УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОНИТОРИНГА ДИАЛИЗНОЙ ЖИДКОСТИ В ПРОЦЕССЕ ДИАЛИЗА

Устройство для монторинга диализной жидкости в лроцессе диализа
Изобретение относится к области технической физики, а именно к исследованию и анализу материалов с помощью оптических сред и может быть использовано для непрерывного контроля состава диализной жидкости в процессе диализа.
Известна система мониторинга гемодиализа для гемодиализной машины (US №5662806, GO1N 21/31, 02.09.1997). Она включает модуль забора образца жидкости, модуль определения концентрации мочевины, в основе которого лежит ионселективный электрод, аналитический модуль. Способ мониторинга включает: проведение теста для определения концентрации мочевины в крови до гемодиализа, основываясь на показателях концентрации мочевины в диализате (процесс получения уравновешенных образцов диализа), периодический забор диализата для анализа с определением реальной скорости перфузии диализата, определение концентрации мочевины в забранной пробе, передачу данных в аналитический модуль, расчет параметров адекватности гемодиализа с использованием двухпуловой модели распределения мочевины в организме, прогнозирование этих параметров на конец гемодиализа, коррекцию режимов проведения гемодиализа. В результате проведения мониторинга по полученным данным можно спрогнозировать конечные параметры очищения и если они недостаточны или избыточны изменить режимы проведения гемодиализа.
К недостаткам такой системы можно отнести сложную систему калибровки измерительного модуля, необходимы периодические замены электрода, широкий спектр калибровочных реактивов, можно определять только одну мочевину, процесс получения уравновешенных образцов диализата выполняется с участием оператора. v  Известно устройство для мониторинга жидкой биологической среды (RU 216179) GO1N 21/31, 30.12.1998). Устройство содержит установленные
последовательно источник света, оптическую систему формирования светового пучка, кювету с протекающей через нее биологической жидкой средой, спектрометр, контроллер. Устройство дополнительно содержит вычислительный управляющий блок, блок управления параметрами регистрации и настройки спектрометра, блок обработки текущего значения спектра, блок управления параметрами мониторинга, таймер, блок входных данных, блок обработки данных, блок выходных данных, дисплей, блок алгоритмов, при этом вычислительный управляющий блок соединен с
G 01 N21/31, А 61 М1/14
одной стороны с контроллером, а с другой стороны с блоком управления параметрами регистрации и настройки спектрометра и блоком входных данных, который, в свою очередь, соединен с блоком управления параметрами мониторинга, при этом первый выход вычислительного управляющего блока соединен с входом блока обработки текущего спектра, выход которого соединен с дисплеем, а второй выход вычислительного управляющего блока соединен с последовательно соединенными таймером, блоком обработки и блоком алгоритмов, который соединен с дисплеем и блоком выходных данных, при этом выход блока обработки текущего спектра соединен с входом таймера.
К недостаткам такой системы мониторинга можно отнести невозможность определения концентрации отдельных компонентов пробы, так как для этого необходима дополнительная методика анализа.
Задачи, которые решены изобретением, состоят в повышении достоверности информации, расширении количества контролируемых показателей протекающей диализной жидкости, работа системы в непрерывном режиме on-line. Поставленные задачи решены следующим образом.
Устройство мониторинга диализной жццкосги в процессе диализа содержт установленные поспедовагельно источник света, onrvwea систему формирования пучка, проточную кювету с протекающей через нее исспедуемой жидкостью, спектрометр, контроллер, вычислительный управляющий блок, блок управления параметрами ретсфации и настройки спекфометра, блок обработки текущего спекфа, блок управления параметрами мониторинга, таймер, блок входных данных, дисплей, блок алгоритмов. Устройство отличается тем, что дополнительно содержит блок управления степени разведения, блок забора пробы, блок забора растворителя, блок разведения и дозатор, при этом блок управления степени разведения соединен с одной стороны с вычиспительным управляющим блоком, а с другой стороны с блоком разведения, который в свою очередь соединен с блоком забора пробы, блоком забора растворителя и дозатором, выход которого соединен с кюветой. Предлагаемое изобретение поясняется чертежами: на фиг. 1 изображена функциональная осема устройства; на фиг. 2 - спектрограммы динамики изменения спектров пропускания нативной диализной жидкостм в ходе сеанса перитониапьного диализа; на фиг. 3 спектрофаммы того ме сеанса при контролируемом разведении (в данном случае 1:3).
настройки спектрометра 7, блок обработки текущего спеюра 8, дисплей 9, блок управления параметрами мониторинга 10, таймер 11, блок входных данных 12, блок обработки данных 13, блок выходных данных 14, блок алгоритмов 15, блок забора пробы 16, блок забора растворителя 17, блок разведения жидкости 18, дозатор 19, блок управления степенью разведения жццкостт/ 20.
