1.川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 a.設(shè)備科，b.手術(shù)室，c.血液凈化中心，四川 南充637000；2. 成都華奧儀表有限公司，四川 成都 610072

Fresenious血液透析機透析壓力換能器輸出數(shù)據(jù)研究

陽建華1a，何燕1b，馬云燕1c，趙華勝2

1.川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 a.設(shè)備科，b.手術(shù)室，c.血液凈化中心，四川 南充637000；2. 成都華奧儀表有限公司，四川 成都 610072

目的研究Fresenious血液透析機內(nèi)部的透析壓力（跨膜壓力）換能器（Ttmp）在常溫、正常情況下的靜態(tài)輸出數(shù)據(jù)，以方便后續(xù)進行國產(chǎn)化。方法采用三臺正常在用的Fresenious血液凈化治療機的Ttmp在機檢測和離機檢測兩種情況，獲取該Ttmp的有效輸出數(shù)據(jù)。結(jié)果將獲取得到的在機和離機情況數(shù)據(jù)按Ttmp處在不同直流供壓狀態(tài)下繪出VOUT（輸出電壓值）-P（施加壓力）關(guān)系曲線。結(jié)論通過Ttmp不同直流供壓狀態(tài)下的VOUT-P關(guān)系曲線可以看出輸出數(shù)據(jù)線性、重復(fù)性、穩(wěn)定性好，無明顯遲滯、漂移現(xiàn)象，輸出線性系數(shù)近似為11 mV/V/bar。

血液透析機；透析壓力換能器；跨膜壓；輸出數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)檢測

0 前言

Fresenious（費森尤斯）品牌血液透析機（血液凈化治療機）是我國醫(yī)療機構(gòu)使用較多的一款進口治療設(shè)備，在慢性腎臟衰竭替代治療、中毒急救治療方面發(fā)揮了重要作用。和其它品牌血透機（如美國BAXTER、德國BARAUN、日本TORAY、瑞典GAMBRO、日機裝等）一樣，在給患者行血液凈化治療時，跨膜壓（TMP）參數(shù)監(jiān)測、控制必不可少[1]。TMP的監(jiān)測實際上是借助置于合適的透析液回路中的一個透析壓力換能器（Ttmp），這個Ttmp輸出模擬電參數(shù)經(jīng)比較控制A/D轉(zhuǎn)換，微處理運算后在機器屏上動態(tài)顯示或判斷是否報警[2-3]。Fresenious血透機內(nèi)部的Ttmp是一個壓力感應(yīng)組件，其在正常情況下能精確線性地反映出機內(nèi)流經(jīng)透析器回路中壓力[3]。隨著Ttmp使用時間的增加，它會表現(xiàn)出零點偏離、壓力死點、線性不好等非正?，F(xiàn)象[4]。更換Ttmp的原裝件成本很高，尋求國產(chǎn)替換件是降低成本的必由之路。

近年來，隨著臨床血液凈化治療技術(shù)需求旺盛，相關(guān)設(shè)備的核心部件的國產(chǎn)化研制變得十分重要，使這類設(shè)備的重要部件朝著模塊化、通用化、國產(chǎn)化方向發(fā)展。探測Fresenious血透機中的VOUT-P在常溫、正常情況下的輸出數(shù)據(jù)，為血透機中的Ttmp國產(chǎn)化研制提供了數(shù)據(jù)支持，這也是探測Fresenious血液凈化治療機透析壓力換能器輸出數(shù)據(jù)的根本目的。

針對國內(nèi)醫(yī)療機構(gòu)普遍使用的費森品牌血透機中的TMP換能器故障更換量多且成本高的現(xiàn)狀，采用國產(chǎn)化研制措施，以降低該類機器運行維護成本和提高血透機的模塊化研究水平。

1 Ttmp的VOUT-P檢測

Ttmp的輸出數(shù)據(jù)檢測分在機和離機兩種情況來進行，這主要考慮到Fresenious血透機內(nèi)部管路環(huán)境與外部環(huán)境有很大不同。前者主要是液壓感應(yīng)檢測，后者是氣壓感應(yīng)檢測。利用這兩種介質(zhì)的作用結(jié)果分析出Ttmp的一些靜態(tài)特性指標(biāo)[5]。

1.1 Ttmp在機檢測

檢測對象和使用儀器工具：以使用運行時間不同（一臺已使用8年No.1、一臺已使用6年No.5、一臺已使用2年No.8）的三臺在用費森品牌血透機作為檢測研究對象（其內(nèi)部使用的Ttmp組件完全相同）；使用VC9807(A+4.1/2)數(shù)字萬用表（帶數(shù)據(jù)保持功能）、Tektronix TDS220 100M雙道數(shù)字存儲示波器、測試探針等工具。

