不同类型血液透析机的超滤系统原理及其应用

应滋栋 张飞鸿 赵丽萍*

不同类型血液透析机的超滤系统原理及其应用

应滋栋①张飞鸿②赵丽萍②*

目的：探讨不同类型血液透析机超滤系统不同的维护保养方法，有效保障其超滤系统的精准性。方法：对不同类型血液透析机的超滤控制系统的原理进行详细的论述及分析，对其采取不同的维护保养方法。结果：通过科学地维护保养，能有效地确保血液透析机超滤系统的精准性。结论：针对不同类型血液透析机采取不同的维护保养方法可为血液透析机安全有效运行提供保障，确保临床医疗安全和医疗质量。

血液透析机；超滤系统；平衡腔；复式泵；差分流量计；维护保养

[First-author’s address]Department of Nephrology Hemodialysis Room, Shidong Hospital, Shanghai 200438, China.

随着我国血液透析治疗和血液净化技术的发展，需要血液透析治疗的患者数量和治疗规模迅速增长。据卫生部全国透析病例信息登记系统2012年12月31日统计，血液透析机数量由1999年的4967台增加到2012年的35769台，血液透析在透患者由37371人增加到243863人[1]。近年来，国家在加大对尿毒症患者医疗投入的同时，各地卫生部门也加大了对血液透析治疗的安全监管。每个血液净化工作者应高度重视血液透析治疗中的安全问题。

1 血液透析机的超滤系统

血液透析是肾脏替代治疗的主要手段，其作用是清除体内代谢废物、排除多余的水分和纠正电解质及酸碱平衡[2]。由于大部分血液透析患者肾脏功能衰竭或完全丧失而无法排除体内水分，而体内多余的水分的排除需通过超滤来实现。血液透析机的超滤系统功能是准确完成超滤，避免水钠储留及心衰等并发症的发生。超滤系统既是血透机的主要部件也是影响到血透机使用寿命的关键，因此血透机的超滤系统无论对于临床治疗还是医院设备控制运行成本均尤为重要。

各类血透机超滤系统的工作原理不同，同一透析设备的不同零部件其寿命、安全性、有效性、技术参数、操作需求、维修维护成本以及市场价格等均有所不同，其潜在的安全隐患和风险也不相同。通过分析不同类型血液透析机的超滤控制系统其各自的特点和工作原理，使用不同的维护保养方法能有效的确保超滤的精准性，延长其使用寿命，最终达到确保透析治疗质量和安全的目的[3]。

2 超滤系统的总体分类

血液透析机通常利用容量控制或跨膜压(transmembranous press，TMP)的压力控制来达到超滤、去除血液中多余水分的目的。目前，血透机均采用容量控制，临床上应用的血液透析机的超滤控制系统可分为平衡腔加超滤泵、复式泵加超滤泵、流量传感器系统和差分质量流量计等类型，其均为通过比较透析器前后的流量差异来计算超滤量，计算结果较为准确(见表1)。

3 各类型超滤系统的工作原理及其维护

3.1 平衡腔系列基本原理

平衡腔超滤控制系统是应用平衡腔加超滤泵的形式。密闭系统与超滤泵对超滤的精确性起到决定性作用。平衡腔模块是一个密闭系统，透析液进出平衡腔的量相等，由2个腔体和8个电磁阀组成，每个腔体中都有一块膜片分隔。平衡腔工作周期分为两部。

表1 常见超滤系统分类

平衡腔系列分为德国贝朗Dialog+系列，费森尤斯4008、5008系列和日本东丽TR系列，其平衡腔工作原理基本相似(如图1所示)。

图1 平衡腔工作原理图

(1)德国贝朗Dialog+系列。相位1(Phase 1)流程：打开电磁阀VEBK2，VABK2，新鲜液从电磁阀VEBK2进入腔体BK2，膜片向右移动，废液从电磁阀VABK2排出→打开电磁阀VDEBK1，VDABK1，废液从电磁阀VDABK1进入腔体BK1，膜片向左移动，新鲜液通过电磁阀VDEBK1进入透析器。相位2(Phase2)流程：打开电磁阀VEBK1，VABK1，新鲜液从电磁阀VEBK1进入腔体BK1，膜片向右移动，废液从电磁阀VABK1排出→打开电磁阀VDEBK2，VDABK2，废液从电磁阀VDABK2进入腔体BK2，膜片向左移动，新鲜液通过电磁阀VDEBK2进入透析器。贝朗Dialog+系列的单个平衡腔容量是60 ml，膜片位置的测量是靠与膜片相连接的膜位移传感器完成的，膜位移传感器决定了流量泵FPE、FPA的转速，单向阀DDE、RVDA起到稳定FPA、FPE流量的作用，保证两个膜片移动的同步性。Dialog+系列超滤泵为陶瓷泵，单个冲程量约为(223±3)μl。每个泵的数值不同，应以出厂的数据为准。

