БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
кафедра ЭТТ
РЕФЕРАТ на тему:
«Блок процессора, гидравлики и режим работы аппарата «искусственная почка». Перспективы развития аппарата «искусственная почка»»
МИНСК, 2008
Блок процессора аппарата «искусственная почка».
Блок процессора аппарата «искусственная почка» является мозгом аппарата, управляет работой всех его систем, контролирует работу блоков и узлов, осуществляет мониторинг всех параметров гемодиализа. Рассмотрим работу некоторых из его функциональных блоков.
Блок гидравлики готовит диализирующую жидкость из концентрата путем смешивания одной части концентрата с 34 частями предварительно очищенной воды и подает приготовленную жидкость в диализатор. Задачей блока процессора является мониторинг осмотической концентрации диализирующей жидкости. Изменение осмолярности ведет к изменению электропроводимости жидкости. Так как электропроводимость зависит от температуры, то важно, чтобы кондуктометр был компенсирован по температуре. Необходимость точности и надежности контроля за электропроводимостью диализирующей жидкости связана с тем, что нарушение осмотической концентрации жидкости может привести к крайне тяжелым, нередко смертельным осложнениям.
Блок процессора осуществляет постоянный контроль за артериальным и венозным давлением перед входом в диализатор и после выхода крови из него в области венозной ловушки. Контроль за венозным давлением имеет важное значение, так как изменение венозного давления свидетельствует о серьезных осложнениях, которые необходимо срочно ликвидировать. Чаще всего причиной повышения венозного давления является нарушение оттока крови, связанное с тромбозом фистульной иглы, венозной магистрали и перегибом последней. Повышение венозного давления ведет к повышению трансмембрального давления. Контроль за артериальным давлением отражает проходимость артериальной фистульной иглы, артериальной магистрали и величину артериального давления больного. Для получения более точных данных о величине гидростатического давления крови необходимо определять давление крови как на входе в диализатор, так и на выходе из него.
Рис. 1 Состав блока процессора аппарата Fresenius 4008B.
Блок процессора регулирует скорость диализирующей жидкости. Оптимальной принято считать скорость, равную 500 мл/мин. Дальнейшее увеличение скорости диализирующей жидкости не приводит к существенному увеличению скорости очистки крови, в то же время неоправданно повышает расход диализирующей жидкости, что усиливает нагрузку на моторы, удорожает стоимость диализа.
Задачей температурного мониторинга является поддержание температуры диализирующей жидкости в пределах 37-38 градусов Цельсия. Понижение температуры ведет к охлаждению крови и организма больного, повышение ее может вызвать ряд тяжелых, порой смертельных, осложнений.
Блок процессора контролирует утечку крови из диализатора. Современные детекторы крови - весьма чувствительные приборы и позволяют определить микроскопические примеси крови в диализате, в то же время они требуют тщательного ухода и высокого качества приготовления концентрата.
Важным элементом аппарата «искусственная почка» является система деаэрации. В поступающей на аппарат воде всегда растворено большое количество воздуха. При отсутствии надежной деаэрации воздух проникает через полупроницаемую мембрану в кровь, в результате чего образуется так называемый мусс - множество мелких пузырьков воздуха в крови. Воздух в систему крови может попадать также в результате негерметичности ряда соединений и разъемов, имеющихся в экстракорпоральном кровяном контуре. Для контроля за появлением воздуха в крови и немедленного автоматического прекращения диализа служит ультразвуковой детектор обнаружения пузырьков газа в крови.
Блок процессора также контролирует работу насоса крови и гепаринового насоса, в случае появления сигнала об опасности проведения диализа останавливает подачу крови на диализатор и дозированную подачу гепарина в кровь.
