CN103547298A - 具有交叉血流的血液处理单元 - Google Patents

Abstract

一种血液处理装置（10）可以包括热交换器和气体交换器。所述热交换器可以构造成提供通过所述热交换器的交叉流血流或径向定向的血流。

Description

具有交叉血流的血液处理单元

背景技术

血液灌注能够促进血液通过身体的血管。为了这个目的，血液灌注系统典型地能够使用在与病人的血管系统相互连接的体外回路中的一个或多个泵。心肺转流手术典型地需要灌注系统，该灌注系统通过替代心肺功能提供了心脏暂停用以产生静止手术区。这种隔离允许血管狭窄、瓣膜异常和先天性心脏病的外科矫治。在用于心肺转流手术的灌注系统中，体外血液回路建立成包括至少一个泵和氧化设备以替代心肺功能。

更具体地，在心肺转流术中，缺氧血液（即静脉血）是从进入到心脏的大静脉或从身体（例如股骨）中的其它静脉重力吸出或真空抽出的并通过体外回路中的静脉管路进行输送。将静脉血泵送到提供输送到血液中的氧气的氧合器。可以通过跨膜输送或较低频率地通过使氧气鼓入血液将氧气引入到血液中。同时，将二氧化碳跨膜移除。含氧血液被过滤然后通过动脉管路返回到主动脉、股动脉或其它动脉。

发明内容

实例1是一种血液处理装置，该装置包括：壳，其具有血液进口和血液出口，血液进口延伸到壳的内部中；热交换器芯体，其在壳内同轴地延伸并且具有与血液进口流体连通的芯体内部，该热交换器芯体包括外表面和形成在外表面内的至少一对细长芯体孔，所述一对细长芯体孔构造成允许血液从芯体内部通过；热交换器中空纤维，其设置在热交换器芯体周围，以使得热交换器流体可以流动通过热交换器中空纤维，并且通过多个细长芯体孔的血液可以透过热交换器中空纤维径向向外流动；圆柱形壳体，其围绕热交换器芯体同轴地延伸，该圆柱形壳体包括构造成允许将血液传输到圆柱形壳体的外部的壳体孔；以及气体交换器中空纤维，其设置在内部圆柱形壳体周围，以使得气体可以流动通过气体交换器中空纤维，并且通过壳体孔的血液可以透过气体交换器中空纤维流动并且流向血液出口。

实例2是根据实例1所述的血液处理装置，其中，热交换器芯体包括三对细长芯体孔，所述三对细长芯体孔以近似相等的距离径向设置在芯体的圆周周围。

实例3是根据任一前述实例所述的血液处理装置，其中，多个细长芯体孔成对布置。

实例4是根据任一前述实例所述的血液处理装置，其中，多个细长芯体孔包括总共四对等间隔的细长芯体孔。

实例5是根据任一前述实例所述的血液处理装置，其中，每对细长芯体孔都包括第一细长通路和第二细长通路，所述第一细长通路和所述第二细长通路由在第一细长芯体孔与第二吸出芯体孔之间延伸的细长分割板（dividing plaate）隔开。

实例6是根据任一前述实例所述的血液处理装置，其中，第一细长通路和第二细长通路中的每一个都具有相对于芯体的纵轴成一定角度设置的底面，以使得通路的深度在血液沿芯体纵向流动时而减小。

实例7是根据任一前述实例所述的血液处理装置，其中，热交换器芯体的外表面包括多个径向设置的肋部。

实例8是根据任一前述实例所述的血液处理装置，其中，壳体孔包括与血液出口沿直径相对定位的细长壳体孔，以使得离开细长壳体孔的血液沿圆周方向透过气体交换器中空纤维流动。

实例9是根据任一前述实例所述的血液处理装置，其中，壳体孔包括径向设置的孔，其设置在与血液进口的端部相对的圆柱形壳体的端部附近，以使得离开径向设置的孔的血液沿纵向方向越过气体交换器中空纤维流动。

