第一隔热层和第二隔热层用于将第一加热丝和第二加热丝产生的热量与壳体隔绝，以减少热量的散失。
[0010]其中液体袋具有进液口和出液口，进液口处设置有进液口温度传感器，出液口处设置有出液口温度传感器，并且加热腔中部也设置有加热腔温度传感器。进液口温度传感器、出液口温度传感器、加热腔温度传感器用于对灌注液的温度进行实时监测；这种监测方式可以监测到灌注液进、出加热腔的温度，通过温度控制单元计算进出水的温度差，根据进入加热腔的流量大小，可以得到灌注液加热所需要的热量；根据该所需热量、灌注液流经加热腔的流量大小、比热容等数据，可以计算出加热丝的实时加热功率。现有技术中，一般温度监控设备都没有监控加热腔的内部温度，直接通过灌注液出入加热腔的温差就可以计算出加热丝的加热功率，这种加热方式因加热丝的热量散失和传热阻隔效率会有所降低，导致液体袋实际吸收的热量比计算得到的要小，温度控制不够精确，出现静态误差大的问题。监控加热腔内中部的温度，一来可以得到与液体袋最为接近处的传热温度，可认为是液体袋的表面温度，此处测量的温度值可以准确的计算液体袋实际正在吸收的热量；二来精确测量并计算灌注液仅在加热腔内加热所需的热量，可以实现加热丝的发热功率的微调，从而精确的控制加热丝的加热功率，达到减小误差，解决静态误差大的问题。
[0011]本加热装置还包括温度控制单元，分别接收来自进液口温度传感器、出液口温度传感器和加热腔温度传感器的温度信号，并根据所接收的温度信号，控制第一加热丝和第二加热丝的加热功率，以使来自出液口温度传感器的温度信号保持为预设值。
[0012]进一步的，进液口外接有进入导管接头，用于连接与液体源连通的进入导管；出液口外接有排出导管接头，用于连接将已加热液体排出的排出导管。进入导管接头和排出导管接头内径不变，两端外径逐渐增大，进液口一端与进入导管、出液口一端与排出导管都形成过盈配合，且接头外表面经过磨砂处理。这样既可以保持灌注液流动状态不变，又可以保证连接的密封性。
[0013]进一步的,其中第一金属板和第二金属板间隔3?5mm。间隙设置成3?5mm是为了减少热量传输的损失，尽可能的将热量全部传输到液体袋上，避免误差，达到静态误差小的技术效果。试验中5mm为效果最佳。
[0014]进一步的，其中液体袋中的液体流路的横截面面积不大于19.6mm2。在此横截面为此数据时液体流路的直径即为5mm。
[0015]进一步的，其中液体袋中的液体流路的总长不小于2.84m。这种长度的液体流路才足以保证加热丝对液体袋内的灌注液充分加热。
[0016]同时，壳体为长方体。隔热层、加热丝和金属板之间紧密结合。这种紧密结构同样有利于减少热量传输的损失。
[0017]进入导管接头和排出导管接头用304不锈钢材料制成。304不锈钢钢材具有优异的导热性能和耐化学腐蚀性。为了尽量精确测量流经接头的灌注液的温度，减少误差，接头材料的导热性也是十分关键的。
[0018]此外、温度传感器为PT100型钼热电阻温度传感器。PT100型钼热电阻温度传感器有利于准确测量灌注液的温度，减少误差。
[0019]本加热装置是通过以下控制方法控制温度的，具体步骤包括
[0020]I)设定的灌注液输出温度为Tset ；
[0021]2)温度宏观控制:在某个特定时刻，温度控制单元根据灌注液入口处的温度Tin与设定值Tset之间的差值，以及测量得到的加热腔温度Tmid与设定值Tset之间的差值，确定加热腔在该时刻应该得到的温度Tmid’，温度控制单元向第一加热丝和第二加热丝输出控制信号C，来促使加热腔温度Tmid逐渐靠近Tmid’ ；
[0022]3)温度微观控制:温度控制单元根据灌注液出口处的温度值Tout与设定温度Tset之间的差值，在控制信号C的基础上输出修正控制信号C’，直至灌注液的输出温度为设定温度Tset。
