Fresenious血液透析机透析压力换能器输出数据研究

1.川北医学院附属医院 a.设备科，b.手术室，c.血液净化中心，四川 南充637000；2. 成都华奥仪表有限公司，四川 成都 610072

Fresenious血液透析机透析压力换能器输出数据研究

阳建华1a，何燕1b，马云燕1c，赵华胜2

1.川北医学院附属医院 a.设备科，b.手术室，c.血液净化中心，四川 南充637000；2. 成都华奥仪表有限公司，四川 成都 610072

目的研究Fresenious血液透析机内部的透析压力（跨膜压力）换能器（Ttmp）在常温、正常情况下的静态输出数据，以方便后续进行国产化。方法采用三台正常在用的Fresenious血液净化治疗机的Ttmp在机检测和离机检测两种情况，获取该Ttmp的有效输出数据。结果将获取得到的在机和离机情况数据按Ttmp处在不同直流供压状态下绘出VOUT（输出电压值）-P（施加压力）关系曲线。结论通过Ttmp不同直流供压状态下的VOUT-P关系曲线可以看出输出数据线性、重复性、稳定性好，无明显迟滞、漂移现象，输出线性系数近似为11 mV/V/bar。

血液透析机；透析压力换能器；跨膜压；输出数据；数据检测

0 前言

Fresenious（费森尤斯）品牌血液透析机（血液净化治疗机）是我国医疗机构使用较多的一款进口治疗设备，在慢性肾脏衰竭替代治疗、中毒急救治疗方面发挥了重要作用。和其它品牌血透机（如美国BAXTER、德国BARAUN、日本TORAY、瑞典GAMBRO、日机装等）一样，在给患者行血液净化治疗时，跨膜压（TMP）参数监测、控制必不可少[1]。TMP的监测实际上是借助置于合适的透析液回路中的一个透析压力换能器（Ttmp），这个Ttmp输出模拟电参数经比较控制A/D转换，微处理运算后在机器屏上动态显示或判断是否报警[2-3]。Fresenious血透机内部的Ttmp是一个压力感应组件，其在正常情况下能精确线性地反映出机内流经透析器回路中压力[3]。随着Ttmp使用时间的增加，它会表现出零点偏离、压力死点、线性不好等非正常现象[4]。更换Ttmp的原装件成本很高，寻求国产替换件是降低成本的必由之路。

近年来，随着临床血液净化治疗技术需求旺盛，相关设备的核心部件的国产化研制变得十分重要，使这类设备的重要部件朝着模块化、通用化、国产化方向发展。探测Fresenious血透机中的VOUT-P在常温、正常情况下的输出数据，为血透机中的Ttmp国产化研制提供了数据支持，这也是探测Fresenious血液净化治疗机透析压力换能器输出数据的根本目的。

针对国内医疗机构普遍使用的费森品牌血透机中的TMP换能器故障更换量多且成本高的现状，采用国产化研制措施，以降低该类机器运行维护成本和提高血透机的模块化研究水平。

1 Ttmp的VOUT-P检测

Ttmp的输出数据检测分在机和离机两种情况来进行，这主要考虑到Fresenious血透机内部管路环境与外部环境有很大不同。前者主要是液压感应检测，后者是气压感应检测。利用这两种介质的作用结果分析出Ttmp的一些静态特性指标[5]。

1.1 Ttmp在机检测

检测对象和使用仪器工具：以使用运行时间不同（一台已使用8年No.1、一台已使用6年No.5、一台已使用2年No.8）的三台在用费森品牌血透机作为检测研究对象（其内部使用的Ttmp组件完全相同）；使用VC9807(A+4.1/2)数字万用表（带数据保持功能）、Tektronix TDS220 100M双道数字存储示波器、测试探针等工具。

