自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)尿液流量和電導(dǎo)率裝置的研制

李祖國(guó)，陳 吉，邱慶明，王虎林，袁麗萍

傳統(tǒng)的間斷測(cè)量尿比重、滲透壓、尿常規(guī)、手工目視計(jì)量等方法，是臨床監(jiān)測(cè)評(píng)估血容量和腎功能的重要內(nèi)容， 但難以滿(mǎn)足重癥醫(yī)學(xué)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)計(jì)量要求。 一些對(duì)集尿裝置精細(xì)化改進(jìn)的研究，仍然需要進(jìn)行目測(cè)和手工定時(shí)計(jì)量[1-4]。 盡管近年來(lái)出現(xiàn)了以光電傳感儀記錄尿液滴數(shù)[5]、以尿液壓力差和流經(jīng)時(shí)間計(jì)算尿液流速[6]、手工輸入尿比重并稱(chēng)重自動(dòng)計(jì)量尿量的裝置，但尿液濃度的動(dòng)態(tài)變化仍被忽視。因此，筆者研制了一種自動(dòng)計(jì)量并實(shí)時(shí)顯示尿液流速和電導(dǎo)率的裝置，方便臨床連續(xù)監(jiān)測(cè)，提高醫(yī)師對(duì)尿量和尿液濃度這兩個(gè)無(wú)創(chuàng)參數(shù)的重視程度。

1 裝置結(jié)構(gòu)（圖1）

1.1 尿液測(cè)量池 有機(jī)玻璃制作，包括尿液進(jìn)、出接口，均與軟管（導(dǎo)尿管）連接，內(nèi)部安裝有電導(dǎo)率測(cè)量電極、溫度測(cè)量電極和液位電極。

1.2 測(cè)量電路 由單片機(jī)控制各測(cè)量電極的測(cè)量及電磁閥的啟閉。

1.3 電磁夾管閥 尿液進(jìn)管常開(kāi)，出管常閉，其動(dòng)作由測(cè)量電路控制。

1.4 控制/顯示觸摸屏系統(tǒng) 可輸入?yún)?shù)如患者姓名、體重、住院號(hào)等，與測(cè)量電路之間采用WIFI無(wú)線通訊，可計(jì)量尿液流速、報(bào)警上下限、光聲報(bào)警等設(shè)置功能。 數(shù)據(jù)在顯示觸摸屏上，以坐標(biāo)折線和單位數(shù)據(jù)的形式雙重實(shí)時(shí)顯示并保存，顯示最近第1、4、8、12、24 h（可調(diào)）的累計(jì)尿量（ml）、平均尿流速（ml/h）；當(dāng)輸入患者體重參數(shù)時(shí),平均尿流速顯示為ml/(kg·h)，見(jiàn)圖2。

1.5 電源 內(nèi)置可充電電池，外接12 V 交流電源。

2 工作原理

測(cè)量池內(nèi)尿液達(dá)到液面感應(yīng)電極平面時(shí)，觸發(fā)測(cè)量和尿液排空一次。 測(cè)量指標(biāo)包括尿液容積、電導(dǎo)率、溫度。 由電磁閥的軟管夾上緣至感應(yīng)電極尖端的固定容量決定每次測(cè)量的容積，固定容積除以?xún)纱螠y(cè)量的間隔時(shí)間即為當(dāng)前尿液流速。 瞬時(shí)測(cè)量完成后，控制電路開(kāi)啟尿液出管電磁閥（常閉型）和關(guān)閉尿液進(jìn)管電磁閥（常開(kāi)型）達(dá)預(yù)設(shè)時(shí)間，使尿液排空，然后進(jìn)入下一次測(cè)量。