從Ttmp組件的變送處理板與血透機連接的五芯插座上焊腳對應(yīng)并聯(lián)引出線纜并制成一個5針的轉(zhuǎn)接測試板，見圖1。圖中1、2、3、4、5分別表示PIN1（data）、PIN2(V+)、PIN3(data)、PIN4(AGND)、PIN5(NC)，其中PIN1和PIN3兩端為Ttmp組件壓力變送輸出數(shù)據(jù)(data)、PIN2 和PIN4兩端是Ttmp組件壓力變送PCB的供電端，PIN5端未用。

圖1 5針轉(zhuǎn)接測試板

將Fresenious血透機置維修狀態(tài)，通過菜單選擇“TMP CHECK”，這時可通過UF ON/OFF來調(diào)節(jié)機內(nèi)透析壓力的大小，從而形成Ttmp的不同感應(yīng)壓力P。

從Ttmp組件變送電路結(jié)構(gòu)和原理[2,4]來看，Ttmp的VOUT數(shù)據(jù)主要決定于兩數(shù)據(jù)端（PIN1和 PIN3）的電位差值。

在機檢測得到的Ttmp的VOUT-P數(shù)據(jù)，見表1～3：

表1 No．1機(4008S, 1VCAA197) TtmpVOUT-P數(shù)據(jù)

表2 No．5機(4008B,3V5AAH53) TtmpVOUT-P數(shù)據(jù)

表3 No．8機(4008B,6V5AEG35) TtmpVOUT-P數(shù)據(jù)

1.2 Ttmp離機檢測

將上述三臺在用費森品牌血透機內(nèi)部的Ttmp組件拆卸脫機，以拆卸下來的Ttmp組件作為檢測研究對象并作好標(biāo)記。

檢測所用工具儀器：① 浮球式壓力計（0.001～0.25 MPa,0.5MPa氮氣壓源，砝碼式方法改變輸出壓力值P）；② mV計（精度1μV）。

自制測試所用電源電路圖，見圖2。

圖2 自制測試電源電路圖

該電源是參照該機內(nèi)部提供給換能器組件的電源原理圖[4]而選件組裝的，通過測試發(fā)現(xiàn)不同機內(nèi)部供給其TMP換能器電壓值略有差異，原因在于它本身就是一個可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源[6]，原理如下面的自制測試電源原理一樣。

我們分別從No.1機、No.5機、No.8機內(nèi)部拆卸Ttmp組件并脫離原機后測出的數(shù)據(jù)，見表4～6：

表4 No．1機(4008S,1VCAA197)內(nèi)部Ttmp數(shù)據(jù)

表5 No．5機(4008B,3V5AAH53)內(nèi)部Ttmp數(shù)據(jù)

表6 No．8機(4008B,6V5AEG35)內(nèi)部Ttmp數(shù)據(jù)

2 VOUT-P曲線

在機檢測時TMP換能器工作電源電壓穩(wěn)定，壓力感應(yīng)芯片接觸的水流溫度與室溫相同。圖3～5是三臺在機情況下的VOUT-P曲線，從上到下的曲線斜率分別定為K1、K2、K3。通過計算，K1≈（|-44-1|÷600）=0.075 mV/mmHG；K2≈（|-46+1|÷600）=0.075 mV/mmHG；K3≈（|-48-0|÷600）=0.08 mV/mmHG。

圖3 No．1 機器在機情況下的VOUT-P曲線

圖4 No．5 機器在機情況下的VOUT-P曲線

圖5 No．8 機器在機情況下的VOUT-P曲線

K1、K2、K3值略有差異，其原因之一是加在各TMP換能器上的直流電壓不同引起。從恒壓源供電的壓力傳感器電橋輸出來看，其輸出精度與電源精度是密切相關(guān)的[7]。

選用的三臺樣機內(nèi)的TMP傳感器均測試在本機可供壓力條件或?qū)嶒炇揖邆涞膲毫π纬蓷l件。如：在機測試時，被測傳感器工作在負(fù)壓條件下，這個0～-600 mmHg范圍，也是目前臨床常用透析膜運行的最佳壓力要求范圍；離機測試時，被測傳感器工作在正壓條件下，這個0～+150 kPa（大約等于1100 mmHg）壓力是由浮球式壓力計加N2壓力源系統(tǒng)形成，這個測試壓力范圍完全包含本機運行時的最大正壓要求。