从Ttmp组件的变送处理板与血透机连接的五芯插座上焊脚对应并联引出线缆并制成一个5针的转接测试板，见图1。图中1、2、3、4、5分别表示PIN1（data）、PIN2(V+)、PIN3(data)、PIN4(AGND)、PIN5(NC)，其中PIN1和PIN3两端为Ttmp组件压力变送输出数据(data)、PIN2 和PIN4两端是Ttmp组件压力变送PCB的供电端，PIN5端未用。

图1 5针转接测试板

将Fresenious血透机置维修状态，通过菜单选择“TMP CHECK”，这时可通过UF ON/OFF来调节机内透析压力的大小，从而形成Ttmp的不同感应压力P。

从Ttmp组件变送电路结构和原理[2,4]来看，Ttmp的VOUT数据主要决定于两数据端（PIN1和 PIN3）的电位差值。

在机检测得到的Ttmp的VOUT-P数据，见表1～3：

表1 No．1机(4008S, 1VCAA197) TtmpVOUT-P数据

表2 No．5机(4008B,3V5AAH53) TtmpVOUT-P数据

表3 No．8机(4008B,6V5AEG35) TtmpVOUT-P数据

1.2 Ttmp离机检测

将上述三台在用费森品牌血透机内部的Ttmp组件拆卸脱机，以拆卸下来的Ttmp组件作为检测研究对象并作好标记。

检测所用工具仪器：① 浮球式压力计（0.001～0.25 MPa,0.5MPa氮气压源，砝码式方法改变输出压力值P）；② mV计（精度1μV）。

自制测试所用电源电路图，见图2。

图2 自制测试电源电路图

该电源是参照该机内部提供给换能器组件的电源原理图[4]而选件组装的，通过测试发现不同机内部供给其TMP换能器电压值略有差异，原因在于它本身就是一个可调的直流稳压电源[6]，原理如下面的自制测试电源原理一样。

我们分别从No.1机、No.5机、No.8机内部拆卸Ttmp组件并脱离原机后测出的数据，见表4～6：

表4 No．1机(4008S,1VCAA197)内部Ttmp数据

表5 No．5机(4008B,3V5AAH53)内部Ttmp数据

表6 No．8机(4008B,6V5AEG35)内部Ttmp数据

2 VOUT-P曲线

在机检测时TMP换能器工作电源电压稳定，压力感应芯片接触的水流温度与室温相同。图3～5是三台在机情况下的VOUT-P曲线，从上到下的曲线斜率分别定为K1、K2、K3。通过计算，K1≈（|-44-1|÷600）=0.075 mV/mmHG；K2≈（|-46+1|÷600）=0.075 mV/mmHG；K3≈（|-48-0|÷600）=0.08 mV/mmHG。

图3 No．1 机器在机情况下的VOUT-P曲线

图4 No．5 机器在机情况下的VOUT-P曲线

图5 No．8 机器在机情况下的VOUT-P曲线

K1、K2、K3值略有差异，其原因之一是加在各TMP换能器上的直流电压不同引起。从恒压源供电的压力传感器电桥输出来看，其输出精度与电源精度是密切相关的[7]。

选用的三台样机内的TMP传感器均测试在本机可供压力条件或实验室具备的压力形成条件。如：在机测试时，被测传感器工作在负压条件下，这个0～-600 mmHg范围，也是目前临床常用透析膜运行的最佳压力要求范围；离机测试时，被测传感器工作在正压条件下，这个0～+150 kPa（大约等于1100 mmHg）压力是由浮球式压力计加N2压力源系统形成，这个测试压力范围完全包含本机运行时的最大正压要求。

图6 No．1机器离机情况下的VOUT-P曲线

图7 No．5机器离机情况下的VOUT-P曲线

图8 No．8机器离机情况下的VOUT-P曲线

3 结论

按照对三个样机在不同情况下的输出数据的研究原理来看，通过在机或者离机两个状态不同直流电源供压下的VOUT-P曲线研究实际均是针对Ttmp的静态特性指标的研究，没有进行输入变化引起输出变化的时间特性的研究[3]。

