一种适用于血液透析或净化的智能辅助温控装置及控制方法与流程

本发明涉及一种适用于血液透析或净化的智能辅助温控装置及控制方法，属于医疗技术领域。

背景技术：

在血液透析机、血液滤过机和血液净化机的临床应用中,普遍存在着病人身体与体外血液或透析液间的温差控制问题,针对此问题，目前医院里的主要产品是通过在血液导管贴靠发热模块来传导加热，将低于体温的血液或透析液加热后再输入病人体内。例如，主流采用的美国和德国血液透析机专用加热装置，分别采用了在血液导管外包裹红外加热套和将血液导管螺旋缠绕在电加热发热模块上的加热方法，这类方法的缺陷是为了保证血液的加热安全，加热传导材料的温度上限只能略高于40摄氏度，而医护人员的专业要求血液导管不能因加热需要设置太长，这就导致了这类装置的加热效果普遍较差，病人长时间血液透析或血滤的体验较差，特别是体能孱弱的危重病人常会导致基础体温过低的严重后果。此外，病人血液在体外循环期间经历了先降温再升温的冲击过程，该过程在病人体温、血液流速和外部环境温度的共同作用下并不稳定，这种不稳定的先降温再升温冲击过程对血液内各种成分的负面影响难以评估。

经过检索对比，针对此问题代表性处理方法还包括：例1，采用电加热的热水桶、热水夹套和热水泵的透析加热方案(发明专利申请号201610102676.0)，该方案结构复杂，使用和维护繁琐，特别是难以对大部分血液导管和透析液管路做到等温覆盖；例2，采用将透析病人罩在专用护理罩内进行直接加热的方案(专利申请号201620685609.1)，该方法对透析病人机体直接升温，有一定效果，但并不能消除病人长时间输入低温透析液体带来的应激反应影响，也不能控制温度变化对血液的冲击影响。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于血液透析或净化的智能辅助温控装置，具有结构简单、安全可靠的优点，能对绝大部分血液导管和透析液管路做到等温覆盖和基本消除温度变化对血液的冲击影响。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种适用于血液透析或净化的智能辅助温控装置，包括血液流出导管、血液回流导管、保温套管、保温腔、腔内温度传感器、测温控制模块、电源、调温装置，以及用于指定透析或净化医疗操作的各个医疗设备；其中，电源分别与腔内温度传感器、测温控制模块、电源、调温装置，以及各个医疗设备相连接，并分别进行供电；

血液流出导管和血液回流导管均位于保温套管内，血液流出导管的其中一端、血液回流导管的其中一端共同穿过保温腔表面同一位置、至保温腔内部，保温套管上对应血液流出导管、血液回流导管穿入保温腔一侧的端部与保温腔表面相固定连接，血液流出导管、血液回流导管上分别位于保温腔内的端部、分别对接相应医疗设备；血液流出导管的另一端、血液回流导管的另一端分别与人体相应血管相对接；保温套管的长度与血液流出导管、血液回流导管位于保温腔外部的长度相适应；

测温控制模块分别与腔内温度传感器、调温装置相连接，并和各个医疗设备共同设置于保温腔内；各个医疗设备根据指定透析或净化医疗操作进行相应连接；测温控制模块根据腔内温度传感器的腔内温度检测结果，针对调温装置进行控制，实现保温腔内温度的调节。

作为本发明的一种优选技术方案：还包括通信模块、腔外温度传感器、人体温度传感器；通信模块设置于所述保温腔内，由所述电源进行取电，并与测温控制模块相连接；腔外温度传感器用于获得保温腔外的环境温度检测结果，人体温度传感器用于获得人体温度检测结果，测温控制模块经通信模块分别与腔外温度传感器、人体温度传感器相通信。

作为本发明的一种优选技术方案：所述通信模块包括无线通信模块或有线通信模块，所述测温控制模块经无线通信模块或有线通信模块分别与腔外温度传感器、人体温度传感器相通信。

