FRESENIOUS4008系列血透機(jī)TMP傳感組件工作機(jī)理及性能分析

陽建華，何 燕，龍 田，程志剛

(川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 ，四川 南充637000)

FRESENIOUS4008系列血透機(jī)TMP傳感組件工作機(jī)理及性能分析

陽建華，何 燕，龍 田，程志剛

(川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 ，四川 南充637000)

本文根據(jù)FRESENIOUS4008系列血透機(jī)的臨床應(yīng)用要求，結(jié)合機(jī)內(nèi)液汽路、電路的構(gòu)成,采用圖示的方法來分析和研究TMP傳感組件的工作原理，并總結(jié)出該組件的基本性能，以更好對(duì)其組件改良。

血透機(jī)； TMP傳感組件；透析液

Abstract:According to the clinical application demand of FRESENIOUS 4008 hemodialysis system,and combining with its liquid&stream line and and circuit,this paper analyzes the working principle of TMP transducer,and summarizes its basic functions,thus to make better amelioration to the components.

Key words:hemodialysis system;TMP transducer; dialysate

FRESENIOUS4008系列血透機(jī)之TMP傳感組件是一個(gè)重要的安全參數(shù)檢測部件，對(duì)正確反映透析壓力、病人血流狀況、安全范圍報(bào)警至關(guān)重要，分析和研究該TMP傳感組件的基本性能以更好地改進(jìn)開發(fā)該組件。

1 相關(guān)液汽路結(jié)構(gòu)

FRESENIOUS4008系列血透機(jī)治療過程中的跨膜壓（TMP）監(jiān)測用的壓力感應(yīng)組件（以下簡稱TMP傳感組件）安置于透析液（A、B、RO三者的混合液）與超濾液（從患者血液里超濾脫出多于的水和部份毒素等）必須經(jīng)過的水路管中，以直接將該管路中的液體壓力轉(zhuǎn)換成能讓機(jī)內(nèi)LP633板（信號(hào)輸入板）接收處理的模擬電信號(hào)，通過LP633的處理及LP631（控制CPU板）及 LP632（監(jiān)視CPU板）的共同作用通過計(jì)算后將其壓力情況反映在機(jī)器監(jiān)視面板上。TMP傳感組件之感應(yīng)頭TMPD安裝在與機(jī)內(nèi)88B腔緊密相連的管路中。88B腔是一個(gè)次級(jí)空氣分離腔，它與漏血探測器BLD的出端、空氣分離泵ASP的吸入端、填充閥V1（通過濾芯）、流量泵CD21及減壓調(diào)節(jié)閥V4、液平感應(yīng)器LD相連；經(jīng)過TMPD與消毒劑感應(yīng)器SDV、超濾泵CD22（通過濾芯）等直接相連通。圖1是88B腔局部水路圖：

圖1中F1、F2、F3是液體過濾芯；V1是一個(gè)填充閥，ASP是一個(gè)空氣分離泵，它們受LD探測情況控制并聯(lián)動(dòng)；P1端液體沿鍵頭方向從88B腔往外流向。與排出閥和循環(huán)閥相連。LD是液位傳感器；BLD是漏血探測器；P2端的液體流向沿鍵頭方向從外部往88B腔流動(dòng)，CD21是流量泵；V4是一個(gè)緩沖調(diào)節(jié)閥，用以調(diào)節(jié)流量泵壓力；P3端的液體是通過流量泵壓力沿鍵頭方向注入平衡腔廢液閥。TMPD是TMP傳感組件之感應(yīng)頭，SDV是電導(dǎo)度閥，用以探測消毒劑有無通過；V3是消毒劑閥；CD22是超濾泵；P4端液體從CD22射出到排出閥；P5端接消毒劑桶。

圖 1 88B腔局部水路圖

TMPD是TMP傳感組件的一部份，它安裝于水路中，通過其引出的3芯線纜連接到該TMP傳感組件的處理PCB板，后輸至LP633板上繼續(xù)處理。

2 相關(guān)電路結(jié)構(gòu)

機(jī)內(nèi)接口電路（位于LP633板上）原理如圖2所示：

圖 2 機(jī)內(nèi)接口電路

TMP傳感組件的變送處理PCB原理如圖3所示：

圖 3 PIN1-PIN4與機(jī)內(nèi)接口電路

TMP傳感組件的變送處理PCB原理圖中板的PIN1-PIN4與機(jī)內(nèi)接口電路（位于LP633板上）原理上的PIN1-PIN4分別對(duì)應(yīng)連接。

3 工作機(jī)理及基本性能分析

要作TMP傳感組件的工作原理和基本性能分析，就必須根據(jù)FRESENIOUS4008系列血透機(jī)的臨床應(yīng)用要求和出廠設(shè)計(jì)的液汽路結(jié)構(gòu)及電路結(jié)構(gòu)的原理來分析。

3.1 FRESENIOUS4008系列血透機(jī)臨床應(yīng)用要求

在臨床應(yīng)用上主要為患者提供HD（B型機(jī)）和HD、HDF、HF（S型機(jī)）等治療功能，亦可進(jìn)行HP（Hemoperfusion血灌）、PS(Plasma Separation血漿分離)等治療功能，基本是以雙針透析為主 ，既可進(jìn)行醋酸鹽（A濃縮液）透析，亦可進(jìn)行碳酸鹽（B濃縮液）透析，A、B與RO水按程序化混合比例設(shè)定，Na離子含量在125～150mmol范圍內(nèi)調(diào)整，透析液流量按3級(jí)可變（300、500、800mL/min），一般狀態(tài)下以500mL/min的透析液流量為主，并可自由選擇清洗消毒程序，一般以PGM2熱消毒程序?yàn)槌Ｓ茫⒁訡液為主用的消毒濃縮液，在消毒過程中管路流體最高達(dá)近90℃。

