АППАРАТ "ИСКУССТВЕННАЯ ПОЧКА" Российский патент 1999 года по МПК A61M1/14 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к аппаратам для гемодиализа и изолированной ультрафильтрации, и найдет применение в нефрологии, хирургии, реанимации и медицине катастроф для замещения утраченной функции выведения метаболитов и токсических веществ из организма.

Известен аппарат "искусственная почка" (см. проспект "Integra" фирмы Hospal, Франция), содержащий клапан воды, вход которого соединен с источником воды, выход клапана воды соединен с входом первой полости теплообменника, содержит нагреватель, два дросселя, датчик проводимости, монитор концентрата, к которому подключен резервуар концентрата, первый насос диализата, выход которого соединен с входом сепаратора газа, выход первого канала расходомера соединен с входом клапана байпаса, нормально закрытый выход которого соединен с входом массообменника, выход которого соединен с входом второго канала расходомера и с нормально открытым выходом клапана байпаса, при этом выход второго канала расходомера соединен с входом второго насоса диализата.

Данный аппарат предназначен для гемодиализа и изолированной ультрафильтрации у больных с почечной недостаточностью.

Недостатками данного аппарата при наличии сепарации ультрафильтрата при гемодиализе являются: отсутствие выделения ультрафильтрата и отсутствие термостабилизации крови в массообменнике при изолированной ультрафильтрации, что ограничивает возможности применения данного аппарата в условиях реанимационных мероприятий и при лечении острой почечной недостаточности.

К недостаткам данного аппарата можно также отнести отсутствие в составе монитора диализата разгерметизирующего накопителя, что приводит при гемодиализе к большим пульсациям расхода диализирующего раствора, возникающим при деаэрации воды и концентратов диализирующего раствора, что неизбежно снижает стабильность расхода диализирующего раствора.

Известен также аппарат "искусственная почка" (см. "Сервисное руководство по AK-90S" фирмы Gambro AB, Швеция), содержащий клапан воды, вход которого соединен с источником воды, выход клапана воды соединен с входом первой полости теплообменника, содержит нагреватель, два дросселя, датчик проводимости, монитор концентрата, к которому подключен резервуар концентрата, первый насос диализата, выход которого соединен с входом сепаратора газа, выход первого канала расходомера соединен с входом клапана байпаса, нормально закрытый выход которого соединен с входом массообменника, выход которого соединен с входом второго канала расходомера и с нормально открытым выходом клапана байпаса, при этом выход второго канала расходомера соединен с входом второго насоса диализата.

Данный аппарат предназначен для гемодиализа и изолированной ультрафильтрации у больных с почечной недостаточностью.

Недостатками данного аппарата являются отсутствие сепарации ультрафильтрата от диализирующего раствора (в дальнейшем - диализата) и отсутствие возможности термостабилизации крови в массообменнике при изолированной ультрафильтрации, что ограничивает функциональные возможности данного аппарата в условиях реанимационных мероприятий и при лечении острой почечной недостаточности.

К недостаткам данного аппарата можно также отнести отсутствие в составе монитора аппарата разгерметизированного накопителя, что неизбежно увеличивает нестабильность расхода диализирующего раствора (пульсации расхода диализирующего раствора возникают при деаэрации воды и концентратов диализирующего раствора и при резких изменениях давления источника воды).

Кроме того, наличие дополнительных сепараторов газа, и системы клапанов, служащих для периодического тестового контроля точности измерения расхода ультрафильтрата, усложняет аппарат и снижает его надежность.

Данное изобретение решает задачу расширения функциональных возможностей аппарата путем обеспечения возможности термостабилизации крови и сепарации ультрафильтрата при изолированной ультрафильтрации.