作为本发明的一种优选技术方案：还包括设置于所述保温腔表面、贯穿保温腔内外空间的操作窗。

作为本发明的一种优选技术方案：所述保温腔采用透明材料制成。

与上述相对应，本发明还要解决的技术问题是提供一种针对适用于血液透析或净化的智能辅助温控装置的控制方法，能对绝大部分血液导管和透析液管路做到等温覆盖和基本消除温度变化对血液的冲击影响。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种针对适用于血液透析或净化的智能辅助温控装置的控制方法，实时执行如下步骤：

步骤a.所述测温控制模块经所述腔内温度传感器获得腔内温度检测结果，同时，测温控制模块经所述通信模块分别获得来自腔外温度传感器的环境温度检测结果、以及来自人体温度传感器的人体温度检测结果，然后进入步骤b；

步骤b.测温控制模块实时根据腔内温度检测结果、环境温度检测结果、人体温度检测结果，结合预设血液操作医护温度和所述调温装置的功率，采用神经网络算法，以腔内空气温度控制量为反馈学习依据进行处理，获得腔内空气温度控制量，并实时针对调温装置进行控制，实现对保温腔内温度的调节。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤b包括如下步骤：

步骤b1.针对神经网络算法的输入层，由测温控制模块输入环境温度检测结果x1、腔内温度检测结果x2、预设血液操作医护温度x3、人体温度检测结果x4、调温装置功率x5，并进入步骤b2；

步骤b2.针对神经网络算法隐含层中预设n个节点，针对x1、x2、x3、x4、x5，分别初始化设置n组隐含层权重系数集合x1、…、xn，各组隐含层权重系数集合分别包括、分别对应x1、x2、x3、x4、x5各项的隐含层权重系数，且各隐含层权重系数集合中、各隐含层权重系数之和等于1；

同时，针对神经网络算法的输出层，针对指定温度调节警报输出信息值z1和腔内空气温度控制量z2，初始化z1分别所对应隐含层中n个节点的输出层权重系数，且各输出层系数之和等于1，以及初始化z2分别所对应隐含层中n个节点的输出层权重系数，且各输出层系数之和等于1，然后进入步骤b3；

步骤b3.针对神经网络算法隐含层，根据如下公式，

获得隐含层中各节点yn的值，n∈{1、…、n}，i表示输入层中5个输入参数的序号，wi,n表示第n组隐含层权重系数集合中对应输入层第i个输入参数的隐含层权重系数，然后进入步骤b4；

步骤b4.针对隐含层中各节点yn的值，采用如下公式：

分别获得输出层z1、z2的值，l＝1、2，w′n,l表示隐含层中zl对应第n个节点yn的隐含层权重系数，然后进入步骤b5；

步骤b5.以腔内空气温度控制量z2，作为优化隐含层、输出层中各权重系数wi,n、w′n,l的反馈学习依据，由测温控制模块根据腔内空气温度控制量z2，针对调温装置进行控制，实现对保温腔内温度的调节。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤b2中，所述初始化n组隐含层权重系数集合中各隐含层权重系数，初始化z1分别所对应隐含层中n个节点的输出层权重系数，以及初始化z2分别所对应隐含层中n个节点的输出层权重系数，可以均为随机初始化，或者为预设初始化。

本发明所述一种适用于血液透析或净化的智能辅助温控装置及控制方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明以减小体外血液温度变化冲击为目标，设计了一种适用于血液透析或净化的智能辅助温控装置及控制方法，包括血液流出导管、血液回流导管、保温套管、保温腔、腔内温度传感器、测温控制模块、电源、调温装置，以及用于指定透析或净化医疗操作的各个医疗设备，其中，测温控制模块可以自主实现腔内温度读取、温控量计算输出和温控量学习，通过基于腔内温度的反馈控制，能够在保证操作安全和减小对血液温度冲击影响的前提下，解决了现有血液透析机、血液滤过机和血液净化机的应用中普遍存在的温差控制问题，相对于现有产品和相关解决方案而言，具有结构简单、安全可靠的优点，能对绝大部分血液导管和透析液管路，做到等温覆盖和基本消除温度变化对血液的冲击影响，适合于大规模的推广应用。

