1.川北醫(yī)學院附屬醫(yī)院 a.設備科，b.手術室，c.血液凈化中心，四川 南充637000；2. 川北醫(yī)學院 內(nèi)科學系（腎內(nèi)科方向），四川 南充 637000

我國血液凈化工程技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

陽建華1a，何燕1b，馬云燕1c，張靜2

1.川北醫(yī)學院附屬醫(yī)院 a.設備科，b.手術室，c.血液凈化中心，四川 南充637000；2. 川北醫(yī)學院 內(nèi)科學系（腎內(nèi)科方向），四川 南充 637000

本文結合我國血液凈化系統(tǒng)中工程技術和臨床應用現(xiàn)狀，從血液凈化學科、血液凈化工程技術內(nèi)涵、設備、關鍵部件、生物材料等方面分析論述血液凈化工程技術的未來及其發(fā)展趨勢。

血液凈化；血液凈化工程；技術發(fā)展；生物材料

專欄——血液凈化工程技術

編者按：血液凈化是某些特殊疾病（如急慢性腎功能衰竭、血液中毒等）最為有效的臨床治療手段。血液凈化技術水平體現(xiàn)在工程技術和臨床應用兩個方面。血液凈化工程技術的提高給臨床應用帶來進步，而臨床應用反映出的問題又會刺激工程技術的發(fā)展?，F(xiàn)階段我國臨床血液凈化主要技術裝備的人工腎機基本是采用生物半透膜并利用對流、彌散原理完成體外循環(huán)血液的凈化處理。該技術具有安全、應用廣泛的優(yōu)點，但也存在整體系統(tǒng)規(guī)模大、建設條件高、治療費用貴的缺點，國外領先幾十年以及后來國內(nèi)自主研制的血透機，技術結構大同小異。我國血液凈化工程需要在消化吸收國外先進技術并創(chuàng)新地、逐步地解決臨床上遇到的實際問題的過程中獲得革命性的技術進步。

欄目主編：陽建華

陽建華，高級工程師，應用物理學學士，在讀工程碩士，民革川北醫(yī)學院委員會組織委員，衛(wèi)生部醫(yī)院管理研究所臨床醫(yī)學工程研究基地專家，四川省醫(yī)學會醫(yī)學工程學會常委，中國醫(yī)學裝備協(xié)會醫(yī)學裝備技術保障專業(yè)委員會委員，教育部研究生教育專家信息庫專家，四川省政府采購評審專家?guī)鞂＜?，《中國醫(yī)療設備》雜志社四川分省委員會副主編。主持并承擔國家和省市級科研課題5項，完成科技成果一項并獲得市級科技進步獎二等獎。

1 血液凈化技術應用現(xiàn)狀

血液凈化是治療某些特殊疾病（如急慢性腎功能衰竭、血液中毒等）最為有效的手段[1-3]。血液凈化的方式分體外循環(huán)血液凈化和體內(nèi)循環(huán)血液凈化兩種。體外循環(huán)血液凈化方法有HD（血液透析）、HF（血液濾過）、IUF（單純超濾）、HDF（血液透析濾過）、HP（血液灌流）、PE（血漿置換）、CRRT（連續(xù)性腎臟替代治療）等多種，其中CRRT法又包含SCUF（緩慢連續(xù)性超濾）、CVVH（連續(xù)靜脈-靜脈血液濾過）、CVVHD（連續(xù)靜脈-靜脈血液透析）、CVVHDF（連續(xù)靜脈-靜脈血液透析濾過）等方式[2]。目前，我國臨床血液凈化系統(tǒng)包含有RO（反滲透）水及A、B液供給、人工腎機（血透機）、人為操作規(guī)范等軟硬件，其中人工腎機是一種體外血液凈化系統(tǒng)中的核心裝備，其技術安全且有效性較高，是目前各大醫(yī)院臨床血液凈化的主要方式。臨床選用何種血液凈化方式視患者狀況的不同而異[5-8]。