Плата LP 450 - детектор уровня Плата LP 493 - детектор утечки крови Плата LP 624 - управление насоса крови Плата LP 630 - материнская плата Плата LP 631 - ЦПУ 1 Плата LP 632 - ЦПУ 2 Плата LP 633 - входные сигналы Плата LP 634 - выходные сигналы Плата LP 635 - плата дисплея Плата LP 636 - внешние соединения Плата LP 638 - блок питания Плата LP 643 - управление блока гепарина Плата LP 644 - дисплей блока гепарина Плата LP 645 - позиция мембраны помпы Плата LP 647 - логика питания Плата LP 649 - плата дисплея Плата LP 742 - фильтр радиопомех Плата LP 743 - управление питанием 2 Плата LP 744 - управление питанием 1 Плата LP 747 - распределительная плата Плата LP 748 - дисплей насоса крови Плата LP 763 - интерфейс СОММСО 3
Блок гидравлики аппарата «искусственная почка».
Рассмотрим работу блока гидравлики аппарата «искусственная почка» Fresenius-4008B. Блок гидравлики данного аппарата построен по принципу закрытого контура диализирующей жидкости, протекающей через диализатор. Балансировочная камера состоит из двух идентичных и герметичных камер, объем которых разделен эластичной непроницаемой мембраной. Каждая камера имеет 2 входа и 2 выхода для диализирующей жидкости, каждый из которых коммутируется соответствующим клапаном.
Рис. 2. Работа балансировочной камеры:
1-ый цикл - клапаны 31, 34, 36 и 37 закрыты, помпа потока 21 через открытый клапан 38 вытесняет диализирующую жидкость из диализатора в объем А2. За счет создаваемого помпой 21 давления эластичная мембрана вытесняет жидкость из объема F2, которая через открытый клапан 33 поступает в диализатор. Одновременно диализирующая жидкость поступает через открытый клапан 35 в объем F1. Эластичная мембрана выгибается и вытесняет жидкость, находящуюся в объеме А1, которая через открытый клапан 32 уходит в дренаж.
2-й цикл работы - закрыты клапаны 32, 33, 35 и 38, помпа потока 21 через открытый клапан 36 вытесняет диализирующую жидкость из диализатора в объем А1. За счет создаваемого помпой 21 давления эластичная мембрана вытесняет жидкость из объема F1, которая через открытый клапан 31 поступает в диализатор. Одновременно
диализирующая жидкость поступает через открытый клапан 37 в объем F2. Эластичная мембрана выгибается и вытесняет жидкость, находящуюся в объеме А2, которая через открытый клапан 34 уходит в дренаж.
Таким образом, для каждого цикла работы балансировочной камеры диализирующая жидкость, протекающая через диализатор, находится в замкнутом объеме. Зто исключает возможность обратной ультрафильтрации. Одновременно с этим появляется реализовать волюметрический контроль ультрафильтрации за счет дозированного забора жидкости из данного объема.
Рассмотрим работу блока гидравлики аппарата «искусственная почка» Fresenius - 4008 в режиме работы - проведение гемодиализа.
Очищенная вода через входной фильтр 63, клапан регулировки входного давления 61 и клапан подачи входной воды 41 поступает в камеру подачи воды 66а. Перед клапаном 41 стоит порт измерения давления входной воды - порт А. В камере находится датчик температуры 2, который управляет нагревом поступающей воды. К камере 66а подсоединен вентиляционный клапан, осуществляющий подачу воздуха при падении объема жидкости в камере. При достижении определенного уровня жидкость из камеры 66а попадает в камеру 66в, в которой происходит ее нагревание с помощью нагревательного элемента 54. Камеры 66а и 66в сообщаются между собой в нижней части через теплообменник 77, где происходит дополнительный нагрев поступающей воды нагретой жидкостью, уходящей в дренаж. Одновременно туда же подается концентрат через заборник 71, фильтр концентрата 94 и помпу концентрата 23. Таким образом, в камере 66а происходит предварительное смешение концентрата с поступающей водой. Далее из камеры 66в жидкость поступает в сообщающуюся с ней камеру 66с, в которой находится датчик уровня 5. Данный датчик управляет клапаном 41 и поддерживает в камере 66с постоянный уровень. Далее жидкость через плату адаптера, который содержит датчик измерения давления, и инжектор 89 поступает в камеру 88а, которая называется камерой деаэрации. Деаэрация происходит за счет отрицательного давления, создаваемого мотором дегазации 29 и инжектора 89 перед камерой деаэрации. Из жидкости удаляются присутствующие в ней мелкие пузырьки воздуха. Перед насосом 29 подключен порт D для измерения давления, создаваемого насосом деаэрации. Назначение камеры 88с, куда поступает жидкость - удалить из камеры воздух, который вместе с излишками жидкости через порт В, клапан 65 поступает обратно в камеру 66в. Одновременно с этим в камеру 88с бикарбонат, который закачивается помпой 25 через заборник 72 и фильтр бикарбоната 95. Так как поступающая в камеру 88с жидкость уже размешана с концентратом, здесь происходит окончательное приготовление диализирующей жидкости за счет смешивания с бикарбонатом.
