CN102427836B - 流体盒内的压力监控 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于血液处理系统的流体盒(100)，该流体盒包括盒壳体和刚性结构(150)。盒壳体限定出盒的结构，并且具有至少部分地延伸穿过盒的流体通道。该流体通道(210)构造成允许流体穿过壳体。刚性结构限定出与流体通道流体连通的腔(220)。刚性结构还具有界面(240)，该界面用于接合和/或连接压力监控装置。该界面允许压力监控装置测量流体通道内的压力。该腔具有位于流体通道与界面之间的空气容积。

Description

流体盒内的压力监控
优先权
本专利申请要求于2009年5月13日提交的名称为“流体盒内的压力监控”、申请号为12/465,327的美国专利的优先权，其分配的代理人案件号为1611/A55，其发明人为Edward T.Powers、Matthew J.Murphy和Michael Ragusa，其公开内容通过引用全部合并于本文。
技术领域
本发明涉及血液处理装置，更特别地涉及基于盒内压力监控的血液处理装置。
背景技术
许多当前的血液系统处理很多种流体，并且具有复杂的流体通道结构，它们经常使用一个或多个盒来组织线路和流体通道。盒组织流体线路，允许采用较小的整体系统，并且极大地简化了装置装载和设置。血液处理的一个实例是分离。分离是一种过程：从病人或输血者移出全血，将该全血分成其各种成分，移走一种或多种成分，然后将剩余的成分返回到病人。
在血液处理期间，流体线路内的压力对于病人安全以及系统的性能和效率来说是关键的。由此，血液处理系统典型地监控一些或全部流体线路(尤其是抽出线路和返回线路)内的压力。在分离装置中，例如，输血者压力可被监控，以保证该压力不会在全血抽出和血液成分返回期间高于或低于阈值。已经实施了压力监控的一些方案，但是每个方案均具有显著的缺点。
一些现有技术系统具有连接到流体线路的监控线路。监控线路可包含0.2微米的过滤器，并且可通过锥形路厄接头人工地连接到压力转换器。随着流体线路内的压力增大，流体压缩封闭在流动流体与转换器之间的监控线路中的空气柱。压力转换器于是检测到压力变化。该系统可以类似的方式检测压力降低。尽管该方法已经验证为是有效的，但是它具有一些缺陷。第一，这些设计可能不容易与盒结合。另外，这些设计需要操作者人工地连接到每个转换器，从而导致其趋于不良连接。如果连接不是气密的，流体可迫使空气流出该柱并且弄湿转换器保护装置。如果发生这种情况，传感器/感应器将不再起作用。
其他现有技术系统已经采取了不同的方法。这些系统在流体通道内具有柔性膜(例如，硅树脂)。该膜在一侧与流体接触，在另一侧与转换器接触。流体线路内压力的增加通过柔性膜在转换器上产生压力。然而，这些系统在不存在附设到膜的转换器侧的金属盘的情况下将不会检测到负压力。这些系统于是可使用与膜结合的磁体，以便在甚至负压力期间形成与膜的连接。这种方法也已经被验证为是有效的，但是在成本和复杂性方面具有显著的缺陷。膜和金属盘两者增加了设备成本并且增加了制造和设置过程的复杂性。
发明内容
在本发明的第一实施例中，提供了一种用于血液处理系统的的流体盒。该盒可包括盒壳体和刚性结构(例如圆顶或通路)。盒壳体限定出盒的结构，并且具有至少部分地延伸穿过壳体的流体通道。流体通道允许流体流过壳体。刚性结构限定出与流体通道流体连通的腔，并且具有与压力监控装置配合/接口的界面。压力监控装置可测量流体通道内的压力。腔具有位于流体通道与界面之间的空气容积。
流体盒还可具有位于刚性结构内的抑菌过滤器。例如，过滤器可位于刚性结构的顶部处，并且穿过界面。过滤器可确保流体通道保持无菌，空气容积防止流体通道内的流体接触抑菌过滤器。过滤器可以是多孔塑料塞子，而且可以是疏水性的。
