方艙醫(yī)院移動式及多功能模塊連續(xù)性血液凈化裝置的研制

劉鐵兵，姚文坡，湯黎明，鐘添萍，龔德華，史兆榮

方艙醫(yī)院移動式及多功能模塊連續(xù)性血液凈化裝置的研制

劉鐵兵，姚文坡，湯黎明，鐘添萍，龔德華，史兆榮

目的：為了解決現(xiàn)代戰(zhàn)爭和突發(fā)性災(zāi)難中危急、險(xiǎn)重戰(zhàn)創(chuàng)傷和災(zāi)難傷的難題，研制一套適宜于方艙醫(yī)院的移動式及多功能模塊連續(xù)性血液凈化裝置。方法：將移動式及多功能模塊連續(xù)性血液凈化裝置分為野外便攜式水處理設(shè)備、置換液配制系統(tǒng)和智能化自適應(yīng)無看護(hù)體外循環(huán)血液凈化系統(tǒng)3個(gè)模塊，并將整個(gè)裝置裝備在特別設(shè)計(jì)改裝的專用方艙內(nèi)。結(jié)果：研制了一套成系列、模塊化、可方便組合、多功能的連續(xù)性血液凈化裝置，同時(shí)將研究成果應(yīng)用于方艙醫(yī)院并在實(shí)戰(zhàn)演練和突發(fā)災(zāi)難的應(yīng)急救援中加以推廣，提高了戰(zhàn)時(shí)和災(zāi)難狀況下軍隊(duì)的應(yīng)急醫(yī)療救援能力。結(jié)論：該裝置的研制，有利于建立集急救、輸送和后方進(jìn)一步深入治療一體化的應(yīng)急醫(yī)療救援體系，進(jìn)而提高軍隊(duì)的戰(zhàn)地救治水平。

連續(xù)性血液凈化；多功能模塊化裝置；移動式；方艙醫(yī)院

0 引言

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭和突發(fā)性災(zāi)難中，戰(zhàn)創(chuàng)傷和災(zāi)難傷多以擠壓綜合征、中毒性休克、生物戰(zhàn)劑中毒以及嚴(yán)重電解質(zhì)紊亂等為特征[1]。在野戰(zhàn)前沿和救災(zāi)一線及時(shí)開展連續(xù)性血液凈化治療，可以通過體外循環(huán)迅速清除創(chuàng)傷所致的高血鉀和高血肌紅蛋白，持續(xù)清除組織中釋放的毒素，為后續(xù)治療發(fā)揮作用提供時(shí)機(jī)。

連續(xù)性血液凈化技術(shù)是創(chuàng)傷控制性外科所依賴的重要技術(shù)之一[2-3]，是通過持續(xù)性地清除血液中的多余有害物質(zhì)來糾正及維持機(jī)體內(nèi)的環(huán)境和體液容量穩(wěn)定的一種醫(yī)療技術(shù)。同時(shí)，它還具有調(diào)節(jié)免疫內(nèi)穩(wěn)態(tài)的作用，目前已廣泛應(yīng)用于臨床危重患者的救治中，并發(fā)揮著重要作用[4-7]。然而，目前臨床所使用的連續(xù)性血液凈化技術(shù)并不完全適用于野戰(zhàn)急救和突發(fā)性災(zāi)難應(yīng)急救援，這是因?yàn)檠b備體積大、置換液難以保證等。

為了適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭以及突發(fā)應(yīng)急事件的特點(diǎn)，研制了方艙醫(yī)院移動式及多功能模塊化連續(xù)性血液凈化裝置，包括野外便攜式水處理設(shè)備、置換液配制系統(tǒng)、體外循環(huán)血液凈化系統(tǒng)以及連續(xù)性血液凈化專用方艙的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4個(gè)部分。首先，本文詳細(xì)分析了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。多功能模塊化連續(xù)性血液凈化裝置的研發(fā)主要涉及到相關(guān)3個(gè)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，包括3個(gè)模塊的主要組成部分、各個(gè)部分的作用以及相關(guān)的戰(zhàn)技指標(biāo)。其次，介紹如何將這3個(gè)模塊合理地裝配到連續(xù)性血液凈化專用方艙中。為了適應(yīng)現(xiàn)代化戰(zhàn)爭以及突發(fā)事件的移動性，多功能模塊化連續(xù)性血液凈化裝置需要將系統(tǒng)的模塊合理地裝配到專用的方艙中，并考慮在移動中如何安置以及如何展開方艙進(jìn)行患者安置。最后，總結(jié)方艙醫(yī)院移動式及多功能模塊化連續(xù)性血液凈化裝置研發(fā)的意義以及在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