3.2 液汽路結(jié)構(gòu)及電路結(jié)構(gòu)的原理分析

為確保機(jī)器的安全運(yùn)行，在每一非電源故障下開機(jī)及任一清洗程序后必須進(jìn)行循環(huán)壓力恒定測試，而在每一治療前必須啟動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)測試。判斷循環(huán)壓力恒定測試結(jié)果正常與否的關(guān)鍵在于TMP傳感組件輸出結(jié)果的準(zhǔn)確。由于一般將TMPD安裝于流量泵驅(qū)動(dòng)的管路內(nèi)，所以流過TMPD的流速一般以500mL/min為主，該流量也是注入平衡腔廢液區(qū)而使流過TMPD量呈脈沖性，這個(gè)周期頻率就是平衡腔的工作切換率，即16～17次/min。

為使TMPD感應(yīng)準(zhǔn)確，考慮到流過之混合液體（C或A、B與RO混合及人體廢液等）的特性，其感應(yīng)膜片必須耐高溫、耐酸堿、防雜質(zhì)粘結(jié)，其接觸流體密閉區(qū)域必須壓力無突變，流體無蓄積，安裝流向要呈上下方向。流過TMPD之液體應(yīng)沒有過快的散熱，以保持溫度的相對(duì)穩(wěn)定性，所以常用非金屬材料（如ABS工程塑料）或不銹鋼材料（加以絕熱層保護(hù)）來封裝。這些性能要求均是為了TMP傳感組件的穩(wěn)定可靠。

TMP傳感組件處理PCB原理圖3中g(shù)reen點(diǎn)（接113K電阻腳位）是TMPD壓力感應(yīng)輸出電壓，white點(diǎn) 和brown點(diǎn)是兩個(gè)電源點(diǎn)，給感應(yīng)芯片提供相對(duì)穩(wěn)定的電壓源，998的可調(diào)是用于零點(diǎn)調(diào)節(jié)，PIN1、PIN3是兩個(gè)有效的輸出電壓，用于在LP633板上接口電路的差分輸入，而PIN2腳是為TMP傳感組件提供一個(gè)單方向的恒流電源。

LP633板上的機(jī)內(nèi)接口電路中，通過運(yùn)放LM358A和BC847B三極管的作用，通過PIN2腳端和AGND端間的所有負(fù)載均會(huì)獲得恒定大小的單方向的直流電流，P3可調(diào)能改變這個(gè)恒流值的大小，從而起到改變TMPD輸出增益調(diào)節(jié)。P-detadj腳位是來自CPU1板上軟件存儲(chǔ)、數(shù)字電位器的作用輸出，其與PIN1值、PIN3值共同作用產(chǎn)生Pout輸出，為后續(xù)監(jiān)測報(bào)警提供有用的數(shù)據(jù)。

由于BC847B為板上貼片，輸出功率不大，所以通過上述電路原理計(jì)算和實(shí)測得出TMP傳感組件用電電流不能大于6mADC，對(duì)選用TMPD中的擴(kuò)散硅電阻大小、感應(yīng)系數(shù)有一定的要求。

根據(jù)FRESENIOUS4008系列血透機(jī)內(nèi)部空間布局，容積受限，TMPD機(jī)械尺寸不能超過長62mm、寬38mm、高40mm，其封裝要防水漏耐水浸且能保證感應(yīng)腔能透氣防潮；其引出的三芯纜線要密封固好不透水，纜線表面耐液體腐蝕。TMP傳感組件之處理PCB尺寸長25mm，寬不大于12mm，厚不大于4mm。

綜上所述，TMP傳感組件使用在FRESENIOUS4008系列血透機(jī)工作環(huán)境下，它的感壓范圍在-0.9bar～+2bar,其輸出11.6mV/V/bar且線性平滑，具有零點(diǎn)和增益調(diào)節(jié)，是一個(gè)典型的壓力變送器。

[1] 姜遠(yuǎn)海,等.醫(yī)用傳感器[M].北京:科學(xué)出版社,2008.

[2] 謝東.醫(yī)用壓力傳感器原理及其應(yīng)用[J].醫(yī)療設(shè)備信息, 2001(6):28.

[3] 張穩(wěn).Fresenius血液透析機(jī)平衡腔系統(tǒng)工作原理及故障分析[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2009(4):50-52.

[4] 劉吉來.模擬電子技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

Working Principle and Basic Function Analysis of the TMP Transducer in FRESENIOUS 4008 Hemodialysis System

YANG Jian-hua,HE Yan,LONG Tian, CHENG Zhi-gang
(Affilited Hospital of North Sichuan Medical College,Nanchong Sichuan 637000,China)

TP212.3

B

1674-1633(2010)01-0050-02

2009-05-20

2009-09-25

本文作者：陽建華，高級(jí)工程師，四川醫(yī)學(xué)會(huì)醫(yī)學(xué)工程專業(yè)委員會(huì)委員，衛(wèi)生部醫(yī)院管理研究所臨床醫(yī)學(xué)工程研究基地特聘專家。

作者郵箱：yjh_nc@sohu.com