Решение поставленной задачи достигается тем, что аппарат "искусственная почка" содержит клапан воды, вход которого соединен с источником воды, выход клапана воды соединен с входом первой полости теплообменника, содержит нагреватель, два дросселя, датчик проводимости, монитор концентрата, к которому подключен резервуар концентрата, первый насос диализата, выход которого соединен с входом сепаратора газа, выход первого канала расходомера соединен с входом клапана байпаса, нормально закрытый выход которого соединен с входом массообменника, выход которого соединен с входом второго канала расходомера и с нормально открытым выходом клапана байпаса, при этом выход второго канала расходомера соединен с входом второго насоса диализата, согласно настоящему изобретению, аппарат снабжен накопителем с установленными в нем датчиком уровня и стабилизатором уровня, и переключателем, вход которого соединен с выходом второго насоса диализата, нормально открытый выход - с входом второй полости теплообменника, первый нормально закрытый выход переключателя соединен со сливом ультрафильтрата, второй нормально закрытый выход переключателя соединен с входом нагревателя и выходом стабилизатора уровня, вход которого соединен с выходом первой полости теплообменника, выход второй полости которого соединен с входом второго дросселя, выход которого соединен со сливом диализирующего раствора, выход нагревателя соединен с накопителем, выход которого соединен с входом монитора концентрата, выход которого соединен с входом первого дросселя, аппарат снабжен стабилизатором давления, вход которого подключен к выходу первого дросселя, а выход - к входу первого насоса диализата, а также клапаном газа, вход которого соединен с выходом газа сепаратора газа, а выход - с входом второго насоса диализата, при этом выход жидкости сепаратора газа соединен с входом датчика проводимости, выход которого соединен с входом первого канала расходомера.

Аппарат "искусственная почка" может быть снабжен дополнительным насосом концентрата, выход которого соединен с входом стабилизатора давления, а вход - с дополнительным резервуаром концентрата.

Переключатель может быть выполнен в виде одного нормально открытого и двух нормально закрытых клапанов, входы всех клапанов объединены с входом переключателя, нормально открытый выход которого является выходом нормально открытого клапана, первый нормально закрытый выход - выходом первого из нормально закрытых клапанов, а второй нормально закрытый выход является выходом второго нормально закрытого клапана.

Переключатель также может быть выполнен в виде двух клапанов с отдельными электромагнитными приводами, входы этих клапанов объединены с входом переключателя, первый клапан выполнен нормально закрытым, а его выход является первым нормально закрытым выходом переключателя, а второй клапан выполнен в виде трехходового клапана, нормально закрытый выход которого является вторым нормально закрытым выходом переключателя, а его нормально открытый выход является нормально открытым выходом трехходового клапана.

Таким образом, сущность настоящего изобретения заключается в том, что благодаря предложенному техническому решению, аппарат может термостабилизировать кровь пациента и выделять из общего объема диализата объем диализата, количественно равный измеренному объему ультрафильтрата, отобранному у пациента в режиме изолированной ультрафильтрации, при этом количество конструктивных элементов аппарата уменьшается по отношению к аналогу, что обеспечивает повышение надежности конструкции в целом.

Кроме того, предложенная конструктивная реализация аппарата "искусственная почка" обеспечивает повышение стабильности расхода диализата.

Изложенная сущность изобретения поясняется конкретным примером выполнения аппарата "искусственная почка" и чертежами, на которых представлены:
на фиг. 1 - гидравлическая схема предлагаемого аппарата "искусственная почка";
на фиг. 2 - гидравлическая схема предлагаемого аппарата "искусственная почка" с дополнительным насосом концентрата и дополнительным резервуаром концентрата;
на фиг. 3 - гидравлическая схема варианта конструктивной реализации переключателя;
на фиг. 4 - гидравлическая схема прототипа - аппарата АК- 90S, выполненная согласно принятым в России обозначениям для обеспечения возможности анализа ее отличий от заявляемого объекта.

Аппарат "искусственная почка" (см. фиг. 1) содержит клапан 1 воды, вход которого соединен с источником воды, а выход - с входом первой полости теплообменника 2, выход которой соединен со стабилизатором 3 уровня жидкости, снабженным поплавком 4, и установленным на накопителе 5, выход стабилизатора 3 уровня соединен с входом нагревателя 6, выход которого подключен к верхней части накопителя 5, в котором установлен датчик 7 уровня жидкости.

