Fresenious血液透析機透析壓力換能器輸出數據研究

1.川北醫學院附屬醫院 a.設備科，b.手術室，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據研究

陽建華1a，何燕1b，馬云燕1c，趙華勝2

1.川北醫學院附屬醫院 a.設備科，b.手術室，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、正常情況下的靜態輸出數據，以方便后續進行國產化。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的有效輸出數據。結果將獲取得到的在機和離機情況數據按Ttmp處在不同直流供壓狀態下繪出VOUT（輸出電壓值）-P（施加壓力）關系曲線。結論通過Ttmp不同直流供壓狀態下的VOUT-P關系曲線可以看出輸出數據線性、重復性、穩定性好，無明顯遲滯、漂移現象，輸出線性系數近似為11 mV/V/bar。

血液透析機；透析壓力換能器；跨膜壓；輸出數據；數據檢測

0 前言

Fresenious（費森尤斯）品牌血液透析機（血液凈化治療機）是我國醫療機構使用較多的一款進口治療設備，在慢性腎臟衰竭替代治療、中毒急救治療方面發揮了重要作用。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）參數監測、控制必不可少[1]。TMP的監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輸出模擬電參數經比較控制A/D轉換，微處理運算后在機器屏上動態顯示或判斷是否報警[2-3]。Fresenious血透機內部的Ttmp是一個壓力感應組件，其在正常情況下能精確線性地反映出機內流經透析器回路中壓力[3]。隨著Ttmp使用時間的增加，它會表現出零點偏離、壓力死點、線性不好等非正常現象[4]。更換Ttmp的原裝件成本很高，尋求國產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需求旺盛，相關設備的核心部件的國產化研制變得十分重要，使這類設備的重要部件朝著模塊化、通用化、國產化方向發展。探測Fresenious血透機中的VOUT-P在常溫、正常情況下的輸出數據，為血透機中的Ttmp國產化研制提供了數據支持，這也是探測Fresenious血液凈化治療機透析壓力換能器輸出數據的根本目的。

針對國內醫療機構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狀，采用國產化研制措施，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的輸出數據檢測分在機和離機兩種情況來進行，這主要考慮到Fresenious血透機內部管路環境與外部環境有很大不同。前者主要是液壓感應檢測，后者是氣壓感應檢測。利用這兩種介質的作用結果分析出Ttmp的一些靜態特性指標[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（其內部使用的Ttmp組件完全相同）；使用VC9807(A+4.1/2)數字萬用表（帶數據保持功能）、Tektronix TDS220 100M雙道數字存儲示波器、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并聯引出線纜并制成一個5針的轉接測試板，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據(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針轉接測試板

將Fresenious血透機置維修狀態，通過菜單選擇“TMP CHECK”，這時可通過UF ON/OFF來調節機內透析壓力的大小，從而形成Ttmp的不同感應壓力P。

從Ttmp組件變送電路結構和原理[2,4]來看，Ttmp的VOUT數據主要決定于兩數據端（PIN1和 PIN3）的電位差值。

在機檢測得到的Ttmp的VOUT-P數據，見表1～3：

表1 No．1機(4008S, 1VCAA197) TtmpVOUT-P數據

表2 No．5機(4008B,3V5AAH53) TtmpVOUT-P數據

表3 No．8機(4008B,6V5AEG35) TtmpVOUT-P數據

1.2 Ttmp離機檢測

將上述三臺在用費森品牌血透機內部的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，通過測試發現不同機內部供給其TMP換能器電壓值略有差異，原因在于它本身就是一個可調的直流穩壓電源[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機內部拆卸Ttmp組件并脫離原機后測出的數據，見表4～6：

表4 No．1機(4008S,1VCAA197)內部Ttmp數據

表5 No．5機(4008B,3V5AAH53)內部Ttmp數據

表6 No．8機(4008B,6V5AEG35)內部Ttmp數據

2 VOUT-P曲線

在機檢測時TMP換能器工作電源電壓穩定，壓力感應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的[7]。

選用的三臺樣機內的TMP傳感器均測試在本機可供壓力條件或實驗室具備的壓力形成條件。如：在機測試時，被測傳感器工作在負壓條件下，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 結論

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

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

（2）從離機測試數據可以看出，TMP傳感器產生的遲滯性都很小。

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

從抽樣的三件Ttmp的靜態特性指標研究結果看出，該系列換能器的傳感輸出數據批量線性、重復性、穩定性好，無明顯遲滯、漂移現象，沒有因使用時間長短不同出現個體之間的嚴重偏差現象，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數據特性的初步研究[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。據此，計算所得這三個樣件的室溫下的輸出線性系數近似為11 mV/V/bar，為研制適合Fresenious系列血液凈化治療機國產化的透析壓力換能器提供了重要數據特性支持[9]。

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

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

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

[4] 陽建華,何燕,龍田,等．費森尤斯4008系列血液透析機TMP傳感組件結構、原理和常見故障分析[J]．中國醫療設備,2010, (2):100-101．

[5] 陳安宇．醫用傳感器[M]．2版北京:科學出版社,2008．

[6] 劉吉來．模擬電子技術[M]．北京:機械工業出版社,2005．

[7] 謝東．醫用壓力傳感器原理及其應用[J]．醫療設備信息, 2001(6):28．

[8] 王德任,劉鳴．腦血管病與循證醫學[J]．川北醫學院學報,2012, (8):56-57．

[9] 陽建華,何燕,龍田,等．FRESENIOUS4008系列血透機TMP傳感組件工作機理及性能分析[J]．中國醫療設備,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

四川省衛生廳科研項目（090149）資助

作者郵箱：282237704@qq．com