При использовании централизованной подачи концентрата используется цепь - коннектор 121, фильтр 119, клапан проверки 117, переключатель 123 и клапан 102 для подачи концентрата и цепь - коннектор 122, фильтр 120, клапан проверки 118, переключатель 124 и клапан 104 для подачи бикарбоната.
Приготовленная диализирующая жидкость из камеры 88с поступает в балансировочную камеру 68, работа которой описана выше. Из балансировочной камеры жидкость поступает на датчики температуры и проводимости 109, 3, далее через фильтр диализирующей жидкости 114, клапан диализатора 24, индикатор потока 75 подается на диализатор. Из диализатора жидкость через фильтр 73, клапан диализатора 24в и детектор утечки крови поступает в камеру 88в. В камере имеется датчик уровня 6, который поддерживает постоянный уровень с помощью насоса вентиляции 97, клапана перелива 43. Насос вентиляции включается при опускании уровня, клапан перелива - при переполнении сливает излишек жидкости в дренаж.
Циркуляцию жидкости через диализатор осуществляет насос потока 21, который имеет регулятор давления 78 и порт измерения давления С.
Из балансировочной камеры 68 жидкость удаляется в дренаж через клапан дренажа 30, теплообменник 77 и клапан 87. Одновременно в дренаж поступает излишек жидкости и деаэрированный воздух из камеры 66а через клапан рециркуляции 86.
Имеется режим BYPASS, при котором поток жидкости через диализатор прекращается, закрываются клапаны 24 и 24в и жидкость идет в обход через клапан 26.
Ультрафильтрация осуществляется путем забора жидкости из камеры 88в помпой ультрафильтрации 22 и удаления ее в дренаж через клапан 87. Объем камеры помпы ультрафильтрации составляет 1 мл, что упрощает контроль объема забираемой из больного жидкости во время диализа.
Рис. 3. Схема блока гидравлики аппарата искусственная почтаFresenius-4008.