[0023]其中，Tin为灌注液入口处测量的温度，Tout为灌注液出口处测量的温度，Tmid为实时监测到的加热腔温度，C为温度控制单元输出的控制信号，C’为温度控制单元输出的修正控制信号。
[0024]这种温度控制方法通过宏观控制可以实现温度的快速上升；通过微观控制的微调，可以实现输出灌注液的温度过冲小、静态误差小的效果，最终使得输出水的温度平稳的在设定温度。
[0025]其中，温度控制单元是通过控制与第一加热丝、第二加热丝相连的继电器的通断频率来控制加热腔的加热功率。通过通断频率控制加热功率可以使加热丝的发热状态更加平滑，防止温度变化过冲过大。
[0026]本发明加热装置通过平行布置并且相互隔开的第一金属板和第二金属板设计、以及形成回环弯折平面体构型的加热丝和液体袋设计以加快灌注液热量的吸收，提高温度提升速率；本发明方法通过在进/出水口及金属板上设置温度传感器并通过温度控制单元进行宏观和微观调控来实现灌注液温度的精确控制，以达到温度提升速度快、过冲小、静态误差小的效果。
[0027]本发明还提供一种医用灌注式冲洗器以解决灌注冲洗过程中水压、流速控制等缺陷问题，具体技术方案如下:
[0028]一种医用灌注式冲洗器，包括微处理模块、蠕动泵和与蠕动泵连接的传动装置，微处理模块连接蠕动泵并设定蠕动泵输出灌注液(或冲洗液)的压力和流速；蠕动泵输出的不同压力和流速的灌注液由传动装置排出；以及
[0029]与微处理模块连接的键盘模块、显示模块、传感器模块、报警模块；[0030]键盘模块用于向微处理模块输入控制信号以设定蠕动泵输出的灌注液的温度、压力和流速；
[0031]显示模块用于接收并显示微处理模块发出的由蠕动泵输出的灌注液的温度、压力和流速参数；
[0032]传感器模块包括温度传感器、压力传感器和流速传感器，分别用于检测灌注液的输出时的温度、压力和流速，并将检测到的信号传送至微处理模块；
[0033]报警模块用于接收当输出的灌注液温度、压力超出预警值时微处理模块发出的警示信号并发出光或(和)声音信号。
[0034]还包括如前文所述的加热装置和温度控制单元，温度控制单元连接微处理模块，并接收来自传感器模块发出的温度信号，并将所接收的温度信号反馈给微处理模块，微处理模块根据设定的温度值向温度控制单元发出控制信号控制加热装置的加热功率使输出的灌注液的温度信号保持为预设值，同时通过蠕动泵输出。
[0035]压力传感器和流速传感器均位于蠕动泵的出水口处，可以实时的对冲洗液的实际出液压力P和实际出液流速V进行检测，检测的值上传给微处理器模块，微处理器模块将P和V的值与设定值相比较，从而实时通过闭环控制蠕动泵，保证了实际出液压力和实际出液流速均为设定值，保证了恒定出液压力和恒定出液流速；
[0036]键盘模块、显示模块、传感器模块、报警模块、加热装置及蠕动泵通过向微处理模块发送和接收信号实现信息的交互。
[0037]温度传感器如前文所述的设置在加热腔内加热的液体袋的进水口、出水口及加热腔内，并为PTioo型钼热电阻温度传感器。
[0038]压力传感器和流速传感器设置在冲洗器导管管壁处，压力传感器用于检测冲洗器导管管壁的压力P (rnmHg);流速传感器用于检测冲洗器导管中流过的灌注液流速V (ml/min)。
[0039]还包括电源模块，用于给冲洗器各模块提供电力。
[0040]优选地，键盘模块包括矩阵键盘和冲洗开关，矩阵键盘向微处理器模块输入出液压力、出液流速调节信号，以设定蠕动泵的出液压力、出液流速；冲洗开关向微处理器模块输入开关信号以控制蠕动泵的开关。