方艙醫(yī)院[8]移動式及多功能模塊化連續(xù)性血液凈化裝置主要包括3個(gè)模塊，分別為野外便攜式水處理設(shè)備、置換液配制系統(tǒng)和智能化自適應(yīng)無看護(hù)體外循環(huán)血液凈化系統(tǒng)。為適應(yīng)野外環(huán)境，將這3個(gè)模塊裝備在特別設(shè)計(jì)、改裝的連續(xù)性血液凈化專用

方艙內(nèi)。

1.1 野外便攜式水處理設(shè)備的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

野外便攜式水處理設(shè)備包括由多介質(zhì)過濾器、活性炭過濾器、樹脂軟化過濾器等前處理裝置和由微型增壓水泵和反滲膜組成的主件2大部分組成，后者為核心主件。野外便攜式水處理設(shè)備的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 野外便攜式水處理設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖

（1）多介質(zhì)過濾器：濾器內(nèi)主要是一支成型易更換的砂濾柱。砂濾柱自上而下由細(xì)石英砂、粗石英砂、細(xì)石子、粗石子分層構(gòu)筑而成，主要作用是去除原水中的大物質(zhì)顆粒及固體成分。

（2）活性炭過濾器：濾器內(nèi)主要是一支成型易更換的活性炭柱，由細(xì)顆粒優(yōu)質(zhì)炭組成?；钚蕴渴且环N高效吸附劑，主要用于吸附氯離子、有機(jī)物和致熱源。

（3）樹脂軟化過濾器：濾器內(nèi)主要是一支成型易更換的鈉型離子交換樹脂柱，可以置換水中的鈣和鎂。該過濾器可定期檢測軟化水中的鈣鎂含量以判定水質(zhì)的軟化程度，同時(shí)，可判斷樹脂的軟化能力。

（4）反滲透主件：反滲透主件由微型增壓水泵和反滲膜組成。其中，微型增壓水泵可提高濾過軟化水的水壓，利用高壓使經(jīng)初步處理過的含有雜質(zhì)的水經(jīng)半透膜將雜質(zhì)分開以產(chǎn)生純水；反滲膜的作用是清除細(xì)菌、病毒、致熱源等。

經(jīng)反滲透產(chǎn)生的純水可以在緩沖水箱中暫存匯集，再由分配水泵輸送到移動式容量平衡控制的聯(lián)機(jī)置換液配制系統(tǒng)。

1.2 置換液配制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

置換液配制系統(tǒng)主要由濃縮A液稀釋單元、濃縮B液加入單元、置換液電導(dǎo)監(jiān)測單元、置換液溫度控制單元和置換液輸出控制單元等部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

濃縮A液稀釋單元由反滲水流量傳感器、反滲水加熱組件、吸液泵、混合室、電導(dǎo)度傳感器A及吸液泵驅(qū)動電路等組成。濃縮液A經(jīng)吸液泵吸入，與加熱后的反滲水在混合室混合，由電導(dǎo)度傳感器A測量其電導(dǎo)度，并由測量值反饋控制濃縮A液吸液泵調(diào)整A液稀釋液。

濃縮B液加入單元由吸液泵、膨脹室、除氣室、電導(dǎo)度傳感器C及吸液泵驅(qū)動電路等組成。濃縮液B經(jīng)吸液泵吸入，與稀釋后的濃縮A液在膨脹室混合，然后經(jīng)除氣室去除其中的氣泡，由電導(dǎo)度傳感器C測量其電導(dǎo)度，并由測量值反饋控制濃縮B液吸液泵，最終使得A、B稀釋混合液達(dá)到合適的電導(dǎo)度。

置換液的溫度控制、電導(dǎo)監(jiān)測和輸出控制單元分別由溫度、電導(dǎo)和壓力傳感器以及配套的元件與驅(qū)動電路組成。在電導(dǎo)監(jiān)測單元的作用下，A、B稀釋混合液經(jīng)加熱棒加溫到合適的溫度，并通過置換液輸出控制單元調(diào)節(jié)置換液的流量和壓力形成治療所需的跨膜壓TMP。

經(jīng)過濃縮A液稀釋、濃縮B液加入單元形成成分和電導(dǎo)率合適的初級置換液，再經(jīng)置換液溫度和輸出控制以及置換液電導(dǎo)監(jiān)測單元，最終輸出溫度、壓力和電導(dǎo)率符合體外循環(huán)血液凈化系統(tǒng)要求的合格的置換液。

圖2 置換液配制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1.3 體外循環(huán)血液凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