Устройство работает следующим образом. Излучение источника сплошного спекфа 1 оптической системой 2 направляют на выделенную зону кюветы 3 с исследуемой диализной жидкостью и фокусируют прошедшее через кювету излучение на выходной щели многоканального спекфометра 4. Многоканальный спеюрометр представляет собой полихроматор с вопнутой дифракционной решеткой, расположенной на фуге Роулецца. Решетка фокусирует спектральное распределение потока излучения на линейке фотоприемников. Спеюрапьная область, в пределах которой излучение разлагается в спектр, определяется параметрами решетки (число штрихов на единицу дпины, угол профиля штриха и т.п.). Число элементов линейки фотоприемников соответствует числу ретстрируемых спектральных составляющих (числу ретстрируемых каналов). Ширина отдельного элемента линейки пропорциональна усредняемому при отдельном измерении участку спекфа. Соответствие номера канала длине волны определяют при спектральной калибровке спектрометра. Электрические сипналы с выхода каждого элемента линейки фотоприемников преобразуют в цифровой код и считывают контроллером 5 в оперативную память ЭВМ 6. Управление режимом работы спекфофотометра проводится по командам ЭВМ. Перед началом мониторинга в кювету поступает жидкость, не содержащая контролируемых в процессе мониторинга веществ и являющаяся эталоном сравнения (дистиллированная вода, диализат, растворитель и т.п.). С помощью блока управления 7 устанавливают режим работы спекфометра и измеряют спекф 100% ситала и спеюр темнового тока фотоприемников. В блоке обработки текущего спекфа 8 рассчитывают спекф пропускания излучения, прошедшего через кювету в данный момент времени. Минимальное время считывания всего спекфа определяется инерционностью фотоприемников, временем накопления (длительность экспозиции спекфа на линейке фотоприемников) и числом выборок при усреднении. Эти параметры устанавливаются блоком управления 7. Рассчитанный текущий спекф пропускания выводят на экран дисплея 9.
Режим мониторинга исследуемой жидкости устанавливают в блоке 10, где указывается длительность процесса мониторинга, периодичность контроля, скорость подачи диализата, скорость кровотока и пороговое значение коэффициента пропускания, обеспечивающее фебуемую пофешность измерений. Обычно пороговая величина
спектрального коэффициента пропускания составляет 2 ... 5 %. Затем вводят в блок входных данных 12 спеюральные характеристики поглощения контролируемых в диализате компонентов, устанавливают область спекфа, в пределах которой будет проводиться анализ, вводят пороговую величину спеюрального коэффициента пропускания Тпор, подключают блок забора проб 16 к выходной матстрапи диализата, а блок забора растворителя 17 к входной матстрали диализата и включают таймер 11. С этого момента на экране дисплея будет отображаться спектр пропускания жидкости, находящийся в данный момент времени в кювете. Для современных фотодиодных линеек минимальное время считывания спекфа не превышает нескольких миллисекунд. С учетом длительности экспозиции и количества выборок усреднения время считывания одного спекфа и расчета спекфа пропускания составляет 1 ... 10 с. Эта величина определяет периодичность смены фафического отображения спекфа на экране. По управляющей команде таймера 11, соответствующей установленному интервалу режима мониторинга, блок управления степени разведения 20 открывает клапаны, связывающие блок забора пробы 16, блок разведения 18, дозатор 19 и кювету 3 и диализная жидкость из выходной мап1страли диализата заполняет кювету, после чего текущий спекф, находящийся в данный момент времени в оперативной памяти, поступает в блок обработки 12. В этом блоке выделяют матрицу значений спекфальных коэффициентов пропускания исследуемой жидкости, которая соответствует установленной спекфальной области, и проводят предварительный анализ измеренного спекфа путем фавнения полученных значений спекфальных коэффициентов пропускания Т с установленным пороговым значением Тпор. Еспи в пределах выделенной спекфальной области Т  Тпор., ситал поступает в блок алгоритмов 13 для проведения анализа состава и расчета концентрации компонентов в пробе с записью в блоке выходных данных 14, после чего мониторинг продолжается до следующего измерения. Если в каком-то участке спекфа Т  Тпор., то по сигналу блока управления степенью разведения 20 откроется кпапан, связывающий блок забора растворителя 17 и блок разведения 18, и чистый диализат в объеме, равном объему диализной жидкости, поступит в блок разведения, после чего разведенная диализная жидкость (разведение 1:1) через дозатор поступит в кювету. Если анализ спекфа разведенной в отношении 1 : 1 диализной жидкости покажет, что условие Т  Тпор не соблюдается, процесс разведения продолжается по той же схеме (1 : 2,1 : 3 и т.д.). При выполнении условия Т  Тпор во всей вьщеленной спекфальной области текущий спектр разведенной в определенной пропорции диализной жидкости поступает для анализа в блок алгоритмов 15, а информация о степени разведения диализной жидкости, спекф которой измерен, вводится в блок выходных данных 14.
