醫(yī)學(xué)工程技術(shù)在血液透析的重要性

醫(yī)學(xué)工程技術(shù)在血液透析的重要性透析機(jī)、透析器、透析液、水處理設(shè)備、復(fù)用設(shè)備等是血液凈化中心的重要組成部分，保證設(shè)備的狀態(tài)如何也是日常工作的重心之一。透析中心工程師必須十分了解透析設(shè)備，不但要會(huì)使用，還要會(huì)保養(yǎng)、維修1。這就涉及到多種學(xué)科的交叉，如機(jī)器維護(hù)涉及機(jī)械知識(shí)，水處理過程、透析液配比涉及物理、化學(xué)知識(shí)，透析器設(shè)計(jì)又蘊(yùn)涵生物學(xué)及材料學(xué)原理，未來的生物人工腎的發(fā)展又需要得到新興的組織工程學(xué)的大力協(xié)助2。這些統(tǒng)統(tǒng)需要生物醫(yī)學(xué)工程作為基礎(chǔ)。故就血液透析領(lǐng)域內(nèi)的醫(yī)學(xué)工程技術(shù)應(yīng)用實(shí)行初步探討。1血液透析機(jī)的原理血液和透析液在透析器(人工腎)內(nèi)借半透膜接觸和濃度梯度實(shí)行物質(zhì)交換（圖1）,使血液中的代謝廢物和過多的電解質(zhì)向透析液移動(dòng),透析液中的鈣離子、堿基等向血液中移動(dòng)，從而清除患者血液中的代謝廢物和毒物;調(diào)整水和電解質(zhì)平衡;調(diào)整酸堿平衡，具有人體腎臟的部分功能3。2血液透析機(jī)的組成42.1液路部分液路部分包括溫度控制系統(tǒng)、除氣系統(tǒng)、透析液配比系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)、超濾控制系統(tǒng)、漏血探測等部分5。（1）溫度控制系統(tǒng)：溫度控制系統(tǒng)由加熱器、熱交換器、和溫度傳感器組成。加熱器是使透析液達(dá)到要求溫度的主要部件，通常采用電熱棒直接加熱，功率1500W左右。帶有高溫保護(hù)裝置，超過設(shè)定溫度，自動(dòng)斷開。熱交換系統(tǒng)使進(jìn)入機(jī)器的水與即將排出的廢液在不銹鋼管道中相對流動(dòng)，廢液的熱量通過管壁傳到反滲水。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過機(jī)器分布在各處的溫度傳感器測量各點(diǎn)溫度，反饋控制加熱器，使溫度始終控制在設(shè)定的范圍內(nèi)（35~42℃）。（2）除氣系統(tǒng)：除氣系統(tǒng)包括除氣泵、除氣室、除氣閥和管路。其原理是由負(fù)壓泵產(chǎn)生大約500mmHg負(fù)壓，使溶解在反滲水中的氣體擴(kuò)張成氣泡逸出，避免氣泡對流量、溫度、電導(dǎo)度的測量產(chǎn)生影響，或氣泡積聚在透析膜的一側(cè)影響透析，對病人的健康產(chǎn)生危險(xiǎn)。（3）透析液配比及電導(dǎo)度監(jiān)測系統(tǒng)：透析液配比及電導(dǎo)度監(jiān)測系統(tǒng)由A液泵、B液泵、電導(dǎo)度監(jiān)測系統(tǒng)、配比室組成。透析液的配比就是將濃縮液和反滲水實(shí)行配比，達(dá)到需要的濃度。透析濃縮液當(dāng)前一般為碳酸氫鹽，分為A、B液，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的配方控制A、B泵，使A液由A液泵吸入，B液由B液泵吸入，并且按固定容量吸入。（4）超濾系統(tǒng)6：超濾是壓力梯度使液體通過薄膜的過程。在血液透析過程中，正壓血層與負(fù)壓透析液層形成薄膜之間的壓力梯度，這個(gè)壓力梯度成為跨膜壓（TMP），作用是清除血液的多余水分。現(xiàn)在的超濾系統(tǒng)一般為容量超濾，操作者設(shè)定超濾量后，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制。容量超濾系統(tǒng)一般分為2種，一種是平衡腔控制法（圖2），一種是流量計(jì)控制法（圖3）7。①平衡腔控制法，容量平衡裝置是由2個(gè)平衡室及8個(gè)閥組成，每個(gè)平衡室又被彈力膜分成新鮮透析液和用后透析液2部分，每個(gè)間隙有2個(gè)閥?，F(xiàn)在還在平衡腔增加了膜的位移傳感器，使平衡膜在達(dá)到極限位置時(shí)略提前發(fā)信號(hào)切換電磁閥，以改善實(shí)際跨膜壓的波動(dòng)，使透析流量更穩(wěn)定，患者感到平穩(wěn)。工作原理：在第一相時(shí)，閥2、3、5、8打開，1、4、6、7關(guān)閉。