方舱医院移动式及多功能模块连续性血液净化装置的研制

刘铁兵，姚文坡，汤黎明，钟添萍，龚德华，史兆荣

方舱医院移动式及多功能模块连续性血液净化装置的研制

刘铁兵，姚文坡，汤黎明，钟添萍，龚德华，史兆荣

目的：为了解决现代战争和突发性灾难中危急、险重战创伤和灾难伤的难题，研制一套适宜于方舱医院的移动式及多功能模块连续性血液净化装置。方法：将移动式及多功能模块连续性血液净化装置分为野外便携式水处理设备、置换液配制系统和智能化自适应无看护体外循环血液净化系统3个模块，并将整个装置装备在特别设计改装的专用方舱内。结果：研制了一套成系列、模块化、可方便组合、多功能的连续性血液净化装置，同时将研究成果应用于方舱医院并在实战演练和突发灾难的应急救援中加以推广，提高了战时和灾难状况下军队的应急医疗救援能力。结论：该装置的研制，有利于建立集急救、输送和后方进一步深入治疗一体化的应急医疗救援体系，进而提高军队的战地救治水平。

连续性血液净化；多功能模块化装置；移动式；方舱医院

0 引言

在现代战争和突发性灾难中，战创伤和灾难伤多以挤压综合征、中毒性休克、生物战剂中毒以及严重电解质紊乱等为特征[1]。在野战前沿和救灾一线及时开展连续性血液净化治疗，可以通过体外循环迅速清除创伤所致的高血钾和高血肌红蛋白，持续清除组织中释放的毒素，为后续治疗发挥作用提供时机。

连续性血液净化技术是创伤控制性外科所依赖的重要技术之一[2-3]，是通过持续性地清除血液中的多余有害物质来纠正及维持机体内的环境和体液容量稳定的一种医疗技术。同时，它还具有调节免疫内稳态的作用，目前已广泛应用于临床危重患者的救治中，并发挥着重要作用[4-7]。然而，目前临床所使用的连续性血液净化技术并不完全适用于野战急救和突发性灾难应急救援，这是因为装备体积大、置换液难以保证等。

为了适应现代战争以及突发应急事件的特点，研制了方舱医院移动式及多功能模块化连续性血液净化装置，包括野外便携式水处理设备、置换液配制系统、体外循环血液净化系统以及连续性血液净化专用方舱的设计与实现4个部分。首先，本文详细分析了系统的设计方案。多功能模块化连续性血液净化装置的研发主要涉及到相关3个模块的设计与实现，包括3个模块的主要组成部分、各个部分的作用以及相关的战技指标。其次，介绍如何将这3个模块合理地装配到连续性血液净化专用方舱中。为了适应现代化战争以及突发事件的移动性，多功能模块化连续性血液净化装置需要将系统的模块合理地装配到专用的方舱中，并考虑在移动中如何安置以及如何展开方舱进行患者安置。最后，总结方舱医院移动式及多功能模块化连续性血液净化装置研发的意义以及在现实中的应用。

1 系统设计方案

方舱医院[8]移动式及多功能模块化连续性血液净化装置主要包括3个模块，分别为野外便携式水处理设备、置换液配制系统和智能化自适应无看护体外循环血液净化系统。为适应野外环境，将这3个模块装备在特别设计、改装的连续性血液净化专用

方舱内。

1.1 野外便携式水处理设备的设计与实现

野外便携式水处理设备包括由多介质过滤器、活性炭过滤器、树脂软化过滤器等前处理装置和由微型增压水泵和反渗膜组成的主件2大部分组成，后者为核心主件。野外便携式水处理设备的结构如图1所示。

图1 野外便携式水处理设备结构框图

（1）多介质过滤器：滤器内主要是一支成型易更换的砂滤柱。砂滤柱自上而下由细石英砂、粗石英砂、细石子、粗石子分层构筑而成，主要作用是去除原水中的大物质颗粒及固体成分。

（2）活性炭过滤器：滤器内主要是一支成型易更换的活性炭柱，由细颗粒优质炭组成。活性炭是一种高效吸附剂，主要用于吸附氯离子、有机物和致热源。

（3）树脂软化过滤器：滤器内主要是一支成型易更换的钠型离子交换树脂柱，可以置换水中的钙和镁。该过滤器可定期检测软化水中的钙镁含量以判定水质的软化程度，同时，可判断树脂的软化能力。

