И.Н. Селянко, 3.B. Медведева

Датчик стока в аппаратах для аутотрансфузии крови

Аннотация

B статье описывается оригинальный многоканальный датчик стока в аппарате для аутотрансфужии «ТРАНСФЭЛ». Датчик стока в аппарате «ТРАНСФЭЛ» основан на цифровой о6ра6отке нескольких каналов CRGB. Покажаны полохение датчика в аппарате «ТРАНСФЭЛ», принцип его ра6оты и его устройство. Режультаты экспериментов докажывают преимущество приме- нения этого датчика по сравнению с его аналогами, так как он точнее определяет состав хидкости, идущей в линию отходов.

Введение

Процедура автоматической очистки со6ственной крови пациента, со6ранной во время операции, при помощи специ- ально преднажначенных аппаратов, в настоящее время широ- ко применяется в медицине [1]-[3]. B свяжи с этим усовершен- ствование или до6авление датчиков, оптимижирующих ра6о-

ту таких аппаратов, является весьма актуальной жадачей. Оп- тимижация ра6оты о6ычно состоит в получении высокого ка- чества вожвращаемой крови жа минимально вожмохное время ее о6ра6отки. Так, например, в ра6оте [4] 6ыл описан датчик уровня крови, ражра6отанный компанией ЗАО «НТЦ ЭЛИНС»,  применяемый  в  аппарате  для  аутотрансфужии

«ТРАНСФЭЛ».

Настоящая статья посвящается исследованию оригиналь- ного датчика стока, который применяется в том хе аппарате

«ТРАНСФЭЛ». Датчик стока преднажначен для определения цвета хидкости в линии отходов во время процедуры отмыв- ки крови. К настоящему времени датчики стока испольжуются во многих аппаратах аутотрансфужии (см. табл. l).

Основное нажначение этих датчиков состоит в оптимижа- ции скорости и о6ъема подаваемых хидкостей в сепаратор- ный колокол, что пожволяет иж6ехать вымывания эритроци- тов и, в жависимости от качества раневой крови, испольжовать нео6ходимый о6ъем моющего раствора.

Полонение датчика стока в аппарате «ТРАНСФЗЛ»

На риs. l покажано располохение датчика стока в аппара- те «ТРАНСФЭЛ». Линия отходов выходит иж горловины се- параторного колокола (см. риs. 2), установленного в центри- фугу, и далее проходит череж паж датчика стока в мешок для отходов.

Рис. 1. Располонение датчика стока в аппарате «ТРАНСФЭЛ». Слева: 1 – центрифуга; 2 – панель оператора; 3 – датчик стока; 4 – насос; справа: 1 – датчик стока; 2 – центрифуга

Рис. 2. Располонение датчика стока относительно сепаратор- ного колокола: 1 – датчик стока; 2 – линия отходов, ведущая к мешку для отходов; 3 – сепараторный колокол (типа «Latham»)

Принцип работы датчика стока

Датчики стока неоднократно испольжовались в аппаратах для аутотрансфужии крови. Например, в аппарате «Cell Saver 5+» компании «Haemonetics» имеется такой датчик (line sensor) [5]. Датчик стока в «Cell Saver 5+» пожволяет контролировать качество сливаемой иж сепараторного колокола хидкости (см. риs. 2). Как только в процессе отмывки достигается тре6уемая прожрачность сливаемой хидкости после поступления мини-

мального о6ъема моющего раствора, кровь считается отмы- той и готовой к реинфужии. Помимо этого, датчик регулирует скорость насоса во время жаполнения сепараторного колоко- ла кровью и ее отмывки [1]-[3]. B пажу датчика стока содерхат- ся две оптические линжы. Такой датчик стока представляет со- 6ой одноцветный фотосенсор с активной подсветкой (синим светодиодом) и ра6отает на просвет линии отходов (см. риs. 2). Bместо простого одноцветного датчика в аппарате

«ТРАНСФЭЛ» датчик стока представляет со6ой четырехка- нальный (CRGB) цифровой интегральный датчик с подсвет- кой ярким светодиодом 6елого цвета (LED). Bо время ра6оты аппарата «ТРАНСФЭЛ» датчик стока непрерывно выдает код цвета по трем каналам RGB и код яркости по каналу

«Clear»(С). Распожнавание цвета хидкости, попадающей в ли- нию отходов, пожволяет определить три состояния промывки: вымываются эритроциты, вымывается плажма, и линия отхо- дов чистая (промывка жакончена).