该设备在日常维护保养中应做到：①注意水路部分的除气、透析液流量，其均会直接影响超滤的精准；②在水路压力自检时观察透析液压传感器PDA的数值、自检的时间长短，治疗时除气压传感器PE的数值、空气分离室VLA阀的状态是否为常闭，根据流量泵FPE、FPA和超滤泵UFP的转速预测判断超滤系统的工作情况；③定期检查平衡腔电磁阀是否有漏液情况，通过观察，看电磁阀阀体是否有锈迹；④进入维修模式，查看电磁阀的开闭状态与给出的控制信号是否相吻合；⑤流量泵FPE、FPA的转速是否相差太大，DDE、RDVA阀的压力是否相等，避免造成进出平衡腔两端透析液的不等。上述因素均会对超滤的精确性起到重要作用。

(2)费森尤斯系列。该系列单个平衡腔容量为30 ml。平衡腔的切换以电路上截取的电流增加脉冲为基准[4]。腔室2充满电流的瞬间，即腔室2的膜片到达平衡腔的墙壁时废液测压力增大，流量泵的力矩相应增大，进而导致流量泵驱动电流增大，机器在电路上截取此电流增加脉冲控制平衡腔的切换，电磁阀立即转换成相向状态，继而进入下一个周期。在两个周期的转换期间，每当腔充盈、膜片紧贴腔壁时所有阀关闭150 ms[5]。通过测定电流脉冲的频率，在已知平衡腔容积的条件下，即可计算出流量，因此流量信号实际是流量泵的电流脉冲信号。超滤泵的作用是滤出患者体内多余水分。4008系列的超滤泵为固定容量的膜式泵，单个冲程量为1 ml，超滤量决定了超滤泵的运动次数。

该设备在日常维护和保养中应做到：①定期检查平衡腔电磁阀是否有漏液情况，观察电磁阀阀体是否有锈迹，必要时可测量平衡腔电磁阀的电阻值；②配合厂商工程师定期对血透机进行保养，费森尤斯4008系列要求平衡腔容量的平均值为(30±0.1) ml，超滤泵60个行程的冲程量为(60±0.5) ml，如果测试结果在超出范围值时应及时进行定标；③根据血透机维护手册提示定期更换易损件，如平衡腔电磁阀膜片、弹簧等。

(3)东丽TR系列。东丽TR-8000的单个平衡腔容量是505 ml，平衡腔切换由218流量开关来完成，其流量开关两次信号的间隔时间是平衡腔实际的切换时间，超滤泵同样使用的是陶瓷泵，单个冲程量为0.5 ml。

该设备在日常维护保养中应做到：①注意水路部分的除气、透析液流量都会直接影响超滤的精准；②观察平衡腔充满、交换时间的控制值及检测值；③对于易损零配件，如平衡腔电磁阀膜片、弹簧等应做到定期更换[6]。

3.2 复式泵系列

(1)复式泵基本原理。复式泵超滤系统运用复式泵＋超滤泵的组合。复式泵具有两个相同容积泵室的柱塞泵，位于一侧的泵向透析器提供透析液，相反一侧的泵从透析器中将透析液排出。复式泵的每个泵室配置有发信电极，在其出口配置有收信电极，可通过开闭单向阀时被传递受信电极的信号对每台泵的排放进行监视(如图2所示)。

图2 日机装DBB系列复式泵工作原理图

(2)日机装DBB系列。该系列为复式泵超滤系统，超滤泵为陶瓷柱塞泵，活塞单个行程的排量约为0.78 ml。陶瓷柱形活塞在电动机及偏心轴的推动下左右移动，腔体上下各一个单向阀，分别为进液阀和排液阀[7]。当陶瓷柱形活塞向左移动时腔体容积变大，同时进液阀打开，排液阀关闭，液体进入腔体；当陶瓷柱形活塞向右移动时腔体容积变小，同时进液阀关闭，排液阀打开，液体排出腔体。在单向阀完全闭合时收信电极接收的电压值应该很低，如果测量的电压值上升则表明单向阀闭合不严.机器会发出故障报警。超滤精确性与复式泵、超滤泵的单向阀上3个背压阀压力密切相关。

该设备在日常维护保养中应做到：①对UFC数据里的配管泄露、平衡测试的数据与图表、治疗时复式泵以及超滤泵单向阀开闭的电压进行观察，如果电压数值过高但又未触发报警，可提前更换单向阀；②应注意脱气室的浮子开关可能会因蛋白的附着下沉使电磁阀SV8常开，致使废液从该电磁阀排出而造成多脱水。日常的脱钙、除蛋白程序会直接影响超滤的精准性。

