专利名称：一种用于便携式血液净化系统中的气泡监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气泡监测装置，尤其是一种在摇摆振动野外战地条件下用于便携式血液净化系统中的气泡监测装置。
背景技术：
气泡检测器作为现在透析设备上的主要检测器件，主要作用是在整个透析过程中实时地、连续地、可靠地检测在血液体外循环的静脉回流段是否有气泡存在，防止气体进入患者体内引起气体栓塞，确保透析患者的安全。当有空气出现时，机器发出报警信号，使血夹关闭，阻止血液流回病人体内。一般常用的探测方法有三种(I)电容式探测器；(2)红外光电式探测器；(3)超声波式探测器。由于超声波探测器具有强穿透能力，强抗干扰能力，可靠性高，在液体和气体中衰减程度明显等特点，用其原理检测液体管路中的气泡最容易实现，且灵敏度高、稳定可靠，还能检测出间隙很小的连续小气泡，因此选用超声波探测器作为气泡探测器。检测原理利用声波在不同介质的界面上会反射和折射，使传导受到影响，声音强度将会大幅度的减少。声音信号在无气泡的液体(血液)里，衰减率很小，大部分被接收器所接收；接收强度较大输出电压信号也较大。一旦液体中有气泡存在，大部分声波信号将要被气泡所反射和折射，信号大幅度衰减，此时接收器接收到的声音强度将会减少，输出电压信号也随之变小。输出电压信号变小的程度可以反映气泡体积的大小。体积越大的气泡(或者数量更多的同体积气泡)，引起电压的改变越大。超声波空气探测器的结构简图如图1所示，发射装置I和接收装置2安装在血液导管3的两侧，检测原理如图2 所示。气泡检测头安装在在血液回路中，采用的是超声波透射检测法，在血液导管的两侧分别装有超声波发射和接收装置。无气泡时，超声波通过媒质血液到达检测端，声波的损耗不大，经过换能器转换为电信号时，用示波器能清晰地看到频率为IMHz的正弦波，该信号在电路板上经过处理后送人逻辑电路以保证机子的正常运作；当血液中出现气泡时，由于声波大部分被反射掉，那么在检测端几乎没有声波，反映到电路上则是原有的电信号没有了，变成了低电平，这一变化将使逻辑电路电平发生相应翻转，控制机器发出声光报警并使血夹关闭，同时血泵停转，阻止气泡随回流血液进人人体引起栓塞而危及病人生命安全。现有气泡检测方法存在如下缺陷第一，现有气泡传感器的检测阀值一般在传感器出厂时已经标定，当血液中一有气泡则立即报警，非常灵敏，但是这对于便携式透析机就造成了一定的缺陷，因为便携式透析机设计的目的是为了在野外或运动中治疗而设计的，仪器经常处于晃动当中，这时血液中会不断产出微小的气泡，并随着血流而移动，这样就造成了气泡传感器的不断报警而无法使用；第二，由于仪器的晃动会产生很多的干扰信号，也会影响传感器的正常适用。发明内容
为了改进便携式透析机的气泡传感器在运动中不断报警的问题，而又达到保护患者的目的，本发明引入了信号处理模块、比较器和CPU处理器。
本发明提供一种用于便携式血液净化系统中的气泡监测装置，主要由超声波气泡探测器组成，超声波气泡探测器包括超声波发射装置和接收装置组成，(I)通过接收装置检测到的超声波脉冲信号经过信号处理模块处理，得到规则的矩形信号脉宽；(2)通过比较器对信号脉宽Tc与设定的阀值进行比较，大气泡阀值为Tcl，无气泡和微量气泡阀值为 TcO,当Tc > Tcl，直接进入CPU处理器并启动报警装置；当Tc < TcO时，直接过滤掉；当 TcO < Tc < Tcl时，进入CPU处理器并进行累积计算，当每分钟的累积量大于设定值T时启动报警装置。
优选的方案为阀值Tcl为20-100ul, TcO为5_20ul，并且Tcl > TcO0