體外循環(huán)血液凈化系統(tǒng)可分為水路部分和血路部分，分別對應(yīng)圖3中透析器左右兩側(cè)的部件。

圖3 體外循環(huán)血液凈化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

（1）置換液溫控和電導(dǎo)率監(jiān)控單元：由溫度傳感器、電導(dǎo)度傳感器和相關(guān)元件以及其驅(qū)動電路組成，主要作用是檢測、監(jiān)視輸入的置換液電導(dǎo)值，并將其加熱到合適的應(yīng)用溫度。

（2）精密流量傳感器及其驅(qū)動電路：用于精確測量置換液輸入透析器和輸出透析器的流量，通過透

析器輸入和輸出置換液流量的測量，計(jì)算出瞬時(shí)超濾量，進(jìn)而與預(yù)期的瞬時(shí)超濾量加以比較，反饋控制跨膜壓以達(dá)到預(yù)期的容量脫水。

（3）超濾泵：單純依靠透析器內(nèi)的血液濾過膜兩側(cè)的滲透濃度差達(dá)到水分清除的作用是非常有限的，設(shè)計(jì)中通過超濾泵在透析液的一側(cè)增加負(fù)壓、擴(kuò)大跨膜壓，可以顯著增加體內(nèi)水分的排出，這就是超濾作用。

（4）漏血檢測單元：由一個(gè)紅綠雙色發(fā)光二極管和一個(gè)接收二極管構(gòu)成，用來檢測來自透析器的廢液中是否有血液滲漏。紅綠雙色發(fā)光二極管交替發(fā)射紅綠光線，經(jīng)透析液到達(dá)接收二極管。正常情況下，紅綠光線到達(dá)接收二極管的強(qiáng)度基本相同；發(fā)生泄漏時(shí)漏入透析液的血液將選擇性地吸收綠光，導(dǎo)致接收二極管的紅綠光強(qiáng)度不同，從而觸發(fā)漏血報(bào)警裝置。

（5）透析液壓力監(jiān)測單元：由透析液壓力傳感器及其驅(qū)動電路組成，用于檢測透析液的壓力。透析液壓力監(jiān)測單元采集到的透析液壓與血路部分的血壓監(jiān)測系統(tǒng)采集到的患者的動靜脈壓可用以計(jì)算超濾跨膜壓。

（6）血泵：結(jié)構(gòu)上為電動機(jī)驅(qū)動自校準(zhǔn)的蠕動泵，通過兩輪或三輪滾軸擠壓血路管并滾動、驅(qū)趕血液向前運(yùn)動，達(dá)到維持血液體外循環(huán)的目的。控制電路依靠固定于電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的光學(xué)速度傳感器構(gòu)成負(fù)反饋環(huán)路，通過比較速度反饋信號和預(yù)期的理想值的差異調(diào)整電動機(jī)的驅(qū)動脈沖寬度，從而精確地控制血泵的轉(zhuǎn)速。

（7）肝素泵：肝素泵用以驅(qū)動注射器以預(yù)設(shè)的速率向血流中注入抗凝劑（肝素）。肝素泵既可以以0～6 mL/h的速率精確、緩慢地注射，又可以一次性注入一定量的藥物。步進(jìn)電動機(jī)的齒輪和泵體的精密螺桿配合，由嵌入式處理器控制，以保證肝素注入量的精確性。在注射器起、終點(diǎn)各設(shè)置一個(gè)接觸開關(guān)，防止出現(xiàn)過壓力。

（8）血壓監(jiān)測系統(tǒng)：包括動脈和靜脈血壓監(jiān)測及動靜脈夾，與水路透析液壓力監(jiān)測單元配合，通過檢測到的動靜脈壓和透析液壓計(jì)算超濾跨膜壓。過低的動脈壓表明血泵前有針頭被堵塞或血路打折，靜脈壓過高則說明血液有可能漏入周圍環(huán)境，此時(shí)可觸發(fā)報(bào)警。

（9）氣泡探測器和靜脈夾：由超聲波發(fā)射器、接收器和檢測電路組成。發(fā)射器、接收器置于血路回路的管路兩側(cè)，為一對壓電晶體。當(dāng)靜脈回路中的血液混入極少量氣體時(shí)，到達(dá)接收器的超聲波信號就會有很大程度的衰減。檢測電路在信號超過報(bào)警限一定時(shí)間后停止血泵運(yùn)轉(zhuǎn)，關(guān)閉靜脈夾，并發(fā)出聲光報(bào)警。