人工腎機利用生物半透膜的對流、彌散特性進行血液中部分溶質(zhì)的清除和多余水分的濾除。人工腎機用的生物半透膜就是常用的透析器，其性能決定血液凈化治療的效果，還有一種血液灌流方式是利用灌流器的吸附性能清除血漿中大分子毒害物質(zhì)。目前，人工腎機中的透析器的工作原理有透析型、過濾型和吸附型幾種[2,4]，利用其可以除掉血液中的尿素、肌酐等毒害物質(zhì)。

1967年，美國GORDESDOW公司首次研制出空心纖維透析器，并成功應用于臨床，以后向中空纖維化、小型化、家庭化及通用型方面發(fā)展[4]。幾十年來國際國內(nèi)血液凈化方式均是圍繞這種模式的透析器進行人工腎機研究與開發(fā)，即使出現(xiàn)有些專利技術的重要部件，但血液凈化的物理及醫(yī)學原理以及機器結構大同小異。這種局面必將維持很長一段時間。

只有在血液凈化物理及醫(yī)學原理得到徹底改變，即不僅運用像半透膜這種透析器方式，才有可能對人工腎機實現(xiàn)技術及結構改變，但迫使這種局面改變的因素到底有哪些？我們不能指望這種改變是必然的。因為目前全世界用于臨床的透析器中的透析膜具備了較好的生物相容性、適當?shù)某瑸V滲水性、選擇性透過小分子和中分子的溶質(zhì)、足夠的濕態(tài)強度、對人體安全無害等條件。但是，現(xiàn)在用于血液凈化的方式還存在透析或清除有毒物質(zhì)不充分的缺點[3]，血液中很多中大分子的毒害物質(zhì)不能通過現(xiàn)有的半透膜析出，長期替代治療給患者帶來并發(fā)癥[2,8]。這可能是科學家尋找其它血液凈化原理以實現(xiàn)更好的血液凈化效果的唯一動力。

美國、德國、瑞典等發(fā)達國家率先在人工腎機的研制中取得成果，其成熟的技術和產(chǎn)品占有了世界很多市場?？v、橫觀察BAXTER、FRESENIOUS、BARAUN、JAMBRO等公司的血透機的技術原理，均是圍繞半透膜特性設計完成的人工腎機。近幾年國內(nèi)涌現(xiàn)出廣州暨華（后被深圳藍韻公司兼并）、重慶山外山、成都威力生等公司研發(fā)的國產(chǎn)血透機，他們的產(chǎn)品均是在消化吸收國外血透機較為成熟的技術后利用國內(nèi)的工藝和技術研制出來，為適應血液凈化市場的需要，他們努力地在國內(nèi)各醫(yī)療機構及相關行業(yè)主管部門展示并推廣自己的產(chǎn)品。

2 血液凈化工程技術

2.1 血液凈化學

血液凈化學是20世紀出現(xiàn)的一項新的邊緣學科，涉及了生物學、醫(yī)學、工程學、管理學等學科內(nèi)容，主要包含工程技術和臨床應用兩個方面的內(nèi)容。血液凈化工程技術涉及到生物材料工程、醫(yī)學工程、自動控制等技術，而臨床應用更加關注血液凈化質(zhì)量和機器的人性化的操作界面等[3]。有關血液凈化的理論、知識、技術，以及經(jīng)驗教訓、發(fā)展過程及趨勢方面的內(nèi)容都可歸結為血液凈化學的學科內(nèi)容。

2.2 血液凈化工程技術的內(nèi)涵

血液凈化工程技術與臨床應用相互補充也相互促進。血液凈化工程技術的提高給臨床治療帶來進步，而臨床應用反映出的問題又會刺激工程技術的發(fā)展。血液凈化工程技術的發(fā)展是實現(xiàn)臨床應用的需要。根據(jù)目前的技術狀況，血液凈化工程技術主要包括生物材料工程技術和安全控制自動化技術。

臨床血液透析治療過程中出現(xiàn)患者低血壓現(xiàn)象告訴我們，在設計體外循環(huán)血液凈化系統(tǒng)時必須考慮實時監(jiān)測患者血壓指標和血液理化指標等信息，并將這些信息及時反饋給凈化系統(tǒng)以進行自動調(diào)整或者提示醫(yī)護人員及時修正透析參數(shù)、模式或采取其它措施[7]。

