CN108601876A - 用于输送溶解气体和脱气医用流体管线的方法和系统 - Google Patents
用于输送溶解气体和脱气医用流体管线的方法和系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了用气体灌注医用液体的方法和系统,该系统包括:气源、真空泵、温控容器,该温控容器包括耦合到所述气源和所述真空泵的流体储存器、加热和冷却系统以及超声波仪;以及控制器,其被配置为通过启动所述真空泵来使所述流体储存器中的液体脱气,通过经由第一流体管线将气体从气体源释放到流体储存器中来对所述流体储存器中的所述液体进行再供气,以及通过第二流体管线将来自所述流体储存器的所述再供气的液体输送至导管。
Description
版权声明
本专利文件的公开内容的部分包括受版权保护的材料。在专利文献或专利公开内容出现在专利和商标局专利文件或记录中时,版权所有人不反对任何人对专利文献或专利公开内容进行传真复制,但在其他方面保留所有版权。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年12月21日提交的题为“用于输送溶解气体的方法和系统”的美国临时申请第62/270,216号的优先权,其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本申请涉及用于通过动脉系统直接输送规定量的含有溶解的医用气体的液体的系统和方法,并且减轻了在插入身体之前在医疗过程期间无意中注射空气的危害,特别是当用流体冲洗管线时。
背景技术
在许多临床状况中,为了治疗目的,希望将气体给予患者。例如,可以为了增加患者血液内氧气的分压的目的来将氧气递送给患者。在某些情况下,可使用充氧器将氧气直接给予患者的血流。充氧器的实例包括在美国专利3,934,982和4,440,723中公开的那些充氧器。充氧器将含氧气体与血液结合并将充氧血液返回血管或血源。给予氧气可以在减轻患者症状和帮助保持器官功能方面提供益处,然而,患者的一个或多个器官的细胞的代谢状态可保持正常或高于正常。
无意地将空气注入体内,特别是进入动脉循环,即使以非常少的量注入也会导致破坏性并发症。清除将要插入的医疗装置(例如支架、线圈)中的空气以及用于随后将流体注射到动脉中的管道的常规准备是特别有问题的,因为小气泡粘附到管道的壁上,并且必须通过抖动管同时冲洗管并保持远端向上,同时确认已经从管中冲洗出气泡来逐出小气泡。对于复杂的不可视的装置和管道,这更成问题。
已经显示低温可减少对器官如心脏和/或大脑的代谢需求。低温还可以通过防止不希望的细胞死亡或损伤扩散而对患者的器官提供保护作用。一种诱导心脏或整个身体低温的方法是通过使用插入血管并用于冷却流过血管的血液的热交换导管。
现有装置没有结合提供气体和通过血流引起低温的益处。因此,本领域仍然需要改善患有器官功能受损患者的器官保存。
发明概述
本申请提供了系统和非暂时性计算机可读介质,其包括用于以规定方式输送含有溶解的、临床上有用的医用气体的液体的计算机程序代码。
一个实施方案包括用于用气体输注医用液体的系统。该系统包括:气源;真空泵;温控容器,该温控容器包括耦合到气源和真空泵的流体储存器、加热和冷却系统以及超声波仪;以及控制器,其被配置为通过启动真空泵来使流体储存器中的液体脱气,通过经由第一流体管线将气体从气体源释放到流体储存器中来对流体储存器中的液体进行再供气,通过第二流体管线将来自流体储存器的再供气的液体输送至导管。
控制器可以进一步配置为通过使得加热和冷却系统加热流体储存器并且启动超声波仪来来对所述流体储存器进行声波处理而使所述流体储存器中的液体脱气。控制器还可以被进一步配置为通过使所述加热和冷却系统冷却所述流体储存器并且启动所述超声波仪来对所述流体储存器进行声波处理来对所述流体储存器中的液体进行再供气。气体可以包括选自氧气、二氧化碳和一氧化氮的气体。该系统还可以包括检测气泡、气体浓度和液体温度的传感器。
