血液透析用小型A濃縮液供液裝置設計*

張小明，文 豪，周盾白，詹春毅，姚凱純，陳學思，王 斌，賴興余

（珠海市先進裝備制造與材料成型技術重點實驗室∕∕廣東科學技術職業學院，廣東珠海 519090）

0 引言

在尿毒癥病人由于腎臟功能的惡化，體內酸堿平衡被打亂，產生嚴重的代謝性酸中毒[1]。透析治療的作用之一就是糾正酸中毒，因此，在透析液中含有30～38 mmol∕L的碳酸氫根。含有碳酸氫根的透析濃縮液稱為B 濃縮液（Bicarbonate），另外含有其他離子的濃縮液稱為A 濃縮液（Acetate），透析液就是由A 濃縮液、B 濃縮液按一定比例加水稀釋而成[2]。

中國腎臟疾病數據網絡2020 年底發表的數據顯示：截止2017 年，我國透析人群再創新高，達到了58 萬人。尿毒癥透析病人平均年齡為53 歲，比日本、美國的透析病人年輕了10 多歲[3-4]。但是，現有透析干粉產品單一，層次單一，競爭優勢很難長期保持[5-6]。因此，必須實現有自主知識產權、少機臺透析和具有競爭力的干粉產品升級換代與增加多層次產品以適應不同的客戶需求。

傳統技術中，血液透析機[7-8]有聯機B粉和聯機氯化鈉，其中氯化鈉占干粉重量的90%以上，聯機B粉和聯機氯化鈉大大節約了使用A濃縮液帶來的運輸量、運輸成本問題，減緩了醫院倉庫不足的限制，解決了醫院女護士提濃縮液的勞動強度問題[9-10]。現有聯機氯化鈉溶解裝置利用純化水充入干粉筒形成飽和溶液，在血透機吸液泵的作用下邊吸出溶液邊充水，操作繁瑣，不利于A濃縮液的制作使用。

基于此，本文旨在針對現有聯機氯化鈉溶解裝置操作繁瑣且只有少數血液透析機才能使用，不利于A 濃縮液制作使用的問題，設計一種小型A 濃縮液現場配液供液裝置。

1 設計方案

小型供A 液裝置[11]現場配制NaCl 溶液，且與A 溶液（NaCl 除外）和反滲水3 種按比例現場配制成A 濃縮液。如圖1 所示，小型A 濃縮液供液裝置，通過混液裝置在配液容器200 中對氯化鈉原料及純化水進行充分攪拌，利用配液容器內部上下分層過濾，獲得較為純凈的氯化鈉溶液，配合吸液泵310、320、330、液位檢測裝置220、230 及供液檢測裝置420，使得配置好的氯化鈉溶液在混液管300 中與離子液、純化水實時進行混合配制成A 濃縮液，并進入儲液容器200 中以供血液透析機使用。整個過程全自動進行，制作裝置根據存儲的氯化鈉溶液以及配制而成的A 濃縮液的容量，實時控制中吸液泵的啟動與關閉，使得效率提高到最大化。

圖1 小型A濃縮液供液裝置的原理結構

2 小型供A液裝置結構設計

圖2 所示為小型A 濃縮液供液裝置的前視局部剖視結構。圖3 所示為小型A 濃縮液供液裝置的左視結構。圖4所示為小型A濃縮液供液裝置的俯視結構。圖5所示為小型A濃縮液供液裝置的配液桶立體結構。

圖3 小型A濃縮液供液裝置的左視結構

2.1 定時攪拌模塊

如圖2 所示，供A 液系統中，混液裝置210 將從配液容器200 頂部經由進液管100 加入配液容器200 中的氯化鈉原料及純化水，攪拌配制形成一定濃度的氯化鈉溶液，且氯化鈉溶液上層為飽和溶液。使用磁力攪拌器進行電磁攪拌，磁力攪拌器可攪拌上層溶液以加速氯化鈉溶解，從而能夠較好地將氯化鈉原料及純化水攪拌配制形成氯化鈉溶液。且磁力攪拌器上的攪拌子可分離設置，該攪拌子采用聚四氟乙烯材料包覆制作，具有防腐蝕功能。