优选的方案为设定值T为l_3ml/分钟。
优选的方案为还包括有源带通滤波电路、施密特触发器和比较器。
优选的方案为还包括干扰信号处理模块，干扰信号处理模块采用数字滤波方式， 多次采样取平均值办法消除干扰信号。
超声波气泡探测器安装在血液回路中，采用的是超声波透射检测法。在血液导管的两侧分别装有超声波发射装置和接收装置。在液体正常流动且没有混入气泡时，声波的损耗不大，在接收端检测到的超声波脉冲信号的幅度应足够大，信号经整形处理后信号脉宽宽；当血液中出现气泡时，由于声波大部分被反射掉，那么在接收端检测到的超声波脉冲信号的幅度在该气泡通过传感器检测面时衰减较大，信号经整形处理后信号脉宽变窄。气泡越大，脉宽越窄。
为使气泡监测装置更加可靠，不但可对一定体积以上的气泡发出报警，同时可以检测该体积以下的气泡并且估算气泡的体积，并将该体积累计，一旦一次透析过程中流经气泡监测装置的不足以引发报警的微小气泡总体积累计超过一定值的时候，也会发生报警，提示工作人员存在的安全隐患。
假定脉冲宽度为Tc,设定一定体积下大气泡时脉冲宽度为Tcl,当无气泡时和微量气泡时脉冲宽度为TcO。
当Tc >= Tcl时，表明属于大体积气泡，故产生报警并处置；
当Tc < TcO时，属于微量小气泡，对人体不会产生伤害，因此不需要报警；
当Tcl < Tc < TcO时，属于小体积气泡，当这种类型气泡累积到一定程度，也会对人体造成伤害，因此也需要报警并处置。
在实际使用中，大气泡阀值TcO —般可以设定为20-100ul，小气泡阀值Tcl设定为5-20ul之间可调，小气泡累计阀值设定为l_3ml/分钟，通过调整阀值的设定，可以改变仪器的灵敏度，根据病人的实际情况，由技师设定阀值的大小。
由于仪器的晃动会产生很多的干扰信号，也会影响传感器的正常适用，因此，也应该加以消除此类干扰信号，干扰信号一般多为高频小信号(如图5所示)，对这种干扰信号多从硬件和软件两方面加以消除。硬件方面，在信号处理环节上增 加了有源带通滤波电路、 施密特触发器、比较器等器件。软件方面，采用了数字滤波方式，多次采样取平均值办法。通过硬件和软件两方面的改进，从而有效地消除了干扰信号的干扰。本发明的气泡监测装置的可靠性得到了大大加强，尤其在摇摆、振动野外战地条件下，与原气泡传感器的区别非常明显，即保证了气泡的及时准确报警，又有效地屏蔽了各种干扰。
图1为本发明背景技术中超声波空气探测器的结构示意图；图2为本发明背景技术中超声波空气探测器的检测原理图；图3为本发明的检测原理示意图；图4为不加本发明的入液缓冲罐时的压力变化曲线图；图5为加本发明的入液缓冲罐时的压力变化曲线图。
具体实施例方式下面结合附图及具体实施方式
，对本发明作进一步详细的说明，但该具体实施方式
并不用于限定本发明的保护范围。实施例1 :本发明提供一种用于便携式血液净化系统中的气泡监测装置，主要由超声波气泡探测器组成，超声波气泡探测器包括超声波发射装置和接收装置组成，(I)通过接收装置检测到的超声波脉冲信号经过信 号处理模块处理，得到规则的矩形信号脉宽；(2)通过比较器对信号脉宽Tc与设定的阀值进行比较，大气泡阀值为Tcl，无气泡和微量气泡阀值为TcO,当Tc > Tcl，直接进入CPU处理器并启动报警装置；当Tc ( TcO时，直接过滤掉；当TcO < Tc < Tcl时，进入CPU处理器并进行累积计算，当每分钟的累积量大于设定值T时启动报警装置，阀值Tcl为20-100ul, TcO为5_20ul，并且Tcl > TcO,设定值T为l_3ml/分钟。