2.3 血液凈化設備

血液凈化設備是血液凈化工程技術的載體，我國努力以自主創(chuàng)新技術解決臨床應用需求問題。整機設備的制造工藝是穩(wěn)定血液凈化治療質(zhì)量的保證，而設計技術的精準性是提高血液凈化治療質(zhì)量的重要因素。人工肝腎支持治療、多器官功能支持治療、血液凈化生物材料、臨床試驗及示范應用基地建設等方面的發(fā)展進步把創(chuàng)新血液凈化系統(tǒng)基礎理論提上重要的議事日程?，F(xiàn)有的血液凈化理論能夠很好解決目前臨床的基本問題，但還沒有真正解決醫(yī)學專家的期望問題[5-8]。

星雨格了半天的花花草草，自己沒法子明白，回來請教李離，李離的眉頭又皺得像老榆樹似的：“宇晴師父說的是百花拂穴手？離經(jīng)易道？”

按照凈化功能配置的程度不同將血液凈化設備分為基本型、增強型、綜合型血液凈化設備[9-12]。基本型血液凈化設備以國產(chǎn)血液灌流機和單一功能的血透機為基礎，通過集成和優(yōu)化設計，增強電源和環(huán)境等適應性，大幅降低生產(chǎn)成本和治療成本，具備性價比高、操作維護方便的特點；增強型血液凈化設備以國產(chǎn)血透機和CRRT機為主導，強化透析、濾過、超濾等基本功能，優(yōu)化血路和水路結構，增加電解質(zhì)、超濾、肝素、溫度等治療曲線功能，實現(xiàn)個體化治療功能，增加血容量監(jiān)測系統(tǒng)、毒素清除評估系統(tǒng)，提高患者治療的舒適性和醫(yī)護人員的操作性；綜合型血液凈化設備以國產(chǎn)多功能血液凈化設備為基礎，進行血液灌流、透析、濾過、透析濾過、吸附、超濾等多功能治療模式綜合，打破了國外多功能血液凈化設備耗材專用、價格昂貴的現(xiàn)狀，實現(xiàn)耗材通用化，降低了患者治療成本，增強設備運行和治療過程狀態(tài)信息的動態(tài)采集、處理和監(jiān)控，提高設備的智能化程度和操作維護的方便性，加強了知識產(chǎn)權的保護，形成整機的產(chǎn)品標準，完善制造工藝裝備與測試技術規(guī)范，形成大規(guī)模生產(chǎn)能力，在性價比和使用成本等方面形成與國外同類產(chǎn)品的競爭能力，積極開拓了國外高端市場。

2.4 血液凈化系統(tǒng)的關鍵部件

血液凈化系統(tǒng)安全監(jiān)測和控制至關重要，實現(xiàn)自動化監(jiān)測與控制是必須手段。一是消化好市場上已有的國際品牌血透機的各種重要的實現(xiàn)技術，如平衡腔技術、TMP控制技術、電磁閥技術、溫控技術、電導度控制技術、流量精準技術、泵變頻驅(qū)動技術等；二是依照人體的生理特性要求研發(fā)各種重要的安全控制功能模塊，如連續(xù)性血壓監(jiān)測、連續(xù)性血氧飽和度監(jiān)測、患者體重監(jiān)測、心率監(jiān)測、神經(jīng)意識監(jiān)測、漏血監(jiān)測、漏氣監(jiān)測等功能模塊[13-15]。這些技術和功能模塊形成血液凈化系統(tǒng)的關鍵部件。