Выход накопителя 5 расположен в его нижней части и соединен с входом монитора 8 концентрата, выход которого подключен к входу первого дросселя 9, выход первого дросселя 9 соединен с входом стабилизатора 10 давления, выход которого соединен с входом первого насоса 11 диализата.

Выход первого насоса 11 диализата соединен с входом сепаратора 12 газа, выход по жидкости которого соединен с датчиком проводимости 13, выход которого соединен с входом первого канала расходомера 14.

Выход первого канала расходомера 14 соединен с входом клапана 15 байпаса, нормально закрытый выход которого соединен с входом массообменника 16, а нормально открытый выход клапана 15 байпаса соединен с выходом массообменника 16 и с входом второго канала расходомера 14, выход которого соединен с входом второго насоса 17 диализата, выход которого подключен к входу переключателя 18.

Нормально открытый выход переключателя 18 соединен с входом второй полости теплообменника 2, выход которой соединен с входом второго дросселя 19, выход которого соединен со сливом диализата.

Первый нормально закрытый выход переключателя 18 соединен со сливом ультрафильтрата.

Второй нормально закрытый выход переключателя 18 соединен с входом нагревателя 6.

Выход газа сепаратора 12 газа соединен с входом клапана 20 газа, выход которого соединен с входом второго насоса 17 диализата.

Монитор 8 концентрата содержит насос 21 концентрата, вход которого подключен к резервуару 22 концентрата, а выход соединен с входом монитора 8 концентрата и с входом сепаратора 23 диализата, выход которого соединен с входом датчика 24 проводимости, выход которого является выходом монитора 8 концентрата, и с выходом газа сепаратора 23 диализата.

Переключатель 18 может быть выполнен в виде трех клапанов 25, 26 и 27, один из которых (26) нормально открытый, а два (25 и 27) - нормально закрытые, при этом входы этих клапанов соединены с входом переключателя, нормально открытый выход которого является выходом нормально открытого клапана 26, первый нормально закрытый выход - выходом нормально закрытого клапана 25, а второй нормально закрытый выход - выходом нормально закрытого клапана 27.

Аппарат "искусственная почка" (см. фиг. 2) содержит дополнительный насос 28 концентрата, выход которого соединен с входом стабилизатора 10 давления, а вход - с дополнительным резервуаром 29 концентрата.

Аппарат содержит устройство 30 управления, входы которого связаны с электрическими информационными выходами нагревателя 6, датчика уровня 7, датчика проводимости 13, расходомера 14, датчика проводимости 24, а выходы устройства 30 управления связаны с входами управления клапана 1 воды, нагревателя 6, первого насоса 11 диализата, клапана 15 байпаса, второго насоса 17 диализата, клапана 20 газа, насоса 21 концентрата монитора 8 концентрата и дополнительного насоса 28 концентрата, клапанов 25, 26, 27, 29, 30 переключателя 18.

Переключатель 18 может быть выполнен также в виде двух клапанов 31 и 32 с отдельными электрическими приводами 33 и 34, при этом входы клапанов 31 и 32 соединены с входом переключателя, а клапан 32 выполнен в виде трехходового клапана, нормально закрытый выход которого является вторым нормально закрытым выходом переключателя 18, а его нормально открытый выход является нормально открытым выходом трехходового клапана 32, клапан 31 выполнен нормально закрытым, а его выход является первым нормально закрытым выходом переключателя 18.

Клапан 1 воды предназначен для управления гидравлическим соединением источника воды, например, выхода устройства водоподготовки с узлами аппарата и выполнен, как правило, с соленоидным приводом.

Теплообменник 2 предназначен для подогрева входной воды отработанным диализирующим раствором и выполнен в виде герметичной конструкции с набором тонких металлических пластин, омываемых с одной стороны водой, а с другой стороны - отработанным диализирующим раствором.