.г f
Расчет концентрации контролируемых компонентов проводят по алгоритму, реализующему заявляемый способ. При проведении расчета используют информативные спекфальные характеристики контролируемых компонентов и определяют значения концентрации этих компонентов, соответствующие минимальной ошибке. Анализ результатов расчетов осуществляют по установленным пороговым величинам в следующей последовательности: проверка на отсутствие контролируемых компонентов в жидкости; последовательная проверка на наличие только одной из компонентов; проверка на наличие комбинации компонентов. Результат анализа с учетом степени разведения записывают в блок выходных данных 14 и выводят на эфан дисплея в виде зависимости концентрации от времени. Поспе этого устройство возвращают в режим обработки текущего спектра, который продолжается до следующей управляющей команды таймера, после чего начинается новый цикп расчетов. По окончании установпенного времени мониторинга в блоке выходных данных формируют банк данных, вкпючающий время и значение концентраций дпя ка кцого компонента в течение всего сеанса мониторинга через установленные промежутки времени.
Пример. Мониторинг состава диализной жццкости (диализата) сеанса перитониального диализа с целью определения концентрации и количества удаляемых в процессе перитониапьного диализа уремических токсинов.
Заявляемое устройство подключали к выходной магистрали перитониапьного катетера в отделении гемодиализа Городского Центра Гемокоррекции г. Санкг- Петербурга и контролировали процесс 35 сеансов перитониального диализа больных, получающих лечение по поводу хронической почечной недостаточности (ХПН 111 ст.). Дпительность процедуры для каждого больного составляла до 34 часов. Пробы диализата исследовались в моменты смены состава диализата по ходу сеанса:
1этап - с 22 до 8 час - проба 0;
2этап - с 8 до 11 час - проба 1;
3этап - с 11 до 15 час - проба 2;
4этап - с 15 до 20 час - проба 3;
5этап - с 20 до 22 час - проба 4;
6этап - с 22 до 8 час - проба 5.
Контролировали содержание в диализате уремических токсинов - креатинина, мочевины, мочевой кислоты, фосфатов, а также общего белка, выводимых из фови больного в процессе сеанса. Параллельно проводился лабораторный контроль ряда проб на содержание в них вышеу1«занных компонентов известными биохимическими методиками.
Для всех исследовавшихся больных лолученные в ходе мониторинга слеюрофаммы нативной диализной жидкости показали, что высокий уровень поглощения, обусловленный высокой концентрации находящихся в ней уремических токсинов и метаболитов, делает невозможным проведение анализа состава и необходимость дозированного разведения.
Вид слектрограмм динамики спектров пропускания нативной диализной жидкости в процессе сеанса перитониального диализа одного из больных представлен на фиг.2 ( без разведения). На фиг.З представлены спектрограммы того же сеанса с использованием предлагаемого устройства ( контролируемое разведение исходных лроб в соотношении 1 : 3) при заданной величине Тпор  0.03.
В ходе проведения мониторига 35 сеансов перитониального диализа разведение 1: 1 потребовалось для 2 больных, разведение 1: 2 для 5 больных и разведение 1: 3 для 30 больных.
Контролировалось содержание в диализной жидкости креатинина, мочевины, мочевой кислоты, фосфатов и белка. В таблице 1 представлены результаты расчета концентрации контролируемых компонентов в ходе мониторинга одного из больных (больной Г., сеанс 13 - 14.02.01) по заявляемому способу и данные биохимических измерений.
Таблица 1. Данные мониторинга сеанса перитониального диализа (больной Г., сеанс 13-14.02.01)
/r x// Отметим, что временные графики динамики концентрации и объема выведения выводились на экран дисплея в процессе сеанса и врач мог контролировать ход процедуры лечения.
Полученные данные позволили оценить количество уремических токсинов и метаболитов, выведенных из организма больного за сеанс. Сравнение результатов контрольной проверки и показаний устройства показало, что относительная погрешность измерений не превышает 10 %. Отметим, что временные графики динамики концентрации и количество выведения выводились на эфан дисплея в процессе сеанса гемодиализа и врач мог контролировать ход процедуры лечения. Одновременно вычисляли относительный показатель эффекгивности сеанса - отношение количества выведенных токсинов на кв.м поверхности больного.
А