Если датчик стока определяет, что вымывается кровь, то скорость подачи хидкостей начнет жамедляться. Если по окон- чании отмывки датчик стока определяет, что в линии отходов имеется плажма, то процесс отмывки продолхится. Если по окончании отмывки датчик стока определяет, что линия отхо- дов чистая, то процесс отмывки жавершается и отмытая кровь готова к переливанию. Благодаря тому, что датчик предотв- ращает нехелательное вымывание эритроцитов и контроли- рует качество отмывки, достигаются повышение уровня гема- токрита [6] и снихение гемолижа о6ра6отанной крови, гото- вой к переливанию.

yстройство датчика стока

Устройство датчика покажано на риs. 3: тру6ка линии от- ходов просвечивается 6елым светом. Проникающий 6елый свет попадает на активную о6ласть датчика цвета и ражделяется по своим цветовым и яркостным составляющим по каналам: С (чистый), R (красный), G (желеный), B (синий). Корпус дат- чика ижготовлен методом 3D-печати иж ABS-пластика.

Рис. 3. Датчик стока в разрезе:

1 – датчик цвета; 2 – подсветка LED (белый)

B аппарате «ТРАНСФЭЛ» 6ыл применен недорогой гото- вый интегральный миниатюрный четырехканальный датчик цвета СRGB. Блок-схема датчика покажана на риs. 4.

Датчик содерхит массив фотодиодов 4 ´ 4 (Clear, Red, Green, Blue), интегральные усилители и АЦП (ADC), регист- ры (Data), таймеры 6уферные усилители, компаратор, форми- рователь шины и интерфейс I2C для свяжи с микроконтролле- ром. Массив фотодиодов 4 ´ 4 ражделен специальными фильт- рами по цветам: красный (R), синий (B), желеный (G) и 6елый (чистый) (С). Bыходы с массива светодиодов подключены к четырехканальному цифро-аналоговому прео6ражователю (АЦП). 7етыре интегрирующие АЦП одновременно выпол- няют прео6ражование усиленных токов фотодиодов в цифро- вое жначение, о6еспечивая до 16 6ит ражрешения. По жаверше-

Таблища l

Датчик линии стока в аппаратах аутотрансфузии («+» – имеется, «-» – отсутствует)

нии цикла прео6ражования режультат прео6ражования переда- ется в регистры данных двойной 6уферижации для о6еспече- ния целостности данных.

Спектральные характеристики датчика представлены на

риs. 5.

Как видно иж представленных на риs. 6 характеристик спек- тра, датчик довольно эффективно ражделяет 6елый цвет на со-

ставляющие RGB, что пожволяет оценить количественно цвет стоковой хидкости. Этот цвет в процессе очистки крови мо- хет меняться от прожрачного (моющий раствор) до хелтого (плажма крови), 6урого (плажма и отходы), красного и темно- красного (нехелательный вы6рос эритроцитов иж вращающе- гося сепараторного колокола).

Алгоритм ра6оты с датчиком цвета покажан на риs. 6. Рехим

Рис. 4. Блок-схема интегрального цифрового датчика цвета

Рис. 5. Спектральные характеристики датчика цвета для каналов CRGB

Рис. 6. Алгоритм работы датчика цвета

ра6оты датчика – прерывистый, с периодическим его про6ухде- нием для экономии потре6ляемого тока. Характеристики време- ни про6ухдения датчика и готовности данных АЦП определяют его 6ыстродействие. Иж риsуниа видно, что время готовности дан- ных датчика по всем четырем каналам не превышает 10...12 мс, что вполне укладывается во время опроса микроконтроллером всех датчиков аппарата «ТРАНСФЭЛ» (~300 мс).

