本发明涉及一种血液透析系统，具体涉及一种采用重量平衡实现流量和超滤控制的血液透析系统。
背景技术：
血液透析机的透析液流量是透析过程中的一个重要参数，流量过大会增加透析费用增加，而流量过小会导致透析不充分。因此透析液流量的精度对于透析机来说至关重要。
超滤是血液透析机的核心功能，利用透析器半透膜两侧的跨膜压，将病人血液中的多余水分清除。目前，血液透析机的超滤控制系统主要有压力控制、流量计控制、容量控制等方法。其中，压力控制是通过调整透析液的压力，控制透析器半透膜两侧的跨膜压，根据透析器的差率系数，计算得到超滤量。这种方式由于超滤系数存在误差，且跨膜压力不断变化，造成超滤量不准确。流量计控制是利用透析液侧和血液测液体的流速不同来确定超滤量，由于流量计易被大颗粒物质堵塞，且其精度不高，造成超滤精度难以保障。容量控制分为平衡腔超滤控制和复式泵超滤控制，平衡腔系统平衡腔和超滤泵控制超滤，跨膜压随超滤量被动变化，超滤控制精度主要取决于超滤泵的精度。但是由于平衡腔的结构复杂，制造精度要求较高，使用的膜材料容易出现老化、破裂等问题，造成其制造困难，价格昂贵。同时，在工作期间透析液有短暂的停顿现象，造成患者感觉不好。复式泵超滤系统核心部件为复式泵，由两个相同容积的泵室组成，通过活塞往复运动来实现等量液体的进出。该方式零件较多，容易出现因为零件老化的故障等。
技术实现要素：
发明目的：为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种采用重量平衡实现流量和超滤控制的血液透析系统，该血液透析系统结构简单，透析液流量和超滤量更加精确，不会出现流量、超滤量偏移等问题。
技术方案：本发明所述采用重量平衡实现流量和超滤控制的血液透析系统，包括进液系统、出液系统、两套相同的透析液重量平衡组件、超滤重量平衡控制组件和透析器；所述的透析液重量平衡组件包括新鲜透析液容器、废液容器，以及用于控制透析液重量平衡组件进行交替周期性工作的进液阀、出液阀、液位传感器、重量平衡测量模块，新鲜透析液容器的进口与进液系统相连，新鲜透析液容器的出口与透析器的透析液进口相连，废液容器的进口与透析器的透析液出口相连，废液容器的出口与出液系统相连；所述的超滤重量平衡控制组件包括超滤液体容器、配重，以及用于控制超滤重量平衡控制组件进行周期性工作的排液阀、计量泵、第三重量平衡测量模块，超滤液体容器的进口与透析器的透析液出液管路相连，超滤液体容器的出口与出液系统相连。
每套透析液重量平衡组件均由各自的重量平衡测量模块来判定重量平衡，均是通过各自的新鲜透析液容器和废液容器的重量平衡来实现透析液的流量控制。超滤重量平衡控制组件通过超滤液体容器和配重的重量平衡来实现超滤控制。
所述的重量平衡判定模块用惠斯通电桥采集电阻变化量。
重量平衡测量模块包括惠斯通电桥和变送电路，其中，惠斯通电桥由应变片和可调电阻构成，惠斯通电桥的一臂为测量新鲜透析液容器应变的应变片，一邻臂为测量废液透析液容器应变的应变片，其余两臂为可调电阻。
第三重量平衡测量模块包括惠斯通电桥和变送电路，其中，惠斯通电桥由应变片和可调电阻构成，惠斯通电桥的一臂为测量超滤液体容器应变的应变片，一邻臂为测量配重应变的应变片，其余两臂为可调电阻。
更详细地，每一个重量平衡判定模块包括一个惠斯通电桥和一个变送电路。每一个新鲜透析液容器、废液容器、超滤液体容器、配重均通过单独的圆柱形固定杆固定在机架上，应变片沿轴向分别粘贴在新鲜透析液容器、废液容器、超滤液体容器、配重的圆柱形固定杆的外表面，当容器重量变化时，圆柱形固定杆产生拉伸变形，应变片的阻值发生变化。