实例10是根据任一前述实例所述的血液处理装置，进一步包括在热交换器中空纤维和圆柱形壳体之间的环形收集空间，该环形收集空间与壳体孔流体连通。

实例11是一种血液处理装置，该装置包括：壳，其具有血液进口和血液出口，血液进口延伸到壳的内部中；热交换器芯体，其在壳内延伸并且具有与血液进口流体连通的芯体内部，该热交换器芯体包括外表面和形成在外表面内的多个细长芯体孔，多个细长芯体孔构造成允许血液从芯体内部通过；热交换器中空纤维，其成束布置，以使得通过多个细长芯体孔的血液可以直接透过热交换器中空纤维；收集空间，其在热交换器中空纤维的上游，该收集空间布置成收集已透过热交换器中空纤维的血液；以及气体交换器中空纤维，其设置在收集空间周围，以使得气体可以流动通过气体交换器中空纤维，并且通过收集空间的血液可以透过气体交换器中空纤维流动并且流向血液出口。

实例12是根据实例11所述的血液处理装置，其中，透过气体交换器中空纤维的血流在圆周方向中。

实例13是根据实例11和12中的任一实例所述的血液处理装置，其中，壳具有三角形横截面轮廓以容纳成束的热交换器中空纤维。

实例14是根据实例11至实例13中的任一实例所述的血液处理装置，其中，热交换器芯体包括栅格，该栅格支撑在其上的成束的热交换器中空纤维以及为离开热交换器芯体的内部的血液提供多个出口。

实例15是实例11至实例14所述的任一实例的血液处理装置，其中，成束的热交换器中空纤维包绕在栅格周围。

尽管公开了多个实施例，但是根据示出并描述了本发明的说明性实施例的下述详细描述，对本领域技术人员来说本发明的其它实施例仍然是显而易见的。因此，附图和详细描述本质上都视为说明性而非限制性的。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的血液处理装置的示意图；

图2至图4是根据本发明的多个实施例的血液处理装置的剖视图；以及

图5至图7是根据本发明的多个实施例的部分血液处理装置的立体图。

具体实施方式

本公开涉及一种血液处理装置，根据各种示例性实施例，血液处理装置包括一个或多个热交换器和气体交换器（而且通常是指氧合器）。在一些实施例中，术语氧合器可以用于指代将热交换器和气体交换器组合成整体设备的集成结构。在各种实施例中，例如，将热交换器和气体交换器与位于另一个组件内的一个部件以同心的方式设置。根据其它实施例，热交换器和气体交换器是在结构上彼此可操作连接的不同的结构。在一些实施例中，氧合器可以用在体外血液回路中。诸如可以用在旁路程序（bypass procedure）中的体外血液回路可以包括诸如心肺机、血液储器以及氧合器的多个不同的元件。

图1是血液处理装置或氧合器10的示意图。虽然内部组件在这个图中不可见，但是氧合器10可以包括气体交换器和一个或多个热交换器。根据一些实施例，热交换器和气体交换器集成到形成氧合器壳的单个结构中。氧合器10包括壳12、固定至壳12的第一端盖14和固定至壳12的第二端盖16。在一些实施例中，壳12可以包括能够将壳12附接至其它设备的其它结构。虽然壳12的形状示出为大致地圆柱形，但是在一些实施例中，壳12可以具有三角形、矩形或其它平行四边形的横截面形状。热交换器和气体交换器各自通常可以具有相同的截面形状或各自可以具有不同的截面形状。在一些实施例中，热交换器可以在气体交换器内，而在其它实施例中，气体交换器也可以位于热交换器内。在一些实施例中，热交换器和气体交换器可以是同心的。