腔内的空气容积可通过响应于流体通道内的压力增大与减小的压缩与膨胀而将流体通道内的压力变化转化到压力监控装置。例如，流体通道内的压力增大可压缩空气容积，从而增大压力监控装置上的压力。空气容积可以足够大，以使得当空气容积被完全压缩时，空气容积防止流体通道内的流体接触抑菌过滤器。
根据相关的实施例，盒还可具有位于刚性结构的腔内的竖立的竖管。抑菌过滤器可位于竖管的底部处。竖管可具有竖管容积，该竖管容积并不包括在空气内部容积中。在刚性结构是通路的实施例中，该通路可包括流体连接通路和内部容积通路。流体连接通路可提供流体通道与内部容积通路之间的流体连通。界面与过滤器可位于内部容积通路内。
根据本发明的其他实施例，一种用于监控用于血液处理系统的流体盒内的压力的方法包括：将流体盒插入血液处理系统中，开始血液处理，以及测量盒中流体通道内的压力。随着操作者/技术人员插入流体盒，压力监控装置连接到位于刚性结构上/内的界面。刚性结构限定出与位于流体盒内的流体通道流体连通的腔。腔具有位于流体通道与界面之间的空气容积。所测量的流体通道内的压力可以是腔内空气容积的压缩量的函数。
流体盒可包括抑菌过滤器，该过滤器确保流体通道保持无菌。过滤器可位于刚性结构的顶部处，并且可穿过界面。腔内的空气容积可防止流体通道内的流体接触抑菌过滤器。另外，腔内的空气容积可将流体通道内的压力变化转化给压力监控装置。例如，流体通道内压力的增加可压缩空气容积，进而增大由压力监控装置测量的压力。空气容积可足够大，以使得当其被完全压缩时，空气容积防止流体通道内的流体接触抑菌过滤器。
根据本发明的再进一步的实施例，在分离装置中使用的压力监控系统包括：流体盒；基部单元，该基部单元与流体盒配合；以及压力监控装置。流体盒可具有刚性结构和穿过其中的流体通道，该流体通道允许流体穿过该盒。刚性结构可具有与流体通道流体连通的腔。腔可具有位于流体通道与界面之间的空气容积。压力监控装置可连接到刚性结构上的界面。压力监控装置可例如至少部分地基于空气容积的压缩量来测量流体通道内的压力。
压力监控系统还可具有抑菌过滤器，该抑菌过滤器位于刚性结构内，并且穿过界面。抑菌过滤器可确保流体通道保持无菌。另外，空气容积可足够大，以使得当其被完全压缩时，空气容积防止流体通道内的流体接触抑菌过滤器。
根据其他的实施例，刚性结构可包括竖立的竖管，抑菌过滤器位于竖立的竖管的底部处。竖立的竖管可具有竖管容积，该竖管容积并不包括在空气容积中。刚性结构可以是圆顶或通路。该通路可包括流体连接通路和内部容积通路。流体连接通路提供流体通道与内部容积通路之间的流体连通，并且界面可位于内部容积通路内。
附图说明
通过参照结合所附附图进行的下列详细说明，将更容易理解本发明的上述特征，附图中：
图1示意性地示出了根据本发明的一个实施例所构造的流体盒的透视图。
图2示意性地示出了根据本发明实施例的图1中所示流体盒的一部分的剖视图。
图3示意性地示出了根据本发明实施例的图1中所示的流体盒被插入血液处理系统中的剖视图。
图4示意性地示出了根据本发明实施例的流体盒的可替代实施例的剖视图。
图5A和5B示意性地示出了根据本发明实施例的流体盒的第三实施例的透视图。
图6示出了根据本发明实施例的使用流体盒来测量血液处理系统内的压力的实施例的过程。
具体实施方式
在所示的实施例中，用于血液处理系统的流体盒100具有改善的压力监控能力。如上所论述的，血液处理系统(诸如分离系统)利用流体盒来组织和简化流过系统的流体流动。通常而言，分离系统从输血者抽出全血，将全血分离成其成分，移出和/或收集某些成分(例如红血球、血小板、血浆等)，并且将剩余的成分返回到输血者。在抽出和返回过程中，血液分离系统必须监控流体线路和盒100内的压力，以确保压力既不太高也不太低。这样做避免了对输血者的潜在伤害，并且帮助优化系统效率和性能。流体盒100的实施例可用于各种流体/血液分离系统中，以改善和简化系统的压力监控能力。
