CN107206143B - 用于透析的脱气系统 - Google Patents
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Abstract
脱气系统可包括脱气容器,并且可采用设于所述脱气容器下游的真空泵和流体泵来控制所述脱气容器内的压力,以控制流出所述脱气系统的流体中的气体的浓度。所述脱气系统可进一步包括与所述泵通信连接的传感器以控制通过所述脱气系统的流速和压力。所述脱气系统可设于透析液流动路径中,以从透析液中去除包括二氧化碳在内的已溶解气体。
Description
技术领域
本发明涉及一种脱气容器以及可去除透析系统中的某些气体(诸如二氧化碳)的相关系统和方法。本发明还涉及用于对透析液或用于透析、透析期间使用或由透析产生的任何流体进行脱气的机械系统和方法。
背景技术
在包括基于吸附剂系统的透析系统中,通过由脲酶将尿素分解成氨和二氧化碳可产生一定量的气体,诸如二氧化碳。产生的气体可进入诸如透析液的流体中的溶液内并且/或者形成气泡。碳酸氢盐缓冲系统也会在透析液流体中产生过量的二氧化碳。去除二氧化碳和透析系统中的其它已溶解和未溶解的气体,对于维持所需的pH、某些流体条件(诸如碳酸氢盐或离子浓度)以及避免产生气泡可能是至关重要的。例如,为了透析的安全操作,可能要求二氧化碳具有期望的分压。另外,气泡会干扰透析液回路中的透析液的平稳泵送、干扰透析液流动回路中的传感器、减小透析膜两端的扩散间隙,且在气体跨过透析器膜进入体外管路中并使得血液中的气泡返回至患者体内的情况下,可能使患者面临某种危险状况。
然而,用于最初制备透析液的水可能含有大量的已溶解气体,诸如氮气和氧气。另外,当用过的透析液流过吸附剂盒时,尿素分解可形成二氧化碳。已溶解的气体可从透析液流动回路中的溶液中排出,产生气泡并干扰传感器,并影响透析系统泵的平稳泵送流体的能力。除了来自尿素分解的二氧化碳之外,透析液可能还含有从患者血液跨过透析膜的已溶解的氧气和氮气。
本领域中已知的脱气器不能必然有效地去除流体中的已溶解的气体,诸如二氧化碳,或不能控制所去除的二氧化碳的量。因此,需要一种可去除溶液中的大量已溶解的二氧化碳并同时控制在透析治疗之前、期间和之后从流体中除去的已溶解和未溶解气体量的脱气器。还需要一种具有便携式装置所需的小尺寸和重量的脱气器。
发明内容
本发明的第一方面涉及一种脱气容器。在本发明的第一方面的任何实施方案中,所述脱气容器可包括:脱气容器内的流体入口,所述流体入口与限流器流体连接;脱气容器内的流体出口,所述流体出口用于与脱气容器下游的流体泵流体连接;以及气体出口,所述气体出口用于与真空泵流体连接。
在本发明的第一方面的任何实施方案中,所述脱气容器可进一步包括二氧化碳传感器,所述二氧化碳传感器被定位为检测脱气容器的所述出口处的二氧化碳。
在本发明的第一方面的任何实施方案中,所述脱气容器可进一步包括脱气喷雾器和成核室的至少其中之一;其中通过所述流体入口进入脱气容器的流体经过脱气喷雾器和成核室的至少其中之一。
在本发明的第一方面的任何实施方案中,所述限流器可由脱气喷雾器、成核室或脱气喷雾器和成核室两者组成。
在本发明的第一方面的任何实施方案中,所述限流器可选自:孔口、文丘里管、喷嘴、收缩部、夹管阀、闸阀、可变孔口阀和压力调节器的至少其中之一。
在本发明的第一方面的任何实施方案中,所述脱气容器可包括压力传感器,所述压力传感器被配置确定所述脱气容器中的流体压力。
在本发明的第一方面的任何实施方案中,所述脱气容器可进一步包括脱气容器内的一个或多个传感器,其中所述一个或多个传感器被配置为确定脱气容器内的流体液位。
在本发明的第一方面的任何实施方案中,所述一个或多个传感器包括脱气容器内的高液位传感器和低液位传感器;其中所述高液位传感器检测脱气容器内的流体液位是否高于第一预设点;并且其中所述低液位传感器检测脱气容器内的流体液位是否低于第二预设点。
在本发明的第一方面的任何实施方案中,所述脱气容器可进一步包括:脱气容器内的溢流浮子(overflow float),所述溢流浮子具有低于水的密度;以及机械排气阀,所述机械排气阀被设置于脱气容器上的所述气体出口处,以使得:如果脱气容器内的流体液位高于预设点,那么所述溢流浮子将盖住所述机械排气阀,或者浮子可以移动执行机构(actuator)以阻止流体通过所述机械排气阀。
作为本发明的第一方面的一部分而被公开的任何特征可单独或组合地包括在本发明的第一方面中。
本发明的第二方面涉及一种脱气系统。在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述脱气系统可具有脱气容器,所述脱气容器具有流体入口和流体出口;脱气限流器,所述脱气限流器与脱气容器的入口流体连接;流体泵,所述流体泵与脱气容器流体连接并且位于所述脱气容器的下游,所述流体泵用于将流体经由所述流体入口抽取至所述脱气容器内,并将所述流体经由所述流体出口从所述脱气容器内抽出;以及真空泵,所述真空泵与所述脱气容器连接,用于将气体从所述脱气容器中去除。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述脱气系统可进一步包括:脱气喷雾器和成核室的至少其中之一,其中所述脱气喷雾器在脱气容器的流体入口处设于脱气容器内,以使通过所述流体入口进入脱气容器的流体经过所述脱气喷雾器;所述成核室设于脱气限流器与脱气容器之间或者设于所述脱气容器内。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述脱气系统可进一步包括成核室,其中所述成核室位于脱气限流器与脱气容器之间,或者所述成核室位于脱气容器内侧。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述选定的成核室可包括玻璃珠(glassbeads)、纤维网和过滤器中的一个或多个。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述脱气系统可进一步包括位于所述脱气容器下游的二氧化碳传感器。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述脱气系统可进一步包括与所述二氧化碳传感器、所述真空泵和所述流体泵进行电子通信的控制单元。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述控制单元可对从所述二氧化碳传感器接收的信息做出响应以自动调整所述流体泵和所述真空泵的泵送速率。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述脱气系统可进一步包括被定位在连接器上的排气阀,其中所述连接器与所述脱气容器连接,且其中气体可通过所述排气阀流出所述脱气容器。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述脱气系统被定位在脱气流动回路中,其中所述脱气流动回路与透析液流动回路流体连接,并且平行于所述透析液流动回路;且其中所述脱气流动回路中的流体的流速可独立于所述透析液流动回路中的流体的流速而被操作。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述脱气流动回路可平行于所述透析液流动回路。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,空气可通过排气阀被吸入至所述脱气容器内并且通过所述脱气容器的流体端口(fluid port)而流出。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述脱气系统可包括颗粒过滤器(particle filter),所述颗粒过滤器与排气阀流体连通使得经由排气阀被迫进入系统中的空气先通过颗粒过滤器。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述脱气系统可包括设于所述脱气限流器与所述流体泵之间的压力传感器。在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述压力传感器可用于测量所述脱气系统中的操作压力。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述真空泵可将从所述脱气容器中去除的气体泵送至透析液流动路径的流体排放管路。