重量平衡判定模块选用惠斯通电桥来采集应变片的电阻变化量。在整个透析液重量平衡组件和超滤重量平衡组件安装完毕后，每套组件单独采用一个惠斯通电桥进行电路平衡的采集，由于所有机械、电路结构都是相同的，因此，当外界条件变化时，同一套组件中的两个应变片将会有相同的电阻变化量，保证了惠斯通电桥的平衡精度。
所述的进液系统包括依次相连的透析液混合腔室、进液泵和流量传感器。透析液混合腔室的出口依次与进液泵、流量传感器的进口相连，流量传感器的出口与新鲜透析液容器的进口相连。
所述的出液系统包括废液泵。废液泵的进口分别与废液容器的出口、超滤液体容器的出口相连。
新鲜透析液容器的顶部设有顶部液位传感器，新鲜透析液容器的底部设有底部液位传感器，用于指示容器中液体量的多少，控制进入和排出新鲜透析液容器的液体量。
新鲜透析液容器和废液容器顶部均设有空气支路(或者气体支路)以平衡容器内的压力。
包括设置于进液系统和新鲜透析液容器之间的进液阀，设置于新鲜透析液容器和透析器之间的出液阀；设置于透析器和废液容器之间的进液阀，设置于废液容器和出液系统之间的出液阀。
更详细地，本发明所述采用重量平衡实现流量和超滤控制的血液透析系统，包括进液系统、出液系统、两套相同的透析液重量平衡组件、超滤重量平衡控制组件和透析器。
透析液重量平衡组件包括新鲜透析液容器、废液容器、重量平衡测量模块、进液阀、出液阀、液位传感器、空气支路。
两套相同的透析液重量平衡组件分别是：第一套透析液平衡组件包括第一新鲜透析液容器、第一废液容器、第一重量平衡测量模块、第一顶部液位传感器、第一底部液位传感器、进液阀、出液阀、空气支路；第二套透析液平衡组件包括第二新鲜透析液容器、第二废液容器、第二重量平衡测量模块、第二顶部液位传感器、第二底部液位传感器、进液阀、出液阀、空气支路。
超滤重量平衡控制组件包括超滤液体容器、第三重量平衡测量模块、排液阀、配重以及计量泵。
利用本发明所述的血液透析系统采用重量平衡实现流量和超滤控制的方法，包括如下步骤：
每一套透析液重量平衡组件的工作流程，都是先让新鲜透析液经过进液阀控制流入新鲜透析液容器，然后由透析完成的废液经过进液阀控制流入废液容器，直到重量平衡测量模块显示新鲜透析液容器和废液容器的重量平衡。再通过出液阀将新鲜透析液送入透析器，并通过废液阀将废液排出。两套组件交替工作，实现向透析器输入新鲜透析液并排出废液。
在两套透析液重量平衡组件交替工作的同时，超滤重量平衡组件根据设定的超滤量工作。计量泵从废液支路按照设定的速率不断抽出废液，并储存在超滤液体容器中，当重量平衡测量模块判定超滤液体容器的重量和配重相等的时候，短暂关闭计量泵，打开排液阀，将超滤废液排出。当超滤液体容器被排空后关闭排液阀，启动计量泵继续工作，周而复始，实现超滤的连续进行。每次通过排液阀排出的超滤量乘以排液阀打开的次数即为血液透析全过程的总超滤量。
两套结构相同的透析液重量平衡组件，交替工作，周期性切换，实现透析液流量连续，超滤重量平衡组件周期性工作，实现超滤连续。通过整个透析过程中新鲜透析液和废液的重量平衡，超滤废液和配重的重量平衡实现整个透析过程中的透析液流量控制和超滤量控制。
工作原理：因为两套透析液重量平衡组件结构完全相同，每一套组件含有一个重量平衡测量模块，在每次工作时，先往新鲜透析液容器中注入透析液，液体满了后停止进液，然后废液容器开始进废液，当进入的废液与新鲜透析液的重量相等的时候，重量平衡测量模块触发，停止进废液。由于新鲜透析液和废液支路不存在除透析器外其他交汇处，因此，进入的新鲜透析液和排出的废液量完全相等。与此同时，计量泵根据设定的超滤率从废液支路抽取废液到超滤液体容器中。当超滤液体容器中的液体重量和配重的重量相等的时候，触发超滤重量平衡测量模块，暂停计量泵，打开排液阀，排空后开始关闭排液阀，开启计量泵下一个循环。从超滤重量平衡组件中抽取的废液量即为从人体中排除的废液的量，即为超滤量。