我國血液凈化系統(tǒng)關鍵部件的主要缺陷是它的可靠性問題。這主要體現(xiàn)在：高精度、高可靠性、高重復性的各類測量元器件，高精度、低功耗、耐腐蝕的調(diào)節(jié)閥，長壽命、低泄漏、耐腐蝕的電磁閥，高質(zhì)量、低成本的透析膜，高線性度、高精確性的驅(qū)動泵[9]等等。這些關鍵部件直接影響到整機的產(chǎn)品質(zhì)量、超濾精確性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性[11,15-16]，由于設計能力、制造加工水平等多方面的因素，目前這些關鍵部件與國際先進水平相比，還存在一定的差距。開展關鍵部件的研制，可有效突破當前直接約束血液凈化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，增強我國血液凈化系統(tǒng)產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。

目前，國內(nèi)企業(yè)已具備部分血液凈化設備檢測用傳感器[14,16]、控制執(zhí)行器、智能控制系統(tǒng)[17-19]的設計和研制能力，可進行水路與血路的結構設計[13]和制備，產(chǎn)品性能和治療功能通過了權威機構的測試和醫(yī)療機構的臨床應用驗證，已在國內(nèi)市場銷售，并著手在發(fā)展中國家的市場啟動。但是，受國內(nèi)材料和加工工藝水平的限制，國產(chǎn)核心部件的穩(wěn)定性與國外產(chǎn)品尚存在一定差距。

2.5 血液凈化材料

目前已研究和開發(fā)用于制備血液凈化高分子膜的材質(zhì)多達數(shù)十種[1,4,15-16]，但是由于臨床對血液透析、血漿濾過和血漿置換用高分子膜的要求非?？量蘙1-2,5-6]，即必須具備良好的通透性、機械強度以及血液相容性，所以實際已獲得臨床使用的只有以下幾種，即纖維素類膜、聚丙烯腈膜、聚碳酸酯膜、聚砜膜、聚烯烴膜和聚乙烯醇膜。雖然以上血液凈化用膜已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化并已應用到臨床，但仍存在許多需要解決的問題，如毒物的去除效率問題、血液相容性問題、透析和濾過時間長的問題等。

采用濾過沉淀或吸附的原理，將體內(nèi)內(nèi)源性或外源性毒物（致病物質(zhì)）專一性或高選擇性地去除，從而達到治病的目的，是治療各種疑難病癥的有效療法。尿毒癥、各種藥物中毒、免疫性疾?。ㄏ到y(tǒng)性紅斑狼瘡、類風濕性關節(jié)炎）、高脂血癥等，都可采用血液凈化療法治療，其核心是濾膜、吸附劑等生物材料[4]。

血液凈化吸附材料的類型主要有活性炭吸附劑、合成樹脂類吸附劑、免疫吸附劑和生物型人工肝臟等?；钚蕴课絼┈F(xiàn)已廣泛應用于吸附血液中的各種內(nèi)源性和外源性的有害物質(zhì)，如肌酐、尿酸、酚類、脂肪酸、中分子物質(zhì)、膽紅素、安眠藥、農(nóng)藥等；合成樹脂類吸附劑是另一類有實際使用價值的醫(yī)用吸附劑，是具有網(wǎng)狀結構的高分子聚合物，可根據(jù)需要進行人工合成，使其具備特定的吸附性能；免疫吸附劑是利用抗體或抗原固定化的方法合成的吸附劑，對致病物質(zhì)具有吸附速度快、特異性強、治療效果好、副作用小等優(yōu)點，使其成為血液凈化臨床治療的首選吸附劑，專一性免疫吸附劑的研究也成為血液凈化材料領域的研究熱點[2,4]；生物型人工肝臟是在體外建立的更接近肝臟功能的模擬體系，對于延長患者的生命尤為重要。

血液凈化輔助材料也是血液凈化系統(tǒng)應用中最重要的組成部分之一。目前，我國血液凈化系統(tǒng)的輔助材料有一定基礎，但與國外先進產(chǎn)品相比，還是存在一定的差距，尤其是耗材的透過性、均勻性、相溶性、治療后殘余物以及先進技術的應用等方面，還有待提高。

3 血液凈化工程技術的發(fā)展趨勢

血液凈化工程技術和理論需要有新的突破[15,18-19]。雖然各公司的人工腎機外觀不同，但血液凈化的醫(yī)學物理原理沒有多大改變。那么國內(nèi)的血液凈化工程技術會有哪些發(fā)展趨勢呢？