電導(dǎo)率測(cè)試原始值經(jīng)溫度補(bǔ)償后，直接輸出顯示在顯示屏圖表上， 同時(shí)可以導(dǎo)出為EXCEL 表格文件。

系統(tǒng)軟件具備事件標(biāo)示功能， 便于科研記錄、拓展報(bào)警內(nèi)容及綜合評(píng)價(jià)患者情況。

3 對(duì)比實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

由于尿液流速?zèng)]有標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量設(shè)備對(duì)比， 并且自研裝置計(jì)算尿液流速是固定容積除以?xún)纱螠y(cè)量間隔時(shí)間得出當(dāng)前尿液流速，客觀上是準(zhǔn)確的，所以本研究未進(jìn)行尿液流速測(cè)定的對(duì)比實(shí)驗(yàn)， 重點(diǎn)評(píng)估其測(cè)定尿液電導(dǎo)率的準(zhǔn)確性。以DDS-307 型電導(dǎo)率儀（上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司）和PM-8000Express便攜式多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀（數(shù)字化溫度顯示，深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司）為參照，與自研裝置對(duì)比測(cè)試同一時(shí)點(diǎn)、同一容器中任意濃度和溫度的鹽溶液，共17 份。 溶液的配制為高濃度NaCl 注射液依次加入不同溫度蒸餾水稀釋而成。

在不同溫度條件下，自研裝置與電導(dǎo)率儀（經(jīng)溫度補(bǔ)償后） 測(cè)得的同一份鹽溶液的電導(dǎo)率值近似（n=17,r = 0.999，P ＜0.01）。 圖3 更直觀顯示了自研裝置與電導(dǎo)率儀測(cè)定不同溫度和濃度同一鹽溶液時(shí)電導(dǎo)率測(cè)定值和變化趨勢(shì)高度一致。

4 討論

尿量監(jiān)測(cè)能反映腎臟灌注狀態(tài)和尿液濃縮功能，而腎功能支持是防止危重病程向多器官功能障礙發(fā)展、進(jìn)而死亡的重要一環(huán)。 常用的手工計(jì)量尿量、 尿比重和滲透壓測(cè)量是間斷性檢測(cè)送檢標(biāo)本，且操作復(fù)雜、設(shè)備昂貴，難以滿(mǎn)足危重病救治時(shí)自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)的要求。 雖然近年有基于滴數(shù)和稱(chēng)重的尿液自動(dòng)計(jì)量裝置問(wèn)世，但危重病人尿液濃度和比重的多變性對(duì)這些計(jì)量方法的準(zhǔn)確性有影響，且重要的尿液濃度未能得以反映。

圖1 裝置結(jié)構(gòu)圖

圖2 連續(xù)監(jiān)測(cè)屏幕截圖

圖3 自研裝置與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備對(duì)比測(cè)定鹽溶液電導(dǎo)率的值

有研究報(bào)道， 正常人尿液電導(dǎo)率的正常參考范圍為(22.9±12.9 )mS/cm，尿電導(dǎo)率與比重、滲透壓的相關(guān)性很好[7-8]，且電導(dǎo)率主要受帶電粒子（電解質(zhì)）濃度的影響，很少或不受有機(jī)分子（蛋白、細(xì)胞、糖）、造影劑、結(jié)晶鹽的影響。 其反映腎臟的濃縮和稀釋功能較穩(wěn)定，可以替代傳統(tǒng)的尿比重和滲透壓檢測(cè)[9-10]。

本研究研制的尿液自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)裝置，選用電極常數(shù)為10 的電導(dǎo)率電極，測(cè)量范圍為2～200 mS/cm，涵蓋了病理和生理狀態(tài)下人體尿液電導(dǎo)率范圍，能自動(dòng)計(jì)算和顯示尿液流量和電導(dǎo)率，計(jì)量準(zhǔn)確且反映尿液電解質(zhì)濃度，能更好滿(mǎn)足危重病臨床救治的現(xiàn)實(shí)需要，提高效率、減少誤差。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了自研裝置性能的可靠性，但其臨床實(shí)用性、整體性能等仍需后續(xù)研究來(lái)驗(yàn)證提高。

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