[0041]优选地，矩阵键盘为2*2的矩阵键盘，包括流速功能按键、流速选择按键、压力功能按键和压力选择按键；流速功能按键、压力功能按键用于向微处理器模块输入出液流速、出液压力调节信号；流速选择按键、压力选择按键用于向微处理器模块输入初始出液流速、初始出液压力信号。
[0042]显示模块可以为例如IXD显示屏，用于显示冲洗器的控制参数，如流入冲洗器的灌注液的温度Tin (°C)，流出冲洗器的灌注液的温度Tout (°C)，灌注液的实际流速V (ml/min)以及冲洗器导管壁的压力P (mmHg)。
[0043]优选地，报警模块可以包括例如蜂鸣器和发光二极管，用于当冲洗器导管管壁压力过大或冲洗液温度过高时，由蜂鸣器发出声音报警和通过发光二极管发出光线报警。
[0044]优选地，微处理模块可以为例如Atmel公司生产的AVR ATmega32型单片机；
[0045]优选地，流速传感器为电磁式流速传感器。
[0046]优选地，初始出液流速可以设定为例如200ml/min或400ml/min。[0047]优选地，初始出液压力可以设定为例如100mmHg、200mmHg、300mmHg或400mmHg。在不同的手术中或对不同的部位组织进行冲洗操作时，所需要的冲洗液压力、流速均有很大的区别，两档流速设置和四档压力之间共有8种组合，通过调节它们之间的组合方式，使得本发明可以适用于多种手术以及多个部位组织的冲洗。本发明用于医用灌注泵的冲洗器通过微处理模块处理交互传送的信息、控制蠕动泵输出流速、压力恒定的灌注液，并设置温度控制单元，使加热装置可以输出温度恒定的灌注液，同时具备较好的人机交互效果及具有温度、压力检测和过温过冲报警功能。该装置能够组合设置多组不同的水压和流速，并结合恒温控制的加热装置，使冲洗流速达到恒压、恒速、恒温的要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0048]图1是本发明可用于医用灌注泵的恒温控制加热装置的结构示意图；
[0049]图2是本发明可用于医用灌注泵的恒温控制加热装置的加热腔的结构示意图；
[0050]图3是本发明可用于医用灌注泵的恒温控制加热装置的加热丝的结构示意图；
[0051]图4是本发明用于医用灌注泵的冲洗器的功能模块结构示意图；
[0052]图5是本发明用于医用灌注泵的冲洗器一个实施例的结构示意图；
[0053]图6是本发明用于医用灌注泵的冲洗器一个实施例的压力、流速控制流程示意图；
[0054]图7是本发明用于医用灌注泵的冲洗器一个实施例的温度控制流程图。
【具体实施方式】
[0055]下面结合实施例并参照附图对本发明做进一步描述。
[0056]如图1?3所述:本发明的用于医用灌注泵的恒温控制加热装置，包括壳体9和位于壳体9中的液体袋I，其中壳体9内设置有:
[0057]平行布置并且相互隔开的第一金属板121和第二金属板122,其中第一金属板121和第二金属板122在壳体9中限定加热腔2 ；
[0058]第一加热丝111和第二加热丝112，第一加热丝111和第二加热丝112均形成回环弯折平面体构型，分别位于第一金属板121和第二金属板122外侧并与之平行隔开；以及第一隔热层101和第二隔热层102，分别位于第一加热丝111和第二加热丝112外侧并与之平行隔开，其中液体袋I位于加热腔2中，并且具有回环弯折液体流路。