在一些实施例中，血液进口18延伸到壳12中并且血液出口20离开壳12。注意，在一些实施例中，血液处理装置10包括气体交换器，从而可以包括气体进口22和气体出口24。在一些实施例中，血液处理装置10包括热交换器，从而可以包括热交换器流体进口26和在热交换器流体进口26的后面（在示出的方向中）的热交换器流体出口28。在一些实施例中，热交换器流体进口26可以设置在壳12的一端，而热交换器流体出口28可以设置在壳12的相对端。在一些实施例中，血液处理装置10可以包括一个或多个清除端口30，其可以用于清除来自血液处理装置10的内部的气泡。

由于其它的布置和构造是可预期的，因此进口、出口和清除端口的位置仅仅是说明性的。清除端口可以包括阀或者螺纹帽。清除端口运转以允许将离开血液的气体（例如气泡）排放或抽出并从血液处理装置10中移除。

图2是血液处理装置50的剖视图，其中通过热交换器部分的血流径向向外并且通过气体交换器部分的血流是周向的。血液处理装置50包括热交换器芯体52、热交换器元件64和气体交换器元件68。血液通过血液进口18（在图2中未示出）进入到热交换器芯体52的内部体积中。热交换器芯体52包括多个允许血液离开热量热交换器芯体52的细长芯体孔54。

在一些实施例中，如图所示，多个细长芯体孔54布置成多对56，每对56都包括第一细长芯体孔58和第二细长芯体孔60。在一些实施例中，每对56还包括分割板62，其设置在第一细长芯体孔58和第二细长芯体孔60之间并且可以构造成引导或指引血流。在一些实施例中，如图所示，多对56在热交换器芯体52周围等距离间隔开。在一些实施例中，可以总共设有等距离间隔开的四对56。在一些实施例中，多对56可以不等距离间隔开和/或多个细长芯体孔54可以不成对布置。例如通过图2中的箭头80所示，离开多个细长芯体孔54的血液沿径向向外的方向流动通过热交换器元件64。

血液处理装置50包括圆柱形壳体66，其根据气体交换器元件68描绘热交换器元件64。在一些实施例中，圆柱形壳体66包括细长壳体孔70，其允许血液流入到气体交换器元件68中。例如通过图2中的箭头82所示，使到达圆柱形壳体66的血液转向以使得它以基本上圆周的方式流向孔70。在一些实施例中，细长壳体孔70允许血液沿圆周方向流动通过气体交换器元件68。在一些实施例中，如图所示，细长壳体孔70可以与血液出口72沿直径相对，从而例如通过图2中的箭头84所示，引导血液沿圆周方向流动通过气体热交换器元件68。血液处理装置50包括外壳74。

在一些实施例中，热交换器元件64包括多个中空纤维，诸如水的热流体能够流动通过所述多个中空纤维。血液可以在中空纤维周围流动并通流过中空纤维，从而被适当地加热。在一些实施例中，中空纤维可以是聚合物。在一些情况下，可以使用金属纤维。在一些实施例中，中空纤维可以由聚亚安酯、聚酯或任何其它适当的聚合物或塑料材料形成。根据各个实施例，中空纤维的外径在约0.2毫米和1.0毫米之间，或者更具体地，在约0.25毫米和0.5毫米之间。中空纤维可以编织成宽度能够从例如约80毫米到200毫米变动的垫子。在一些实施例中，垫子布置成十字形构造。

在一些实施例中，气体交换器元件68可以包括多个微孔中空纤维，诸如氧气的气体可以流动通过微孔中空纤维。血液可以在中空纤维周围流动并流动通过中空纤维。由于浓度梯度，氧气可以通过微孔中空纤维扩散到血液中，同时二氧化碳可以扩散到中空纤维中并从血液中扩散出来。在一些实施例中，中空纤维由聚丙烯、聚酯或任何其它适当的聚合物或塑料材料制成。根据各个实施例，中空纤维具有约0.38毫米的外径。根据其它实施例，微孔中空纤维的直径在约0.2毫米和1.0毫米之间，或者更具体地，在约0.25毫米和0.5毫米之间。中空纤维可以编织成宽度能够从例如约80毫米到200毫米变动的垫子。在一些实施例中，垫子布置成十字形构造。

