Fresenius 血液透析机平衡腔系统工作原理及故障分析

血液透析是肾功能不全终末期患者的替代疗法。它利用溶质的弥散、水的渗透和超滤作用,清除患者血液中代谢废物,纠正电解质和酸碱
血液透析是肾功能不全终末期患者的替代疗法。它利用溶质的弥散、水的渗透和超滤作用,清除患者血液中代谢废物,纠正电解质和酸碱失衡状态,并排除体内多余的水分。目前,对透析液流量及超滤的控制方式有多种,典型的是平衡腔系统和流量计系统。本文以Fresenius 4008系列血液透析机采用的平衡腔技术为例,详细阐述血透机平衡腔系统的工作原理及常见故障分析。
1.平衡腔系统的工作原理

平衡腔的设计理念:在一个容量平衡的密闭系统中,透析液进入和流出平衡腔的量是相等的。 Fresenius血液透析机通过平衡腔系统进行透析液流量和超滤的控制。平衡腔系统可以保证该机流入透析器的新鲜透析液量和流出透析器的废液量相等。同时,在透析器后设置一个超滤泵,由微处理器控制,按所需的超滤速度从密闭系 统中抽出一定量的透析液。
由于等容密闭系统中进出液量必须平衡,因此缺少的透析液就由患者血液中的水分通过透析膜滤出得到补充,由此产生超滤,超滤的量即为超滤泵所抽出的透析液的量。微处理器不必考虑需要用多大的负压,跨膜压随超滤率和膜的超滤系数的变化而被动改变。 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(V31~V38)组成。透析机平衡腔两个腔室的容积在机器出厂时已经校准,是固定值,均为30ml。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:①正常透析模式,②填充程序模式,下面将分别介绍这两种工作模式。

1.1正常透析模式
平衡腔的正常透析模式,其工作过程可分为两个周期来完成。

以一次平衡腔工作为例,在第一周期中:腔室1(BC1)的电磁阀V35、V32打开;V31、V36关闭。新鲜透析液通过V35进入腔室1左侧,将腔室1的膜片向右推,废液通过V32排出。与此同时,腔室2(BC2)的电磁阀V33、V38打开;V34、V37关闭。由21号流量泵将废液经过上述两个周期,平衡腔系统就完成了一个完整的正常透析模式地运行。平衡腔系统会按照这种步骤循环运动,不断地将新鲜透析液输送到透析器内,将废液排出机器外。
由于两个腔室的容量相等,因此它可以保证流入透析器的新鲜透析液量和流出透析器的废液量相等,达到容量平衡。 Fresenius血液透析机通过平衡腔系统进行透析液流量的控制。透析液的流量是根据平衡腔转换时间换算得到的,其公式为“透析液流量=平衡腔容积×60/平衡腔转换时间”,平衡腔容积在机器出厂时已经校准,是固定值(30ml)。因此,机器的流量是这样计算出来的: 以平衡腔工作的第一周期为例,在腔室2充满的瞬间,即腔室2的膜片到达平衡腔的腔壁时,废液侧压力增大, 导致流量泵的力矩增大, 进而导致流量泵驱动电流增大。
机器在电路上截取此电流增加脉冲, 以此为基准将平衡腔进行转换,通过测定电流脉冲的频率, 在已知平衡腔容积的条件下, 即可计算出流量。因此,流量信号实际上是流量泵的电流脉冲信号。在电路中只须由微处理器控制平衡腔的转换频率,即能精确控制流量。例如,常规透析时采用的500ml/min的流量,只需微处理器控制平衡腔的转换频率为500÷30=16.7次/分钟即可。
1.2  填充程序模式
当透析机在进行冲洗消毒时,平衡腔系统以正常透析模式和填充程序模式按18:2的比率运行。此外,还有一种情况即在正常透析状态下,当位于第二空气分离室(88b)中的液位传感器监测到88b中有空气,97号空气分离泵不能完全将空气排出时,平衡腔系统以填充程序模式运行,其工作同样分为两个周期来完成。 在第一周期中:平衡腔电磁阀V32、V33、V34、V35打开;V31、V36、V37、 V38关闭。新鲜透析液通过V35进入腔室1左侧(F1),将右侧(A1侧)的废液通过V32→V34推入腔室2右侧(A2侧);腔室2左侧(F2)中的新鲜透析液经V33进入透析器。同时,从透析器回来的废液不能进入平衡腔(因V36、V38关闭),从而导致第二空气分离室(88b)的液位上升,将空气从打开的V43号电磁阀排出。