在一个实施方案中,该系统还包括用安全气体冲洗第一流体管线和第二流体管线的装置。安全气体可能是一种代谢迅速,溶解度高,无毒的气体。安全气体可以包括选自二氧化碳和氧气的气体。该系统的另一个实施方案可以包括控制器,该控制器进一步被配置为在所述液体脱气之后用所述液体冲洗所述第一流体管线和所述第二流体管线。
非暂时性计算机可读介质包括用于通过启动真空泵来对流体储存器中的液体进行脱气的计算机程序代码,所述流体储存器耦合到气体源和真空泵,并且被包括在温控容器中,温控容器包括加热和冷却系统以及超声波仪。非暂时性计算机可读介质还包括用于通过经由第一流体管线将气体从所述气体源释放到所述流体储存器来对所述流体储存器中的所述液体再供气的计算机程序代码,以及用于经由第二流体管线将来自流体储存器的再供气的液体输送至导管的计算机程序代码。
非暂时性计算机可读介质可以进一步包括用于通过使得加热和冷却系统加热流体储存器并且启动超声波仪以对流体储存器进行声波处理来对流体储存器中的液体进行脱气的计算机程序代码。在另一个实施方案中,非暂时性计算机可读介质可以进一步包括用于通过使得所述加热和冷却系统能够冷却所述流体储存器并且启动所述超声波仪来对所述流体储存器进行声波处理来对所述流体储存器中的液体进行再供气的计算机程序代码。气体可以包括选自由氧气、二氧化碳和一氧化氮组成的组的气体。根据又一个实施方案,非暂时性计算机可读介质可以进一步包括用于检测液体的气泡、气体浓度和温度的计算机程序代码。非暂时性计算机可读介质还可以包括用于在对气体进行脱气之后用液体冲洗第一流体管线和第二流体管线的计算机程序代码。
附图说明
在附图的图中示出了本发明,这些附图旨在是示例性的而非限制性的,其中相同的参考标记意在指代相同或相应的部分。
图1描绘了根据本文公开的系统的至少一个实施方案的系统图。
图2描绘了淡水中氧气溶解度的图表。
图3描绘了根据本文公开的方法的至少一个实施方案的方法的流程图。
图4描绘了氧分压与氧含量的图表。
图5描绘了根据在此公开的系统的至少一个实施方案的另一系统图。
发明详述
现在将在下文中参考形成其一部分的附图更全面地描述主题内容,并且附图以举例说明的方式示出可以实践本发明的示例性实施方案。然而,主题可以以各种不同的形式来体现,因此,所涵盖或要求保护的主题旨在被解释为不限于在此阐述的任何示例实施方案;提供示例实施方案仅仅是说明性的。应该理解,在不脱离本发明的范围的情况下,可以利用其他实施方案并且可以进行结构改变。同样,希望要求保护或涵盖主题的合理范围。除其他之外,例如,主题可以体现为方法、装置、组件或系统。因此,实施方案可以例如采取硬件、软件、固件或其任何组合(除了软件本身之外)的形式。因此,下面的详细描述并非意在限制。
在整个说明书和权利要求书中,除了明确指出的含义之外,术语可具有在上下文中暗示或暗示的细微含义。类似地,如本文所使用的短语“在一个实施方案中”不一定指代同一实施方案,并且在此使用的短语“在另一个实施方案中”不一定指代不同的实施方案。例如,所要求保护的主题全部或部分地包括示例性实施方案的组合。
本申请解决了能够在灌注组织区域的动脉中通过导管以溶解状态并且以已知浓度向人体组织输送关键气体的医疗需求。可通过这种方式提供主要代谢活性气体,如氧气(O2)、二氧化碳(CO2)和超短半衰期生物信使分子气体如一氧化氮(NO)等。一个实施方案包括通过在具有低血流状态的缺血组织中(心肌梗塞、脑缺血等)以高分压在低粘度流体中递送浓缩量的O2而在动脉内(IA)治疗期间显著增加向缺血组织输送O2。