图1示意性地示出了根据本发明实施例的血液盒100。血液盒100具有壳体110，该壳体限定出盒100的结构。壳体可是单件式结构或者多件式结构。例如，壳体可具有顶部壳体120和底部壳体130。壳体部件可以各种方式进行组装，包括但并不限于：卡扣配合、超声波焊接和塑料焊接。无论壳体部件的数量和组装的方法如何，壳体110应当具有适当的大小和形状，以允许盒100容易与血液分离系统配合。
壳体110可包括流过盒100的多个流体通道210(图2)。例如，壳体可具有抽出流体通道和返回流体通道。抽出流体通道的进口可连接到导向病人/输血者的管。从病人/输血者抽出的血液可通过抽出流体通道进口而进入流体盒100，流过抽出流体通道以及流出抽出流体通道出口。该抽出流体通道出口可导向另外的血液处理设备(未示出)，诸如离心机、泵、血液清洁装置、或者可用于将血液分离出其成分或者处理所抽出的血液的其他设备。以类似的方式，返回流体通道可连接到包含血液成分或将返回到输血者的其他流体的流体储存袋，和/或可连接到上述的另一个血液处理设备。将返回到输血者的流体可在它们返回到输血者时流过返回流体通道和盒100。除了抽出流体通道和返回流体通道之外，盒100还可具有各种其他流体通道，包括但并不限于传送流体通道，该传送流体通道连接血液分离系统的各部件并且允许流体在这些部件之间传送以流过盒100。
如上所述，流体盒100在组装期间与基部单元340(图3)配合。基部单元340可包括各种检测和测量装置。例如，基部单元340可包括检测流体通道210内的气泡的空气检测装置。另外地或可替代地，基部单元340可包括允许基部单元/分离系统测量流体通道210内的压力的压力监控装置和密封件。
为了便于监控流体通道210内的压力，流体盒100可具有位于壳体110上的一个或多个刚性结构。例如，如图1和2所示，壳体110可包括多个压力圆顶150。如图2所示，压力圆顶150可以是中空的，以使得压力圆顶150的内部是腔220，该腔在压力圆顶150内形成空气的内部容积。压力圆顶150、腔220以及由此产生的空气内部容积可经由流体连接通道230与流体通道210流体连通。如下面将更加详细地描述的，流体连接通道230和腔/空气内部容积220协作，以将流体通道210内的压力和压力变化转化到压力监控装置310(图3)。
除了腔220和空气内部容积之外，压力圆顶150还可具有界面240，压力监控装置310在该界面处连接到压力圆顶150。为了保持流体通道210无菌并且避免任何细菌或其他碎屑进入腔220或流体通道210，过滤器250可结合到压力圆顶150的顶部152中(例如在界面240处)。过滤器250可以是抑菌过滤器，并且可以是疏水性的。例如，过滤器250可以是具有穿过其中的足够弯曲路径的多孔塑料塞子，以使得过滤器250提供相当于0.2微米过滤器的消毒挡板。可替代地，过滤器250可以是传统的抑菌过滤器介质，并且可焊接在适当位置或者通过其它适当装置而机械地保持在适当位置。无论过滤器250的类型或结构如何，过滤器250必须允许足够的空气流过过滤器250，以保证精确的压力检测。
在操作中，随着流体流过流体通道210，流体通道210内的压力经由流体连接通道230和腔220内的空气内部容积而被转化到压力监控装置310。尤其是，流体通道210内的流体和/或压力将压缩腔220内的空气内部容积，然后压力监控装置310将基于空气内部容积的压缩量而测量流体通道210内的压力。如果流体通道210内的压力增大，则流体/压力将压缩空气内部容积，压力监控装置310将检测和测量到压力的增大。相反地，如果流体通道210内的压力减小，空气内部容积将膨胀(例如其变得被较少地压缩)，压力监控装置310将检测和测量到减小的压力。