（1）从表中数据看出，不管在机或离机测试被测对象，TMP传感器线性度均很好。

（2）从离机测试数据可以看出，TMP传感器产生的迟滞性都很小。

（3）实际测试每一个被测对象，输出的VOUT与P的关系线性好，且斜率大小近乎相同。

从抽样的三件Ttmp的静态特性指标研究结果看出，该系列换能器的传感输出数据批量线性、重复性、稳定性好，无明显迟滞、漂移现象，没有因使用时间长短不同出现个体之间的严重偏差现象，但不能描述每个样件本身性能的变化特性，是作出的横向比较，而不是纵向分析比较[8]。由于各种因素，本研究只在一定温度下（室温20～30 ºC）检测研究分析，是进行Fresenious血液净化治疗机中透析压力换能器的静态数据特性的初步研究[7]。

在一定的温度下以作用在压力换能器芯片上1 bar的压力、1 V的电压差的情况下测出该换能器输出的有效mV值定义为该压力换能器在此温度下的输出线性系数。据此，计算所得这三个样件的室温下的输出线性系数近似为11 mV/V/bar，为研制适合Fresenious系列血液净化治疗机国产化的透析压力换能器提供了重要数据特性支持[9]。

[1] 张稳．Fresenius血液透析机平衡腔系统工作原理及故障分析[J]．中国医疗设备,2009(4):50-52．

[2] 薛锋． JMS SDS-20S 血液透析机水路流程分析[J]．医疗设备信息,2005,(10):33-34．

[3] 王黎明．费森尤斯4008B血透机维修手札[J]．中国医疗设备, 2009,(2):117．

[4] 阳建华,何燕,龙田,等．费森尤斯4008系列血液透析机TMP传感组件结构、原理和常见故障分析[J]．中国医疗设备,2010, (2):100-101．

[5] 陈安宇．医用传感器[M]．2版北京:科学出版社,2008．

[6] 刘吉来．模拟电子技术[M]．北京:机械工业出版社,2005．

[7] 谢东．医用压力传感器原理及其应用[J]．医疗设备信息, 2001(6):28．

[8] 王德任,刘鸣．脑血管病与循证医学[J]．川北医学院学报,2012, (8):56-57．

[9] 阳建华,何燕,龙田,等．FRESENIOUS4008系列血透机TMP传感组件工作机理及性能分析[J]．中国医疗设备,2010,(1):50-51．

Study of the Output Data about Dialysis Pressure Transducer in Fresenious Hemodialysis Machine

YANG Jian-hua1, HE Yan1, MA Yun-yan1, ZHAO Hua-sheng2
1.a. Department of Equipment, b. Operating Room, c. Blood Purification Center, Affiliated Hospital of North Sichuan Medical College, Nanchong Sichuan 637000, China;
2. Chengdu Aohua Meter Co. Ltd, Chengdu Sichuan 610072, China

ObjectiveTo study the static output data of the transmembrane pressure transducer (Ttmp) inside Fresenious hemodialysis machine under ordinary temperature and normal conditions so as to facilitate subsequent nationalization.MethodsAcquired Ttmp output data by selecting 3 normal Fresenious hemodialysis machine and detecting effective output data of Ttmp in two modes of on-line and off-line.ResultsConverting the Ttmpoutput data of on-line and off-line into VOUT(the value of the output voltage) -P (pressure) curve when the Ttmp is at different DC supply voltage and different liquid pressure .ConclusionCalculating according to the Ttmp VOUT-P curve under different DC supply voltage state, the output data is of good linear, repeatability and stability, and no obvious hysteresis and drift were found. The output linear coeffcient is approximate to 11 mV/V/bar.

hemodialysis machine; transmembrane pressure transducer; transmembrane pressure; output data; data detection

TH789；R197.39

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2013.05.003

1674-1633(2013)05-0008-04

2012-12-08

2013-04-01

四川省卫生厅科研项目（090149）资助

作者邮箱：282237704@qq．com