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,排气口(vent port)可通过控制阀与透析液流动路径流体连通。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述限流器可包括压力调节器。在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述限流器可改变限制以在脱气器内维持预定的压力。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述流体泵和真空泵可为齿轮泵、蠕动泵、膜泵和叶轮泵中的至少其中之一。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述脱气系统可包括被定位在流体泵上的传感器,该传感器监测所述流体泵的磨损。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述脱气系统可包括所述脱气容器内的一个或多个传感器;其中所述一个或多个传感器检测或测量所述脱气容器内的流体液位;其中如果所述一个或多个传感器检测到所述脱气容器内的流体液位高于第一预设点,那么增大所述流体泵的泵送速率和/或降低所述真空泵的泵送速率;且如果所述一个或多个传感器检测到所述脱气容器中的流体液位低于第二预设点,那么降低所述流体泵的泵送速率和/或增大所述真空泵的泵送速率。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述流体泵和真空泵能够在所述脱气容器中产生介于60mmHg与200mmHg之间或60mmHg与100mmHg之间或80mmHg与150mmHg之间或100mmHg与200mmHg之间的绝对压力。在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述流体泵和真空泵能够在所述脱气容器中产生介于60mmHg与200mmHg之间或60mmHg与100mmHg之间或80mmHg与150mmHg之间以及100mmHg与200mmHg之间的绝对压力。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,如果所述一个或多个传感器检测到所述脱气容器中的流体液位高于第一预设点,那么可自动地增大所述流体泵的泵送速率和/或自动地降低所述真空泵的所述泵送速率;且如果所述一个或多个传感器检测到所述脱气容器中的流体液位低于第二预设点,那么可自动地降低所述流体泵的泵送速率和/或自动地增大所述真空泵的泵送速率。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述脱气系统可包括所述脱气容器内的溢流浮子,所述溢流浮子具有低于水的密度。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述脱气系统可包括机械排气阀,所述机械排气阀被设置在具有排气阀的连接器之前的脱气容器上,使得如果脱气容器中的流体液位高于预设点,那么所述溢流浮子将覆盖所述机械排气阀,或者浮子可移动执行机构,以阻止流体进入到连接器中,而同时却仍然允许空气通过所述机械排气阀进入和流出脱气容器。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,液体泵可使得通过脱气流动回路的流动快于通过透析液流动回路的流动。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述脱气系统可以与受控顺应透析系统流体连接。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述脱气系统可为再循环的基于吸附剂可再生的血液透析系统的透析液流动路径的一部分。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述流体泵和真空泵能够产生介于-1500mmHg与700mmHg之间、或者-1500mmHg与0mmHg之间、或者0mmHg与500mmHg之间、或者400mmHg与700mmHg之间、或者400mmHg与500mmHg之间、或者450mmHg与600mmHg之间,或550mmHg与700mmHg之间的压力差。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述脱气系统可包括所述真空泵与所述脱气容器之间的半透膜,其中所述半透膜允许气体通过该膜,但是不允许液体通过该膜。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述脱气系统可包括控制单元,所述控制单元与压力传感器进行电子通信,并与所述流体泵、真空泵或限流器中的至少其中之一进行电子通信。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述控制单元可对从压力传感器接收的信息做出响应而自动地调节流体泵或真空泵的泵送速率。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述控制单元可自动地调节由所述限流器引起的限流量。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述控制单元可对来自二氧化碳传感器的、表明二氧化碳浓度高于预设点的信号做出响应,以被配置为自动地增加所述流体泵的泵送速率和/或自动地增加所述真空泵的泵送速率。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述控制单元可对来自二氧化碳传感器的、表明二氧化碳浓度低于预设点的信号做出响应,以被配置为用于自动地进行以下一项或多项:切断所述流体泵、切断所述真空泵、降低所述流体泵的泵送速率、降低所述真空泵的泵送速率,或其组合。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,所述脱气系统可包括排气管路(ventline),其中所述排气管路与再循环透析液流动路径流体连通。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,流体可通过所述排气管路和排气阀再循环至再循环透析液流动路径。
在本发明的第二方面的任何实施方案中,通过排气管路和排气阀再循环的流体可以是用于清洁或消毒的流体。
作为本发明的第二方面的一部分而被公开的任何特征可单独或组合地包括在本发明的第二方面中。
本发明的第三方面涉及一种控制流体中的二氧化碳的量的方法。在本发明的第三方面的任何实施方案中,所述方法可包括:降低流体的压力、使气泡从溶液中逸出,以及在低于大气压力的压力下从气泡中收集气体。
在本发明的第三方面的任何实施方案中,使气泡从溶液中逸出的步骤可包括使流体通过喷雾器。在本发明的第三方面的任何实施方案中,使气泡从溶液中逸出的步骤可包括使流体通过成核室。
在本发明的第三方面的任何实施方案中,所述方法可包括将流体引导至脱气器中,其中所述脱气器包括:具有流体入口和流体出口的脱气容器;脱气限流器,所述脱气限流器被设置在所述脱气容器上游;液体泵,所述液体泵与所述脱气容器流体连接并且位于所述脱气容器下游,所述液体泵用于通过所述流体入口将流体抽取至所述脱气容器中并且通过所述流体出口将所述流体从所述脱气容器中抽出;真空泵,所述真空泵与所述脱气容器连接,以将气体从所述脱气容器中去除;以及二氧化碳传感器,所述二氧化碳传感器设于所述脱气容器下游;以及对从所述二氧化碳传感器接收的数据做出响应以调节所述真空泵和所述流体泵的泵送速率。
在本发明的第三方面的任何实施方案中,所述脱气器可进一步包括控制单元,所述控制单元与所述二氧化碳传感器、所述流体泵和所述真空泵进行电子通信;且所述控制单元对从所述二氧化碳传感器接收的数据做出响应以自动地调节所述流体泵和所述真空泵的泵送速率。
在本发明的第三方面的任何实施方案中,作为对来自所述二氧化碳传感的、表明二氧化碳含量高于预设点的信号的响应,所述方法可包括增加所述流体泵的泵送速率或增加所述真空泵的泵送速率中的一项或多项。
在本发明的第三方面的任何实施方案中,作为对来自于所述二氧化碳传感器的、表明二氧化碳含量低于预设点的信号的响应,所述方法可包括以下一项或多项:切断所述流体泵、切断所述真空泵,以及降低所述流体泵的泵送速率或降低所述真空泵的泵送速率。