特别需要注意的是，空气内部容积必须足够大，以使得当空气内部容积被完全压缩时，足够的空气容积保持在腔220中，以防止流体通道210内的流体接触过滤器250。换句话说，空气的内部容积必须作为流体与过滤器250之间的缓冲器，甚至是在空气被最大限度压缩时。因此，空气内部容积的恰当量是流体通道210内的最大期望压力、在压力监控装置310内并且在密封件320与压力监控装置310内的压力传感器之间的总空气容积以及最大期望环境大气压力的函数。仪器内的空气容积与腔内的空气容积的总和限定了压力传感系统的总封闭空气容积(例如，由流体通道210内的流体压缩的空气容积)。
另外，还需要注意的是，随着空气内部容积被流体通道210内的流体压力压缩，理想气体定律(例如，PV＝nRT)表明压力和容积是成反比的，并且这两个量之间的关系是线性的(例如，P1V1＝P2V2)。换句话说，如果要求系统在高达8000英尺的高度处运行，则其将暴露于565mmHg的环境大气压力。所以，当盒100被装载到分离系统中时，腔220内的空气容积可被定义为V1，且压力P1为环境大气压力。当流体通道210被加压时，压力(例如，P2)是不同于环境的压力。所以，如果流体通道210内的最大流体压力是500mmHg，腔220以及压力监控装置310中的内部空气容积上的实际压力将是1065mmHg。由于V1已知，则可计算出V2。在该实施例中，V2将比V1小47％。
如上所述，空气内部容积应该具有足够的腔220内空气容积，以防止过滤器250与流体接触。在上面所提供的实例中，全部容积大概是平分的。因而，如果腔220中的容积与仪器中的容积之比是1∶1，则腔220在被完全加压时充满。如果是这种情况，则过滤器250将与流体接触。因此，应该增大腔220内的内部空气容积。如果腔220中的空气容积与仪器中的容积之比是2∶1，则腔220在被完全加压时仅仅为75％满。所选的精确比值取决于所要求的安全系数。另外，总空气容积应该最小，以防止在传感压力变化方面的延迟。
如上所述，压力监控装置310和相应的密封件320可以是分离装置的一部分。尤其是，如图3所示，压力监控装置310和密封件320可位于移动门330上。移动门330可被打开，以便插入盒100并且使盒100与基部单元340配合。一旦盒100处于适当的位置，移动门330可被关闭。密封件320和压力监控装置310可位于门330上，以使得在门330被关闭时，密封件320和压力监控装置310对准并密封界面240。该密封件可以具有许多种结构，包括但并不限于O形环。
根据其他实施例，如图4所示，盒100可包括位于压力圆顶150的腔220内的竖管410。在这些实施例中，过滤器250和界面240可位于竖管410的底部处，因而位于盒100的底部处。通过将过滤器250和界面240移动到盒100的底部，压力监控装置310和密封件320可位于盒100下方。换句话说，压力监控装置310和密封件320可从移动门330移走，并且被布置在基部单元340内、在盒100下方。所以，随着盒100与基部单元340配合，在插入盒100时形成压力监控装置310与界面240之间的连接/密封(例如，门330并不需要被关闭以形成连接/密封)。
需要注意的是，为了防止流体接触过滤器250，在具有竖管410的实施例中，腔220内的内部空气容积必须足够大，以使得流体不会流动超过竖管410的壁415。因此，在优选的实施例中，在计算所要求的腔220内空气内部容积时，竖管内的容积420(例如竖管容积)并不包括在内。因此，具有竖管410的实施例可需要稍微更大的腔220内空气内部容积。
竖管410的存在还允许盒100在基部单元340内安装在非水平位置中。尤其是，因为竖管410提供了对于流体到达过滤器来说250附加的障碍，盒100可被非水平地安装。然而，为了将盒100非水平地安装，当腔220被完全加压和/或空气内部容积被完全压缩时，该竖管410的端部430必须处于空气中(例如，来自流体通道210的流体不可以围绕端部430)。
虽然空气的内部容积如上所述地被包含在压力圆顶150内，但是其他结构也可用于限定腔和空气内部容积。尤其是，如图5A和5B所示，盒100可具有刚性结构，该刚性结构是通路510。该通路510可具有内部容积通路520和流体连接通路530。以与压力圆顶150相似的方式，内部容积通路520具有形成空气内部容积的腔522。流体连接通路530将内部容积通路520流体地连接到流体通道210。