生物醫(yī)學材料科學家提出以人體血液流變特性為出發(fā)點研制新的凈化材料。這個思路有很好的創(chuàng)意，但需要解決哪些技術問題和需要哪些工程技術支持值得研究。這會帶來新的凈化原理技術，我們相信它會改善現(xiàn)有血液凈化技術的不足。重慶大學生物醫(yī)學工程學院的科學家們抓住自身在國內(nèi)血液流變學研究領域的優(yōu)勢[16,19]，聯(lián)合國內(nèi)有關科研院所和重慶現(xiàn)有的血液凈化產(chǎn)業(yè)實體，立足重慶，在西部成立國家血液凈化工程技術研究中心。這無疑會對血液凈化工程技術的發(fā)展和應用帶來新的希望。

血液凈化材料的研究和臨床應用，在日本和歐洲成為了生物材料發(fā)展的熱點。我國在這一研究領域具有一定的實力，研究水平居于世界前列，但臨床應用不夠，應予以加強。當真正的科技成果實現(xiàn)了高度產(chǎn)業(yè)化后，人們才會感受到先進技術帶來的變革。

我們?yōu)閷崿F(xiàn)某種醫(yī)療目的（血液凈化）必須采用可靠的工程技術及其產(chǎn)品載體，而血液凈化功能模塊的通用化[10-11,14]、標準化是未來血液凈化系統(tǒng)中關鍵部件的發(fā)展趨勢。當這些技術需求很容易地得到實現(xiàn)時，那么其成本就會大大降低而且其應用也會更加廣泛。

縮短患者血液凈化過程的單次時間、提高有害物質(zhì)的清除效率和血液相容性以促進血液凈化工程技術的發(fā)展。開展專一性免疫吸附劑及各種耗材的研究，有利于提高我國血液凈化系統(tǒng)的治療效果、降低治療成本、增強我國血液凈化系統(tǒng)輔助材料的制造能力，提高血液凈化的總體質(zhì)量。改變技術方式、降低治療過程中的能源消耗、提高血液凈化效率和效果，保證患者的舒適度和康復質(zhì)量。

血液凈化工程技術是血液凈化整體系統(tǒng)建設的核心依據(jù)[13,17-20]。根據(jù)專家期望，血液凈化治療中心建設的人性化、綠色化、便利化是發(fā)展趨勢。血液凈化設備的小型化和家庭化是這種趨勢的一種體現(xiàn)[20-22]。血液凈化工程技術成為重要的民生科技源于血液凈化治療惠及方方面面的患者和患者群的巨大需求，尤其對現(xiàn)有尿毒癥患者的替代治療納入國家醫(yī)療保障范圍，可見血液凈化技術會有更多大的市場需求。

減少RO水使用量，創(chuàng)新血液凈化工程技術。因生物膜材料、吸附材料的進步，改變了實現(xiàn)技術的組合形式[13,20-22]。利用RO水、透析液、半透膜的體外血液凈化裝備需要配置容量平衡腔技術、溫控技術、TMP控制技術、泵變頻驅(qū)動技術、電導度控制技術等；體外血液灌流吸附凈化技術需要有精準的血泵驅(qū)動技術和溫度、壓力監(jiān)測技術以及潔凈空氣技術等。

血液凈化生物材料的通用性和標準化問題會受到更加重視[2-4]。目前，血液凈化系統(tǒng)中的透析器實現(xiàn)了通用化，但檢測該透析器的技術標準是否適合所有不同的凈化系統(tǒng)機型，即同型的透析器在不同機器上進行同樣條件的使用是否達到同樣預期的效果不得而知，也許這個對血液凈化本身來說不太重要，但會說明條件誤差帶來的結果誤差的程度。血液凈化材料的生物相容性、理化特性的一致性問題需要統(tǒng)一的解決標準，不同標準對應不同的臨床具體應用，應該明確，讓醫(yī)護人員用起來順心，不會產(chǎn)生用不好的情況，改善現(xiàn)有粗糙、人性化不足的治療模式。