图3是血液处理装置100的横截面视图，其中通过热交换器部分的血流是直线的，而通过气体交换器部分的血流是周向的。血液处理装置100包括血液进口102，其流体地连接至热交换器芯体104。流入到进口102中的血液（例如通过在图3中的箭头103所示）进入热交换器芯体104的内部体积。热交换器芯体104包括孔或开口，所述孔或开口布置成（例如以栅格结构）允许血液以多股流离开芯体104的内部体积的。血液离开芯体104并且以直线方式或交叉流方式（例如通过在图3中的箭头105所示）流动通过热交换器元件106，该热交换器元件106包括可以构造成如上所述的关于热交换器元件64的成束热交换器中空纤维。

血液处理装置100包括壳体108，其根据气体交换器元件110描绘热交换器元件106。在一些实施例中，如图所示，壳体108具有三角形横截面轮廓以容纳热交换器芯体102和热交换器元件106。在其它实施例中，其它形状也是预期的。

在一些实施例中，壳体108包括细长壳体孔112，其允许血液流入到气体交换器元件110中。在一些实施例中，细长壳体孔112允许血液沿圆周方向流动通过气体交换器元件110。在一些实施例中，如图所示，细长壳体孔112可以与血液出口114沿直径相对，从而例如通过图3中的箭头115所示，引导血液沿圆周方向流动通过气体热交换器元件110。血液处理装置100包括可以在形状上对热交换器芯体102进行补充的外壳116。气体交换器元件110可以构造成如上所述的关于气体交换器元件68的res://xdict.exe/word.html-##中空纤维。

图4是血液处理装置150的横截面视图，其中通过热交换器部分的血流是部分径向向外和部分纵向的，而通过气体交换器部分的血流是纵向的。血液处理装置150包括壳152、第一端帽154和第二端帽156。血液处理装置150包括血液进口158和血液出口160。气体进口（在这个横截面中不可见）允许将氧气提供到气体交换器部分，而气体出口164允许气体离开血液处理装置150。在一些实施例中，血液处理装置150包括清除端口130以允许气泡溢出。

血液处理装置150包括热交换器芯体166、设置在热交换器芯体166周围的热交换器元件168、设置在热交换器元件168周围的圆柱形壳体170和气体交换器元件172。热交换器元件168和气体交换器元件172各自都可以包括如关于血液处理装置150所述的多个中空纤维。

在使用中，血液通过血液进口158进入热交换器芯体166并且通过热交换器芯体166。血液充满热交换器芯体166并通过多个细长芯体孔176离开从而进入到热交换器元件168中。在血液通过热交换器元件168之后，血液通过径向设置的壳体孔178离开圆柱形壳体170。在一些实施例中，径向设置的壳体孔178可以位于与血液出口160相对的血液处理装置150的端部附近，从而使血液在气体交换器元件172周围流动并沿纵向方向流经气体交换器元件172。然后血液通过血液出口160离开血液处理装置150。

图5是热交换器芯体166的立体图。血液通过进口200进入到热交换器芯体166。在一些实施例中，如图所示，细长芯体孔176可以是更复杂的结构202的一部分。热交换器芯体166可以包括设置在热交换器芯体166周围的一个、两个、三个或多个不同的结构202。结构202包括第一细长通路204和第二细长通路206。分割板208设置在第一细长通路204和第二细长通路206之间。在一些实施例中，第一细长通路204具有倾斜底部210和/或第二细长通路206具有倾斜底部212。在一些实施例中，结构202包括多个径向设置的肋部203。根据各个实施例，第一细长通路204和第二细长通路206形成有以关于芯体的纵轴成一定角度设置的底部，以使得通路的深度在底部远离血液进口纵向延伸时减小。根据一些实施例，底部210关于纵轴的角度在约5度和约30度之间。在一些实施例中，底部210关于纵轴的角度在约10度和约20度之间。根据一些实施例，第一细长通路204的底部210的角度和第二细长通路206的底部210的角度大体上相同。根据其它实施例，第一细长通路204的底部210的角度和第二细长通路206的底部210的角度不同。