附图说明

图1是本发明所设计适用于血液透析或净化的智能辅助温控装置的结构示意图；

图2是本发明所设计控制方法中神经网络架构示意图。

其中，1.保温套管，2.保温腔，3.腔内温度传感器，4.测温控制模块，5.通信模块，6.电源，7.调温装置，8.医疗设备，9.操作窗，10.腔体门，11.万向轮。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明设计了一种适用于血液透析或净化的智能辅助温控装置，包括血液流出导管、血液回流导管、保温套管1、保温腔2、腔内温度传感器3、测温控制模块4、电源6、调温装置7，以及用于指定透析或净化医疗操作的各个医疗设备8；其中，电源6分别与腔内温度传感器3、测温控制模块4、通信模块5、电源6、调温装置7、操作窗9、腔外温度传感器、人体温度传感器，以及各个医疗设备8相连接，并分别进行供电；实际应用中，电源6可以外接取电，并可设计包含蓄电池储电。

血液流出导管和血液回流导管均位于保温套管1内，血液流出导管的其中一端、血液回流导管的其中一端共同穿过保温腔2表面同一位置、至保温腔2内部，保温套管1上对应血液流出导管、血液回流导管穿入保温腔2一侧的端部与保温腔2表面相固定连接，血液流出导管、血液回流导管上分别位于保温腔2内的端部、分别对接相应医疗设备8；血液流出导管的另一端、血液回流导管的另一端分别与人体相应血管相对接；保温套管1的长度与血液流出导管、血液回流导管位于保温腔2外部的长度相适应。

测温控制模块4分别与腔内温度传感器3、通信模块5、调温装置7相连接，并和各个医疗设备8共同设置于保温腔2内；在具体医疗设备的应用，根据不同医疗操作，选择相应医疗设备，诸如透析液、血液透析机、血液滤过机可供选择；实际应用中，保温腔2采用透明材料或部分透明材料制成，或者保温腔2上位于操作窗9周围部分采用透明材料制成；操作窗9设置于所述保温腔2表面，并贯穿保温腔2内外空间；并且在保温腔2的其中一面上设置腔体门10，可以打开保温腔2内部，用于各设备在保温腔2内的放置；各个医疗设备8根据指定透析或净化医疗操作进行相应连接；腔外温度传感器用于获得保温腔2外的环境温度检测结果，人体温度传感器用于获得人体温度检测结果，通信模块5包括无线通信模块或有线通信模块，所述测温控制模块4经无线通信模块或有线通信模块分别与腔外温度传感器、人体温度传感器相通信；测温控制模块4根据腔内温度传感器3的腔内温度检测结果，针对调温装置7进行控制，实现保温腔2内温度的调节；实际应用中，调温装置7可以具体应用电加热器或电空调装置；基于上述所设计适用于血液透析或净化的智能辅助温控装置，在实际具体应用中，还可在保温腔2底部设置万向轮11，用于保温腔2的移动。

与上述相对应，本发明还要解决的技术问题是提供一种针对适用于血液透析或净化的智能辅助温控装置的控制方法，如图2所示，实时执行如下步骤：

步骤a.所述测温控制模块4经所述腔内温度传感器3获得腔内温度检测结果，同时，测温控制模块4经所述通信模块5分别获得来自腔外温度传感器的环境温度检测结果、以及来自人体温度传感器的人体温度检测结果，然后进入步骤b。

步骤b.测温控制模块4实时根据腔内温度检测结果、环境温度检测结果、人体温度检测结果，结合预设血液操作医护温度和所述调温装置7的功率，采用神经网络算法，以腔内空气温度控制量为反馈学习依据进行处理，获得腔内空气温度控制量，并实时针对调温装置7进行控制，实现对保温腔2内温度的调节。