[0059]第一金属板121和第二金属板122接收第一加热丝111和第二加热丝112产生的热量加热，使得第一加热丝111和第二加热丝112产生的热量能够更加均匀地分布，从而使液体袋I能够均匀加热。第一加热丝111和第二加热丝112这种回环弯折平面体构型可以最大限度增加加热丝的长度，增加第一金属板121和第二金属板122的受热面积，有利于快速提升温度。液体袋I用于装载灌注液，为软质材料制作，呈回环弯折液体流路设置以增加灌注液在加热腔2内的加热时间，有利于液体袋I里的灌注液充分快速吸收热量，提升加热速度；此外，液体袋I将灌注液与加热腔2隔离，可以避免加热腔2污染灌注液。加热腔2内的对称的第一金属板121和第二金属板122结构可以使液体袋I上下两面同时受热，提升加温速度。第一隔热层101和第二隔热层102用于将第一加热丝111和第二加热丝112产生的热量与壳体9隔绝，以减少热量的散失。[0060]其中液体袋I具有进液口 31和出液口 32，进液口 31处设置有进液口温度传感器61，出液口 32处设置有出液口温度传感器62，并且加热腔2中部也设置有加热腔温度传感器7。进液口温度传感器61、出液口温度传感器62、加热腔温度传感器7用于对灌注液的温度进行实时监测；这种监测方式可以监测到灌注液进、出加热腔2的温度，通过温度控制单元148计算进出水的温度差，根据进入加热腔2的流量大小，可以得到灌注液加热所需要的热量；根据该所需热量、灌注液流经加热腔2的流量大小、比热容等数据，可以计算出第一加热丝111和第二加热丝112的实时加热功率。现有技术中，一般温度监控设备都没有监控加热腔2的内部温度，直接通过灌注液出入加热腔2的温差就可以计算出加热丝的加热功率，这种加热方式因加热丝的热量散失和传热阻隔效率会有所降低，导致液体袋I实际吸收的热量比计算得到的要小，温度控制不够精确，出现静态误差大的问题。监控加热腔2内上的温度，一来可以得到与液体袋I最为接近处的传热温度，可认为是液体袋I的表面温度，此处测量的温度值可以准确的计算液体袋I实际正在吸收的热量；二来精确测量并计算灌注液仅在加热腔2内加热所需的热量，可以实现第一加热丝111和第二加热丝112的发热功率的微调，从而精确的控制第一加热丝111和第二加热丝112的加热功率，达到减小误差，解决静态误差大的问题。
[0061]本加热装置还包括温度控制单元148，分别接收来自进液口温度传感器61、出液口温度传感器62和加热腔温度传感器7的温度信号，并根据所接收的温度信号，控制第一加热丝111和第二加热丝112的加热功率，以使来自出液口温度传感器62的温度信号保持为预设值。温度控制单元148是通过控制与第一加热丝111和第二加热丝112的继电器13的通断频率来控制第一加热丝111和第二加热丝112的加热功率的。
[0062]进液口 31外接有进入导管接头51，用于连接与液体源连通的进入导管；出液口 32外接有排出导管接头52，用于连接将已加热液体排出的排出导管。进入导管接头51和排出导管接头52内径不变，两端外径逐渐增大，进液口 31 —端与进入导管接头51、出液口 32一端与排出导管接头52都形成过盈配合，且进入导管接头51和排出导管接头52外表面经过磨砂处理。这样既可以保持灌注液流动状态不变，又可以保证连接的密封性。进液口温度传感器61设置在进入导管接头51上，出液口温度传感器62设置在排出导管接头52上。
[0063]第一金属板121和第二金属板122间隔H为3?5_。间隙H设置成3?5_是为了减少热量传输的损失，尽可能的将热量全部传输到液体袋I上，避免误差，达到静态误差小的技术效果。试验中5mm为效果最佳。
[0064]其中液体袋I中的液体流路的横截面面积不大于19.6mm2。在此横截面要求下，液体流路的直径不超过5mm。
[0065]其中液体袋I中的液体流路的总长不小于2.84m。这种长度的液体流路才足以保证第一加热丝111和第二加热丝112对液体袋I内的灌注液充分加温。
[0066]同时，壳体9为长方体。
