自动连续监测尿液流量和电导率装置的研制

李祖国，陈 吉，邱庆明，王虎林，袁丽萍

传统的间断测量尿比重、渗透压、尿常规、手工目视计量等方法，是临床监测评估血容量和肾功能的重要内容， 但难以满足重症医学的实时监测、自动计量要求。 一些对集尿装置精细化改进的研究，仍然需要进行目测和手工定时计量[1-4]。 尽管近年来出现了以光电传感仪记录尿液滴数[5]、以尿液压力差和流经时间计算尿液流速[6]、手工输入尿比重并称重自动计量尿量的装置，但尿液浓度的动态变化仍被忽视。因此，笔者研制了一种自动计量并实时显示尿液流速和电导率的装置，方便临床连续监测，提高医师对尿量和尿液浓度这两个无创参数的重视程度。

1 装置结构（图1）

1.1 尿液测量池 有机玻璃制作，包括尿液进、出接口，均与软管（导尿管）连接，内部安装有电导率测量电极、温度测量电极和液位电极。

1.2 测量电路 由单片机控制各测量电极的测量及电磁阀的启闭。

1.3 电磁夹管阀 尿液进管常开，出管常闭，其动作由测量电路控制。

1.4 控制/显示触摸屏系统 可输入参数如患者姓名、体重、住院号等，与测量电路之间采用WIFI无线通讯，可计量尿液流速、报警上下限、光声报警等设置功能。 数据在显示触摸屏上，以坐标折线和单位数据的形式双重实时显示并保存，显示最近第1、4、8、12、24 h（可调）的累计尿量（ml）、平均尿流速（ml/h）；当输入患者体重参数时,平均尿流速显示为ml/(kg·h)，见图2。

1.5 电源 内置可充电电池，外接12 V 交流电源。

2 工作原理

测量池内尿液达到液面感应电极平面时，触发测量和尿液排空一次。 测量指标包括尿液容积、电导率、温度。 由电磁阀的软管夹上缘至感应电极尖端的固定容量决定每次测量的容积，固定容积除以两次测量的间隔时间即为当前尿液流速。 瞬时测量完成后，控制电路开启尿液出管电磁阀（常闭型）和关闭尿液进管电磁阀（常开型）达预设时间，使尿液排空，然后进入下一次测量。

电导率测试原始值经温度补偿后，直接输出显示在显示屏图表上， 同时可以导出为EXCEL 表格文件。

系统软件具备事件标示功能， 便于科研记录、拓展报警内容及综合评价患者情况。

3 对比实验及结果

由于尿液流速没有标准测量设备对比， 并且自研装置计算尿液流速是固定容积除以两次测量间隔时间得出当前尿液流速，客观上是准确的，所以本研究未进行尿液流速测定的对比实验， 重点评估其测定尿液电导率的准确性。以DDS-307 型电导率仪（上海仪电科学仪器股份有限公司）和PM-8000Express便携式多参数监护仪（数字化温度显示，深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司）为参照，与自研装置对比测试同一时点、同一容器中任意浓度和温度的盐溶液，共17 份。 溶液的配制为高浓度NaCl 注射液依次加入不同温度蒸馏水稀释而成。

在不同温度条件下，自研装置与电导率仪（经温度补偿后） 测得的同一份盐溶液的电导率值近似（n=17,r = 0.999，P ＜0.01）。 图3 更直观显示了自研装置与电导率仪测定不同温度和浓度同一盐溶液时电导率测定值和变化趋势高度一致。

4 讨论

尿量监测能反映肾脏灌注状态和尿液浓缩功能，而肾功能支持是防止危重病程向多器官功能障碍发展、进而死亡的重要一环。 常用的手工计量尿量、 尿比重和渗透压测量是间断性检测送检标本，且操作复杂、设备昂贵，难以满足危重病救治时自动连续监测的要求。 虽然近年有基于滴数和称重的尿液自动计量装置问世，但危重病人尿液浓度和比重的多变性对这些计量方法的准确性有影响，且重要的尿液浓度未能得以反映。

图1 装置结构图

图2 连续监测屏幕截图

图3 自研装置与标准设备对比测定盐溶液电导率的值

有研究报道， 正常人尿液电导率的正常参考范围为(22.9±12.9 )mS/cm，尿电导率与比重、渗透压的相关性很好[7-8]，且电导率主要受带电粒子（电解质）浓度的影响，很少或不受有机分子（蛋白、细胞、糖）、造影剂、结晶盐的影响。 其反映肾脏的浓缩和稀释功能较稳定，可以替代传统的尿比重和渗透压检测[9-10]。

本研究研制的尿液自动连续监测装置，选用电极常数为10 的电导率电极，测量范围为2～200 mS/cm，涵盖了病理和生理状态下人体尿液电导率范围，能自动计算和显示尿液流量和电导率，计量准确且反映尿液电解质浓度，能更好满足危重病临床救治的现实需要，提高效率、减少误差。 实验结果验证了自研装置性能的可靠性，但其临床实用性、整体性能等仍需后续研究来验证提高。

[1] 张桂春，许敏昭，李培珍.新型尿量监测装置的研制与应用[J].广西医学，2009（7）：950-951.

[2] 杨芬，李仕芬，莫静丽，等.尿量测量滴定装置制作及应用[J].护士进修杂志，2005，20（8）：678.

[3] 张淑芬，曹琳.新型尿液排放计量装置的研究[J].齐鲁护理杂志，2004，10（10）797.

[4] 李磐志.尿液引流及测量装置的改良研究与应用[J].齐鲁护理杂志，2010，16（7）31-32.

[5] 张东衡，徐军，郑风，等.基于光电传感器的尿量监测仪设计[J].制造业自动化，2010（5）：122-124.

[6] 何强，李安民，毛新芳，等.留置导尿生理性自动计量排放器的研制和临床应用[J].医疗设备信息，1998（1）：7-8.

[7] 姜文玲，夏运成，许向青,等.两种方法测定的尿液渗透压和尿液电导率相关关系分析[J]. 中国医学工程，2007,15（2）：163-165.

[8] 沈薇，杜振东，张军，等.UF2100 尿液分析仪检测尿液电导率与比密的关系及正常值参考范围研究[J]. 现代检验医学杂志，2007,22（6）：51-52.

[9] 屠涌涛，李娜，葛小萍.尿成分对电导率和渗透压的影响[J].江西医学检验杂志，2007，25（4）：340-342.

[10] 陈松，杨永刚.尿液电导率与肾脏远曲小管功能的相关关系分析[J].中国中西医结合肾病杂志，2011，12（8）：716-717.