在本发明的第三方面的任何实施方案中,可控制所述流体泵的速率与透析液泵的速率成比例。
在本发明的第三方面的任何实施方案中,可以不同的流速控制所述流体泵的速率,且可变的脱气限流器可协调地改变脱气回路中的限流量以在脱气器内的维持预定压力。
在本发明的第三方面的任何实施方案中,所述真空泵的速率可被增加以提高所述脱气容器中的液体液位或被降低以减小所述脱气容器中的流体液位。
在本发明的第三方面的任何实施方案中,可以采用传感器测量所述脱气容器中的液体液位,并且控制器可调整所述真空泵的速率,以实现脱气容器中的期望液体液位。
被公开为本发明的第三方面的部分的任何特征可被单独或组合地包括在本发明的第三方面中。
附图说明
图1a显示了用于吸附剂透析的脱气模块的示意图,该脱气模块被配置为对透析液进行脱气。
图1b显示了用于吸附剂透析的脱气模块的示意图,该脱气模块被配置为允许将空气吸入系统中。
图2显示了用于吸附剂透析的脱气模块的示意图,所述脱气模块被配置为采用成核室对透析液进行脱气。
图3为显示了作为脱气容器中的绝对压力的函数、脱气器中的出口CO2浓度的图表。
图4为显示了作为系统内的流速的函数、脱气器中的出口CO2浓度的图表,该系统具有处于环境压力下的脱气器。
图5a为显示了针对透析回路中的两个位置由脱气器去除的已溶解的CO2的量的图表,其中脱气器具有位于脱气容器上游的流体泵。
图5b为显示了针对透析回路中的两个位置通过脱气器的流体的pH值变化的图表,其中脱气器具有位于脱气容器上游的流体泵。
图6a为显示了作为透析液流动回路流速函数、由脱气器去除的已溶解的CO2的量的图表,其中脱气器具有位于脱气容器下游的流体泵。
图6b为显示了作为透析液流动回路流速函数、通过脱气器的流体的pH值的变化的图表,其中脱气器具有位于脱气容器下游的流体泵。
图7为显示了作为脱气流动回路流速函数、由脱气器去除的已溶解的CO2的量的图表,其中脱气器具有位于脱气容器下游的流体泵。
图8a为显示了作为脱气流动回路中的真空度的函数、由脱气器去除的已溶解的CO2的量的图表,其中脱气器具有位于脱气容器下游的流体泵。
图8b为显示了作为脱气流动回路中的真空度的函数、通过脱气器的流体的pH值变化的图表,其中脱气器具有位于脱气容器下游的流体泵。
图9a为显示了作为脱气器入口处的CO2浓度的函数、由脱气器去除的已溶解的CO2的量的图表,其中脱气器具有位于脱气容器下游的流体泵。
图9b为显示了作为脱气器入口处的pH值的函数、通过脱气器的流体的pH值变化的图表,其中脱气器具有位于脱气容器下游的流体泵。
图10显示了与透析液中的二氧化碳相关联的泵的操作的流程图。
图11显示了与透析液中的二氧化碳相关联的泵的另一种替代性操作的流程图。
图12是脱气系统的示意图,所述脱气系统具有压力传感器以测量脱气器内的压力;且具有控制阀以将脱气容器的排气口交替地连接至空气入口过滤器、用于通过真空泵除气的排放管路或用于流体再循环的透析液流动路径。
技术方案详述
除非另有定义,否则本文使用的所有技术和科学术语通常具有与相关领域中的一般技术人员所通常理解的含义相同的含义。
本文使用冠词“a”和“an”来指代物品的语法对象中的一个或一个以上(即,至少一个)。例如,“元件”意味着一个元件或一个以上元件。
术语“盒”是指被设计成用于容纳粉末、流体或气体的、用于准备连接至装置或机构的任何容器。该容器可具有一个或多个隔室。代替隔室的是,容器还可由连接在一起以形成盒的两个或更多个模块的系统组成,其中两个或更多个模块一旦形成便可连接至装置或机构。
术语“二氧化碳传感器”是指可检测或测量液体或气体中的二氧化碳的浓度的装置。
术语“通信(communicate)”和“通信(communication)”包括但不限于系统电气元件进行直接或远程连接,用于在所述元件当中和之间进行数据传输。该术语还包括但不限于能够启用所述元件当中和之间的流体接口的系统流体元件的连接。
术语“包括”包括但不限于单词“包括”后面的任何事物。因此,术语的使用指示列出的元件是必需的或强制性的,但其它元件是选用的,并且可能存在或不存在。
术语“可连接”是指能够连接在一起用于多个目的,包括但不限于维持位置、允许流体流动、执行测量、传输功率和传输电信号。术语“可连接”可指代能够临时或永久地进行连接。
如本文使用的“连接器”和“用于连接”描述了在两个部件之间形成流体连接的概念,其中流体或气体可通过连接器或用于连接的部件从一个部件流动至另一个部件。连接器提供了其最广泛意义上的流体连接并且可包括本发明的任何一个或多个部件之间的任何类型的管道、流体或气体通道或导管。
术语“由……组成”包括并且限于词语“由……组成”后面的任何事物。因此,所述词语指示有限元件是必需的或强制性的,且可不存在其它元件。术语“基本上由……组成”包括术语“基本上由……组成”后面的任何事物以及不影响所述设备、结构或方法的基本操作的附加元件、结构、动作或特征。
“控制系统”由一起作用以使系统维持一组期望性能规范的部件的组合组成。控制系统可使用处理器、存储器和计算机部件,所述处理器、存储器和计算机部件被配置为交互操作以维持期望的性能规范。控制系统还可包括如本领域中已知的用于维持性能规范的流体或气体控制部件和溶质控制部件。
“控制阀”是用于控制液体或气体的移动的阀。当控制阀引导气体移动时,控制阀可打开或关闭以调节气体从高压气体源至较低压力的移动。
“控制器”、“控制单元”、“处理器”或“微处理器”是监测和影响给定系统的操作条件的装置。操作条件通常被指代为系统的输出变量,其中可通过调整某些输入变量影响输出变量。
“脱气限流器”是一种流动限制器,泵抽取流体使其通过该流动限制器,由此在流动限制器与泵之间流动的流体内产生减小的压力。
“脱气器”是能够去除流体中的已溶解和未溶解的气体的部件。术语“脱气器”可包括脱气容器,以及流体泵和真空泵,所述流体泵和真空泵与脱气容器连接,并且协同工作以在流过脱气容器的流体中产生真空并且将气体从脱气容器中排出。
“脱气流动回路”是流体路径的一部分,流体路径将透析液从透析液流动回路输送至脱气器并且将其返回至透析液流动回路。
“脱气膜”是半透膜,所述半透膜具有对特定气体有选择性的渗透系数使得其可特别地去除透析液中的特定气体。该膜可为本领域中已知的构造材料,所述构造材料具有用于将目标气体从透析液中去除的期望的渗透系数。
“脱气容器(degassing vessel)”或“脱气容器(degass vessel)”是脱气器的部件,并且可为具有入口、第一出口和第二出口的任何结构,透析液通过所述入口进入容器,从透析液中去除的气体可通过所述第一出口,一旦已经去除了透析液中的气体,透析液便可通过所述第二出口排出容器。
术语“可拆卸的”或“已拆卸的”是指本发明中可与本发明的系统、模块、盒或任何部件分离的任何部件。“可拆卸的”也可指代可以最少时间或工作量从较大系统中取出的部件。在某些情况下,部件可以最少时间或工作量拆卸,但在其它情况下可能需要附加的工作量。已拆卸的部件可选地可以被重新连接至系统、模块、盒或其它部件。可拆卸模块通常可为可重复使用模块的部分。
“透析液”是在透析膜的与要透析的液体(例如,血液)相对的那一侧通过透析器的流体。
术语“透析液流动回路”、“透析液流动路径”或“透析液导管流动路径”是指流体路径的任何部分,该任何部分输送透析液并且被配置为形成用于血液透析、血液滤过、超滤、血液透析滤过或超滤的流体回路的至少一部分。可选地,流体路径可含有预充步骤中的预充流体或清洁步骤中的清洁流体。
“透析”是一种类型的过滤或者是通过膜选择性扩散的过程。透析经由通过膜的扩散将特定范围分子量的溶质从待透析的流体移除至透析液中。在透析过程中,待透析的流体通过过滤膜,而透析液通过该膜的另一侧。已溶解的溶质通过流体之间的扩散被输送跨过所述过滤膜。透析液用于从待透析的流体中去除溶质。透析液也可为其它流体提供富集。
术语“透析膜”、“血液透析膜”、“血液滤过膜”、“血液透析滤过膜”、“超滤膜”通常可被称为“膜”,或可指代半透屏障,其选择性地允许特定范围分子量的血液与透析液或血液与滤液之间的溶质以任何方向扩散和/或对流地通过屏障,所述屏障将血液与透析液或血液与滤液分隔开,并同时允许膜的一侧上的血液与膜的另一侧上的透析液或滤液回路之间的扩散和/或对流传递。
术语“透析器”是指盒或容器,其具有被半透膜分隔开的两个流动路径,一个流动路径用于血液,一个流动路径用于透析液。膜可呈中空纤维、平板或螺旋缠绕的形式或本领域技术人员已知的其它常规形式。膜可选自以下材料:聚砜、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯,改性纤维素或本领域技术人员已知的其它材料。