其中，步骤b包括如下步骤：

步骤b1.针对神经网络算法的输入层，由测温控制模块4输入环境温度检测结果x1、腔内温度检测结果x2、预设血液操作医护温度x3、人体温度检测结果x4、调温装置7功率x5，并进入步骤b2。

步骤b2.针对神经网络算法隐含层中预设n个节点，针对x1、x2、x3、x4、x5，分别初始化设置n组隐含层权重系数集合x1、…、xn，各组隐含层权重系数集合分别包括、分别对应x1、x2、x3、x4、x5各项的隐含层权重系数，且各隐含层权重系数集合中、各隐含层权重系数之和等于1；

同时，针对神经网络算法的输出层，针对指定温度调节警报输出信息值z1和腔内空气温度控制量z2，初始化z1分别所对应隐含层中n个节点的输出层权重系数，且各输出层系数之和等于1，以及初始化z2分别所对应隐含层中n个节点的输出层权重系数，且各输出层系数之和等于1，然后进入步骤b3；

上述步骤b2中，所述初始化n组隐含层权重系数集合中各隐含层权重系数，初始化z1分别所对应隐含层中n个节点的输出层权重系数，以及初始化z2分别所对应隐含层中n个节点的输出层权重系数，均为随机初始化。

诸如，分别针对各组隐含层权重系数集合，初始化隐含层权重系数集合中的5个隐含层权重系数为随机数，并满足5个隐含层权重系数之和等于1，或是初始化隐含层权重系数集合中的5个隐含层权重系数均为0.2，亦或者是医护人员根据经验的预设值初始化。

同样，对于初始化z1分别所对应隐含层中n个节点的输出层权重系数，以及初始化z2分别所对应隐含层中n个节点的输出层权重系数，比如针对z1，分别针对其所对应隐含层中n个节点的输出层权重系数，初始化为随机数，且满足n个节点的输出层权重系数之和等于1，或者均分别初始化等于1/n，亦或者是医护人员根据经验的预设值初始化。

具体实际应用中，对于神经网络中隐含层中节点数目，实际可以设计定义为5个，即n＝5，即如图2所示，实现神经网络的应用。

步骤b3.针对神经网络算法隐含层，根据如下公式，

获得隐含层中各节点yn的值，n∈{1、…、n}，i表示输入层中5个输入参数的序号，wi,n表示第n组隐含层权重系数集合中对应输入层第i个输入参数的隐含层权重系数，然后进入步骤b4；

步骤b4.针对隐含层中各节点yn的值，采用如下公式：

分别获得输出层z1、z2的值，l＝1、2，w′n,l表示隐含层中zl对应第n个节点yn的隐含层权重系数，然后进入步骤b5；

步骤b5.以腔内空气温度控制量z2，作为优化隐含层、输出层中各权重系数wi,n、w′n,l的反馈学习依据，由测温控制模块4根据腔内空气温度控制量z2，针对调温装置7进行控制，实现对保温腔2内温度的调节。

上述技术方案所设计适用于血液透析或净化的智能辅助温控装置及控制方法，包括血液流出导管、血液回流导管、保温套管1、保温腔2、腔内温度传感器3、测温控制模块4、电源6、调温装置7，以及用于指定透析或净化医疗操作的各个医疗设备8，其中，测温控制模块4可以自主实现腔内温度读取、温控量计算输出和温控量学习，通过基于腔内温度的反馈控制，能够在保证操作安全和减小对血液温度冲击影响的前提下，解决了现有血液透析机、血液滤过机和血液净化机的应用中普遍存在的温差控制问题，相对于现有产品和相关解决方案而言，具有结构简单、安全可靠的优点，能对绝大部分血液导管和透析液管路，做到等温覆盖和基本消除温度变化对血液的冲击影响，适合于大规模的推广应用。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。