在一些实施例中，结构202可以有助于引导通过热交换器元件168（图4）的血流一部分沿径向向外的方向，一部分沿纵向方向。径向（即向外或交叉）流与纵向流的比例取决于细长通路204和细长通路206中的每一个的长度和角度。根据各个实施例，肋部203可以大体上垂直于芯体的纵轴。在其它实施例中，肋部203可以设置成偏离垂线成一定角度。根据各个实施例，肋部203可以径向向外突出或伸出在约2mm和5mm之间的一定距离。根据本发明的其它实施例，芯体166可以包括更多细长通路，以使得血液可以在芯体166的周围更多位置处离开。

图6是圆柱形壳体170的立体图，示出了径向设置的壳体孔178。在一些实施例中，如图所示，径向设置的壳体孔178基本上在圆柱形壳体170周围延伸。在所示的实施例中，除了延伸横跨径向设置的壳体孔178的三个小支撑部179以外，径向设置的壳体孔178始终在圆柱形壳体170周围延伸。

图7是血液处理装置250的横截面视图，其中通过热交换器部分的血流是交叉流，而通过气体交换器部分的血流是纵向的。血液处理装置250包括壳252、第一端帽254和第二端帽256。血液处理装置250包括血液进口258和血液出口260。气体进口（不可见）允许将氧气提供到气体交换器部分，而气体出口264允许气体离开血液处理装置250。在一些实施例中，血液处理装置250包括清除端口230以允许气泡溢出。

血液处理装置250包括热交换器芯体270、设置在热交换器芯体270周围的热交换器元件272、设置在热交换器元件272周围的圆柱形壳体274和设置在圆柱形壳体274周围的气体交换器元件276。热交换器元件272和气体交换器元件276各自都可以包括如关于血液处理装置50所述的多个中空纤维。在一些实施例中，热交换器芯体270类似于关于图4所述的热交换器芯体166。

在使用中，血液通过血液进口258进入热交换器芯体270并且通过热交换器芯体270。血液充满热交换器芯体270并且通过三个细长芯体孔276离开。在一些实施例中，血液处理装置250包括环形空间280，其在将血液引向径向设置的壳体孔282之前收集离开热交换器元件272的血液。如图7所示，环形空间280的存在导致基本上径向的血液模式或交叉流的血液模式。换言之，血液将从芯体270径向向外流动通过热交换器元件272，直至它到达位于热交换器元件272的外表面和圆柱形壳体274的内表面之间的环形空间280。在血液到达环形空间280时，血液将累积并以基本上纵向的方式流向壳体孔282。在示例性实施例中，热交换器元件272和圆柱形壳体274的壁之间的空间280在约0.2mm和约1.0mm之间。

通过径向设置的壳体孔282的血液越过气体交换器元件276。在一些实施例中，径向设置的壳体孔282可以位于与血液出口260相对的血液处理装置250的端部附近，从而使血液在气体交换器元件272周围流动并在纵向方向上流经气体交换器元件272。然后血液通过血液出口260退出血液处理装置250。

在不背离本发明的范围的情况下，能够对所述的示例性实施例做出各种修改和附加。例如，在上述实施例涉及具体特征时，该发明的范围还包括具有特征的不同组合的实施例和不包括所有上述特征的实施例。

Claims (15)

1.一种血液处理装置，该装置包括：

壳，其具有血液进口和血液出口，所述血液进口延伸到所述壳的内部中；

热交换器芯体，其在所述壳内同轴地延伸并且具有与所述血液进口流体连通的芯体内部，所述热交换器芯体包括外表面和形成在所述外表面内的至少一对细长芯体孔，所述一对细长芯体孔构造成允许血液从所述芯体内部通过；

