技术领域
本发明涉及血液净化以及多器官功能支持技术，特别是涉及一种 用于多器官支持的自衡置换装置。
背景技术
战争、海难、地震及各种自然灾难造成大量人员受伤，且损伤广 泛、伤情复杂、伤势严重，进而迅速进展出现多器官功能衰竭，导致 死亡率明显增高。加之远离医院，不能及时后送，必须在现场进行救 治。因此，对这些重伤员在一线进行早期多器官功能支持治疗以挽救 生命，意义重大。
多器官功能支持治疗包括：连续性血液净化肾脏功能替代、人工 氧合（模肺）呼吸功能支持以及人工肝支持系统等。常规的多器官支 持装置多集成了人工肾、人工肝、人工肺等模块，其中人工肾与人工 肝功能均采用血液净化技术实现，而人工肺多采用膜肺技术实现，膜 肺模块通过将中空纤维器串联或并联至血液回路中并辅以氧气回路即 可实现人工氧合的功能，在血液净化回路的基础上仅需添加压力监测 即可，因此在装置上不需要配置更多的设备。而人工肾与人工肝功能 均是通过血液净化技术实现，因此多器官支持装置的功能主体是血液 净化装置，而血液净化装置的选型与实现方式决定了多器官支持装置 的主要特点。
血液净化装置根据治疗时选配的滤器和装置运转方式，可以实现 对肾脏和肝脏的治疗、替代和支持。血液净化部分装置占整个机器的 绝大部分。常规多器官支持系统血液净化部分的补液与超滤液通路驱 动装置均采用蠕动泵方式，蠕动泵即滚压泵，该类泵具有流量范围大， 但流量精度波动也较大特点，即泵管进出口压力变化会造成蠕动泵每 转动一圈所驱动的液体流量波动，因此仅靠蠕动泵自身精度无法满足 血液净化治疗中对液体流量精度的要求。因此目前血液净化技术应用 中，在选用蠕动泵进行驱动的同时辅助以电子秤称重系统对蠕动泵驱 动的液体重量进行监测，来实时调节蠕动泵的转速，通过重量控制实 现对蠕动泵转速的闭环调节。
目前市面上的多器官支持系统在其底部设置一个电子秤装置，该 装置外部呈勾状，内部与电子秤重模块相联，将液袋悬挂至该钩部， 控制系统可通过内部电子秤模块计算出该液袋的重量，通过计算进液 袋与出液袋的重量变化，来控制蠕动泵的转速。
由于电子秤均采用悬挂结构，因此采用该部件的多器官支持装置 都配有较高的底部支架，将机体抬至一定高度为下方悬挂液袋留出必 要空间，因此该类机器高度较高，重心也较高，在移动过程中经常发 生倾倒损坏机器砸伤护士的情况，并且体积庞大，搬运困难，便携性 较差。
目前，在医疗领域，也有采用平衡腔系统进行流量调节的，现有 平衡腔系统由两个容量相等的腔室和安装其上的八个电磁阀组成。每 个腔室由一块软性的膜片将腔室分割为左右两部分，平衡腔系统根据 电磁阀的切换组合，有两种工作模式：正常透析模式和填充程序模式。 这种平衡腔在实际透析使用中，比较可靠，维护简单，并且可以很好 的保证进出液的平衡，但是如果将现有平衡腔放在便携式透析机就存 在一些问题，主要问题有两个：
第一个是电磁阀较多，8个电磁阀占用的体积较大，便携性很差。
第二个是由于膜片是柔性的，所以在车载移动过程中，或者在摇 摆晃动的医院船上，在液体惯性的冲击下柔性膜片经常产生错误信号， 造成换向不准确。
发明内容
本发明实施例的一个目的是提供一种用于多器官支持的自衡置换 装置，解决了现有多器官支持装置体积庞大，搬运困难，便携性较差， 不利于迅速展开救治的问题。
本发明实施例的另一个目的是提供一种用于多器官支持的自衡置 换装置，解决了现有平衡腔体积大，便携性较差，在摇摆晃动的环境 下经常产生错误信号，不能用于在恶劣环境下使用的多器官支持便携 式治疗机的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于多器官支持的自衡置 换装置，所述自衡置换装置设置在补液通路和超滤液通路上，通过容 积置换的方式维持所述补液通路和所述超滤液通路的流量平衡；
所述自衡置换装置包括：
第一硬式腔体，通过第一硬式活塞分隔为第一左侧腔室和第一右 侧腔室；
