CN103495218A - 活化细胞吸附器及其控制系统和控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种活化细胞吸附器，包括吸附膜支撑架、外壳、吸附膜、吸附膜内支撑芯、端盖；外壳包裹吸附膜，吸附膜包裹吸附膜内支撑芯，吸附膜内支撑芯的两端分别连接吸附膜支撑架，吸附膜支撑架的外侧设置有端盖，端盖与外壳两端连接后构成封闭腔体，吸附膜支撑架、吸附膜、吸附膜内支撑芯均位于封闭腔体内；一个端盖上开设有血液流入口，另一个端盖上开设有血液流出口；采用吸附方式替代现有的过滤方式，能避免白细胞的过度去除、破坏和激活。本发明还公开了活化细胞吸附器的控制系统和控制方法，安全可靠、智能化程度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种医疗器械，尤其涉及一种活化细胞吸附器及其控制系统和控制方法。
背景技术
全身炎性反应综合症是临床上常见的一种综合症，由多种疾病引起，如严重创伤、急性胰腺炎、体外循环等（但不限于），是导致这些患者死亡和多种并发症发生的重要原因之一[1-5]。全身炎性反应综合症的特点是血液内多种炎性细胞的大量激活，特别是单核细胞、中性粒细胞，这些激活的细胞不仅通过迅速上调其表面粘附分子，而且能够通过极化作用使这些粘附分子集中于细胞头端，从而使细胞呈现出极强的粘附特性。随之，这些细胞与血管内皮细胞紧密粘附，并游出血管外，一方面释放大量炎性细胞因子加强组织炎性反应，另一方面释放多种蛋白酶而破坏组织。这可能是导致多种器官损伤（如急性肺损伤、急性肾损伤、急性肝损伤等）的重要原因。
研究显示[6-8]，活化的白细胞在ALI的发生和发展中起到了重要的作用，去除或抑制活化的白细胞，可以有效减少组织内炎性细胞浸润，从而减少肺部损伤[9]。
白细胞滤器能够迅速、有效去除这些炎性细胞，因此可能在治疗全身炎性反应综合征中具有潜在可能。但事实并非如此，现有的白细胞滤器是采用筛除细胞的方式：血液垂直通过白细胞滤器的滤膜，由于滤膜不仅具有粘附特性，而且滤膜上的滤孔较小，从而使大部分有核细胞被去除。这种滤器的弊端在于：①去除有核细胞能力强，但选择性极差，它能够优先去除体积较大的有核细胞，但不能选择性去除活化细胞。而过度的白细胞去除将会导致机体白细胞的大量释放，同时也可能会带来免疫抑制的危险；②我们的研究发现，这种滤器能够导致粘附于滤膜上的白细胞大量破坏，导致细胞内炎性物质流出，从而激活未活化白细胞，可能会加重炎性反应；③血液经过白细胞滤器时，过大的阻力和白细胞、滤膜的相互作用将会导致大量白细胞激活，从而导致炎性反应的加剧。因此，这种滤器可能导致患者病情的加重，不适用于临床。
多数实体瘤、血液肿瘤能够通过血液转移，或浸润远处组织器官。对于肿瘤患者，减少循环内肿瘤细胞能够使肿瘤转移率下降（而对于血液肿瘤患者，能够迅速缓解病情，减轻患者症状），如获取肿瘤细胞标本做基因或蛋白检测，则对于肿瘤的治疗极为重要：这些信息能够为临床选择敏感性、特异性药物提供依据。然而活性肿瘤标本的获取一般非常困难，目前的研究多集中于寻找循环血液内的肿瘤细胞，但由于循环肿瘤细胞含量极低，因此难以寻找；目前多研究富集肿瘤细胞的方法，但并不能满足临床的要求。
参考文献：
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8.Tao K,An Q,Lin K,Lui RC,Wu X,Zhou J,Du L.Which is better topreserve pulmonary function:short-term or prolonged leukocytedepletion during cardiopulmonary bypass?J Thorac Cardiovasc Surg.2009;138(6):1385-91.