在操作中，通路510以与上述压力圆顶150相同的方式工作。尤其是，流体通道210内的压力对内部容积通路520内的空气内部容积进行压缩(例如，经由流体连接通路530)。与盒100在界面240处接合的压力监控装置310于是可检测和测量到该压缩，因而检测和测量到压力。以与前述实施例相似的方式，该通路510可包括在界面处240位于内部容积通路520内的过滤器250。
特别需要注意的是，通路510并不需要如同上述压力圆顶150的凸起结构。而是，如图5A中所示，通路510可简单地是从流体通道210延伸出的附加通路。换句话说，通路510可基本上与流体通道210齐平。这些具有通路510的实施例在需要竖立的盒取向的分离系统中是特别有用的。
图6示出了说明使用上述盒100和血液处理系统来测量流体通道内的压力的方法。首先，技术人员或系统操作者可将流体盒100插入血液处理系统中(步骤610)。如上所述，盒100的结构如此设置以使得一旦将盒100插入基部单元340中(例如在插入时或门330被降低/关闭之后)，压力监控装置310在界面240处连接至盒100，并且密封件320在压力监控装置310与界面240之间形成密封。
一旦操作者/技术人员将盒100插入并且降低/关闭门330(如果需要的话)，技术人员/操作者可开始血液处理(步骤620)。如上所述，各血液处理程序和装置(例如血液分离)可采用本发明的实施例。一旦处理开始，全血、血液成分或者其他流体(例如抗凝剂)开始流过盒100内的流体通道210。
随着流体流过流体通道210，压力监控装置310于是可测量流体通道210内的压力(步骤630)。如上所述，压力监控装置310可至少部分地基于腔220内或内部容积通路520内的内部空气容积的流体压缩量来测量流体通道210内的压力。随着流体通道210内的压力增大，流体将进一步压缩空气内部容积，导致压力监控装置310测量到较高的压力。相反地，如果流体通道210内的压力减小，空气内部容积将膨胀，使得压力监控装置310测量到较低的流体通道压力。如果系统被如此装备(例如装备有微处理器或其他控制器)，则血液处理系统基于由压力监控装置310所测量的压力而增大、减小或者保持流体通道210内的流体流动。
虽然上面描述了用于与血液分离系统联合使用的各种实施例，但本发明的其他实施例可与其他血液处理系统和方法联合使用。例如，抽出路径的进口可连接到导向血液存储容器(例如，不是病人或输血者)的管。类似地，返回流体通道还可连接到导向另外的血液处理设备和/或流体存储容器的管。以这种方式，本发明的一些实施例可用来在独立于病人/输血者的血液处理期间监控盒内的压力。
如上所述，本发明的实施例允许将流体通道压力监控结合到流体盒中，这省去了许多现有技术系统所需要的人工装载操作。另外，本发明的实施例所采用的密封件320提供了更可靠的密封，并且比采用锥形路厄接头的现有技术系统更不可能泄露。本发明的实施例还可通过简化系统以及使附加部件量和结合操作量最小化而降低制造成本。而且，本发明的实施例允许压力转换器接口与盒装载的自动装载，并且减少了操作者/技术人员装载出布置得不恰当的装置的可能性。
如上所述的本发明的实施例仅仅用于说明；对于本领域技术人员而言，许多变型和修改是显而易见的。所有这些变型和修改旨在落入由任何所附权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims (25)

1.一种用于血液处理系统的流体盒，所述流体盒包括：
盒壳体，所述盒壳体限定出盒的结构，并且具有至少部分地延伸穿过盒壳体的流体通道，所述流体通道构造成允许流体流过盒壳体；以及