有益效果：
1、本发明的血液透析系统采用流量计和重量平衡方式实现新鲜透析液和废液的重量平衡，控制透析液流量；采用通过计量泵和重量平衡方式控制超滤量，在治疗时间内，通过进出口电磁阀的转换使两套透析液重量平衡组件交替工作，通过计量泵和排液阀的开闭使超滤重量平衡组件周期性工作，实现透析工作连续，结构简单，透析液流量和超滤量更加精确，不会出现流量、超滤量偏移等问题，提高了治疗的安全可靠性。
2、本发明新鲜透析液和废液采用重量平衡的方式，相比于容积控制的方式，可以忽略气体的影响，并作为缓冲腔室，再次进行除气，提高了透析液除气的效率和安全性。
3、本发明采用重量平衡的方式，相比于称重的方式，可以忽略称重传感器带来的重量误差，并且避免误差累积。
4、超滤液体采用计量泵和重量平衡的双重控制方式。超滤精度得到了提升，安全可靠性也得到了加强。
5、本发明可以根据实际需要实时调节透析液流量、超滤量，便于病人个性化透析。
附图说明
图1是本发明血液透析系统的示意图；
图2是第一套透析液重量平衡组件的示意图；
图3是第二套透析液重量平衡组件的示意图；
图4是超滤重量平衡组件的示意图。
具体实施方式
一种采用重量平衡实现流量和超滤控制的血液透析系统，如图1所示，包括进液系统、出液系统、两套相同的透析液重量平衡组件、超滤重量平衡控制组件和透析器27。
进液系统包括透析液混合腔室1、进液泵2、流量传感器3。出液系统包括废液泵29。
第一套透析液平衡组件，如图2所示，包括进液阀6、第一新鲜透析液容器14、第一顶部液位传感器18、第一底部液位传感器19、空气支路22、出液阀10、进液阀7、第一废液容器15、空气支路23、出液阀11、第一重量平衡测量模块32。
第二套透析液平衡组件，如图3所示，包括进液阀8、第二新鲜透析液容器16、第二顶部液位传感器20、第二底部液位传感器21、空气支路24、出液阀12、进液阀9、第二废液容器17、空气支路25、出液阀13、第二重量平衡测量模块35；
超滤重量平衡控制组件，如图4所示，包括计量泵4、超滤液体容器5、排液阀26、第三重量平衡测量模块38、配重39。
其中，每一个新鲜透析液容器、废液容器、超滤液体容器、配重均通过单独的圆柱形固定杆固定在机架上。透析液混合腔室1与进液泵2、流量传感器3的进口依次相连，流量传感器3的出口分别与第一新鲜透析液容器14的进口以及第二新鲜透析液容器16的进口相连，第一新鲜透析液容器14的出口以及第二新鲜透析液容器16的出口分别和透析器27的透析液进口相连，透析器27的透析液出口分别与第一废液容器15的进口、第二废液容器17的进口相连，第一废液容器15的出口、第二废液容器17的出口分别与废液泵29的进口相连。第一顶部液位传感器18、第一底部液位传感器19分别设置在第一新鲜透析液容器14的顶部和底部。第一重量平衡测量模块32中的惠斯通电桥的两邻臂分别为应变片30和应变片31，应变片30按轴向粘贴在新鲜透析液容器14的圆柱形固定杆的外表面，应变片31按轴向粘贴在废液容器15的圆柱形固定杆的外表面。第二顶部液位传感器20、第二底部液位传感器21分别设置在第二新鲜透析液容器16的顶部和底部，第二重量平衡测量模块35中的惠斯通电桥的两邻臂分别为应变片33和应变片34，应变片33按轴向粘贴在新鲜透析液容器16的圆柱形固定杆的外表面，应变片34按轴向粘贴在废液容器17的圆柱形固定杆的外表面。