（4）反渗透主件：反渗透主件由微型增压水泵和反渗膜组成。其中，微型增压水泵可提高滤过软化水的水压，利用高压使经初步处理过的含有杂质的水经半透膜将杂质分开以产生纯水；反渗膜的作用是清除细菌、病毒、致热源等。

经反渗透产生的纯水可以在缓冲水箱中暂存汇集，再由分配水泵输送到移动式容量平衡控制的联机置换液配制系统。

1.2 置换液配制系统的设计与实现

置换液配制系统主要由浓缩A液稀释单元、浓缩B液加入单元、置换液电导监测单元、置换液温度控制单元和置换液输出控制单元等部分组成，其结构如图2所示。

浓缩A液稀释单元由反渗水流量传感器、反渗水加热组件、吸液泵、混合室、电导度传感器A及吸液泵驱动电路等组成。浓缩液A经吸液泵吸入，与加热后的反渗水在混合室混合，由电导度传感器A测量其电导度，并由测量值反馈控制浓缩A液吸液泵调整A液稀释液。

浓缩B液加入单元由吸液泵、膨胀室、除气室、电导度传感器C及吸液泵驱动电路等组成。浓缩液B经吸液泵吸入，与稀释后的浓缩A液在膨胀室混合，然后经除气室去除其中的气泡，由电导度传感器C测量其电导度，并由测量值反馈控制浓缩B液吸液泵，最终使得A、B稀释混合液达到合适的电导度。

置换液的温度控制、电导监测和输出控制单元分别由温度、电导和压力传感器以及配套的元件与驱动电路组成。在电导监测单元的作用下，A、B稀释混合液经加热棒加温到合适的温度，并通过置换液输出控制单元调节置换液的流量和压力形成治疗所需的跨膜压TMP。

经过浓缩A液稀释、浓缩B液加入单元形成成分和电导率合适的初级置换液，再经置换液温度和输出控制以及置换液电导监测单元，最终输出温度、压力和电导率符合体外循环血液净化系统要求的合格的置换液。

图2 置换液配制系统结构框图

1.3 体外循环血液净化系统的设计与实现

体外循环血液净化系统可分为水路部分和血路部分，分别对应图3中透析器左右两侧的部件。

图3 体外循环血液净化系统结构框图

（1）置换液温控和电导率监控单元：由温度传感器、电导度传感器和相关元件以及其驱动电路组成，主要作用是检测、监视输入的置换液电导值，并将其加热到合适的应用温度。

（2）精密流量传感器及其驱动电路：用于精确测量置换液输入透析器和输出透析器的流量，通过透

析器输入和输出置换液流量的测量，计算出瞬时超滤量，进而与预期的瞬时超滤量加以比较，反馈控制跨膜压以达到预期的容量脱水。

（3）超滤泵：单纯依靠透析器内的血液滤过膜两侧的渗透浓度差达到水分清除的作用是非常有限的，设计中通过超滤泵在透析液的一侧增加负压、扩大跨膜压，可以显著增加体内水分的排出，这就是超滤作用。

（4）漏血检测单元：由一个红绿双色发光二极管和一个接收二极管构成，用来检测来自透析器的废液中是否有血液渗漏。红绿双色发光二极管交替发射红绿光线，经透析液到达接收二极管。正常情况下，红绿光线到达接收二极管的强度基本相同；发生泄漏时漏入透析液的血液将选择性地吸收绿光，导致接收二极管的红绿光强度不同，从而触发漏血报警装置。

（5）透析液压力监测单元：由透析液压力传感器及其驱动电路组成，用于检测透析液的压力。透析液压力监测单元采集到的透析液压与血路部分的血压监测系统采集到的患者的动静脉压可用以计算超滤跨膜压。

（6）血泵：结构上为电动机驱动自校准的蠕动泵，通过两轮或三轮滚轴挤压血路管并滚动、驱赶血液向前运动，达到维持血液体外循环的目的。控制电路依靠固定于电动机转轴上的光学速度传感器构成负反馈环路，通过比较速度反馈信号和预期的理想值的差异调整电动机的驱动脉冲宽度，从而精确地控制血泵的转速。

（7）肝素泵：肝素泵用以驱动注射器以预设的速率向血流中注入抗凝剂（肝素）。肝素泵既可以以0～6 mL/h的速率精确、缓慢地注射，又可以一次性注入一定量的药物。步进电动机的齿轮和泵体的精密螺杆配合，由嵌入式处理器控制，以保证肝素注入量的精确性。在注射器起、终点各设置一个接触开关，防止出现过压力。