圖2 小型A濃縮液供液裝置的前視局部剖視結構

2.2 NaCl溶液配制流動過程

如圖1所示，供A液系統中，配液容器200包括相互隔離的第一配液腔201、第二配液腔202，第一配液腔201 與第二配液腔202 上下設置。配液容器200 還設置有下液閥250 和第一呼吸器240，第一呼吸器240 設置于配液容器200 頂部，第一配液腔201 通過第一呼吸器240 與外界連通。通過在配液容器200 上添加一個第一呼吸器240，以保證容器內部有氣流進出，保證液體流動順暢，即可以使溶液順暢地流入混液管300中。第一配液腔201通過下液閥250 連接至第二配液腔202，下液閥250 和第一呼吸器240配合作用下，能夠保證第一配液腔201中溶液正常下液到第二配液腔202中。

如圖4～5 所示，配液容器200 內設有配液桶700，配液桶700 將配液容器200 分隔為第一配液腔201 和第二配液腔202，該配液桶700具有側壁，側壁環繞形成第一配液腔201。下液閥250 設置于配液桶700 的側壁上。在另一實施例中，如圖5所示，配液桶700為底部和側壁均勻設有小孔的過濾桶，這樣方便裝置在攪拌完成后進入第二配液腔202 時進行第一次過濾，將由氯化鈉原料帶來的固體雜質阻隔在配液桶700 中，從而得到更加純凈的氯化鈉溶液。

圖4 小型A 濃縮液供液裝置的俯視結構

圖5 小型A 濃縮液供液裝置的配液桶立體結構

如圖1 所示，配液容器200 還包括設置于進液管100上的單向閥110 和供水閥120，設置單向閥110 保證只從進液管100上面向配液容器200進液，而不會使配液容器200 從下面往進液管100 上面溢液。供水閥120 可以調節進液流量大小，保證配液均勻速度可控。此外，在配液容器200與第一吸液泵310連接之間，通常還可以考慮加入一個小型的過濾器312，在配液容器200和第一吸液閥310 之間還設置過濾器312，可用于過濾輸送到混液管300 中的氯化鈉溶液中的雜質和大氯化鈉顆粒。通過設置過濾器312 可以對氯化鈉溶液進行二次過濾，以獲得更加純凈的氯化鈉溶液，提高產品的質量。

2.3 NaCl溶液配制實時監控

如圖1 所示，NaCl 溶液控制監測包括設置于配液容器200側壁上的液位檢測裝置，進液管100與第一配液腔201相連外，還與第三吸液泵330相連。故一方面進液管100可以直接給混液管300提供純化水，另一方面也能同時給配液容器200 提供配制氯化鈉溶液的足夠的純化水，優化裝置結構設置。液位檢測裝置包括用于檢測配液容器200液位的最高刻度的第一液位檢測機構220、以及用于檢測配液容器200 液位的最低刻度的第二液位檢測機構230，與供水閥120相互配合控制純化水進入第一配液腔201，通過時刻檢測配液桶700中溶液的液位高低，控制進液管100的純化水是否加入，使得裝置更加智能化。

2.4 A液混合模塊

如圖1和圖3所示，儲液容器400 包括用于檢測儲液容器液位的供液檢測裝置420，供液檢測裝置420與液位檢測裝置相互配合控制第一吸液泵310、第二吸液泵320、第三吸液泵330，其中，第一吸液泵310、第二吸液泵320、第三吸液泵330均為由步進電機驅動的微型蠕動泵。而且，儲液容器400還包括設置于儲液容器400頂部的第二呼吸器410，通過在儲液容器400上添加一個第二呼吸器410，以保證容器內部有氣流進出，保證液體流動順暢，即可以使溶液順暢地從供液管500 流出。此外，儲液容器400 還包括設置于儲液容器400 底部的排空管600，設置于排空管600 上的排空閥610，以及設置于儲液容器400 內部的清洗裝置。配合第二呼吸器，排空管600 可用于排空配液容器200 及混液管300中的溶液。

2.5 清洗模塊

清洗裝置用于手動或自動清洗該供液裝置。在使用完該裝置后，配液容器200 中會殘留部分氯化鈉溶液及過濾出的固體雜質；同時，混液管300 中會存在部分未用完的A 濃縮液，不及時清除會反應形成結晶。排空管600 可以較好地將殘留液體排出來，并用清洗裝置進行干凈的清洗。