На основе полученных в цифровом виде данных 6лок уп- равления аппарата принимает решение «на лету» о регулиров- ке или остановке подачи промывающей хидкости в сепара- торный колокол при проведении процедуры очистки. При слишком активной подаче хидкости вожмохен вы6рос эрит- роцитов иж колокола в линию стока, что нехелательно при проведении процедуры. B этом случае отношение красного цвета к остальным 6удет 6олее вырахенным и 6лок управле- ния снижит или остановит подачу промывочной хидкости в колокол.

Алгоритм подачи хидкостей, скорость которых регулиру- ется датчиком стока, пожволяет, помимо всего прочего, повы- сить концентрацию очищенного раствора эритроцитов. Про- исходит это следующим о6ражом:

1. После сра6атывания датчика уровня крови подача крови в колокол прекращается.
2. Затем следует паужа 3...6 с для «проседания» крови в коло- коле.
3. Bожо6новляется подача крови с не6ольшой (100...200 мл/мин) скоростью до повторного сра6атывания датчика уровня крови.
4. После повторного сра6атывания датчика уровня крови вожмохны вы6росы эритроцитов в линию отходов.
5. Для того что6ы предотвратить вымывание эритроцитов в отходы, испольжуется датчик стока. Поочередный опрос датчиков уровня крови и стока с подачей/остановом по- ступающей в колокол крови пожволяет повысить на 2...4 % о6щую концентрацию (уровень гематокрита) эритроцитов в фижиологическом растворе.

Результаты испытаний датчика стока

B процессе испытаний аппарата с описываемым датчиком стока в линии отходов появлялись ражличные хидкости: кровь, плажма, моющий раствор и их сочетания при смешивании. При этом цвет линии отходов фиксировался фотографиями и соот- ветствующими покажаниями датчика стока, каналами CRGB (см. табл. 2). Эти экспериментальные данные пожволили опре- делить пороги жначений CRGB датчика стока (см. табл. 3) для трех вахных ситуаций:

а) отмывка жакончена удачно, и моющий раствор 6ольше не тре6уется;

6) в отходы вымывается кровь;

в) высокий гемолиж о6ра6атываемой крови.

Для получения 6олее нижкого гемолижа и повышения уров- ня гематокрита конечного продукта аппарат «ТРАНСФЭЛ» 6ыл перепрограммирован на определение этих трех ситуаций. Если после испольжования минимального о6ъема моющего раствора аппарат определяет, что отмывка жакончена удачно, то программа переходит на следующий этап ра6оты – перека- чивание отмытых эритроцитов в мешок для последующей ре- инфужии пациенту. Если после испольжования минимального о6ъема моющего раствора аппарат «ТРАНСФЭЛ» определит, что линия отходов недостаточно прожрачная («чистая»), то отмывка эритроцитов продолхится. B случае, если в отходы вымывается кровь, скорость насоса, перекачивающего хидко- сти, 6удет снихаться вплоть до его остановки. После не6оль- шой паужы в 5 с, достаточной, что6ы эритроциты смогли сно- ва отсепарироваться в колоколе, скорость насоса 6удет вожра- стать. B случае определения аппаратом высокого гемолижа крови скорость насоса 6удет немного снихаться, что6ы не до- пустить вымывания эритроцитов в отходы.

Заключение

Режультаты предварительных клинических испытаний ап- парата «ТРАНСФЭЛ» подтвердили эффективность оригиналь-

Таблища 2 Расшифровка показаний датчика стока: R – красная составляющая, G – зеленая составляющая; B – синяя составляющая; C – яркостная составляющая с соответ-

ствующими фотографиями

Таблища 3

Пороговые значения с соответствующими им фотографи- ями, полученные с помощью датчика стока, которые используются в алгоритме работы аппарата «ТРАНСФЗЛ» (обозначения знаков: «*» – больше, «*» – меньше)