刚性结构，所述刚性结构限定出与流体通道流体连通的腔，所述刚性结构具有界面，所述界面用于与压力监控装置接合，并且允许压力监控装置测量流体通道内的压力，所述腔构造成在流体流经所述流体通道时保持位于流体通道与界面之间的空气容积。
2.根据权利要求1所述的流体盒，还包括：
抑菌过滤器，所述抑菌过滤器位于刚性结构内，所述抑菌过滤器确保流体通道保持无菌。
3.根据权利要求2所述的流体盒，其中，所述抑菌过滤器位于刚性结构的顶部处并且穿过所述界面，空气容积防止流体通道内的流体接触抑菌过滤器。
4.根据权利要求2所述的流体盒，其中，所述抑菌过滤器是多孔塑料塞子。
5.根据权利要求2所述的流体盒，其中，抑菌过滤器是疏水性的。
6.根据权利要求1所述的流体盒，其中，腔内的空气容积通过响应于流体通道内的压力增大而压缩以及响应于流体通道内的压力减小而膨胀，从而将流体通道内的压力变化传递到压力监控装置。
7.根据权利要求6所述的流体盒，其中，流体通道内压力的增大压缩空气容积，从而增大压力监控装置上的压力。
8.根据权利要求7所述的流体盒，其中，所述流体盒还包括位于刚性结构内的抑菌过滤器，其中空气容积足够大，以使得当空气容积完全被压缩时，空气容积防止流体通道内的流体接触抑菌过滤器，所述抑菌过滤器位于刚性结构内、在流体通道与压力监控装置之间。
9.根据权利要求1所述的流体盒，还包括竖立的竖管，所述竖管位于刚性结构的腔内。
10.根据权利要求9所述的流体盒，还包括位于竖立的竖管内的抑菌过滤器。
11.根据权利要求10所述的流体盒，其中，抑菌过滤器位于竖立的竖管的底部处。
12.根据权利要求10所述的流体盒，其中，竖立的竖管具有竖管容积，空气容积并不包括竖管容积。
13.根据权利要求1所述的流体盒，其中，刚性结构是圆顶的。
14.根据权利要求1所述的流体盒，其中，刚性结构是通路。
15.根据权利要求14所述的流体盒，其中，通路包括流体连接通路和内部容积通路，流体连接通路提供了流体通道与内部容积通路之间的流体连通。
16.根据权利要求15所述的流体盒，其中，所述界面位于内部容积通路内。
17.根据权利要求15所述的流体盒，还包括位于内部容积通路内的抑菌过滤器。
18.一种在血液处理装置中使用的压力监控系统，该系统包括：
流体盒，所述流体盒具有穿过流体盒的流体通道，其中，流体通道构造成允许流体流过所述流体盒，所述流体盒还具有刚性结构，所述刚性结构具有界面和与流体通道流体连通的腔，所述腔构造成在流体流过所述流体通道时保持位于流体通道与界面之间的空气容积；
基部单元，所述基部单元构造成与流体盒配合；以及
压力监控装置，所述压力监控装置能连接至界面，所述压力监控装置测量流体通道内的压力。
19.根据权利要求18所述的压力监控系统，其中，压力监控装置至少部分地基于空气容积的压缩量来测量流体通道内的压力。
20.根据权利要求18所述的压力监控系统，还包括抑菌过滤器，所述抑菌过滤器位于刚性结构内并且穿过界面，所述抑菌过滤器确保流体通道保持无菌。
21.根据权利要求18所述的压力监控系统，其中，所述流体盒还包括位于刚性结构内的抑菌过滤器，其中空气容积足够大，以使得当空气容积被完全压缩时，空气容积防止流体通道内的流体接触抑菌过滤器，所述抑菌过滤器位于刚性结构内、在流体通道与压力监控装置之间。
22.根据权利要求18所述的压力监控系统，其中，刚性结构包括竖立的竖管，所述竖立的竖管具有位于竖立的竖管的底部处的抑菌过滤器。
23.根据权利要求22所述的压力监控系统，其中，竖立的竖管具有竖管容积，空气容积并不包括竖管容积。
24.根据权利要求18所述的压力监控系统，其中，刚性结构是圆顶的。
25.根据权利要求18所述的压力监控系统，其中，刚性结构是包括流体连接通路和内部容积通路的通路，所述流体连接通路提供流体通道与内部容积通路之间的流体连通，所述界面位于内部容积通路内。
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