“纤维网”是由纤维束制成的部件,其中纤维之间的间隙允许流体或气体流过该网。
“流动”是指流体或气体的运动。
术语“流动回路”是指可引导流体的移动、输送流体、与流体交换能量、修改流体的成分、测量流体的特性和/或检测流体的一组部件。流动回路包括用于使流体在其内移动的路线或路线集合。在流动回路内,可具有一个以上的路线,一定体积的流体可遵循所述路线以从一个位置移动至另一个位置。流体体积可移动通过流动回路,使得流体体积再循环,或当流体体积移动通过流动回路时,其通过相同的位置一次以上。流动回路可操作以使流体体积进入和流出流动回路。术语“流动回路”和“流动路径”通常可互换使用。
术语“限流”、“限流装置”、“限流器”和“限制器”是指元件或一组元件,其限制流体流通过所述元件或所述一组元件使得通过所述元件或所述一组元件的流动流内的流体压力在所述元件或所述一组元件上游比在所述元件或所述一组元件下游更大。限流器可为主动或被动装置。被动限流装置的非限制性实例是孔口、文丘里管、喷嘴、收缩部或是具有一定长度的管道,其具有流动横截面,当流体流过限流器时,所述流动横截面产生期望的压降,这种管道基本上是刚性的或顺应性的。主动限流器的非限制性示例是夹管阀、闸阀和可变孔口阀。
“流动感测设备”或“流动测量设备”是能够测量特定区域内的流体或气体的流动的设备。
“流体”是液体物质,其可选地具有在流体中的气相和液相的组合。显而易见,如本文所使用的液体,也因此可具有气相和液相的混合物。
术语“流体连通”是指流体或气体在系统内从一个部件或隔室移动至另一个部件或隔室的能力,或者是指连接的状态,使得流体或气体可通过压力差从一部分移动到与其连接的另一部分。
术语“可流体连接”和“流体连接”是指能够为使流体或气体从一个点流动至另一个点提供通路的能力。这两个点可在任何一个或多个隔室、模块、系统、部件和再装填器以及以上全部的内部或其间。
“流体泵”是用于在整个系统中移动流体的泵。在任何实施方案中,流体泵可在脱气容器中产生低压力,以使流体被吸入脱气容器内。在任何实施方案中,流体泵可与脱气限流器一起使用。流体泵可与真空泵一起工作以在脱气容器内产生低压力环境,而将气体从流体中分离出来。
“气体”是不同于液体、固体或等离子体的物质状态。气体可由通过一种类型的原子制成的元素分子(例如氧气、氮气)组成,并且可包括由各种原子制成的化合物分子(例如二氧化碳)。气体在诸如透析液的流体中可能被溶解或未被溶解。在较高的压力下,更多的气体会保持溶解在流体中的状态;然而,随着流体受到较低的压力,气体将从流体中析出。在本发明中,词语“任何其它气体”是指并非二氧化碳的可在透析液或透析过程中使用的任何其它流体中发现的任何气体,例如氮气和氧气。
“齿轮泵”是使用齿轮啮合产生压力来排放流体和/或气体的泵。
术语“疏水膜”是指半透多孔材料,其可允许气相物质通过膜,但是由于液态水与膜的疏水材料之间的表面相互作用,所述半透多孔材料基本上阻止液态水流通过膜。
“液位传感器”是能够确定容器中的流体液位的部件。术语“高液位传感器”和“低液位传感器”涉及到液位传感器的各自位置。
术语“颗粒过滤器”是指一种被配置为禁止由流体或溶液输送的颗粒物通过但同时允许流体或溶液通过的装置。
“收缩部”是流体流动路径的一部分,该部分的内径小于在任何流动方向上紧邻收缩部的流体流动路径的部分。与收缩部相邻的具有较大直径的部分可产生于收缩部之前或之后,且在某些情况下可能产生于收缩部之前和之后。本定义可预期的是,在收缩部的直径处的所有速率均可相对于相邻部分减小或者减小到流动路径变窄的程度。
“成核室”是具有高表面面积介质的装置,诸如过滤器、纤维网或珠粒,气体可在其上成核以形成气泡。
“操作管路”或“管路”是在系统操作时引导所使用的路径中的流体或气体的通道、导管或连接器。
“溢流浮子”是脱气容器中的部件,该部件用于阻止液体通过脱气容器中的排气口。溢流浮子的密度小于水的密度。当脱气容器中的液位升高时,溢流浮子将漂浮在液体的顶部上,最终接触并堵塞排气口。
术语“路径”、“输送路径”、“流体流动路径”和“流动路径”是指流体或气体(诸如透析液或血液)通过的路线。
“患者”或“客体”可以是任何动物物种,优选地是哺乳动物物种,可选地是人。客体可为看似健康的个人、患有疾病的个人或正治疗疾病的个人。
术语“蠕动泵”是指通过压缩弹性导管或管路以使流体被泵送地通过所述导管或管路而进行操作的泵。
术语“生理兼容流体”或“生理兼容溶液”是指可被安全地引入至活体的血液中的流体。
术语“压力计”和“压力传感器”是指用于测量容器中的气体或流体的压力的装置。
术语“脉动泵”是指其中泵送的流体具有速度和/或压力的周期性变化的泵。
术语“泵”是指通过施加吸力或压力而导致流体或气体移动的任何装置。
术语“泵送速率”和“体积泵送速率”是指泵在每单位时间内输送的流体体积。
“再循环流动路径”是一种流动路径,其被配置为使流动路径内的流体或气体可在流动路径中的同一点通过一次以上。
“传感器”是能够确定系统中的一个或多个变量的状态的部件。
术语“超滤液”是在血液透析、血液滤过、血液透析滤过或腹膜透析期间藉由对流通过渗透膜而从客体中移出的流体。本文所使用的术语“超滤液”也可指贮箱中的流体,该贮箱收集从患者体内移除的流体体积,但是此贮存器还可包括不源自客体的流体或流体集合。
术语“未溶解的气体”是指并非为溶液的一部分的气体,其包括自由气体或气泡。相比之下,“已溶解的气体”包括被溶解在诸如水或透析液的液体中的气体。
“真空泵”是用于在脱气容器中产生负压力并且从容器中去除气体的泵。
“阀”是能够通过打开、关闭或阻塞一个或多个路径来引导流体或气体的流动以允许流体或气体在特定路径中行进的装置。被配置为用于实现期望流动的一个或多个阀可被配置成“阀组件”。
“排气阀”是控制气体进出排气孔的阀。“机械排气阀”是基于外部部件(诸如阻塞或不阻塞机械排气阀的溢流浮子)来打开或关闭的排气阀。
与气体有关的术语“排气孔”是指用于允许气体从系统的限定部分中逸出的装置,例如其可以在脱气模块中被找到。
“排气管路”是用于流体、气体或其混合物的通道,其中该通道可流体连接至排气孔。
脱气模块
本发明的第一、第二和第三方面涉及一种用于去除吸附剂盒中的尿素的分解产生的气体、特别是二氧化碳的脱气器和相关系统和方法。图1a显示了根据本发明的第一、第二和第三方面的脱气模块。透析液流动的方向由箭头示出。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,脱气模块可被设置在透析回路中,优选地在吸附剂盒(图中未示出)与透析器(图中未示出)之间的某个点处。脱气模块可具有脱气流动回路,其提供平行于透析液流动回路的流体流动。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,该平行的配置允许通过脱气回路的流体流动独立于通过透析器的流体流速,使得通过脱气回路的流体流速可以小于或大于通过透析器的透析液流速。因此,该平行的配置能控制灵活地调整脱气回路的流速以实现最佳脱气,而不需要改变通过透析器的透析液流速。可替代地,在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,通过脱气模块的流体流动可被设置为与至透析器的透析液流串联。