Обозначения на схеме гидравлики Fresenius-4008
2,3 - датчики температуры, 5 - поплавковый выключатель, 6. датчик уровня воздуха, 7 ячейка проводимости , 8. датчик утечки крови, 9. датчик давления ТМР, 10. датчик положения конектора, 12. датчик положения конектора, 21. насос потока, 22. насос ультрафильтрации, 23. насос концентрата, 24. клапан диализа 1, 24Ь - клапан диализа 2, 25. насос бикарбоната, 26. клапан байпаса, 29. помпа дегазации, 30. выходной клапан, 31. клапан 1 балансировочной камеры, 32. клапан 2 балансировочной камеры, 33. клапан 3 балансировочной камеры, 34. клапан 4 балансировочной камеры, 35. клапан 5 балансировочной камеры, 36. клапан 6 балансировочной камеры, 37. клапан 7 балансировочной камеры 38. клапан 8 балансировочной камеры, 41 - клапан входной воды, 43 - клапан заполнения, 54 - нагревательный элемент, 61 - редукционный клапан входной воды, 63 - фильтр водной воды, 65 - редукционный клапан давления, 66 - блок нагревателя, 66а - камера входной воды, 66Ь - камера нагревательного элемента, 66с - камера поплавкового выключателя, 68 - балансировочная камера, 71. фильтр концентрата, 72. фильтр бикарбоната, 73. внешний фильтр диализата, 74. фильтр ультрафильтрации, 75. внешний индикатор потока, 76. фильтр клапана заполнения, 77. теплообменник перепускной клапан, 84. клапан забора дезинфектанта, 85. коннектор дезинфектанта, 86. рециркуляционный клапан, 87 клапан слива, 88 многофункциональный блок, 88а - камера дегазации, 88Ь вторичный воздушный, 88с - первичный воздушный сепаратор, 89 - жиклер дегазации, 90а - ацетатная промывочная камера концентрата, 90в - бикарбонатная промывочная камера бикарбоната, 91 - клапан промывки заборников, 92 - воздушный бактериологический клапан, 94 - трубка конектора забора, 95 - трубка конектора забора, 97 — насос воздухоотделения, 99 - клапан промывки, 100 - клапан промывки, 102 - клапан центральной раздачи концентрата, 104 - клапан центральной раздачи бикарбоната, 109 - датчик температуры NTS -109, 111- гидрофобный фильтр, 112 - клапан фильтрации Diasafe, 114 - фильтр диализата Diasafe
А - контрольная точка входного давления В - контрольная точка давления наддува С - контрольная точка давления помпы потока D - контрольная точка давления дегазации
Режимы работы аппарата «
искусственная почка».
Аппарат «искусственная почка» может функционировать в следующих рабочих режимах:
- преддиализная промывка
- самотестирование
- подготовка к диализу
- режим диализа
- -режим окончания диализа
- -дезинфекция аппарата
-технический режим, включая режим калибровки аппарата и режим диагностики.
Преддиализная промывка аппарата «искуетвенная почка» - это необходимая процедура при включении аппарата, связанная с необходимостью вымыть из аппарата остатки химических дезинфектантов, а также для предотвращения роста в гидравлике аппарата колоний бактерий. В конце программы промывки аппарат проходит встроенный тест гидравлики, который определяет готовность аппарата к последующим процедурам. При выполнении программы промывки аппарат обеспечивает прохождение очищенной воды через все узлы гидравлики со скоростью потока 500 мл/мин.
Переход к режиму самотестирования аппарата происходит автоматически при опускании заборников концентрата в канистры, при этом аппарат забирает концентрат и приготавливает из него диализирующую жидкость. За время, когда аппарат наберет необходимую проводимость и температуру, он последовательно проходит тесты гидравлической и процессорной части аппарата. При этом тест, прошедший с ошибками, фиксируется. Часть тестов, связанных с работой гидравлики, может быть повторена троекратно. По окончании теста аппарат выдает сообщение об успешном выполнении тестов и предлагает перейти к режиму подготовки к диализу. В случае прохождения какого-либо теста с ошибками аппарат выдает на дисплей наименование теста, код ошибки. Возможность перехода к режиму подготовки к диализу при этом исключается, то есть провести диализ на неисправном аппарате нельзя.
В режиме самотестирования аппарат проходит следующие тесты:
- RAM тест проверки процессора
- тест CRC проверки процессора
- тест проводимости
- тест температуры
- тест отрицательного трансмембрального давления
- тест положительного трансмембрального давления
- тест артериального измерителя давления
- тест венозного измерителя давления
- тест детектора утечки крови
- тест воздушного детектора венозной ловушки
- тест венозного клапана
- тест насоса по крови
- тест гепаринового насоса
- тест ультрафильтрации.
В каждом из перечисленных тестов аппарат создает критическую ситуацию с возникновением тревожных сигналов и проверяет реакцию систем безопасности. Неисправности фиксируются в памяти и выводятся на дисплей в виде кода ошибок. Инженер по коду ошибок может быстро определить неисправный узел. Применение системы кода ошибок существенно упрощает диагностику неисправностей аппарата.