因此,可以提供流体输送装置以显著增加溶解在可被输送到患者动脉中的流体中的O2的量。该装置可首先使注入流体/液体储备脱气,将其例如氮气(N2)和O2气体汽提。这优选通过加热,真空(例如亨利定律)或两者的组合在有或没有搅拌的情况下(例如,超声波处理等)来完成。然后流体/液体可以用例如100%的氧气进行再供气。这种流体-气体混合物可以被认为是单饱和流体,因为流体在该温度和压力下的所有可能的气体溶解度被单一气体吸收。额外的O2可以在增加的压力和冷却下溶解。可以重复该过程来提高液体中所含的O2的总量。通常血液中不含血红素的液体只携带3%的氧气,不足以维持生命。然而,使用本申请中描述的方法,由非血红素流体/液体携带的O2的量可显著增加,以有意义地有助于支持组织活力。另外,这些方法与降低O2需求的低温治疗结合使用,并且额外的流体降低血液粘度的效果也增加了输送的O2。这些因素协同作用以增加水(H2O)或其他流体/液体的O2含量,所述流体/液体可以从临床有用量的3%的基线注射至组织所需O2的50%至超过100%。
在替代实施方案中,可以提供流体输送装置以显著增加溶解在可输送到患者动脉中的流体中的NO的量。
在本发明的另一个实施方案中,提供了一种冲洗装置,用于用氧气(O2)有效地冲洗流体输送装置,所述氧气(O2)可以安全地注射,并且快速代谢O2,其代替有例如80%氮的大气空气。在输注流体之前,冲洗装置可以用O2或CO2冲洗要与患者连接的远端管线。冲洗装置也可以与流体输送装置分开使用。在这样的配置中,冲洗装置可以包括:连接器,气体微孔过滤器和阀门,阀门确保用管线中的O2对所有之前与室空气相关的N2的安全,完整和有效的替换。然后,该管线可以在插入患者之前与流体管线连接。
在本发明的又一个实施方案中,提供了一种冲洗装置,其用于用CO2有效冲洗流体输送装置,CO2是可安全注入且高度可溶的CO2,其替代有例如80%的氮气的大气空气。冲洗装置包括连接器、气体微孔过滤器和阀门,阀门确保用O2或CO2气体对所有N2气体的安全,完整和有效的替换。所公开的一个或多个实施方案也适用于非医疗用途,例如清除水管线中的空气。
参照图1,在一个实施方案中,系统包括能够对医用溶液(流体/液体)进行脱气并且用目标气体对溶液进行再供气的装置,同时考虑到溶液、气体类型、温度和压力以及可能的组织血流量特性和需求。然后可以将这种气体饱和溶液灌注到动脉中进行医学治疗。流体的脱气可以以多种方式进行,包括:A)加热搅拌,B)使用抽气器进行真空脱气,C)使用气液分离膜的真空脱气,D)通过氦气吹扫脱气,以及E)冷冻-泵-解冻循环。所有这些方法都可以使用,并且可以根据所使用的气体和溶液在特定的临床适应症中使用。如图2所示,在有或没有冷却和压力的情况下使用脱气和再供气可以用来增加溶解的气体量。
在图1所示的实施方案中,提供了自动(程序控制器或计算机)脱气器和医用气体再供气器,其包括与以下的结合:医用气瓶与调节器102,真空泵104,带螺线管106的单向阀,与螺线管108A,108B,108C的控制器连接,热绝缘容器110,具有气体/生理层112的可折叠流体储存器,三通阀114(包括来自流体储存器112的连接和气体/真空和流体路径,利用螺线管),流体管线传感器116(气泡检测器、气体测量和温度),例如耦合到邻近于114(邻近流体储存器112)的流体管线传感器和耦合到邻近流体储存器112远侧的124(流体到导管的通路)的第二流体管线传感器,控制器122(包括电源),连接到控制器122的超声波仪118,包括温度传感器并通过从螺线管到到控制器122的连接与计算机连接的加热器/冷却器120,带有螺线管126的三通阀以及到导管124的流体路径,导管124可以包括连接到导管系统的连接器。
控制器122可以是微控制器或处理器,其可以被编程为控制流体储存器112中的医疗溶液的脱气、再供气、加热/冷却和超声处理。控制器122可配置为控制通过到螺线管108A和108B的控制器连接与阀106和114相关联的螺线管,以建立从真空泵104(用于脱气)和带有调节器102的医用气瓶(用于再供气)到流体储存器112的路径。医用气瓶102的调节器可以限制流体容器112中允许的气体压力量。流体容器112容纳在热绝缘容器110内,该容器110包括加热/冷却室并且连接到流体通路(从具有调节器102的医用气瓶到导管)和超声波仪118。基于来自流体内嵌式传感器116的读数,超声波仪118和加热器/冷却器120可以与具有调节器102的医用气瓶一起启动以将流体储存器112中的医用液体供气至期望的气体浓度。一旦医用液体达到所需的气体浓度,控制器122就可以用连接件108C控制阀126以将气体饱和溶液输送到通往导管124的流体通路。