Накопитель 5 с установленными в нем стабилизатором 3 уровня и датчиком 7 уровня представляет собой резервуар и предназначен для накопления воды или диализирующего раствора, при этом установленный в нем датчик 7 уровня служит для выработки сигнала о превышении заданного уровня жидкости в накопителе, а стабилизатор 3 уровня представляет собой герметичный корпус с клапаном типа сопло-заслонка, механически связанный с поплавком, опущенным в резервуар накопителя.

Нагреватель 6 содержит нагревательный электроэлемент, датчик температуры, установленные в герметичном корпусе и предназначен для нагрева и регулирования температуры жидкостей.

Монитор 8 концентрата предназначен для регулирования проводимости диализирующего раствора и поддержания ее на заданном оператором уровне и содержит насос 21 концентрата, вход которого подключен к резервуару 22 концентрата, а выход соединен с входом монитора 8 концентрата и с входом сепаратора 23 диализата, выход которого соединен с входом датчика 24 проводимости, выход которого является выходом монитора 8 концентрата, и с выходом газа сепаратора 23 диализата.

Первый и второй дроссели 9 и 19 представляют собой ламинарные дроссели с круглой диафрагмой и предназначены для создания нормированного сопротивления потоку жидкости.

Стабилизатор 10 давления представляет собой вакуумный редукционный клапан и предназначен для ограничения вакуумметрического или избыточного давления жидкости на его входе в зависимости от заданного натяжения пружины растяжения-сжатия.

Первый и второй насосы 11 и 17 диализата предназначены для перемещения диализирующего раствора и выполнены каждый в виде насосной головки шестеренного или вихревого типа с приводом от управляемого электродвигателя.

Сепаратор 12 газа и сепаратор 23 газа монитора 8 концентрата предназначены для отделения газа, выделенного из жидкости, от жидкости и выполнены каждый в виде резервуара с разнесенными по уровню выходами жидкости и газа, при этом выход сепаратора по жидкости расположен ниже входа газожидкостной смеси, а выход сепаратора по газу расположен выше уровня газожидкостной смеси и входа газожидкостной смеси по уровню (см., например, схематическое обозначение сепараторов на фиг. 1).

Датчик 13 проводимости и датчик 24 проводимости монитора 8 концентрата: каждый представляет собой электрохимическую ячейку с датчиком температуры для термокомпенсации полезного сигнала и служит для измерения удельной электропроводности (проводимости) диализирующего раствора.

Расходомер 14 предназначен для измерения расхода ультра фильтрата как разности расходов диализирующего раствора, измеряемых двумя измерительными каналами расходомера на входе и на выходе массообменника 16, выполнен в виде двухканального доплеровского лазерного измерителя расхода.

Клапан 15 байпаса и клапан 32 переключателя 18 предназначены для коммутации потоков диализирующего раствора и представляют собой клапан типа сопло-заслонка в герметичном корпусе с соленоидным приводом, имеют вход, один нормально открытый и один нормально закрытый выходы.

Массообменник 16 предназначен для экстракорпорального массообмена жидкостей организма с искусственной жидкой или газообразной средой через полупроницаемую мембрану (см., например, рекламный проспект на гемодиализатор F6 фирмы "Фрезениус", ФРГ).

Переключатель 18 предназначен для коммутации входного потока жидкости через два нормально закрытых и один нормально открытый выходы.

Клапан 20 газа и клапан 26 переключателя 18 предназначены для коммутации потоков газа или жидкости и представляют собой клапан типа сопло-заслонка в герметичном корпусе с соленоидным приводом, имеют вход и нормально открытый выход, а клапаны 25, 27 и 31 имеют вход и нормально закрытый выход.

Насос 21 концентрата монитора 8 концентрата и дополнительный насос 28 концентрата представляют собой мембранные объемные насосы с обратными клапанами и с электромагнитным соленоидным приводом и служат для перемещения концентратов диализирующего раствора.

Резервуар 22 и дополнительный резервуар 29 концентрата предназначены для переноски и хранения концентратов диализирующего раствора (канистры из полиэтилена для пищевых продуктов) ОСТ 6-19-35-81.