还包括有源带通滤波电路、施密特触发器和比较器和干扰信号处理模块，干扰信号处理模块采用数字滤波方式，多次采样取平均值办法消除干扰信号。实施例2本发明检测试验对本发明进行车载透析试验，在车辆行驶的情况下进行。试验对象狗，体重23公斤试验参数血流量设定300ml/分钟；补液速度设定I升/小时；脱水速度设定O. 2升/小时；透析时间设定5小时。在试验中，采用原来的超声波空气探测器，在5个小时中，原气泡传感器报警不断，共产生了数百次报警，极大干扰了透析的进行。在同样的条件下，采用本发明的装置，共产生大气泡报警5次，累计气泡报警3次。根据得到的试验结果，项目组又做了 6次实验，实验结果都表明改进后的超声波气泡探测器监测的可靠性得到了大大加强，尤其在摇摆、振动野外战地条件下，与原气泡传感器的区别非常明显，即保证了气泡的及时准确报警，又有效地屏蔽了各种干扰。本发明可以在便携式血液净化系统中，极大地改善现有气泡传感器的功能。以上内容是结合本发明的结构和工作过程对其所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单·推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种用于便携式血液净化系统中的气泡监测装置，主要由超声波气泡探测器组成， 超声波气泡探测器包括超声波发射装置和接收装置组成，其特征在于(I)通过接收装置检测到的超声波脉冲信号经过信号处理模块处理，得到规则的矩形信号脉宽；(2)通过比较器对信号脉宽Tc与设定的阀值进行比较，大气泡阀值为Tcl，无气泡和微量气泡阀值为 TcO，当Tc ^ Tcl，直接进入CPU处理器并启动报警装置；当Tc ( TcO时，直接过滤掉；当 TcO < Tc < Tcl时，进入CPU处理器并进行累积计算，当每分钟的累积量大于设定值T时启动报警装置。
2.根据权利要求1所述的用于便携式血液净化系统中的气泡监测装置，其特征在于 所述的阀值 Tcl 为 20-100ul, TcO 为 5_20ul，并且 Tcl > TcO0
3.根据权利要求1或2所述的用于便携式血液净化系统中的气泡监测装置，其特征在于所述的设定值T为1-3ml/分钟。
4.根据权利要求1或2所述的用于便携式血液净化系统中的气泡监测装置，其特征在于还包括有源带通滤波电路、施密特触发器和比较器。
5.根据权利要求4所述的用于便携式血液净化系统中的气泡监测装置，其特征在于 还包括干扰信号处理模块，干扰信号处理模块采用数字滤波方式，多次采样取平均值办法消除干扰信号。
全文摘要
本发明公开了一种用于便携式血液净化系统中的气泡监测装置，主要由超声波气泡探测器组成，超声波气泡探测器包括超声波发射装置和接收装置组成，(1)通过接收装置检测到的超声波脉冲信号经过信号处理模块处理，得到规则的矩形信号脉宽；(2)通过比较器对信号脉宽Tc与设定的阀值进行比较，大气泡阀值为Tc1，无气泡和微量气泡阀值为Tc0，当Tc≥Tc1，直接进入CPU处理器并启动报警装置；当Tc≤Tc0时，直接过滤掉；当Tc0＜Tc＜Tc1时，进入CPU处理器并进行累积计算，当每分钟的累积量大于设定值T时启动报警装置。本发明的气泡监测装置的可靠性得到了大大加强，即保证了气泡的及时准确报警，又有效地屏蔽了各种干扰。
文档编号A61M1/14GK103055364SQ20131002031
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月21日 优先权日2013年1月21日
发明者石炳毅, 周春华, 李平, 李洋 申请人:北京大德海纳医疗科技有限公司