（8）血压监测系统：包括动脉和静脉血压监测及动静脉夹，与水路透析液压力监测单元配合，通过检测到的动静脉压和透析液压计算超滤跨膜压。过低的动脉压表明血泵前有针头被堵塞或血路打折，静脉压过高则说明血液有可能漏入周围环境，此时可触发报警。

（9）气泡探测器和静脉夹：由超声波发射器、接收器和检测电路组成。发射器、接收器置于血路回路的管路两侧，为一对压电晶体。当静脉回路中的血液混入极少量气体时，到达接收器的超声波信号就会有很大程度的衰减。检测电路在信号超过报警限一定时间后停止血泵运转，关闭静脉夹，并发出声光报警。

1.4 连续性血液净化专用方舱的设计与实现

连续性血液净化专用方舱可由方舱医院的手术方舱改造而来，整个方舱具有撤收运输状态和展开工作状态，从展开布局上可分为前舱部分和后舱部分。连续性血液净化专用方舱的结构如图4所示。

图4 收拢和展开状态下的连续性血液净化专用方舱结构图

方舱前舱为方舱保障单元，舱内安装有整体式空调、燃油暖风机、电源壁盒、信号壁盒、线缆盘箱、H型架以及野外便携式水处理设备等，可为方舱工作单元提供水电供应和空气调节保障等。方舱后舱为方舱工作单元，舱内安装有床头柜、病床、折叠器械台、净化水设备、透析机设备、组合工作台、凳子、水池、空调等设备。另外，舱顶安装有照明灯带、紫外线杀菌灯、空调风道等，后舱设一后门，配电箱和照明开关位于后门右侧。

2 连续性血液净化专用方舱在方舱医院中的配备与应用

野外便携式水处理设备放置于方舱的前舱，置换液配制系统和体外循环血液净化系统集成于一体，每个床单元配置一台血液净化系统。连续性血液净化专用方舱的整体配置效果如图5所示。

3 结论与讨论

“加强前线救护”和“紧急早期专科救护”等野战应急医疗救治观念为目前国际上的多数国家和专家所认同，

（▶▶▶▶）（◀◀◀◀）特别是连续性血液净化（CBP）治疗的前线应用已经提高到突出位置。通过开展方舱医院移动式及多功能模块连续性血液净化装置的研制及其应用研究，研制出一整套成系列、模块化、可方便组合、多功能、适宜于在野外方舱医院内使用的连续性血液净化装置。将研究成果应用于方舱医院并在实战演练和突发灾难的应急救援中加以推广，有利于建立沟通前方急救和后方深入治疗的连接桥梁，构建起战区医院及移动方舱医院的多功能体外生命支持系统，提高我军的战地救治水平，建立集前沿、后送和后方处置等融急救、输送和后方进一步深入治疗一体化的战创伤救治链条和应急医疗救援体系。

Development of Mobile and Multi-functional Modular Device for Blood Purification in Shelter Hospital

LIU Tie-bing,YAO Wen-po,TANG Li-ming,ZHONG Tian-ping,GONG De-hua,SHI Zhao-rong (Nanjing General Hospital of Nanjing Military Area Command,Nanjing 210002,China)

ObjectiveTo develop a set of mobile and multi-functional modular device for blood purification in the shelter hospital for the medical service at wartime and peacetime.MethodsThe device was composed of field portable water treatment module,displacement liquid preparation module and intelligent self-adaptive standoff ECC blood purification module,which was placed in the specific shelter.ResultsThe device was serialized,modular and multi-functional,which was applied in the shelter hospital and thus enhanced the emergency medical support ability at wartime and peacetime. ConclusionThe device contributes a lot to the integrated emergency medical rescue system for emergency treatment, evacuation and definitive treatment.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（1）：9-11，17]

continues blood purification;multi-functional modular device;mobile;shelter hospital

R318.6；TH776

A

1003-8868（2014）01-0009-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.01.009

“十二五”军队后勤科研计划重大项目（AWS11J03）

刘铁兵（1970—），男，博士，主任，副教授，硕士研究生导师，高级工程师，主要从事临床医学工程方面的研究工作，E-mail：njbull@163. com。

210002南京，南京军区南京总医院（刘铁兵，姚文坡，汤黎明，钟添萍，龚德华，史兆荣）

史兆荣，E-mail：Shizhaorong@163.com