第二硬式腔体，通过第二硬式活塞分隔为第二左侧腔室和第二右 侧腔室；
第一电磁阀，入口连接所述补液通路，两个出口分别连接所述第 一左侧腔室和所述第二左侧腔室；
第二电磁阀，两个入口分别连接所述第一左侧腔室和所述第二左 侧腔室，出口连接所述补液通路；
第三电磁阀，入口连接所述超滤液通路，两个出口分别连接所述 第一右侧腔室和所述第二右侧腔室；
第四电磁阀，两个入口分别连接所述第一右侧腔室和所述第二右 侧腔室，出口连接所述超滤液通路。
优选地，上述的自衡置换装置中，所述第一电磁阀的所述入口连 接所述补液通路中的补液泵；
所述第二电磁阀的所述出口连接所述补液通路中的加热罐；
所述第三电磁阀的所述入口连接所述超滤液通路中的超滤泵；
所述第四电磁阀的所述出口连接所述超滤液通路的废液出口。
优选地，上述的自衡置换装置中，还包括：控制器，分别连接所 述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述第三电磁阀和所述第四电磁阀。
优选地，上述的自衡置换装置中，所述控制器包括：
第一过程控制单元，用于：将所述第一电磁阀和所述第四电磁阀 打开到所述第一硬式腔体，通过液体挤压的方式推动所述第一硬式活 塞由左向右移动；将所述第二电磁阀和所述第三电磁阀打开到所述第 二硬式腔体，通过液体挤压的方式推动所述第二硬式活塞由右向左移 动；
第二过程控制单元，用于：将所述第一电磁阀和所述第四电磁阀 打开到所述第二硬式腔体，通过液体挤压的方式推动所述第二硬式活 塞由左向右移动；将所述第二电磁阀和所述第三电磁阀打开到所述第 一硬式腔体，通过液体挤压的方式推动所述第一硬式活塞由右向左移 动；
切换单元，用于：在所述第一硬式活塞到达最右端，并且所述第 二硬式活塞到达最左端后，关闭所述第一过程控制单元，开启所述第 二过程控制单元;在所述第一硬式活塞到达最左端，并且所述第二硬 式活塞到达最右端后，关闭所述第二过程控制单元，开启所述第一过 程控制单元。
优选地，上述的自衡置换装置中，所述补液泵和所述超滤泵为齿 轮泵。
优选地，上述的自衡置换装置中，所述第一电磁阀、所述第二电 磁阀、所述第三电磁阀和所述第四电磁阀为三通电磁阀。
本发明实施例至少存在以下技术效果：
1）本发明实施例中，采用了硬式活塞的硬式腔体，相对于现有技 术的软式膜片活塞的腔体来说，消除了在移动过程中可能的错误干扰 信号，可靠性有较大增强，从而能够应用在摇摆晃动的环境中。
2）本发明实施例中，采用了4个三通电磁阀，相对于现有平衡腔 技术的两通电磁阀来说，电磁阀的数量减少到原来的一半，大大减小 了自衡置换装置的总体积，从而减少了多器官支持装置的体积。
3）从整体上来看，本发明实施例不仅仅是体积减小和环境适应性 增加，而是在这些特点的基础上能够实现多器官支持装置的快速布置， 快速使用和全面救治，增加了救治速度，而速度对危重伤员来说就是 生命，因此本发明对地震现场救治和在拥挤的医疗船上对伤员救治具 有重大的现实意义。
附图说明
图1为应用了本发明自衡置换装置的一体化治疗机实施例的左半 部分连接结构图；
图2为应用了本发明自衡置换装置的一体化治疗机实施例的右半 部分连接结构图；
图3为本发明控制器的原理结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结 合附图对具体实施例进行详细描述。
图1、图2分别为应用了本发明自衡置换装置的一体化治疗机实施 例的左半部分和右半部分的连接结构图，左半部分和右半部分在连接 点A、B处对应连接，从而组成完整的一体化治疗机。
如图1所示，本发明实施例提供了一种用于多器官支持的自衡置 换装置，所述自衡置换装置设置在补液通路和超滤液通路上，通过容 积置换的方式维持所述补液通路和所述超滤液通路的流量平衡；
所述自衡置换装置包括：