3 小型A濃縮液供液裝置動作流程

如圖1和圖6所示，小型A濃縮液供液裝置動作流程包括如下步驟。

圖6 A 濃縮液制作方法的步驟流程

（1）打開配液容器200 的頂蓋，將氯化鈉固體拆包后倒入配液容器200 中，然后蓋上配液容器200 的頂蓋，啟動總電源開關，然后啟動小型A濃縮液供液裝置。

（2）啟動液位檢測裝置，通過第一液位檢測機構220檢測當前配液容器200的液位是否超過預設的最高刻度，當配液容器200 的液位不高于最高刻度，并且下液閥250 保持關閉時，開啟進液管100 上的供水閥110，控制純化水進入配液容器200的第一配液腔201；當第一液位檢測機構220檢測當前配液容器200的液位達到或超過預設的最高刻度時，關閉供水閥110停止進水。

（3）啟動設置于配液容器200 底部的混液裝置210，即啟動磁力攪拌器在配液容器200 中進行攪拌6 min 后停機；

（4）啟動下液閥250，在第一配液腔201上的第一呼吸器240的作用下，控制氯化鈉溶液從配液容器200的第一配液腔201流向第二配液腔202。

（4）啟動液位檢測裝置的第二液位檢測機構230，檢測當前配液容器200 的液位是否低于預設的最低刻度，當配液容器200 的液位不低于最低刻度，獲取到供液檢測裝置420發出的供液信號，啟動第一吸液泵310、第二吸液泵320 及第三吸液泵330、實現純化水與氯化鈉溶液、離子液按一定比例混合均勻后進入儲液容器400中。

（5）當第二液位檢測機構230 檢測到配液容器200的液位低于最低刻度，控制第一吸液泵310、第二吸液泵320 及第三吸液泵330 停機。即第二液位檢測機構230檢測到第二配液腔202 中無液體后,第一吸液泵310、第二吸液泵320、第三吸液泵330 停機；并回到步驟（2），繼續進行配液。

（6）血液透析機開始從儲液容器400 中吸液，打開供液管500上的供液閥510開始供液；同時，供液檢測裝置420對儲液容器400中的液體液位進行監測，當儲液容器400 中的液體液位達到警報液位時，循環到步驟（4）以繼續進行混液。

（7）血液透析機一直沒吸液超過15 min 時，自動或由操作人員關閉整個供液裝置；而且，在關閉系統時，先利用排空管600 自動進行排空操作：即先關閉供水閥120，并打開下液閥2 min 后，開啟第一吸液泵310 直至第二液位檢測機構230 檢測不到液體時停機，并在開啟第一吸液泵310 的同時開啟排空管600 上的排空閥610，排空5 min后關閉排空閥610。

4 實驗

如圖7 和表1 所示，采用PVC 管、磁力攪拌器、3 個蠕動泵、3 個步進電機及驅動電機和液位開關等元件制成小型A 濃縮液供液裝置。在控制系統[12]作用下，現場配制成A 濃縮液，并按“小型A 濃縮液供液裝置動作流程”實現現場配制A濃縮液，同時具有預沖、自動排空、清洗功能。

圖7 血液透析用小型A濃縮液供液裝置設備

表1 小型A濃縮液供液裝置主要部件

5 結束語

本文設計并實驗驗證了血液透析用小型A 濃縮液供液裝置得出如下結論。

（1）小型供A 濃縮液供液裝置實現現場配制NaCl 溶液，且與A 溶液（NaCl 除外）和反滲水3 種按比例現場配制成A濃縮液，兼具預沖、自動排空、清洗等功能。

（2）供液裝置一次加料可配供一人份使用的A 液，小型供A 液裝置由一次下料、定量加水、定時攪拌、定量泵送、均勻混合、實時供液、定時排空一系列動作組成。

（3）現場配制A 濃縮液裝置適用于所有能使用桶裝A 液的血液透析機，解決了只有少數血液透析機才能使用聯機氯化鈉，節約了使用A 濃縮液（一桶4 L）帶來的近90%的運輸量和運輸成本問題，減緩了醫院倉庫不足的限制，減輕了醫院女護士提濃縮液的勞動強度問題。