随着透析液进入脱气模块,透析液可通过图1a中的脱气限流器13。脱气限流器13可用于限制通过脱气系统的流体的流动。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,脱气限流器13可为窄管或可为以受控方式变窄的流动路径的任何部分。例如,可通过流动路径的一部分来提供限制,该流动路径是可压垮的且具有滚筒部分(rollerportions)以产生具有变窄内径的一部分流动路径,从而限制流动。,对于本领域一般技术人员已知的用于限制流动的任何其它机械结构也是可以由本发明的第一、第二和第三方面所预期的。与脱气限流器13流体连接的流体泵12将流体抽取通过脱气限流器13,在脱气限流器13的脱气容器11这一侧产生减小的压力。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,可在脱气限流器13的脱气容器11这一侧内产生真空。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,可在脱气限流器13后面设置压力传感器(未标示)以确定脱气器中的流体的压力。重要的是,本发明的流体泵12可位于脱气容器11下游,以允许改善二氧化碳的去除。真空有助于通过将流体的压力降低到液体中已溶解气体的分压以下,而将已溶解的气体(包括二氧化碳)从溶液中抽出,可通过将流体抽取经过脱气限流器13而产生所述真空状态。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,脱气限流器不必是单独的部件。可替代的,脱气容器11的流体入口可为窄的,并因此被操作为限流器。除气泵组件15的真空泵14可通过除气管路23流体连接至脱气容器11,并且可期望地经由机械排气阀20在脱气容器11内的低压环境下将气体移出。流体通过穿过脱气容器11的基座25和穿过脱气喷雾器18进入脱气容器11。然而,本发明的第一,第二或第三方面没有特别要求流体通过基座进入或流出。脱气喷雾器18产生薄的水雾或雾气,这可通过增加与脱气容器11内的气体空间21中的低压大气接触的液体的表面积来增加已溶解的气体从溶液中的释放,以提高气体可从液体中释放出来的速率。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,流体可在除基座25之外的其它位置处进入脱气容器11。例如,流体可在脱气容器11的侧面上的位置处进入脱气容器11。脱气喷雾器18可被设于脱气容器11内,使得脱气喷雾器18高于最大流体液位26。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,脱气喷雾器18是选用的,并且并非是去除透析液溶液中的二氧化碳或其它气体所必需的。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,脱气喷雾器18中的流动限制在流体中产生足够的压力减小,脱气限流器13就不是必须的了。二氧化碳和其它气体被收集在脱气容器11的气体收集区域21,并且通过排气阀10离开脱气容器11,排气阀10设于连接器33上,连接器33与脱气容器11流体连接。虽然被描绘为三通阀,但是排气阀10可为适合于实现气体流动的期望控制的一个或多个阀的任何组合。在图1a中,阀10内被打开的路径以黑色示出。除气泵组件15的真空泵14通过除气管路23连接至脱气容器11,并且提供将气体从低压脱气容器11中移出而进入大气所需要的力。真空泵14施加的真空大于或等于液体泵12抽取流体通过限流器13而产生的真空,所述液体泵12,从而可以去除脱气容器11中积累的气体。
由于具有真空泵14,本发明的第一、第二和第三方面的脱气容器11可在低于大气压的压力下操作。通过将脱气容器11维持在低于大气压的压力下,相较于本发明的第一、第二和第三方面所述的系统不具有泵的情况,流体中的二氧化碳可更容易地去除。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,排气阀10可允许气体通过排气阀过滤器29直接离开进入大气中,如箭头30所示的。排气阀过滤器29是颗粒过滤器,其用于去除流过过滤器29的空气中的微粒物质。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,气体可通过脱气管路23到达除气泵组件15并进入大气中,如箭头24所示的。
排气阀10可为如图1a中所示的三通阀。这使得空气可以通过脱气管路23而从脱气容器11中去除,并且当流体从系统排出时还允许空气被吸入脱气流动回路中。溢流浮子19和机械排气阀20可提供用于自动关闭的机构,以防止流体通过排气阀10离开脱气容器11,但是允许在系统的填充或排放期间添加或去除空气。如果脱气容器11中的流体液位达到某一点以上,那么溢流浮子19可直接或间接阻止流体通过机械排气阀20。脱气容器11中的最大流体液位可由线26示出,而最小流体液位可由线22示出。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,可使用脱气浮子通道27来确保溢流浮子19与机械排气阀20正确地接合。脱气浮子通道27可被直接放置在机械排气阀20下面,使得当溢流浮子19上升至脱气容器11的顶部时,溢流浮子19将适当地覆盖机械排气阀20。一种替代方式是,浮子可移动执行结构使得机械排气阀20关闭。脱气浮子通道27可由诸如网状物的流体可渗透物质制成,使得流体仍然可自由地移动通过脱气容器11。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,脱气浮子通道27的功能可由穿过溢流浮子19的杆来实现,其中该杆被锚固至脱气容器11。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,溢流浮子19可通过链绳连接至执行机构(图中未示出)。如果溢流浮子19上升,那么链绳(图中未示出)可通过拉动执行机构来启动执行机构以切断或调节真空泵14和流体泵12的泵送速率。
低液位传感器17和高液位传感器16可感测脱气容器11中的流体液位。脱气容器11中的流体液位可以是由流体泵12和真空泵14独立地或共同地工作而产生的真空的函数。可根据需要调节流体泵12和真空泵14的泵送速率,以维持脱气容器11中的正确流体液位。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,低液位传感器17和高液位传感器16可与控制系统(图中未示出)进行电子通信。流体泵12和真空泵14的泵送速率可由控制系统自动调整,以维持脱气容器11中的适当的流体液位。如果脱气容器11中的流体液位接近或高于最大流体液位26,那么可增加流体泵12的泵送速率,和/或可减小真空泵14的泵送速率。如果脱气容器11中的流体液位接近或低于最小流体液位22,那么可减小流体泵12的泵送速率和/或可增加真空泵14的泵送速率。
在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,仅需要一个传感器来检测脱气容器11中的流体液位。例如,可使用超声波传感器或机械浮子确定脱气容器11中的流体液位。在本发明的第一、第二和第三方面中,本领域已知的任何其它类型的流体液位传感器也是可以想到的。
二氧化碳传感器28可确定在透析液已经通过脱气器之后透析液流动回路中存在的二氧化碳的量。流体泵12和真空泵14的泵送速率可根据从二氧化碳传感器28接收的信号进行如下文所讨论的调节,以去除透析液中的更多或更少的二氧化碳,且因此将更多或更少的二氧化碳输送至主要的透析液流动路径。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,如果二氧化碳传感器28检测到的透析液中的二氧化碳的含量高于或低于预设值,那么可自动地调整泵。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,可根据二氧化碳传感器28的输出,手动地调整泵。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,在通过脱气器之后的流体中的最佳二氧化碳浓度可在50mmHg与200mmHg分压之间、或50mmHg与120mmHg分压之间、或50mmHg与80mmHg分压之间、或70mmHg与100mmHg分压之间、或80mmHg与120mmHg分压之间、或50mmHg与200mmHg分压之间或100mmHg与200mmHg分压之间。二氧化碳传感器28可被放置在透析液流动回路中的任何地方,但优选地被放置在脱气流动路径的出口与透析器的入口(图中未示出)之间。
二氧化碳传感器和传感器在本领域中是已知的。实例包括非分散红外(NDIR)检测器(non-dispersive infrared detectors),其检测气体中的二氧化碳浓度并且可从许多制造商处购得,例如,苏格兰格拉斯哥的气体感测溶液(Gas Sensing Solutions);比色光学检测器(colormetric optical detectors)(德国雷根斯堡PreSens Precision SensingGmbH),其通过当液体中的二氧化碳的浓度变化时产生颜色变化的基底来检测液体中的二氧化碳;以及利用Severinghaus电极的传感器,例如英格兰莱斯特的Mettler Toledo的InPro CO2传感器。