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发明内容
本发明旨在提供一种活化细胞吸附器，采用吸附方式替代现有的过滤方式，为活化白细胞或活性肿瘤细胞提供一个粘附能力较强的表面，当细胞经过所述活化细胞吸附器时，其中的活化细胞与吸附器膜紧密粘附。
为达到上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：
本发明公开的活化细胞吸附器，包括吸附膜支撑架、外壳、吸附膜、吸附膜内支撑芯、端盖；所述外壳包裹吸附膜，所述吸附膜包裹吸附膜内支撑芯，所述吸附膜内支撑芯的两端分别连接吸附膜支撑架，所述吸附膜支撑架的外侧设置有端盖，所述端盖与外壳两端连接后构成封闭腔体，吸附膜支撑架、吸附膜、吸附膜内支撑芯均位于所述封闭腔体内；一个端盖上开设有血液流入口，另一个端盖上开设有血液流出口。
优选的，所述吸附膜的布置方式为：采用同一张吸附膜卷成螺旋状排列，各层之间留有间隙，所述吸附膜支撑架与吸附膜接触的接触部设置有和上述间隙相适配的凸起部。
优选的，所述吸附膜为白细胞吸附膜，其材料为无纺布或者玻璃纤维。
进一步的，所述端盖与外壳之间的连接、所述吸附膜内支撑芯与吸附膜支撑架的连接均为焊接，焊接方式为超声波焊接。
本发明还公开了一种适用于所述活化细胞吸附器的控制系统，包括：压力传感器A、压力传感器B、温度传感器、流量传感器分别通过各自的滤波电路、放大电路、模数转换器后输入到处理器，流量调节给定模块连接处理器输入口，所述处理器包括CPU，处理器的输出口分别连接隔离器、开关电路、显示屏，所述隔离器、开关电路还连接电机驱动器，所述电机驱动器连接体外循环泵电机；所述压力传感器A、温度传感器、流量传感器均安装在血液流入口处，所述压力传感器B安装在血液流出口处；所述流量调节给定模块采用电位器调节方式并设置有标识流量大小的刻度。
进一步的，所述处理器还连接报警器，所述报警器为声光报警器。
优选的，所述体外循环泵电机为伺服电机，所述电机驱动器为伺服驱动器。
优选的，所述隔离器为光电隔离器，所述开关电路包括固态继电器或者电磁继电器，所述显示屏为LED显示屏或者LCD显示屏。
本发明还公开了适用于上述控制系统的控制方法，包括以下控制策略：
策略1，通过流量调节给定模块的电位器调节设置预定的流量值；
策略2，流量传感器实时检测血液实际流量，处理器根据检测到的血液实际流量与设定的理论流量之差进行误差补偿运算，然后发出相应指令控制电机改变转速，形成流量闭环控制。
进一步的，所述控制方法还包括：当压力传感器A处检测血压小于预设的血压下限值时，处理器通过报警器发出报警信号，并关闭电机驱动器，体外循环泵电机停转；当压力传感器B处检测血压达到预设的血压上限值时，处理器通过报警器发出报警信号，并关闭电机驱动器，体外循环泵电机停转；所述血压下限值、血压上限值可调节。
本发明公开的活化细胞吸附器，采用吸附方式替代现有的过滤方式，为活化白细胞或活性肿瘤细胞提供一个粘附能力较强的表面，当细胞经过所述活化细胞吸附器时，其中的粘附性较强的活化细胞与吸附器膜紧密粘附，具有以下有益效果：
1、本发明能够去除血液中的细胞，但其去除的机制不再是“滤除”，而是“吸附”，因此其选择性去除的能力大大提高。由于滤膜具有较强的粘附功能，因此血液内同样具有粘附功能的细胞（如活化白细胞、血小板和粘附能力较强的肿瘤细胞）将会与本发明中的滤膜相结合，从而被“吸附”而被去除。而未活化的细胞与红细胞则会顺利通过滤器。
2、血液与本发明的滤膜双面接触，因此滤膜的利用效率较高。
3、活化细胞吸附器对血液内白细胞数量影响小，不会产生免疫抑制作用，不会导致骨髓大量释放白细胞。
4、血液从滤膜表面流过，避免了细胞与滤膜的垂直碰撞，极大的减少了对血细胞的破坏，从而显著减少了细胞内炎性物质的漏出与细胞的激活，因此这将提高对全身炎性反应的治疗效果。
5、肿瘤细胞与本发明的滤膜粘附后而不被破坏，这种粘附的细胞很容易被培养而获得较好的肿瘤克隆株。