При успешном прохождении тестов аппарат переходит к режиму подготовки к диализу. При этом процессор блокирует все тревожные сигналы. На аппарат навешивается система по крови, диализатор. Затем артериальная линия системы по крови опускается в емкость с физраствором, включается мотор кровяной линии и система вместе с диализатором автоматически заполняется до установления минимального уровня в венозной ловушке. После этого аппарат останавливает кровяной мотор и перекрывает линию венозным клапаном. Дальнейшую подготовку проводит оператор, который отбивает венозную ловушку от пузырьков воздуха, оставшихся в системе, снимает тревогу венозной ловушки и ставит систему по крови на круговое обращение физраствора. Система по крови подготовлена к подключению больного. Оператор устанавливает параметры диализа:
-время диализа (стандартное время составляет 4 часа)
-объем ультрафильтрации), значение определяется лечащим врачом)
- проводимость диализирующей жидкости
- температуру диализирующей жидкости
- скорость подачи крови в диализатор
- скорость потока диализирующей жидкости (стандартное значение 500 мл/мин)
- скорость подачи гепарина в кровь (для исключения тромбирования крови во время диализа).
Далее насос подачи крови останавливается, к системе по крови подключается больной, Скорость насоса крови плавно увеличивается до рабочего значения. При достижении крови венозной ловушки оптический датчик венозного клапана определяет кровь в системе и аппарат переходит в режим диализа. В режиме диализа аппарат производит:
- активизацию мониторинга венозного, артериального и трансмембрального давления
- включение системы ультрафильтрации
- активизация мониторинга утечки крови из диализатора
- активизация воздушного датчика в венозной ловушке
- активизация программы диализа с выводом параметров в режиме реального времени
- включение всех систем безопасности.
По окончании диализа аппарат возвращает кровь больному, после этого включается режим отмывки диализатора. Когда диализатор будет опорожнен, система по крови заполняется дезинфектантом и снимается с аппарата. Следующим этапом является дезинфекция самого аппарата.
Имеется несколько типов дезинфекции аппаратов «искусственная почка» в зависимости от назначения:
- химическая дезинфекция с применением лимонной кислоты
- химическая дезинфекция с применением дезинфектантов
- тепловая дезинфекция
- смешанный тип дезинфекции.
Процесс диализа с применением двух компонентов концентрата- концентрата А и бикарбоната связан с образованием труднорастворимого осадка, который оседает на стенках трубопроводов и в механизмах гидравлики аппаратов «искусственная почка». Если не предпринять никаких мер после проведения диализа, это приведет в кратчайшие сроки к выходу из строя гидравлики аппарата. Поэтому после проведения каждого диализа требуется проводить очистку гидравлики, В основном это делается с помощью лимонной кислоты с концентрацией 20-30%. В некоторых аппаратах имеется режим тепловой дезинфекции с лимонной кислотой, что увеличивает эффективность отмывки гидравлики.
С другой стороны, в процессе диализа с применением ультрафильтрации из крови Зольного удаляется некоторое количество жидкости, проходя при этом через гидравлику аппарата. При этом существует большая опасность заражения вирусными инфекциями персонала или другого больного через аппарат. Для исключения этой возможности используется химическая дезинфекция с применением современных дезинфектантов, уничтожающих возбудителей опасных заболеваний. Одним из наиболее используемых в настоящее время дезинфектантов является PURESTERIL.
Аналогичным действием обладает тепловая дезинфекция аппарата, при которой после промывки находящаяся в гидравлике жидкость нагревается до 85 град., затем циркулирует в аппарате и сливается в дренаж.
Имеются также дезинфектанты двоякого действия (DIALOX), которые обладают одновременно антибактериальным действием и способностью удалять из гидравлики труднорастворимые осадки.
В каждом аппарате «искусственная почка» имеется набор программ для проведения соответствующей дезинфекции, при этом аппарат хранит в памяти время проведения последней дезинфекции и требует очистительной промывки в случае нахождения остатков дезинфектанта в гидравлике аппарата.