脱气模块的泵可为本领域中已知的任何类型。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,流体泵12和真空泵14可为相同类型的泵。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,流体泵12和真空泵14可为不同类型的泵。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,流体泵12和真空泵14可为齿轮泵。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,流体泵12和真空泵14可为蠕动泵、隔膜泵或叶轮泵。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,流体泵12还可具有传感器31,传感器31附接至泵12以监测泵12的运行并检测磨损。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,必须选用流体泵12进行操作,以使泵入口处于以有效地除去二氧化碳所必需的低绝对压力下。
通过脱气模块的流体流动是可变的。可通过流体泵12来控制流动。在某些操作条件下,由流体泵12提供的流速可小于通过主要透析液回路的流速。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,可操作流体泵12以使通过脱气模块的流量明显大于通过主要透析液回路的流量。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,可对流体泵12进行操作,以使流体以透析液流动回路中的流速的2至3倍的速率移动通过脱气流动回路。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,可对流体泵12进行操作,以使流体以透析液流动回路中的流速的1至6倍、透析液流动回路中的流速的1至2倍、透析液流动回路中的流速的3至4倍、透析液流动回路中的流速的4至5倍或透析液流动回路中的流速的5至6倍的速率移动通过脱气流动回路。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,可可以根据要去除的二氧化碳的量自动地控制通过脱气模块的流动。
当脱气容器在真空下操作时,本发明的第一、第二和第三方面可利用真空泵14将气体从脱气容器11中去除至大气中。已知的脱气系统在允许气泡逸出的环境压力下将流体泵送至容器中。然而,提供第二泵或在本发明的第一、第二和第三方面中描述的特定泵配置中的任何一种以将脱气容器维持在真空,可能会意外地导致更多量的气体(例如二氧化碳)被去除。
在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,从脱气容器11至阀10的通道可被疏水膜(图中未示出)覆盖。该疏水膜可以防止流体通过排气口20溢出脱气容器11。这进而也保护真空泵14免受液体损坏,并且防止液体从系统中不期望的损失,同时仍然能够去除气体。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,疏水膜可设于任何适当的位置,以防止流体偶然流动到真空泵14,且由此防止流体损坏。疏水膜的一个实例是聚四氟乙烯或PTFE。然而,疏水膜可由任何材料制成。
在本发明的第一、第二和第三方面的透析系统的排放期间,可将空气吸入至系统中以排出系统的流体路径中的流体。如图1b中所示,可通过阀10将空气添加至系统中。在图1b中,以黑色示出阀10的打开的通路。空气可穿过过滤器29(其可在空气进入透析系统之前去除任何微粒物和微生物)并且通过阀10进入脱气容器11中。流体泵12可迫使此空气进入透析液流动回路(图中未示出)中。
在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,如图2中所示,脱气喷雾器的功能可由成核室32代替。成核室32容纳有高表面面积的介质,例如纤维网、过滤器或珠粒或本领域一般技术人员已知的其它配置。高表面面积提供了在此气泡可成核并收集以形成更大的气泡的位置,从而使除气效率更高。随着流体进入脱气容器11,气泡上升地通过流体,并且收集在类似于图1a中所示的气体收集区域21。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,成核室32可被放置在脱气容器11内,使得当流体通过脱气容器11时,流体也通过成核室32,且气泡一旦从成核室32中的高表面面积介质中释放出来便立即被收集在脱气容器11的气体收集区域21中。
在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,可使用成核室和脱气喷雾器两者。这种布置可进一步帮助气体从溶液中释放出来以收集在脱气容器11的顶部处。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,可仅使用脱气成核室或脱气喷雾器中的一个。
图3显示了对于各种CO2入口浓度(表述为分压)作为脱气容器中的绝对压力的函数的脱气器出口处的CO2出口浓度(表述为分压)。标记为130的框是理想操作的CO2浓度,其被表示为分压,在50mmHg与120mmHg之间。图1和图2中所示的脱气容器11中的绝对压力是流体压力和真空压力的函数,流体压力由流体泵12的泵送速率确定,真空压力由真空泵14的泵送速率确定。通过控制这两个泵,可精确地控制脱气容器11中的压力。如图3中所示,对于大范围的入口CO2浓度和透析液流速本发明的第一、第二和第三方面的脱气器能够去除足够的CO2以在脱气器的出口处产生50mmHg与120mmHg之间的CO2浓度。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,60mmHg与200mmHg绝对压力之间的脱气容器压力可允许在一定范围的入口CO2浓度和透析液流速下进行最佳的CO2去除。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,40mmHg与2000mmHg、40mmHg与300mmHg、40mmHg与100mmHg、80mmHg与150mmHg、120mmHg与250mmHg或200mmHg与300mmHg之间的脱气容器压力可允许最佳的CO2去除。对于测得的整个范围内的入口CO2浓度和流速,可以通过调整这两个泵的泵送速率以达到必要的脱气容器压力,来获得期望的CO2出口浓度。在本发明的第一,第二或第三方面的任何实施方案中,如果CO2浓度低于下限,那么可切断真空泵。在此情况下,脱气容器中的压力将与透析液流体的压力相同,可达2000mmHg。
图4提供了在环境压力下操作的已知系统的比较数据,其显示了系统的出口CO2浓度(表述为分压),如本发明的第一、第二和第三方面,该系统没有采用真空泵。由于已知的系统没有采用真空泵,且已知的脱气容器不能在低绝对压力下操作,所以CO2的移除量受限于在脱气容器中维持足够的压力以排放所释放的气体的需要。从图4中可看出,当CO2的入口浓度约为200mmHg或更低时,不具有处于真空状态下的脱气容器的脱气器仅可操作以获得50mmHg与120mmHg之间的出口CO2浓度。
如图5和6中所示,在脱气容器下游添加流体泵对于本发明的第一、第二和第三方面可能是重要的。通过将流体泵放置在脱气容器下游,提高了去除CO2的效率。图5a显示了不在真空下操作脱气容器通过被放置在脱气容器下游的流体泵从透析液中去除的CO2量。图5b显示了同一系统中的pH的变化。与之相反,图6a和6b显示了对于150mL/min至500mL/min的透析液流动回路流速来说,在脱气容器下游添加了流体泵的相同的系统中去除的CO2的量以及对pH的影响。从图6a和6b中可看出,通过将流体泵添加到下游位置,基于该透析液流速,可去除1/3-2/3的CO2。与之相反,如图5a和5b中所示,当流体泵被放置在脱气容器上游时,去除的CO2极少。
从图5中可看出,脱气器相对于微生物过滤器位于其上游或其下游不会改变去除的CO2量。所描述的位于微生物过滤器上游的脱气器的配置可在透析液到达微生物过滤器之前从透析液中去除气体,且由此有利地减少微生物过滤器中的气体积累。
图7显示了作为通过脱气流动回路的流速的函数所去除的CO2的量。在图7中所示的所有测试中,透析液流速均为600mL/min。如图所示的,随着通过脱气流动回路的流速的增加,所去除的CO2量可增加。