圖6 No．1機器離機情況下的VOUT-P曲線

圖7 No．5機器離機情況下的VOUT-P曲線

圖8 No．8機器離機情況下的VOUT-P曲線

3 結(jié)論

按照對三個樣機在不同情況下的輸出數(shù)據(jù)的研究原理來看，通過在機或者離機兩個狀態(tài)不同直流電源供壓下的VOUT-P曲線研究實際均是針對Ttmp的靜態(tài)特性指標(biāo)的研究，沒有進行輸入變化引起輸出變化的時間特性的研究[3]。

（1）從表中數(shù)據(jù)看出，不管在機或離機測試被測對象，TMP傳感器線性度均很好。

（2）從離機測試數(shù)據(jù)可以看出，TMP傳感器產(chǎn)生的遲滯性都很小。

（3）實際測試每一個被測對象，輸出的VOUT與P的關(guān)系線性好，且斜率大小近乎相同。

從抽樣的三件Ttmp的靜態(tài)特性指標(biāo)研究結(jié)果看出，該系列換能器的傳感輸出數(shù)據(jù)批量線性、重復(fù)性、穩(wěn)定性好，無明顯遲滯、漂移現(xiàn)象，沒有因使用時間長短不同出現(xiàn)個體之間的嚴(yán)重偏差現(xiàn)象，但不能描述每個樣件本身性能的變化特性，是作出的橫向比較，而不是縱向分析比較[8]。由于各種因素，本研究只在一定溫度下（室溫20～30 oC）檢測研究分析，是進行Fresenious血液凈化治療機中透析壓力換能器的靜態(tài)數(shù)據(jù)特性的初步研究[7]。

在一定的溫度下以作用在壓力換能器芯片上1 bar的壓力、1 V的電壓差的情況下測出該換能器輸出的有效mV值定義為該壓力換能器在此溫度下的輸出線性系數(shù)。據(jù)此，計算所得這三個樣件的室溫下的輸出線性系數(shù)近似為11 mV/V/bar，為研制適合Fresenious系列血液凈化治療機國產(chǎn)化的透析壓力換能器提供了重要數(shù)據(jù)特性支持[9]。

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

[2] 薛鋒． JMS SDS-20S 血液透析機水路流程分析[J]．醫(yī)療設(shè)備信息,2005,(10):33-34．

[3] 王黎明．費森尤斯4008B血透機維修手札[J]．中國醫(yī)療設(shè)備, 2009,(2):117．

[4] 陽建華,何燕,龍?zhí)?等．費森尤斯4008系列血液透析機TMP傳感組件結(jié)構(gòu)、原理和常見故障分析[J]．中國醫(yī)療設(shè)備,2010, (2):100-101．

[5] 陳安宇．醫(yī)用傳感器[M]．2版北京:科學(xué)出版社,2008．

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

[7] 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．

[8] 王德任,劉鳴．腦血管病與循證醫(yī)學(xué)[J]．川北醫(yī)學(xué)院學(xué)報,2012, (8):56-57．

[9] 陽建華,何燕,龍?zhí)?等．FRESENIOUS4008系列血透機TMP傳感組件工作機理及性能分析[J]．中國醫(yī)療設(shè)備,2010,(1):50-51．

Study of the Output Data about Dialysis Pressure Transducer in Fresenious Hemodialysis Machine

YANG Jian-hua1, HE Yan1, MA Yun-yan1, ZHAO Hua-sheng2
1.a. Department of Equipment, b. Operating Room, c. Blood Purification Center, Affiliated Hospital of North Sichuan Medical College, Nanchong Sichuan 637000, China;
2. Chengdu Aohua Meter Co. Ltd, Chengdu Sichuan 610072, China

ObjectiveTo study the static output data of the transmembrane pressure transducer (Ttmp) inside Fresenious hemodialysis machine under ordinary temperature and normal conditions so as to facilitate subsequent nationalization.MethodsAcquired Ttmp output data by selecting 3 normal Fresenious hemodialysis machine and detecting effective output data of Ttmp in two modes of on-line and off-line.ResultsConverting the Ttmpoutput data of on-line and off-line into VOUT(the value of the output voltage) -P (pressure) curve when the Ttmp is at different DC supply voltage and different liquid pressure .ConclusionCalculating according to the Ttmp VOUT-P curve under different DC supply voltage state, the output data is of good linear, repeatability and stability, and no obvious hysteresis and drift were found. The output linear coeffcient is approximate to 11 mV/V/bar.

hemodialysis machine; transmembrane pressure transducer; transmembrane pressure; output data; data detection

TH789；R197.39

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2013.05.003

1674-1633(2013)05-0008-04

2012-12-08

2013-04-01

四川省衛(wèi)生廳科研項目（090149）資助

作者郵箱：282237704@qq．com