本发明公开的活化细胞吸附器的控制系统和控制方法，控制精确、安全可靠、智能化程度高。
本发明公开的活化细胞吸附器可以与上述控制系统连接，共同使用，也可以安装于常规体外循环管路中，不与本发明中的控制系统共同使用。
附图说明
图1为活化细胞吸附器的分拆示意图；
图2为活化细胞吸附器的纵向截面示意图；
图3为活化细胞吸附器的控制系统的原理框图；
图中：1-血液流入口、2-血液流出口、3-吸附膜支撑架、4-外壳、5-吸附膜、6-吸附膜内支撑芯、7-端盖。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
如图1、图2所示，本发明公开的活化细胞吸附器，包括吸附膜支撑架3、外壳4、吸附膜5、吸附膜内支撑芯6、端盖7；外壳4为圆柱形，并包裹吸附膜5，采用同一张吸附膜5卷成螺旋状排列，形成留有间隙的层状结构，吸附膜5包裹吸附膜内支撑芯6，吸附膜内支撑芯6的两端分别连接吸附膜支撑架3，吸附膜支撑架3与吸附膜5接触的接触部设置有和上述间隙相适配的凸起部；吸附膜支撑架3的外侧设置有端盖7，端盖7与外壳4两端连接后构成封闭腔体，吸附膜支撑架3、吸附膜5、吸附膜内支撑芯6均位于所述封闭腔体内，一个端盖7上开设有血液流入口1，另一个端盖7上开设有血液流出口2；使用时血液从吸附膜5的表面流淌而过，不用穿过吸附膜5。
作为优选，吸附膜5采用常规的为白细胞吸附膜，也就是现有的白细胞过滤器所用吸附膜，其材料为无纺布或者玻璃纤维。
作为优选，端盖7与外壳4之间的连接、吸附膜内支撑芯6与吸附膜支撑架3的连接均为焊接，焊接方式为超声波焊接；当然支撑芯与支撑架、外壳也可整体连接。
77如图3所示，本发明还公开了适用于本活化细胞吸附器的控制系统，包括：压力传感器A、压力传感器B、温度传感器、流量传感器分别通过各自的滤波电路、放大电路、模数转换器后输入到处理器，滤波电路、放大电路、模数转换器均采用多路集成，分别整合为多路滤波电路、多路放大电路、多路模数转换器，流量调节给定模块连接处理器输入口，处理器包括CPU，处理器的输出口分别连接隔离器、开关电路、显示屏，隔离器、开关电路还连接电机驱动器，电机驱动器连接体外循环泵电机，电机驱动器采用伺服驱动器，体外循环泵电机采用伺服电机；压力传感器A、温度传感器、流量传感器均安装在血液流入口1处，压力传感器B安装在血液流出口2处；流量调节给定模块采用电位器调节方式并设置有标识流量大小的刻度。
进一步的，处理器还连接报警器，报警器为声光报警器。
作为优选的，隔离器采用光电隔离器，开关电路包括固态继电器或者电磁继电器，显示屏为LED显示屏或者LCD显示屏。
本发明还公开了适用于上述控制系统的控制方法，包括以下控制策略：
策略1，通过流量调节给定模块的电位器调节设置预定的流量值；
策略2，流量传感器实时检测血液实际流量，处理器根据检测到的血液实际流量与设定的理论流量之差进行误差补偿运算，然后发出相应指令控制电机改变转速，形成流量闭环控制。
本发明公开的控制方法还包括：当压力传感器A处检测血压小于预设的血压下限值时，处理器通过报警器发出报警信号，并关闭电机驱动器，体外循环泵电机停转；当压力传感器B处检测血压达到预设的血压上限值时，处理器通过报警器发出报警信号，并关闭电机驱动器，体外循环泵电机停转；所述血压下限值、血压上限值可调节，比如血压下限值取值为10mmHg，血压上限值取值为200mmHg，即可保证安全性。
工作时，人体血液通过血液流入口1进入本活化细胞吸附器，再通过血液流出口2流出后回到人体，中间串接体外循环泵，通过控制体外循环泵的电机转速来调节血液的流量；通过流量调节给定模块上的电位器调节血液流量的设定值，并将该设定值传送到处理器上的CPU，CPU根据该设定值发出控制信号给伺服驱动器，控制电机转速，再根据流量传感器检测到的实际流量与设定流量之差进行误差补偿运算，然后发出相应指令控制电机改变转速，形成流量闭环控制，从而使流量稳定在设定值。