图8a和8b显示了作为脱气流动回路中绝对压力的函数所去除的CO2的量和对pH的影响。在这些试验中,透析液流速和脱气流速恒定保持在300mL/min。可看出,随着脱气流动回路中的绝对压力降低,更多的CO2被去除。如图8a和8b所示,脱气流动回路压力可与出口CO2浓度呈线性关系。脱气流动回路中的压力且特别是脱气容器中的压力可能受到流体泵和真空泵动作的影响,其中流体泵抽取流体通过脱气限流器,真空泵用于将释放的气体从脱气容器中去除。当脱气容器在基本上低于环境的压力下操作时,真空泵的动作允许释放的气体从脱气容器中排出。这进而可允许去除额外的二氧化碳。
出口CO2浓度可取决于入口CO2浓度、脱气流动回路内的流体压力,以及通过透析液流动回路和脱气流动回路的流速。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,透析液流动回路和脱气流动回路可并联或串联操作。图9a和9b显示了所去除的CO2的量和对pH的影响随着入口CO2浓度的不同而变化。在所有试验中,通过透析液流动回路和脱气流动回路的流速被保持在300mL/min,且脱气回路流体压力被恒定保持在630mmHg真空度。可以看出,出口CO2浓度不会明显受到入口CO2浓度显著变化的影响。尽管入口CO2浓度发生了变化,但是在所有情况下,出口CO2浓度均降低到75-85mmHg。
图10显示了流程图,其解释了与接受自CO2传感器的数据相关的本发明的第一、第二和第三方面的真空泵和流体泵的操作的一个非限制性实施方案。在图10中,可同时操作真空泵和液体泵。从CO2传感器111接收的数据被传输至控制单元112。如果由CO2传感器检测到的CO2浓度在期望范围117内,那么控制单元112可以相同的方式113继续操作泵。如果CO2传感器检测到的CO2浓度过低118,那么控制单元可进行两种选择中的任一种。控制单元可使流体泵降低脱气流动回路中的流速114,从而使得脱气回路中的流体的绝对压力增加,且由此减少由脱气器去除的CO2量,如图3和7所示。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,步骤114可替代地涉及将流体泵完全切断,由此停止从透析液中去除CO2。可替代地,控制单元可降低真空泵的泵送速率或完全切断真空泵115。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,作为对表明CO2含量过低的信号的响应,可同时执行步骤114和步骤115。降低真空泵的泵送速率或完全切断真空泵将导致从脱气容器中去除更少的气体。如果由CO2传感器检测到的CO2浓度太高119,那么控制单元可使流体泵增加通过脱气流动回路的流速116,且由此增加由脱气器去除的CO2量,如图3和7所示。当通过流体泵的流量增加时116,控制单元可增加真空泵的泵送速率110,以更多地去除从溶液中释放的气体,同时可使在脱气容器内的压力降低的情况下,能够在脱气容器中维持适当的流体液位,并去除更多的CO2。可响应于作为对表明CO2浓度太高的信号的响应,可同时执行步骤116和110。不管响应于由CO2传感器接收到的数据所采取的动作,可连续监测透析液中的CO2浓度,如箭头120所表示的,且随着透析液中的CO2浓度变化,可对流体泵的速率进行进一步调节。在图10中描绘的本发明的第一、第二和第三方面的实施方案中,除了步骤115之外,真空泵可连续地运行,以随着CO2的积累从脱气容器中排出CO2。
图11显示了图10中所示的实施方案的本发明的第一、第二和第三方面的替代实施方案,其中真空泵和流体泵交替运行。可操作流体泵以抽取流体通过脱气流动回路。显示透析液中的CO2浓度的数据被从CO2传感器121发送至控制单元122。当透析液中的CO2浓度高于期望范围123时,可如上文所解释般操作流体泵以去除透析液中的CO2。随着流体泵的操作,可持续监测CO2浓度,如箭头128所示。一旦CO2浓度降低到期望范围127,控制单元可切断124流体泵。同时,可开启125真空泵以去除已经被收集在脱气容器中的气体。当流体泵关闭时,透析液中的CO2浓度将增加(这是由于透析液未被引导通过脱气器),并且将如箭头129所示的进行监测。当CO2浓度上升126至预设点123时,流体泵可再次运行且真空泵被切断。
在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,控制系统可基于透析液中的初始二氧化碳浓度来设置真空泵和流体泵的初始泵送速率。例如,如果透析液中的初始二氧化碳浓度为415mmHg分压,那么可将流体泵和真空泵设定为维持脱气容器中的绝对压力为100mmHg。如图3所示,这将使得出口CO2浓度在50mmHg至120mmHg分压之间。在操作期间,如果二氧化碳的浓度降低到117mmHg分压,那么控制系统可如上文所述的改变流体泵和/或真空泵的泵送速率,以在脱气容器中维持190mmHg的绝对压力。如图3所示,这将使二氧化碳的浓度保持在50mmHg以上分压的水平。
在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,脱气器可位于紧随吸附剂盒之后的流体流动路径中。然而,脱气器的位置不限于任何一个位置。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,脱气模块可位于吸附剂盒与透析器之间的其它位置。
为了使本发明的第一、第二和第三方面的透析系统的使用更为容易,阀和泵可由可编程控制器或计算机系统来操作,可编程控制器或计算机系统可被编程为调节通过泵和阀并进出贮箱的流动。具有光学传感器、光电管(photocell)、磁传感器或其它流动感测设备的转子流量计(rotometer)或涡轮机可检测通过脱气系统中任何两个点的流体流动。例如,可采用光学流体流动装置测量流动,其中所述装置包括光学流体压力测量装置,所述光学流体压力测量装置具有位于贮箱之间、连接器中或阀或阀组件中的任何一个流动路径中的传感器。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,上述光学流体传感器可连接至与光电解调器相关联的干涉仪,其具有表示两个感测区域之间的压力差的输出信号。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,流动感测设备可具有伸入至流体流动路径中的流动响应元件以及与该元件相关联的位置传感器,所述位置传感器响应于流体流动而检测流动响应元件的位置变化。流动响应元件可由具有本领域一般技术人员已知的期望特性的多种材料制成。
读者请参阅图8a和图9a,图8a表明了脱气器中的压力与已经通过脱气器的流体中的已溶解的二氧化碳的浓度之间的关系,图9a表明了当进入脱气器的流体中的二氧化碳浓度增加了一倍以上时,已经通过脱气器的流体中的二氧化碳浓度恒定地维持在窄小的范围内。如图8a和图9a中所说明的,脱气器的操作压力可用于控制流出脱气器的流体中的二氧化碳的浓度。
参考图12,其描述了:如何通过将脱气器中的操作流体压力控制为预定水平来控制透析液中已溶解的二氧化碳的浓度。血液如箭头51所示的进入透析器50,且如箭头52所示的流出透析器50。在透析液流动路径55中再循环的透析液在连接器54处进入透析器50,且在连接器53处带着已经从血液中移出的尿素流出透析器50。透析液泵49泵送透析液通过阀47并通过吸附剂盒48,在吸附剂盒48中尿素通过交换过程而被从透析液中去除,其导致当透析液流过吸附剂盒48时,二氧化碳被添加至透析液中。流出吸附剂盒48的透析液在流体泵12的作用下通过入口管路65进入脱气系统中。透析液通过脱气限流器67,在此流体压力由于透析液流过脱气限流器67发生的压降而降低。透析液进入脱气容器68并通过可选的喷雾器18,喷雾器18用于增加液体的表面面积,且由此增加已溶解的二氧化碳从流体中释放出而进入脱气容器68顶部的气体空间21的速率。二氧化碳气体被收集在气体空间21中,且已脱气的流体被收集在液体空间11中。液体中的气泡上升以被收集在气体空间21中,液体流出脱气容器68的基座25并通过流体泵12,且通过返回管路66返回至再循环透析液流动路径55。
已释放的气体可在出口连接器33处流出脱气容器68,且通过排气管路63到达排气阀40,并通过流出管路42到达流出阀41。在脱气期间,流出阀41引导流动路径通过除气管路64到达除气设备15。真空泵14将气体从脱气容器68的低压环境中抽出,并将气体通过脱气出口管路43泵出。脱气出口管路43可选地连接至排放管路46。将脱气出口管路43连接至排放管路46消除了除气泵14的噪音,且引导任何冷凝的水蒸气通过排放管路46和连接器59而到达贮箱60。已去除的气体通过排气孔58从贮箱60中流出。