Устройство 30 управления аппаратом предназначено для управления аппаратом и выполнено на основе микроконтроллера. Алгоритм работы устройства управления 30 описан в документации ИВФП.942516.009.

Электромагнитный соленоидный привод 33 и 34 клапанов каждый представляет собой электромагнитный электромеханический преобразователь и предназначен для открывания нормально закрытого и закрывания нормально открытого клапана типа сопло-заслонка при подаче напряжения на его обмотку (см., например, Гомельский Ю.С., "Электрические элементы электрогидравлических устройств автоматики", М., "Энергия", 1968, стр. 8 -15).

Аппарат работает следующим образом.

Вода подается под давлением через клапан 1, нагревается в теплообменнике 2 отработанным диализатом, расход воды определяется стабилизатором уровня 3 в зависимости от уровня воды в накопителе 5, определяемого расходом воды на его выходе. Далее вода поступает, нагреваясь до заданной температуры в нагревателе 6, в накопитель 5, а из него - в сепаратор 23 газа монитора 8 концентрата, где смешивается с концентратом, подаваемым насосом 21 концентрата монитора 8 концентрата из резервуара 22 концентрата. Полученный диализат поступает в мониторе 8 концентрата с выхода сепаратора 23 через датчик 24 проводимости на вход первого дросселя 9.

Стабилизатор 10 давления стабилизирует величину вакуум-метрического давления на своем входе, ограничивая эту величину на заданном уровне (минус 20 кПа), не зависящем от давления диализирующего раствора. Величина гидравлического сопротивления первого дросселя 9, стабилизированный уровень воды в накопителе 5 и стабилизированное значение вакуумметрического давления на входе стабилизатора 10 давления определяют величину и высокую стабильность расхода диализирующего раствора, поскольку расход диализирующего раствора не зависит как от колебаний входного давления источника воды, так и от изменений величины давления диализата на массообменнике 16.

Затем раствор смешивается при использовании, например, бикарбонатных диализирующих растворов с дополнительными компонентами диализирующего раствора, подаваемыми дополнительным насосом 28 концентрата из дополнительного резервуара 29 концентрата, и перемещается первым насосом 11 диализата через сепаратор 12 газа в датчик 13 проводимости. Выходные сигналы датчиков 13 и 24 проводимости используются в устройстве 30 управления для задания производительности насоса 21 концентрата монитора 8 концентрата и дополнительного насоса 28 концентрата. Производительность первого насоса 11 диализата определяется значением вакуумметрического давления на его входе, которое задается равным минус 70 кПа для создания необходимой степени дегазации диализирующего раствора. Выделенный газ отделяется от жидкости в сепараторе 12 и, через выход газа этого сепаратора, удаляется вторым насосом 17 диализата.

Нормально открытый клапан 20 закрывается при его включении, обеспечивая тем самым возможность полного слива жидкости в режимах слива жидкости из аппарата и в режимах химической и термической дезинфекции.

Приготовленный чистый диализирующий раствор поступает с выхода датчика 13 проводимости через первый канал расходомера 14 при включенном клапане 15 байпаса через массообменник, либо, при выключенном клапане 15 байпаса, минуя массообменник, перемещается через второй канал расходомера 14, вторым насосом 17 диализата через нормально открытый клапан 26 и вторую полость теплообменника 2 на слив. По разности объемов диализирующего раствора, перемещенных через каналы расходомера 14, определяется объем ультрафильтрата, информация о котором используется в устройстве 30 управления для управления производительностями насосов диализата: первого 11 и второго 17.

В режиме изолированной ультрафильтрации отработанный диализирующий раствор направляется при электрически включенном (гидравлически открытом) клапане 27 через нагреватель 6 в накопитель 5, (т.е. по замкнутому контуру), чем и достигается возможность термостабилизации крови пациента через полупроницаемую мембрану массообменника 16.

По сигналу датчика 7 уровня периодически электрически включается (гидравлически открывается) на короткий промежуток времени клапан 25 и подает количество отработанного диализата, равное объему полученного из массообменника 16 ультрафильтрата на слив ультрафильтрата, например, в мерный цилиндр.