第一硬式腔体210，通过第一硬式活塞分隔为第一左侧腔室和第一 右侧腔室；
第二硬式腔体220，通过第二硬式活塞分隔为第二左侧腔室和第二 右侧腔室；
第一电磁阀231，入口连接所述补液通路，两个出口分别连接所述 第一左侧腔室和所述第二左侧腔室；
第二电磁阀232，两个入口分别连接所述第一左侧腔室和所述第二 左侧腔室，出口连接所述补液通路；
第三电磁阀233，入口连接所述超滤液通路，两个出口分别连接所 述第一右侧腔室和所述第二右侧腔室；
第四电磁阀234，两个入口分别连接所述第一右侧腔室和所述第二 右侧腔室，出口连接所述超滤液通路。
其中，所述第一电磁阀231的所述入口连接所述补液通路中的补 液泵；
所述第二电磁阀232的所述出口连接所述补液通路中的加热罐；
所述第三电磁阀233的所述入口连接所述超滤液通路中的超滤泵；
所述第四电磁阀234的所述出口连接所述超滤液通路的废液出口。
其工作过程说明如下：
首先，将第一电磁阀231和第四电磁阀234打开到第一硬式腔体 210，补液由补液泵进入第一左侧腔室，中间的隔离活塞由左向右移动； 同时第二电磁阀232和第三电磁阀233打开到第二硬式腔体220，而废 液由废液泵进入第二右侧腔室，中间的隔离活塞由右向左移动；当第 一硬式腔体210充满补液后，同时第二硬式腔体220充满废液，则第 一过程完毕；
然后将4个电磁阀切换，补液由补液泵进入第二左侧腔室，第二 硬式腔体220的活塞由左向右移动；而废液由超滤泵进入第一右侧腔 室，第一硬式腔体210的活塞由右向左移动，当第一硬式腔体210充 满废液后，第二硬式腔体220充满补液时，第二过程完毕；一个完整 循环结束。4个电磁阀再次切换，新的循环开始。
可见，本发明实施例中，采用了4个三通电磁阀，相对于现有平 衡腔技术的两通电磁阀来说，电磁阀的数量减少到原来的一半，大大 减小了总体积。并且，本发明实施例中，是采用了硬式活塞的硬式腔 体，相对于现有技术的软式膜片活塞的腔体来说，消除了在移动过程 中可能的错误干扰信号，可靠性有较大增强。
图3为本发明控制器的原理结构图。如图3所示，在本发明的一 个实施例中，还包括：控制器300，分别连接所述第一电磁阀、所述第 二电磁阀、所述第三电磁阀和所述第四电磁阀。
控制器300包括：
第一过程控制单元310，用于：将所述第一电磁阀和所述第四电磁 阀打开到所述第一硬式腔体，通过液体挤压的方式推动所述第一硬式 活塞由左向右移动；将所述第二电磁阀和所述第三电磁阀打开到所述 第二硬式腔体，通过液体挤压的方式推动所述第二硬式活塞由右向左 移动；
第二过程控制单元320，用于：将所述第一电磁阀和所述第四电磁 阀打开到所述第二硬式腔体，通过液体挤压的方式推动所述第二硬式 活塞由左向右移动；将所述第二电磁阀和所述第三电磁阀打开到所述 第一硬式腔体，通过液体挤压的方式推动所述第一硬式活塞由右向左 移动；
切换单元330，用于：在所述第一硬式活塞到达最右端，并且所述 第二硬式活塞到达最左端后，关闭所述第一过程控制单元，开启所述 第二过程控制单元;在所述第一硬式活塞到达最左端，并且所述第二 硬式活塞到达最右端后，关闭所述第二过程控制单元，开启所述第一 过程控制单元。
可见，本发明实施例中，是液体推动活塞运动，液体受的都是来 自于泵的正压力，而不是抽吸的负压力，这是因为，在负压条件下， 液体的溶解度会下降，会析出一部分气体，影响计量精度和溶解质量。 因此，本发明实施例全部采用“挤压”的正压力方式，而不采用抽吸 的负压力方式。
如图1、图2所示，本发明实施例还提供了一种便携式多器官功能 支持一体化治疗机，包括：
动脉通路，用于：将血液从血液入口引入第一滤器101的膜内；
静脉通路，用于：将所述第一滤器膜内过滤后的血液经氧合器引 至血液出口；
白蛋白溶液回路，用于：将流经所述第一滤器膜外的白蛋白溶液 引入第二滤器102的膜内，将经所述第二滤器膜内过滤后的白蛋白溶 液引入所述第一滤器的膜外；