液位传感器61可测量脱气容器68中的液体液位26。液位传感器61可为超声波传感器。液位传感器61可为检测磁浮子高度的簧片开关阵列。液位传感器61可为霍尔效应传感器阵列。当液位传感器61检测到流体液位26低于预定水平时,可增加除气泵14的速率以增加液体液位26。当液位传感器61检测到液体液位26高于预定水平时,可减小除气泵14的速率。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,除气泵14可用作防止空气或液体通过脱气出口管路43返回至脱气器的止回阀,但是可允许气体通过脱气出口管路43从脱气器中流出,包括当除气泵断电或关闭时。当进入透析液流动路径55的液体导致压力增加时,在预充期间,空气可通过出口连接器33、排气管路63、排气控制阀40、脱气流出阀41和除气设备15以及脱气出口管路43而从透析液流动路径中55迅速排出,以当气体空间21中的压力大于大气压力时,迫使脱气容器68的气体空间21中的空气通过出口连接器33。
当液体通过排放阀47、排放管路46和连接器59被从再循环透析液流动路径55中排放至贮箱60时,排气阀40可切换至过滤器29且空气可如箭头45所示的被吸入脱气容器68中。过滤器29可具有排除微生物和微粒的一定的孔径以防止在吸入空气时污染系统。
在透析系统的冲洗、清洁和消毒期间,脱气容器68可完全充满液体,且液体可通过出口连接器33流出、通过排气管路63、排气控制阀40和脱气流出阀41到达再循环管路44。此流动路径使得清洁和消毒溶液(包括热水、加热的柠檬酸溶液和漂白剂的非限制性实例)能够再循环地通过出口连接器33、排气管路63和排气控制阀40。以此方式,微生物污染物和生物膜可在脱气容器68中以及当从系统中排出液体时还在用于将空气引入系统的流动路径中减少至最低程度。
在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,限流器67可具有固定的限制,或可包括压力调节器,所述压力调节器随着流体泵12的泵送速率的改变而改变限流量,以使流出限流器的透析液中的预定压力维持在流体泵12的操作速率的范围内。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,可控制由限流器67引起的限制量以在通过脱气器的流体中实现预定压力。
压力传感器62可测量脱气系统中的流体压力。压力传感器62可设于脱气容器上并且可测量液体或气体中的压力。压力传感器62可位于脱气器中介于限流器67与流体泵12之间的任何位置处。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,从压力传感器62获得的压力测量值可用于调整限流器67的限制以在脱气系统中获得预定压力。在本发明的第一、第二和第三方面的任何实施方案中,可控制流体泵12的速率以在脱气系统中实现的预定流体压力。如果由压力传感器测得的流体压力高于预定压力,那么可增加流体泵12的速率以降低脱气器中的流体压力。如果由压力传感器62测得的流体压力低于预定流体压力,那么可减小流体泵12的速率以增加脱气器中的流体压力。
在图12中,可在本发明的第一,第二或第三方面的任何实施方案中采用替代的控制方案,其中气体空间21中的压力可由除气泵14控制。气体空间21中的压力可由压力传感器62测量,且控制器可调整除气泵14的速率以将气体空间21中的压力保持在预定水平。在此替代控制方案中,可增加流体泵12的速率以降低脱气容器68中的液体液位26,或可降低流体泵12的速率以增加脱气容器68中的液体液位26。在此方案中,来自液位传感器61的液体液位测量可用于确定流体泵12的速率是应当增加还是降低。本领域技术人员将注意到,流体泵12的速率可维持在恒定的速率,同时增加由限流器67引起的限流量以降低脱气容器68中的液体液位26,或降低由限流器67引起的限流量以增加脱气容器68中的液体液位26。
对于本领域技术人员显而易见的是,可根据具体操作需要,在透析系统中进行各种组合和/或修改和变化。另外,被说明或描述为本发明的方面的部分的特征可单独地或组合地包括在本发明的方面中。
Claims (21)
1.一种用于透析的脱气系统,其特征在于,包括:
脱气容器,所述脱气容器具有流体入口和流体出口;
脱气限流器,所述脱气限流器与脱气容器的入口流体连接;
流体泵,所述流体泵与所述脱气容器流体连接并且位于所述脱气容器的下游,所述流体泵用于将流体经由所述流体入口抽取至所述脱气容器内,并将所述流体经由所述流体出口从所述脱气容器内抽出;以及
真空泵,所述真空泵与所述脱气容器连接,用于将气体从所述脱气容器中去除;
其中所述脱气系统定位在脱气流动回路中,且其中所述脱气流动回路与通过透析器的透析液流动回路流体连接,并且平行于所述透析液流动回路;并且其中所述脱气流动回路中的流体的流速可独立于所述透析液流动回路中的通过透析器的流体的流速而被操作。
2.根据权利要求1所述的脱气系统,还包括脱气喷雾器和成核室的至少其中之一,其中所述脱气喷雾器在脱气容器的流体入口处设于脱气容器内,以使通过所述流体入口进入脱气容器的流体经过所述脱气喷雾器;所述成核室设于脱气限流器与脱气容器之间或者设于所述脱气容器内。
3.根据权利要求2所述的脱气系统,其中选定的所述成核室包括玻璃珠、纤维网和过滤器中的一个或多个。
4.根据权利要求1所述的脱气系统,还包括设于所述脱气容器下游的二氧化碳传感器。
5.根据权利要求1所述的脱气系统,还包括设于所述脱气限流器与流体泵之间的压力传感器。
6.根据权利要求1所述的脱气系统,其中所述脱气限流器还包括压力调节器。
7.根据权利要求4所述的脱气系统,还包括:控制单元,所述控制单元与二氧化碳传感器、真空泵和流体泵进行电子通信。
8.根据权利要求7所述的脱气系统,其中所述控制单元对从所述二氧化碳传感器接收的信息做出响应以自动地调节流体泵或真空泵的泵送速率。
9.根据权利要求5所述的脱气系统,还包括:控制单元,所述控制单元与所述压力传感器以及与所述流体泵、真空泵或限流器中的至少其中之一进行电子通信。
10.根据权利要求9所述的脱气系统,其中所述控制单元对从所述压力传感器接收的信息做出响应以自动地调节流体泵或真空泵的泵送速率。
11.根据权利要求9所述的脱气系统,其中所述控制单元自动地调整由所述脱气限流器引起的限流量。
12.根据权利要求1所述的脱气系统,还包括排气阀,所述排气阀被定位在连接器上,其中所述连接器与所述脱气容器连接,并且其中气体可通过所述排气阀流进或流出所述脱气容器。
13.根据权利要求12所述的脱气系统,其中空气可通过所述排气阀进入脱气容器内并且通过脱气容器的流体端口流出。
14.根据权利要求1所述的脱气系统,其中所述流体泵和真空泵是齿轮泵、蠕动泵、膜泵和叶轮泵中的至少其中之一。
15.根据权利要求1所述的脱气系统,还包括:所述脱气容器中的一个或多个传感器;其中所述一个或多个传感器检测所述脱气容器中的流体液位;
其中如果所述一个或多个传感器检测到脱气容器中的流体液位高于第一预设点,那么增大流体泵的泵送速率和/或降低真空泵的泵送速率;以及
其中如果所述一个或多个传感器检测到脱气容器中的流体液位低于第二预设点,那么降低流体泵的泵送速率和/或增大真空泵的泵送速率。
16.根据权利要求1所述的脱气系统,其中所述流体泵和真空泵能够在所述脱气容器中产生介于60mmHg与200mmHg之间或60mmHg与100mmHg之间或80mmHg与150mmHg之间或100mmHg与200mmHg之间的绝对压力。
17.根据权利要求8所述的脱气系统,其中所述控制单元对来自于所述二氧化碳传感器、表明二氧化碳浓度高于预设点的信号做出响应,以被配置为自动地进行以下各项的至少其中之一:
a.增大所述流体泵的泵送速率;
b.增大所述真空泵的泵送速率。
18.根据权利要求8所述的脱气系统,其中所述控制单元对来自于所述二氧化碳传感器、表明二氧化碳浓度低于预设点的信号做出响应,以被配置为自动地进行以下各项的至少其中之一:
a.关闭流体泵;
b.关闭真空泵;
c.降低流体泵的泵送速率;
d.降低真空泵的泵送速率。
19.根据权利要求8所述的脱气系统,还包括:排气管路,其中所述排气管路与再循环管路流体连通。
20.根据权利要求19所述的脱气系统,其中流体可通过所述排气管路和排气阀再循环至再循环管路。
21.根据权利要求20所述的脱气系统,其中通过排气管路和排气阀再循环的流体是用于清洁或消毒的流体。
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