[1] 王志剛．血液凈化學[M]．3版．北京:北京科學技術出版社,2010．

[2] 季大璽．回眸血液透析的過去、展望未來[J]．中國血液凈化, 2012,(2):6-10．

[3] 徐斌．血液透析技術新進展[J]．醫(yī)學研究生學報,2010,(11):113-116．

[4] 徐秀林．無源醫(yī)療器械檢測技術[M]．北京:科學出版社,2007．

[5] 趙靜瑜,吳際,王乃平．維持性血液透析患者應用不同血液凈化方式對殘余腎工能影響的臨床研究[J]．中國血液凈化, 2011,(2):17-19．

[6] 歐陽德偉．連續(xù)性血液凈化在多器官衰竭中應用的研究進展[J]．醫(yī)學綜述,2013,(3):98-101．

[7] 李麗娜,張玉保,徐巖．可調(diào)鈉聯(lián)合不同超濾模式在預防透析中低血壓中的應用[J]．中國血液凈化,2012,(12)23-27．

[8] 母艷蕾,張華．血漿置換在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的應用[J]．中國血液凈化,2012,(12)9-12．

[9] 吳祈耀．現(xiàn)代數(shù)字醫(yī)療核心裝備與關鍵技術[M]．北京:中國醫(yī)藥科技出版社,2008．

[10] 張錦,張立毅．現(xiàn)代臨床醫(yī)療儀器原理與應用[M]．北京:軍事醫(yī)學科學出版社,2002．

[11] 鄧親愷．現(xiàn)代醫(yī)學儀器設計原理[M]．北京:科學出版社,2004．

[12] 封洲燕(譯)．醫(yī)療電子儀器的設計與開發(fā)(醫(yī)療儀器設計、制作和測試的實用技術)[M]．北京:機械工業(yè)出版社,2011．

[13] 樊照鑫,周嬙．醫(yī)學工程技術在血液透析機中的應用[J]．中國醫(yī)療設備,2012,(4):76,111-113．

[14] 陳安宇．醫(yī)用傳感器[M]．北京:科學出版社,2008．

[15] 姚守拙．化學與生物傳感器[M]．北京:化學工業(yè)出版社,2006．

[16] 朱根娣．現(xiàn)代檢驗醫(yī)學儀器分析技術與應用[M]．上海:上?？茖W技術文獻出版社,2008．

[17] 阿雷尼?韋伯斯特．傳感器與信號調(diào)節(jié)[M]．張倫,譯．2版．北京:清華大學出版社,2003．

[18] 田玉平．自動控制原理[M]．北京:科學出版社,2006．

[19] 朱福喜,朱三元,伍春香．人工智能基礎[M]北京:清華大學出版社,2006．

[20] 劉澤民．醫(yī)學檢驗儀器學[M]．重慶:重慶出版社,1991．

[21] 王春梅,黃曉峰,楊家驥,等．激光掃描共聚焦顯微鏡技術[M]．西安:第四軍醫(yī)大學出版社,2004．

[22] 唐永哲．電力傳動自動控制系統(tǒng)[M]．西安:西安電子科技大學出版社,1998．

Current Situation and Development Trend of Blood Purification Engineering Technology in China

YANG Jian-hua1a, HE Yan1b, MA Yun-yan1c, ZHANG Jing2
1.a. Department of Equipment, b. Operating Room, c. Blood Purification Center, Affiliated Hospital of North Sichuan Medical College, Nanchong Sichuan 637000, China; 2. Department of Internal Medicine, North Sichuan Medical College, Nanchong Sichuan 637000, China

Combining with engineering technology and clinical application of blood purification systems in China, this paper demonstrates the development trend of blood purification engineering technology from aspects of blood purification discipline, blood purification technology connotation, instruments, key components and biological materials.

blood purification; blood purification engineering technology; technology development; biological materials

TH789；R197.39

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2013.05.001

1674-1633(2013)05-0001-04

2013-04-09

作者郵箱：282237704@qq．com