1.4 連續(xù)性血液凈化專用方艙的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

連續(xù)性血液凈化專用方艙可由方艙醫(yī)院的手術(shù)方艙改造而來，整個(gè)方艙具有撤收運(yùn)輸狀態(tài)和展開工作狀態(tài)，從展開布局上可分為前艙部分和后艙部分。連續(xù)性血液凈化專用方艙的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 收攏和展開狀態(tài)下的連續(xù)性血液凈化專用方艙結(jié)構(gòu)圖

方艙前艙為方艙保障單元，艙內(nèi)安裝有整體式空調(diào)、燃油暖風(fēng)機(jī)、電源壁盒、信號壁盒、線纜盤箱、H型架以及野外便攜式水處理設(shè)備等，可為方艙工作單元提供水電供應(yīng)和空氣調(diào)節(jié)保障等。方艙后艙為方艙工作單元，艙內(nèi)安裝有床頭柜、病床、折疊器械臺、凈化水設(shè)備、透析機(jī)設(shè)備、組合工作臺、凳子、水池、空調(diào)等設(shè)備。另外，艙頂安裝有照明燈帶、紫外線殺菌燈、空調(diào)風(fēng)道等，后艙設(shè)一后門，配電箱和照明開關(guān)位于后門右側(cè)。

2 連續(xù)性血液凈化專用方艙在方艙醫(yī)院中的配備與應(yīng)用

野外便攜式水處理設(shè)備放置于方艙的前艙，置換液配制系統(tǒng)和體外循環(huán)血液凈化系統(tǒng)集成于一體，每個(gè)床單元配置一臺血液凈化系統(tǒng)。連續(xù)性血液凈化專用方艙的整體配置效果如圖5所示。

3 結(jié)論與討論

“加強(qiáng)前線救護(hù)”和“緊急早期?？凭茸o(hù)”等野戰(zhàn)應(yīng)急醫(yī)療救治觀念為目前國際上的多數(shù)國家和專家所認(rèn)同，

（????）（????）特別是連續(xù)性血液凈化（CBP）治療的前線應(yīng)用已經(jīng)提高到突出位置。通過開展方艙醫(yī)院移動式及多功能模塊連續(xù)性血液凈化裝置的研制及其應(yīng)用研究，研制出一整套成系列、模塊化、可方便組合、多功能、適宜于在野外方艙醫(yī)院內(nèi)使用的連續(xù)性血液凈化裝置。將研究成果應(yīng)用于方艙醫(yī)院并在實(shí)戰(zhàn)演練和突發(fā)災(zāi)難的應(yīng)急救援中加以推廣，有利于建立溝通前方急救和后方深入治療的連接橋梁，構(gòu)建起戰(zhàn)區(qū)醫(yī)院及移動方艙醫(yī)院的多功能體外生命支持系統(tǒng)，提高我軍的戰(zhàn)地救治水平，建立集前沿、后送和后方處置等融急救、輸送和后方進(jìn)一步深入治療一體化的戰(zhàn)創(chuàng)傷救治鏈條和應(yīng)急醫(yī)療救援體系。

Development of Mobile and Multi-functional Modular Device for Blood Purification in Shelter Hospital

LIU Tie-bing,YAO Wen-po,TANG Li-ming,ZHONG Tian-ping,GONG De-hua,SHI Zhao-rong (Nanjing General Hospital of Nanjing Military Area Command,Nanjing 210002,China)

ObjectiveTo develop a set of mobile and multi-functional modular device for blood purification in the shelter hospital for the medical service at wartime and peacetime.MethodsThe device was composed of field portable water treatment module,displacement liquid preparation module and intelligent self-adaptive standoff ECC blood purification module,which was placed in the specific shelter.ResultsThe device was serialized,modular and multi-functional,which was applied in the shelter hospital and thus enhanced the emergency medical support ability at wartime and peacetime. ConclusionThe device contributes a lot to the integrated emergency medical rescue system for emergency treatment, evacuation and definitive treatment.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（1）：9-11，17]

continues blood purification;multi-functional modular device;mobile;shelter hospital

R318.6；TH776

A

1003-8868（2014）01-0009-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.01.009

“十二五”軍隊(duì)后勤科研計(jì)劃重大項(xiàng)目（AWS11J03）

劉鐵兵（1970—），男，博士，主任，副教授，碩士研究生導(dǎo)師，高級工程師，主要從事臨床醫(yī)學(xué)工程方面的研究工作，E-mail：njbull@163. com。

210002南京，南京軍區(qū)南京總醫(yī)院（劉鐵兵，姚文坡，湯黎明，鐘添萍，龔德華，史兆榮）

史兆榮，E-mail：Shizhaorong@163.com