[0067]进入导管接头51和排出导管接头52用304不锈钢材料制成。304不锈钢钢材具有优异的导热性能和耐化学腐蚀性。为了尽量精确测量流经进入导管接头51和排出导管接头52的灌注液的温度，减少误差，材料的导热性也是十分关键的。
[0068]此外、进液口温度传感器61、出液口温度传感器62、加热腔温度传感器7为PT100型钼热电阻温度传感器。PTlOO型钼热电阻温度传感器有利于准确测量灌注液的温度，减少误差。
[0069]下面再结合试验数据对恒温加热装置进行描述，本实施例中发明人设定的灌注泵输出的灌注液流速为200mL/min ;方法主要包括以下步骤:
[0070]I)设定的灌注液输出温度为Tset=36°C ；
[0071]2)温度宏观控制步骤:在时刻0，灌注泵传送以200mL/min的流速向加热腔2。温度控制单元148根据感测得到的进液口 31处的温度Tin为29°C与Tset之间的差值，以及测量得到的加热腔2的温度Tmid为28.7 V，其与设定值Tset之间的差值，确定加热腔2在该时刻应该达到的温度Tmid’，温度控制单元148向继电器13发出控制信号C，使继电器13通过相应的通断频率控制第一加热丝111和第二加热丝112的加热状态，进而来促加热腔
2的温度Tmid逐渐靠近Tmid’ ；
[0072]3)温度微观控制步骤:同时，温度控制单元148根据出液口 32处的温度值Tout为28.8°C与设定温度Tset之间的差值，在控制信号C的基础上输出修正控制信号C’，使继电器13再次改变相应的通断频率控制第一加热丝111和第二加热丝112的加热状态。
[0073]4)直至第70?80秒，灌注液的输出温度为设定温度Tset=36°C。具体数据如下表:
[0074]表1:恒温控制试验温度检测表
[0075]?
【权利要求】
1.一种用于医用灌注泵的恒温控制加热装置，包括壳体和位于壳体中的液体袋，其中壳体内设置有: 平行布置并且相互隔开的第一金属板和第二金属板，其中第一金属板和第二金属板在壳体中限定加热腔； 第一加热丝和第二加热丝，第一加热丝和第二加热丝均形成回环弯折平面体构型，分别位于第一金属板和第二金属板外侧并与之平行隔开；以及 第一隔热层和第二隔热层，分别位于第一加热丝和第二加热丝外侧并与之平行隔开， 其中液体袋位于加热腔中，并且具有回环弯折液体流路。
2.根据权利要求1所述的恒温控制加热装置，其中液体袋具有进液口和出液口，进液口处设置有进液口温度传感器，出液口处设置有出液口温度传感器，并且加热腔中部也设置有加热腔温度传感器。
3.根据权利要求2所述的恒温控制加热装置，还包括温度控制单元，分别接收来自进液口温度传感器、出液口温度传感器和加热腔温度传感器的温度信号，并根据所接收的温度信号，控制第一加热丝和第二加热丝的加热功率，以使来自出液口温度传感器的温度信号保持为预设值。
4.根据权利要求2所述的恒温控制加热装置，进液口外接有进入导管接头，用于连接与液体源连通的进入导管；出液口外接有排出导管接头，用于连接将已加热液体排出的排出导管。
5.根据权利要求1所述的恒温控制加热装置，其中第一金属板和第二金属板间隔3?5mm ο
6.根据权利要求1所述的恒温控制加热装置，其中液体袋中的液体流路的横截面面积不大于19.6mm2。
7.根据权利要求1所述的恒温控制加热装置，其中液体袋中的液体流路的总长不小于.2.84m。
【文档编号】G05D23/30GK103777661SQ201410010276
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2014年1月9日
【发明者】杨昱峰, 葛斌, 严荣国, 李小霞, 杨池 申请人:上海跃进医疗器械有限公司, 上海理工大学