C2被新鮮的透析液充滿，迫使C1排出等量的廢液。同時(shí)C3被廢液充滿，C4排出等量的透析液到透析器。在第二相時(shí)所有的閥關(guān)閉130ms，以消除閥對平衡腔的影響。在第三相時(shí)，1、4、6、7閥打開，2、3、5、8關(guān)閉。C4被被新鮮的透析液充滿，迫使C3排出等量的廢液。同時(shí)C1被廢液充滿，C2排出等量的透析液到透析器。在第四相時(shí)，所有的閥關(guān)閉130ms。該四相重復(fù)實(shí)行，保證入透析器的流量與出透析器的流量嚴(yán)格相等8。②流量計(jì)控制法，流量計(jì)控制法采用雙通道電磁流量超濾控制系統(tǒng)，通過對2個(gè)流量通道高精度的掃描和采樣，控制和反饋調(diào)節(jié)超濾的實(shí)行。超濾單元通過電磁原理平衡流速反饋式容量來控制流量和計(jì)算超濾。此容量測量體包括2個(gè)形狀相同的管路，輸送液體來往透析器，管路裝置于固體鐵氧磁心內(nèi)，周圍包著電磁鐵線圈。當(dāng)電流經(jīng)過鐵線圈，就會(huì)產(chǎn)生電磁場，當(dāng)含有電解質(zhì)的液體流經(jīng)磁場，其所在的管路便會(huì)產(chǎn)生低電壓。每條管路內(nèi)的鉑電極量度電壓量，來直接確定流量。第1條管路量度通往透析器的流量，第2條管路量度回流的流量。兩者之間的差量就是超濾量。從通道1和通道2采集數(shù)據(jù)，由Ch2rate-Ch1rate=UFrate，反饋控制跨膜壓以達(dá)到預(yù)期的超濾量。同時(shí)機(jī)器內(nèi)部每30min將實(shí)行自動(dòng)校準(zhǔn)，因?yàn)槌瑸V單元的機(jī)械部件為固定靜止的，所以不會(huì)造成泄漏和磨損。容量測量體檢測速率800次/s，所得數(shù)據(jù)資料持續(xù)向主機(jī)流量和超濾控制系統(tǒng)匯集，這種精確的量度方法保正了流量的連續(xù)和穩(wěn)定9。（5）漏血探測部分10：血液透析過程中有時(shí)會(huì)發(fā)生透析器破膜，就會(huì)發(fā)生漏血，這對病人是非常危險(xiǎn)的，為了檢測漏血的發(fā)生，一般血液透析機(jī)采用光學(xué)方法檢測。其原理是將發(fā)光二極管和光敏三極管分別安裝在漏血探測器室壁兩側(cè)，當(dāng)發(fā)生漏血時(shí)，發(fā)光管的光線受阻，光敏管接受的信號(hào)減小，引起報(bào)警。在透析過程中如果有沉淀或過臟，易發(fā)生假報(bào)警，這就需要操作人員即時(shí)清除漏血檢測部位的贓物。2.2血路部分血路部分包括1：血泵、肝素泵、氣泡探測器、預(yù)充探測器、動(dòng)靜脈壓力監(jiān)測、靜脈夾等（圖4）。（1）血泵：血泵的作用是推動(dòng)血液由透析器返回病人體內(nèi)，當(dāng)前常用的是滾柱式血泵，速率范圍是0~600mL/min。（2）肝素泵：因?yàn)椴∪说难涸隗w外循環(huán)與空氣接觸，很容易發(fā)生凝血現(xiàn)象，使用肝素防止發(fā)生凝血。肝素泵實(shí)際是一推動(dòng)栓連接20mL的注射器,推動(dòng)栓可使肝素連續(xù)（0.6~1.0mL/h）或定量輸入。（3）氣泡探測器：空氣栓塞是血液透析過程中最嚴(yán)重的并發(fā)癥?？諝馓綔y器是檢測靜脈血液管路中的血液是否有氣泡，它由超聲發(fā)射器、超聲接收器組成。在氣泡探測器出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，血泵將會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，靜脈夾夾死，超濾自動(dòng)設(shè)置為0。（4）預(yù)沖探測器：它是在自動(dòng)化水準(zhǔn)比較高的機(jī)型里，用來區(qū)分管路里是血液還是生理鹽水，繼而區(qū)分是治療狀態(tài)還是預(yù)沖狀態(tài)。在預(yù)沖時(shí)，當(dāng)它探測到血液，就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)血液部分監(jiān)測系統(tǒng)，如靜脈壓、漏血、空氣報(bào)警等；在治療中，尤其是在自動(dòng)回血時(shí)，它會(huì)提示管內(nèi)已無血液，能夠停止回血。一般這個(gè)結(jié)構(gòu)都和靜脈夾位置比較近，因?yàn)樗难罕O(jiān)測功能，能夠提醒護(hù)士有沒有準(zhǔn)確安裝靜脈夾。