补液通路，用于：将透析液引入所述第二滤器102的膜外，所述 透析液流经所述第二滤器的膜外后形成超滤液；
超滤液通路，用于：将所述超滤液由所述第二滤器的膜外引入废 液出口；
采用硬式腔体和硬式活塞的自衡置换装置200，设置在所述补液通 路和所述超滤液通路上，通过容积置换的方式维持所述补液通路和所 述超滤液通路的流量平衡。
可见，本发明实施例，通过各回路对血液进行净化处理，实现人 工肾、人工肝的功能，通过静脉通路设置氧合器实现人工肺功能，从 而将多器官支持功能集成在了一套简单的系统中，体积小，功能全。
本发明实施例中，通过采用硬式腔体和硬式活塞的自衡置换装置 实现补液通路和超滤液通路的流量平衡，所以无需再进行计量操作， 不再需要占用大量体积的电子秤，进一步减小了一体化治疗机的体积。 而且，硬式腔体和硬式活塞不受环境的影响，可以应用在摇摆晃动的 环境中，从而一体化治疗机可以应用在颠簸的船上、行驶的救护车或 者地震现场。
由上可知，本发明实施例，用简单的一套系统实现了多器官支持， 大大减少了多器官支持所需的设备数量和设备体积，并且，其用硬式 腔体和硬式活塞的自衡置换装置实现流量平衡，不但大大减小了治疗 机的体积，而且增加了其对环境的适应性，因此，从整体上来看，本 发明实施例不仅仅是体积减小和环境适应性增加，而是在这些特点的 基础上能够实现治疗机的快速布置，快速使用和全面救治，增加了救 治速度，而速度对危重伤员来说就是生命，因此本发明对地震现场救 治和在拥挤的医疗船上对伤员救治具有重大的现实意义。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，为了应对脱水的需求， 还增加了：脱水通路，连接所述第二滤器的膜外出口和所述废液出口。 所述脱水通路包括：脱水泵、压力传感器和流量传感器。此通路为对 平衡腔功能的补充，因为平衡腔只能保障流量平衡功能，难以满足脱 水时对流量的调节需求。
如图1所示，所述加热罐内部设置一根加热棒，所述加热罐的金 属体积与液体体积之比小于1：4。
如图2所示，所述白蛋白溶液回路中包括：驱动泵和两个过滤柱， 两个过滤柱分别为活性炭吸附器和阴离子吸附器。
在本发明的一个实施例中，所述补液泵和所述超滤泵为齿轮泵。 所述脱水泵也为齿轮泵。因为齿轮泵的体积远小于常规蠕动泵的体积， 所以进一步减小了治疗机的总体积，并且齿轮泵不会产生负压。
在本发明的一个实施例中，所述静脉通路包括静脉血壶，所述静 脉血壶通过电磁选择阀连接所述补液通路，用于接收来自补液通路的 置换液。此通路设计可以实现血液置换功能。
以下，对本发明PMOSIM（便携式多器官功能支持一体化治疗机， Portable Multiple Organ Support Integration Machine）的各组成 部分进行详细说明，
便携式PMOSIM系统分为血液循环回路、白蛋白溶液回路、置换液 回路。
（一）血液循环回路
血液循环回路分为动脉通路与静脉通路，动脉通路将血液从人体 引入第一滤器，静脉通路将血液从第一滤器出口送回人体。静脉通路 上设置有氧合器，血液经过血液净化，在氧合器内提升氧含量后返回 人体。
动脉通路：人体血液通过管路进入血泵入口，经过血泵驱动获得 动力流入动脉血壶。在血泵出口设置有血液传感器及注射泵，用来检 测血液参数及注射肝素。动脉血壶固定支架上设置液位检测装置，当 血壶内液位过低时，系统自动报警。同时系统设置有压力传感器，用 来检测动脉血壶内压力。血液流经动脉血壶后进入第一滤器入口。
静脉通路：血液流出第一滤器后进入静脉血壶，静脉血壶固定装 置上设置有液位传感器，系统同时设置有静脉血壶压力检测装置。血 液经过静脉血壶后进入氧合器，氧合器起到氧合作用，能够增加血液 含氧量，血液流出氧合器后返回人体。氧合器出口设置压力检测装置。 血液回到人体前流经气泡夹装置，气泡夹装置能够检测到血液通路中 的气泡，并加紧血液通路，防止气泡进入人体。