热交换器中空纤维，其设置在所述热交换器芯体周围，以使得热交换器流体可以流动通过所述热交换器中空纤维并且通过多个细长芯体孔的血液可以透过所述热交换器中空纤维径向向外流动；

圆柱形壳体，其围绕所述热交换器芯体同轴地延伸，所述圆柱形壳体包括构造成允许将血液传输到所述圆柱形壳体的外部的壳体孔；和

气体交换器中空纤维，其设置在所述内部圆柱形壳体周围，以使得气体可以流动通过所述气体交换器中空纤维，并且通过所述壳体孔的血液可以透过所述气体交换器中空纤维流动并且流向所述血液出口。

2.根据权利要求1所述的血液处理装置，其中，所述热交换器芯体包括三对细长芯体孔，所述三对细长芯体孔以近似相等的距离径向设置在所述芯体的圆周周围。

3.根据权利要求1所述的血液处理装置，其中，所述多个细长芯体孔成对布置。

4.根据权利要求3所述的血液处理装置，其中，所述多个细长芯体孔包括总共四对等距离间隔的细长芯体孔。

5.根据权利要求1所述的血液处理装置，其中，每对细长芯体孔都包括由细长分割板隔开的第一细长通路和第二细长通路，所述细长分割板在第一细长芯体孔和第二细长芯体孔之间延伸。

6.根据权利要求5所述的血液处理装置，其中，所述第一细长通路和所述第二细长通路中的每一个都具有相对于所述芯体的纵轴成一定角度设置的底面，以使得所述通路的深度在血液沿所述芯体纵向流动时减小。

7.根据权利要求5所述的血液处理装置，其中，所述热交换器芯体的所述外表面包括多个径向设置的肋部。

8.根据权利要求1所述的血液处理装置，其中，所述壳体孔包括与所述血液出口沿直径相对定位的细长壳体孔，以使得离开所述细长壳体孔的血液沿圆周方向透过所述气体交换器中空纤维流动。

9.根据权利要求1所述的血液处理装置，其中，所述壳体孔包括径向设置的孔，所述径向设置的孔设置在与所述血液进口的端部相对的所述圆柱形壳体的端部附近，以使得离开所述径向设置的孔的血液沿纵向方向越过所述气体交换器中空纤维流动。

10.根据权利要求1所述的血液处理装置，进一步包括在所述热交换器中空纤维和所述圆柱形壳体之间的环形收集空间，所述环形收集空间与所述壳体孔流体连通。

11.一种血液处理装置，该装置包括：

壳，其具有血液进口和血液出口，所述血液进口延伸到所述壳的内部中；

热交换器芯体，其在所述壳内延伸并且具有与所述血液进口流体连通的芯体内部，所述热交换器芯体包括外表面和形成在所述外表面内的多个细长芯体孔，所述多个细长芯体孔构造成允许血液从所述芯体内部通过；

热交换器中空纤维，其成束布置，以使得通过所述多个细长芯体孔的血液可以直接透过所述热交换器中空纤维；

收集空间，其在所述热交换器中空纤维的上游，所述收集空间布置成收集已透过所述热交换器中空纤维的血液；和

气体交换器中空纤维，其设置在所述收集空间周围，以使得气体可以流动通过所述气体交换器中空纤维，并且通过所述收集空间的血液可以透过所述气体交换器中空纤维流动并且流向所述血液出口。

12.根据权利要求11所述的血液处理装置，其中，透过所述气体交换器中空纤维的血流在圆周方向中。

13.根据权利要求11所述的血液处理装置，其中，所述壳具有三角形横截面轮廓以容纳成束的热交换器中空纤维。

14.根据权利要求11所述的血液处理装置，其中，所述热交换器芯体包括栅格，所述栅格支撑在其上的所述成束的热交换器中空纤维以及为离开所述热交换器芯体的所述内部的血液提供多个出口。

15.根据权利要求14所述的血液处理装置，其中，所述成束的热交换器中空纤维包绕在所述栅格周围。

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