3血液透析機(jī)的硬件擴(kuò)展隨著科技的發(fā)展，透析機(jī)的擴(kuò)展功能得到強(qiáng)有力的技術(shù)支持。3.1血液溫度監(jiān)測儀血液溫度監(jiān)測儀（BTM）用以調(diào)整透析過程中的熱量平衡，大量研究證實(shí)，對于循環(huán)不穩(wěn)定的患者，提供可控的熱能負(fù)平衡將對透析期間血管的穩(wěn)定性起到積極的作用。使用控制功能，治療期間一些非生理性的、對血管副反應(yīng)的、乃至至今尚未被注意體溫變化引起的危害將會(huì)避免。3.2血容量監(jiān)測血容量監(jiān)測（BVS）就是基于紅細(xì)胞壓積的變化，提供對血管內(nèi)，水份含量的估算，對容量性低血壓有很有效的提示作用。它的一般原理就是，通過監(jiān)測血液對紅光的透過水平，估算紅細(xì)胞壓積。而我們知道，血液透析對血液中水份的改變是顯著的，而對紅細(xì)胞數(shù)量的改變是能夠忽略不計(jì)的。那么紅細(xì)胞壓積的改變，就足以代表血液中水份的改變。如果治療中，從血管里脫水的速度（即患者脫水速度）大于組織向血管里補(bǔ)充的速度，那么顯然會(huì)導(dǎo)致血容量下降，當(dāng)這個(gè)下降超過一定的幅度，就會(huì)導(dǎo)致低容量性的低血壓。有了的對血容量的監(jiān)測，對調(diào)整適合的脫水曲線，以及配合相對應(yīng)的血液滲透壓（改變透析液Na濃度）調(diào)整都有明確的指導(dǎo)意義12。3.3再循環(huán)監(jiān)測在血液透析治療中，血液再循環(huán)（治療后血液未經(jīng)體循環(huán)又重新進(jìn)入體外循環(huán)）切實(shí)存有，在雙腔插管的條件下更為明顯。它的一般原理是，在透析液側(cè)給一個(gè)高溫脈沖，則血液被加溫。在血液入口側(cè)，監(jiān)測溫度變化，如果很快接受到明顯的溫度變化，則能夠確認(rèn)再循環(huán)的存有。再循環(huán)的存有會(huì)導(dǎo)致治療效果明顯下降，有了明確的再循環(huán)依據(jù)，為改善治療方案提供了有力依據(jù)。3.4無創(chuàng)血壓監(jiān)測無創(chuàng)血壓監(jiān)測，實(shí)際就是把電子血壓計(jì)整合到機(jī)器內(nèi)部，現(xiàn)階段無絲毫技術(shù)性和技巧性。如果能和血容量監(jiān)測以及脫水控制聯(lián)合應(yīng)用，才是真正有意義的選件。3.5加拿大糖尿病檢測（DIASCAN）或在線尿素清除指數(shù)監(jiān)測（OCM）若想提升患者的生活質(zhì)量,重要一點(diǎn)是透析的充分性，現(xiàn)在評價(jià)透析充分性使用的指標(biāo)是尿素清除指數(shù)（Kt/v），通常是通過檢測透析前/后的尿素氮值計(jì)算而得。4血液透析機(jī)的網(wǎng)絡(luò)及軟件擴(kuò)展4.1網(wǎng)絡(luò)化管理13血液透析中心長期采用手工病歷記錄的形式管理患者診療信息，記錄患者的首次病程、歷次透析記錄、化驗(yàn)檢查常規(guī)用藥、特殊處理等。當(dāng)前，該管理形式已不能適合當(dāng)前醫(yī)院信息化管理的要求，所以，透析中心的信息數(shù)字化管理已是大勢所趨。每個(gè)廠家開放國際標(biāo)準(zhǔn)端口，使所有的機(jī)器聯(lián)網(wǎng)。通過透析工作站能對所有的機(jī)器實(shí)行管理，監(jiān)控每臺(tái)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)、診斷每臺(tái)機(jī)器的故障。例如GambroExalis通過透析機(jī)RS232接口或網(wǎng)口，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器聯(lián)網(wǎng)，做到中央操作、監(jiān)護(hù)、存貯、重顯各種記錄、打錄各種顯示資料。系統(tǒng)通過透析中心信息管理客戶端，將患者診療信息數(shù)據(jù)匯總、統(tǒng)一存儲(chǔ)、管理,大大地提升了工作效率和醫(yī)療管理質(zhì)量。4.2軟件擴(kuò)展為了更好地便于操作和使用，一些機(jī)型在操作軟件上提供了自動(dòng)預(yù)充、自動(dòng)回血、定時(shí)消毒等軟件，還具備方便維修的特點(diǎn)。透析機(jī)作為水電結(jié)合的醫(yī)療產(chǎn)品，故障率較高，為減少維修時(shí)間，各廠家都推出了新的技術(shù)，如方便齊全的定標(biāo)程序；完備的故障代碼系統(tǒng)