3.3 差分质量流量计系列

(1)差分质量流量计基本原理。差分质量流量计是根据科里奥利力原理而设计。管道的振动时受到外加电磁场驱动，有着固定的频率，因而流体在管道中受到的科氏力仅与其质量和运动速度有关。而质量和运动速度即流速的乘积是需要测量的质量流量。

(2)贝尔克Formula系列。该系列的超滤控制系统是根据科里奥利力原理设计的差分质量流量计。流体在旋转的管道内流动时会对管壁产生一个力，将管道的圆周运动切割下一段圆弧使管道在圆弧内反复旋转，即将单向旋转运动变成双向振动，能够使管道受到科里奥利力的作用[8]。科氏力与流体质量、流体的运动速度以及旋转体系的角速度相关。由于管道振动时受到外加电磁场驱动有着固定的频率，因而流体在管道中受到的科氏力仅与其质量和运动速度有关(如图3所示)[9]。

图3 贝尔克Formula系列差分质量流量计工作原理

图3显示，在两根U型管中，新鲜液从管道1(红色)进入透析器，废液从透析器进入管道2(紫色)，新鲜透析液与废液的流向相反。受到线圈产生的磁场驱动，两根U型管进行固定频率的振动。当流体从一端流向另一端时，U型管内的科氏力使管中点前后两半段产生方向相反的扭曲，进而产生相位差。测出扭曲量即偏转角的大小，通过两个传感器分别记录进出端的相对位移振荡，即可得知质量流量，通过处理实现不间断的超滤量计算。与其他超滤控制系统相比，日常的脱钙、除铁及除蛋白对于流量计类型的超滤控制系统更为重要。

3.4 金宝AK系列流量传感器

(1)金宝AK系列工作原理。与平衡腔不同，金宝UF cell是基于法拉第定律来测量液体流速，液体垂直于磁力线穿过电磁场，通过切割磁力线的机械运动将机械动能转化为电能，会在垂直于磁场和液体流向的方向上产生电压V[10]。该电压与液体流速、磁场空间大小及液体流经区域的大小相关联。而金宝UF cell固定了液体通过的截面大小、磁场空间的大小，因此电压与通过金宝UF cell的液体流速成正比。原始微弱的电压经过超滤测量单元自身的预放大电路放大，从而实现不断计算、反馈和控制超滤量的功能。

(2)该设备在日常维护保养中应做到：①脱钙、除铁和除蛋白，避免超滤控制系统因与血液透析机脱钙不充分而诱发超滤单元硬件故障[11]；②金宝AK系列的透析液浓度与超滤精确性有关，透析液浓度的不稳定会直接影响超滤的精准性，因此要定期对其透析液电导度进行校对，一旦发生电导度偏移要及时纠偏并重新定标。

4 结论

医疗设备是进行医学科学研究不可或缺的部分，也是医疗质量的重要保障和环节[15]。临床医学工程人员是医学工程和临床医学的纽带，是现代化医院正常运转的保障。血液透析机是一种血液净化疗法的医疗器械，分为血路、水路和电路等三大系统。在我国属于政府重点监管目录中的第三类高风险设备[9，13]。作为专职的血透室工程师，应履行医疗机构临床工程师的职责，为医疗设备安全有效运行提供保障[12，14]。通过对不同类型血液透析机超滤控制系统的原理进行详细的论述及分析；并根据各型血透机的工作原理特点，采取不同的维护保养方法能有效地确保其超滤系统的精准性。从而做到在临床一线安全使用血透设备，及时发现问题、解决问题，达到确保临床医疗安全、提高医院社会效益和经济效益的目标。

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Working principles and application of different ultrafiltration control systems

YING Zi-dong,ZHANG Fei-hong, ZHAO Li-ping// China Medical Equipment,2014,11(3):54-57.

Objective:To keep the ultrafiltration control systems running effectively, we take different maintenance methods.Methods:According to the different working principles, different ultrafiltration control systems need different ways to maintenance.Results:It is confirmed that maintenance can keep machine running in its best mode.Conclusion:Maintenance can provide the safe operation of hemodialysis machines, and ensure the medical quality.

Hemodialysis machine; Ultrafiltration control system; Balance chamber; Duplex pump; Differential mass flowmeter; Maintenance

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.03.019

1672-8270(2014)03-0054-04

R197.39

A

2013-11-07

①上海市东医院血透室 上海 200438

②上海交通大学附属第六人民医院血透室 上海 200233

*通讯作者：adnazhao@hotmail.com

应滋栋,男,(1987- ),本科学历，工程师。上海市东医院血透室，从事血液净化临床工程技术工作。