Таким образом, благодаря предложенному техническому решению, заявленный аппарат "искусственная почка" обеспечивает возможность термостабилизации крови пациента и сепарации объема ультрафильтрата, количественно равного объему ультрафильтрата, отобранному у пациента в режиме изолированной ультрафильтрации, при этом количество конструктивных элементов аппарата уменьшается, что обеспечивает повышение надежности конструкции в целом.

Данные технические решения реализованы в аппаратах для гемодиализа АДС-1И1Н-А-02 и АГДС-1И1Н-БК-П-03, серийный выпуск которых освоен на Электромеханическом заводе "Авангард", г. Саров.

Аппарат используется в медицине, а именно в нефрологии, хирургии, реаниматологии и медицине катастроф для замещения утраченной функции выведения метаболитов и токсических веществ из организма, снабжен накопителем с установленными в нем датчиком уровня, стабилизатором уровня и переключателем. При этом аппарат также снабжен стабилизатором давления и клапаном газа. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности аппарата путем обеспечения возможности термостабилизации крови и сепарации ультрафильтрата при изолированной ультрафильтрации. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Аппарат "искусственная почка", содержащий клапан воды, вход которого соединен с источником воды, выход - с входом первой полости теплообменника, нагреватель, два дросселя, датчик проводимости, монитор концентрата, к которому подключен резервуар концентрата, первый насос диализата, выход которого соединен с входом сепаратора газа, выход первого канала расходомера соединен с входом клапана байпаса, нормально закрытый выход которого соединен с входом массообменника, при этом выход второго канала расходомера соединен с входом второго насоса диализата, отличающийся тем, что выход массообменника соединен с входом второго канала расходомера и с нормально открытым выходом клапана байпаса, аппарат снабжен накопителем с установленными в нем датчиком уровня и стабилизатором уровня и переключателем, вход которого соединен с выходом второго насоса диализата, нормально открытый выход - с входом второй полости теплообменника, первый нормально закрытый выход переключателя соединен со сливом ультрафильтрата, второй нормально закрытый выход - с входом нагревателя и выходом стабилизатора уровня, вход которого соединен с выходом первой полости теплообменника, выход второй полости которого соединен с входом второго дросселя, выход которого соединен со сливом диализирующего раствора, выход нагревателя соединен с накопителем, выход которого соединен с входом монитора концентрата, выход которого соединен с входом первого
дросселя, аппарат снабжен стабилизатором давления, вход которого подключен к выходу первого дросселя, а выход - к входу первого насоса диализата, а также клапаном газа, вход которого соединен с выходом газа сепаратора газа, а выход - с входом второго насоса диализата, при этом выход жидкости сепаратора газа соединен с входом датчика проводимости, выход которого соединен с входом первого канала расходомера. 2. Аппарат "искусственная почка" по п.1, отличающийся тем, что аппарат снабжен насосом концентрата, выход которого соединен с входом стабилизатора давления, а вход - с дополнительным резервуаром концентрата. 3. Аппарат "искусственная почка" по п.2, отличающийся тем, что переключатель выполнен в виде одного нормально открытого и двух нормально закрытых клапанов, входы всех клапанов объединены с входом переключателя, нормально открытый выход которого является выходом нормально открытого клапана, первый нормально закрытый выход - выходом первого из нормально закрытых клапанов, а второй нормально закрытый выход - выходом второго нормально закрытого клапана. 4. Аппарат "искусственная почка" по п.2, отличающийся тем, что переключатель выполнен в виде двух клапанов с отдельными электромагнитными приводами, входы этих клапанов объединены с входом переключателя, первый клапан выполнен нормально закрытым, а его выход является первым нормально закрытым выходом переключателя, а второй клапан выполнен в виде трехходового клапана, нормально закрытый выход которого является вторым нормально закрытым выходом переключателя, а его нормально открытый выход - нормально открытым выходом трехходового клапана.