В аппарате «искусственная почка» имеется так называемый технический режим, предназначенный для калибровки аппарата, диагностики неисправностей. Имеется режим SETUP, предназначенный для настройки предустановок аппарата в различных режимах работы, включая язык вывода информации на дисплей. Режим калибровки аппарата состоит из следующих разделов:
- калибровка артериального давления
- калибровка венозного давления
- калибровка скоростей помп
- калибровка объема помпы ультрафильтрации
- калибровка давления дегазации
- калибровка потока 300, 500, 800 мл/мин
- калибровка температуры диализата
- калибровка системы смешивания концентрата
- калибровка проводимости
- калибровка весов гемодиафильтрации
- сброс записи в памяти об ошибках
- инициализация памяти NO VRAM.
Перспективы развития аппарата «искусственная почка».
Дальнейшее развитие аппарата «искусственная почка» связано с внедрением новых методов лечения больных.
Одним из таких методов является одноигольный режим диализа (SINGLENEEDLE). В этом режиме кровь забирается и возвращается больному в одну точку. Данный режим очень благоприятен для детей в связи с плохим доступом к кровяным сосудам. Задача аппарата - обеспечить максимальную эффективность диализа в этом случае.
Другим направлением в гемодиализе является гемодиафильтрация (HDF). В режиме гемодиафильтрации из крови больного забирается большое количество жидкости с одновременным восполнением этого объема замещающей жидкостью. При этом возникают специфические трудности, связанные с необходимостью точного контроля веса больного и объема замещающей жидкости, применением высокопроницаемых диализаторов. Предъявляются повышенные требования к стерильности концентрата, точности приготовления аппаратом «искусственная почка» диализирующей жидкости, к надежности и безопасности в работе всего аппарата «искусственная почка» в целом.
Разрабатываются низкопоточные аппараты «искусственная почка», в которых диализирующая жидкость подается в диализатор из подсоединяемых мешков в уже готовом виде. Преимущество таких аппаратов состоит в том, что аппарату не требуется подвод очищенной воды, недостаток в том, что диализ должен проводится существенно дольше обычного (в течение нескольких суток) и сам диализ получается дороже. Данные аппараты нашли применение в системе «диализ на дому».
В нашей стране аппараты «искусственная почка» применяются в медицинской практике с начала 80-х годов. В настоящее время парк аппаратов составляет около 200 единиц. Гемодиализные отделения существуют во всех областных центрах, за последние годы открылись новые отделения в Борисове, Бобруйске, Солигорске, Лиде, Кобрине, Жлобине. Планируется расширение уже существующих отделений.
На коллегии Минздрава РБ неоднократно подымался вопрос о необходимости создания собственного производства аппаратов «искусственная почка», однако в связи с тем, что необходимость в новых аппаратах не превышает количества 20 аппаратов в год, было признано нецелесообразно на данный момент развертывать производство аппаратов «искусственная почка» в РБ
ЛИТЕРАТУРА
1. Белова А.Н. Нейрореабилитация .-М. Антидор, 2000 г. – 568с.
2. Прикладная лазерная медицина. Под ред. Х.П. Берлиена, Г.И. Мюллера.- М.: Интерэкспорт, 2007г.
3. Александровский А.А. Компьютеризованная кардиология. Саранск; "Красный Октябрь" 2005: 197.
4. Разработка и постановка медицинских изделий на производство. Государственный стандарт Республики Беларусь СТБ 1019-2000.
5. Штарк М.Б., Скок А.Б. Применение электроэнцефалографического биоуправления в клинической практике. М. - 2004 г
6. Боголюбов В.М., Пономаренко Г.Н. Общая физиотерапия. М.,СПб.: СЛП, 2008.
7. Ультрафиолетовое излучение в профилактике инфекционных заболеваний./ А.Л. Вассерман, М.Г. Шандала, В. Г.Юзбашев. М. 2003г.