上述各个传感器的检测信号分别经过相应的滤波、放大等处理，再转换为数字信号输入CPU，CPU通过对上述信号进行分析处理发出相应指令，一方面将信息传递给显示屏，另一方面控制体外循环泵电机。
显示屏实时显示体外循环泵进、出口血压，体外循环泵出口处的血液温度、血液流量。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.活化细胞吸附器，其特征在于，包括吸附膜支撑架（3）、外壳（4）、吸附膜（5）、吸附膜内支撑芯（6）、端盖（7）；所述外壳（4）包裹吸附膜（5），所述吸附膜（5）包裹吸附膜内支撑芯（6），所述吸附膜内支撑芯（6）的两端分别连接吸附膜支撑架（3），所述吸附膜支撑架（3）的外侧设置有端盖（7），所述端盖（7）与外壳（4）两端连接后构成封闭腔体，吸附膜支撑架（3）、吸附膜（5）、吸附膜内支撑芯（6）均位于所述封闭腔体内；一个端盖（7）上开设有血液流入口（1），另一个端盖（7）上开设有血液流出口（2）。
2.根据权利要求1所述的活化细胞吸附器，其特征在于，所述吸附膜（5）的布置方式为：采用同一张吸附膜（5）卷成螺旋状排列，各层之间留有间隙，所述吸附膜支撑架（3）与吸附膜（5）接触的接触部设置有和上述间隙相适配的凸起部。
3.根据权利要求1所述的活化细胞吸附器，其特征在于，所述吸附膜（5）为白细胞滤膜，其材料为无纺布或者玻璃纤维。
4.根据权利要求1所述的活化细胞吸附器，其特征在于，所述端盖（7）与外壳（4）之间的连接、所述吸附膜内支撑芯（6）与吸附膜支撑架（3）的连接均为焊接，焊接方式为超声波焊接7。
5.适用于权利要求1-4所述的任意一种活化细胞吸附器的控制系统，其特征在于，包括：压力传感器A、压力传感器B、温度传感器、流量传感器分别通过各自的滤波电路、放大电路、模数转换器后输入到处理器，流量调节给定模块连接处理器输入口，所述处理器包括CPU，处理器的输出口分别连接隔离器、开关电路、显示屏，所述隔离器、开关电路还连接电机驱动器，所述电机驱动器连接体外循环泵电机；所述压力传感器A、温度传感器、流量传感器均安装在血液流入口（1）处，所述压力传感器B安装在血液流出口（2）处；所述流量调节给定模块采用电位器调节方式并设置有标识流量大小的刻度。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述处理器还连接报警器，所述报警器为声光报警器。
7.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述体外循环泵电机为伺服电机，所述电机驱动器为伺服驱动器。
8.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述隔离器为光电隔离器，所述开关电路包括固态继电器或者电磁继电器，所述显示屏为LED显示屏或者LCD显示屏。
9.适用于权利要求4-8所述的控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下控制策略：
策略1，通过流量调节给定模块的电位器调节设置预定的流量值；
策略2，流量传感器实时检测血液实际流量，处理器根据检测到的血液实际流量与设定的理论流量之差进行误差补偿运算，然后发出相应指令控制电机改变转速，形成流量闭环控制。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，还包括：当压力传感器A处检测血压小于预设的血压下限值时，处理器通过报警器发出报警信号，并关闭电机驱动器，体外循环泵电机停转；当压力传感器B处检测血压达到预设的血压上限值时，处理器通过报警器发出报警信号，并关闭电机驱动器，体外循环泵电机停转；所述血压下限值、血压上限值可调节。
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