计量泵4的进口与透析器27的透析液出液管路相连，计量泵4的出口与超滤液体容器5的进口相连；超滤液体容器5的出口与排液阀26的进口相连，排液阀26的出口与废液泵29的进口相连。第三重量平衡测量模块38中的惠斯通电桥的两邻臂分别为应变片36和应变片37，应变片36按轴向粘贴在超滤液体容器5的圆柱形固定杆的外表面，应变片37按轴向粘贴在配重39的圆柱形固定杆的外表面。
如图2所示，本发明实施例的重量平衡测量模块32，采集粘贴在圆柱形固定杆上的应变片30、31的电阻变化量，做出重量平衡的判定。其中，新鲜透析液容器14、16和废液容器15、17及其圆柱形固定杆都是完全相同的，应变片粘贴在相同的位置。
利用所述的血液透析系统采用重量平衡实现流量和超滤控制的方法：
在本发明实施例的透析机工作工程中，第一套透析液重量平衡组件和第二套透析液重量平衡组件按照以下步骤进行交替周期性工作，超滤重量平衡组件按照设定的超滤率进行周期性工作。
步骤一：第一套透析液重量平衡组件中进液阀6、7打开，出液阀10、11关闭。第二套透析液重量平衡组件中进液阀8、9关闭，出液阀12、13打开。进液泵2启动，将透析液混合腔室1中配置好的透析液按照一定的速率抽入新鲜透析液容器14中，当新鲜透析液容器14顶部的液位传感器18检测到液体已满时关闭进液阀6。在透析液注入新鲜透析液容器14的同时，出液泵28将新鲜透析液容器16中的新鲜透析液送往透析器27，经过透析器27的废液通过进液阀7进入废液容器15，当废液容器15中的液体重量和新鲜透析液容器14中的液体重量相等时，重量平衡测量模块32判定重量相等，进液阀7关闭。此时，等待新鲜透析液容器16底部的液位传感器被触发，若已经被触发，则进入步骤二。
步骤二：第一套透析液重量平衡组件中进液阀6、7关闭，出液阀10、11打开。第二套透析液重量平衡组件中进液阀8、9打开，出液阀12、13关闭。此时，第二套透析液重量平衡组件按照步骤一中第一套透析液重量平衡组件的方式工作。第一套透析液重量平衡组件中，出液泵28从新鲜透析液容器14中抽取新鲜透析液进入透析器27中，当新鲜透析液容器14底部的液位传感器19被触发时关闭出液阀10。与此同时，废液泵29从废液容器15中排出废液，当排出的废液重量和新鲜透析液容器14被抽入透析器26中的液体重量相同时，重量平衡模块32再次判定重量相等。此时，关闭出液阀11。
两套透析液重量平衡组件重复步骤一和步骤二，交替循环工作，使透析液连续。透析液的流量通过流量传感器3计量，同时，流量可根据新鲜透析液容器14或16的容积与切换的次数的乘积来进行校正。通过校正调整进液泵2的速率，达到流量的精确控制。而两套组件交替工作，保证了透析液的连续性，不存在透析液长时间停顿的可能性。
通过两套透析液重量平衡组件的工作方式可知，透析液和废液各自通过不同的管路运动，所以进入该系统的新鲜透析液的量和流出该系统的废液的量相等。此时，通过超滤重量平衡组件抽出的液体的量，即为通过透析器27进入该系统的人体血液中多余的水分，即为超滤量。在设定超滤量后，计量泵4开始工作，从废液支路抽取废液进入超滤液体容器5，超滤液体容器5和配重39组成一对平衡组件，通过重量平衡测量模块38进行重量平衡测量。当超滤液体容器5中的废液量和配重39的重量相等的时候，重量平衡测量模块38判定重量相等，短暂关闭计量泵4，打开排液阀26，排空超滤液体容器5中的废液。然后关闭排液阀26，启动计量泵4，重复上述工作。单次透析过程中的总超滤量为配重的重量与排液阀打开次数的乘积。为了减小误差，优选较小的配重，如10g的砝码，当超滤量为10ml的整数倍时，系统误差仅为单次切换误差的累积。