（二）白蛋白溶液回路
白蛋白溶液回路中驱动泵起到驱动溶液作用，在驱动泵的驱动下， 第一滤器膜外的白蛋白溶液依次流入活性炭吸附器和阴离子吸附器后 进入第二滤器的膜内，并经过第二滤器净化后返回第一滤器膜外，形 成了白蛋白溶液循环回路。
在第二滤器出口与第一滤器入口之间设置有压力检测装置。
（三）置换液回路
置换液回路包括补液通路、超滤液通路和脱水通路
（1）补液通路：在补液泵的驱动下，补液泵将置换液由置换液袋 送入自衡置换装置，置换液流出自衡置换装置后进入第二滤器膜外入 口，补液通路上分别设置有气泡传感器，压力传感器、加热罐，电磁 阀，温度传感器，浓度传感器
气泡传感器：用来监测补液通路是否有气泡进入
压力传感器：在补液泵前后分别设置一个压力传感器，用来监测 泵进出口压力情况
加热罐：采用高效无超调加热技术，加热罐采用薄壁罐体，金属 体积与液体体积比例控制在2:8以内，内部设置一根加热棒，当加热 棒开始加热时，由于金属与液体体积比例十分悬殊，大部分热量传递 至液体内，极大的提高了加热效率和减小温度超调可能，当液体停止 流动时，金属内部蕴含的热量快速传递至大体积的液体中，液体温度 升高很小，因此有效避免了常规速热加热器存在的当液体停止流动时 液体产生温度过高的问题。
电磁阀：加热罐出口设置一个电磁阀，用来切换加热罐加热功能 与排空功能。
补液通路末端设置一个电磁阀，用来切换将置换液送至滤器膜外 入口或动脉血壶或静脉血壶。
温度传感器：用来检测加热罐出口温度，并对浓度传感器进行温 度补偿。
浓度传感器：用来检测置换液的浓度状况，当浓度超限时进行报 警。
（2）超滤液通路：在超滤泵的作用将第二滤器膜外出口液体送至 自衡置换装置，废液从自衡置换装置流出后进入废液袋（废液出口）。 包括压力传感器，超滤泵，漏血传感器
漏血传感器：采用光电方式对流经传感器的液体进行漏血检测， 传统传感器采用光强判断方式进行判断，即传感器一端为发射端，一 端为接收端，发射端产生红光和蓝光，穿透液体后由接收端接受，接 收端判断光的强度老进行漏血判断，随着长时间使用，当接收端或发 射端的探头出现污染时会产生误报警。
本传感器采用光强比例进行判断，发射端发射白光，接收端判断 白光中红光与绿光成分的比例，当出现污染时，光强度虽然减弱，但 红光与绿光的比例不发生变化，因此大大提高了传感器的准确率。
（3）脱水通路：由于平衡装置的存在，置换液与超滤液流量始终 保持平衡，在此基础上脱水泵起到脱水作用。在脱水泵的作用下，废 液从第二滤器膜外出口进入废液袋。
流量传感器：脱水泵回路出口设置一个流量传感器，用来监测脱 水流量，并对脱水泵进行流速调节。
由上可知，本发明实施例具有以下优势：
1）本发明实施例中，采用了硬式活塞的硬式腔体，相对于现有技 术的软式膜片活塞的腔体来说，消除了在移动过程中可能的错误干扰 信号，可靠性有较大增强，从而能够应用在摇摆晃动的环境中。
2）本发明实施例中，采用了4个三通电磁阀，相对于现有平衡腔 技术的两通电磁阀来说，电磁阀的数量减少到原来的一半，大大减小 了自衡置换装置的总体积，从而减少了多器官支持装置的体积。
3）从整体上来看，本发明实施例不仅仅是体积减小和环境适应性 增加，而是在这些特点的基础上能够实现多器官支持装置的快速布置， 快速使用和全面救治，增加了救治速度，而速度对危重伤员来说就是 生命，因此本发明对地震现场救治和在拥挤的医疗船上对伤员救治具 有重大的现实意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领 域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出 若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。