在第二周期中:平衡腔电磁阀V31、V32、V34、V37打开;V33、V35、V36、 V38关闭。新鲜透析液通过V37进入腔室2左侧(F2),将右侧(A2侧)的废液通过V34→V32推入腔室1右侧(A1侧);腔室1左侧(F1)中的新鲜透析液经V31进入透析器。从透析器回来的废液同样可以通过V43号电磁阀排出88b中的空气。
综上所述,平衡腔系统可以保证进出平衡腔的液量相等。同时,不论是正常透析模式,还是填充程序模式,平衡腔两个腔室的膜片左侧始终接触新鲜透析液,膜片右侧始终接触废液,可以有效地避免交叉污染。

2.故障分析
平衡腔系统是一个容量平衡的密闭系统,对流量和超滤控制的精确性非常高。但是,由于该系统采用了较多的零部件,水路系统比较复杂,使得该部件发生故障的几率比较高。现将平衡腔系统常见故障及处理方法介绍如下。
2.1  电磁阀损坏
平衡腔电磁阀损坏是最常见的水路系统故障。电磁阀呈现常开、常闭或关闭不严状态,无法保证容量平衡。此时透析机的故障现象表现为:流量报警;高流量报警;电导率漂移。可在维修状态下,依次进入CALIIBRATION→ DIAGNOSTICS→WRITE OUTPUTS→ SWRITE DIGIT. OUTPUTS→CPU1: WR DIGIT. OUTP菜单,通过按操作面板上的“+”号键,对每个电磁阀单独发出信号,控制其开闭,逐一检查平衡腔8个电磁阀的开闭状态,更换损坏的电磁阀即可排除故障。
2.2  平衡腔膜破损
此故障一般很少见。当平衡腔膜破损时,也会出现流量报警或电导率漂移。可以用2根橡皮管分别连接平衡腔出水口的V32、V34号电磁阀,观察出水情况,若膜破损,则表现为:出水量少,水流细,此时只能更换整个平衡腔。

2.3  密闭系统泄漏或阻塞
平衡腔密闭系统泄漏或阻塞是常见的水路系统故障。密闭系统泄漏时,机器自检会引起负压或正压报警。可用压力表检测A、B、C、D四点压力,或者在维修状态下,做压力保持测试,若3分钟内压力下降小于40mmHg为正常。常见的泄漏部位有:电磁阀V43处的滤芯、超滤泵弹簧、超滤泵前的74号滤芯、取样阀、快接头垫圈等。 密闭系统阻塞常会引起流量报警;高流量报警;电导率升高。常见的阻塞部位有:210号滤芯、89除气小孔,取下管路清洗即可恢复正常。
2.4  负压泵和流量泵故障
29号负压泵和21号流量泵结构相同,由24V直流电机和微型齿轮泵组成,电机和泵头之间采用磁力耦合驱动原理。其故障常见于24V直流电机碳刷因磨损而接触不良,更换碳刷就可修复;齿轮泵的磁环损坏和齿轮磨损严重也会导致工作异常,处理方法可以更换磁环和齿轮,但磁环和齿轮很难拆卸,此时只有更换整个齿轮泵。 负压泵发生异常时,引起新鲜透析液压力降低,导致平衡腔系统新鲜液腔体充填不足,废液排出不完全,一般机器故障表现为流量报警;高流量报警;电导率升高。 流量泵发生异常时,引起废液压力降低,导致感应脉冲幅度变小,一般机器故障为透析液实际流量小于设定的流量,出现流量报警;低流量报警;电导率漂移。

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