图3呈现由微控制器执行的方法的流程图,该方法用于控制用医用气体浓缩医用液体以输送至导管线路。在步骤202,微控制器可以接收表示与流体储存器的连接的信号。流体储存器可以包括无菌医疗溶液或液体,诸如盐水。
然后,微控制器可以开始自诊断,步骤204。自诊断可以包括建立与流体通路阀的螺线管往返于流体储存器的通信或电子信令,并且建立与耦合到流体储存器的流体通路的传感器的通信或电子信令。在步骤206开始脱气过程。脱气过程可以包括去除气体,加热,以及对医用液体进行超声处理。微控制器可以打开流体储存器和真空泵之间的通路。微控制器然后可以使真空泵从流体储存器中去除空气。当控制器经由气泡传感器检测到连续的流体或者医用液体没有气泡时,可以停止真空。控制器可以开启加热器和超声处理装置,直到在预定时间段(例如,90分钟或更长)内医用液体达到给定温度,例如50℃。控制器可以再次打开流体储存器和真空泵之间的路径,以从流体储存器去除额外的空气,直到气泡传感器识别出连续的流体。
在步骤208中,医用气体对医用液体再供气。微控制器可打开流体储存器和医用气体源之间的通路,以将医用气体充气,泵送或释放至流体储存器直至达到调节器确定的压力(例如1.25个大气压)。微控制器可启动冷却器和超声处理装置,直到医用液体的温度在预定时间段(例如,三小时或更多)内为给定温度,例如-2℃。微控制器可以再次打开流体储存器和真空泵之间的路径,以从流体储存器移除任何未溶解的附加气体,直到气泡检测器识别出连续流体。
内嵌式传感器可以耦合到流体储存器以测量医用液体中的医用气体浓度。在步骤210中,微控制器确定医用液体中的医用气体的目标浓度是否已经达到。如果尚未达到目标浓度,则可以重复步骤206和208,直到内嵌式传感器指示处于目标浓度的气体浓度。
当微控制器确定已达到目标浓度时,在步骤212,微控制器连接通路以允许气体饱和医用液体从流体储存器流到导管。微控制器可继续冷却或保持医用液体处于预定的冷却温度。在允许液体流到导管之前,微控制器可以从耦合到与流体储存器连接的流体通路的传感器取回数据读数,以确保医用液体中没有气泡并且液体的温度处于预定的冷却温度,步骤214。一旦流体准备就绪,就可开始使用制备的医用液体输注。
本文公开的系统可以与美国专利号8,343,097中公开的Hybernia冷却导管系统组合使用或结合使用,该专利通过引用并入本文。它也可以与常规导管一起使用,或者与用以不同方式测量血流量的导管一起使用。此外,虽然最初设想用于动脉循环,但可以理解的是其可用于静脉循环(例如O2或药物递送至肺部、右心脏,或在静脉回流灌注(冠状静脉窦回流-灌注))。
本文公开了氧气被溶解在用于IA注射的盐水中的优选方法。注射生理溶液所携带的O2对临床意义不大,因为大多数流体的O2含量极低,并且如果有的话,这是有害的,因为它会稀释血红蛋白的非常有效的O2携带能力(体积-体积,血红蛋白携带比其余血液含量高出33倍的O2)。空气中O2的最初21%等于海平面上的159mmHg的O2。然而,到达肺并与血液平衡时,H2O蒸汽和CO2的分压取代了一些O2含量,因此血氧分压(PaO2)仅为95-100毫米汞柱。其中,绝大多数,例如97%的O2由血液中的血红蛋白携带,血液中的“水”仅携带3%(这个3%可以在下面的讨论中被提及以便于讨论并代表0.6cc O2/100cc血液)。为了公开的讨论,所有材料而不是血红蛋白可以被称为“水”,甚至红血球的细胞的70%是水。为了公开的计算的目的,可以认为其他非血液成分的O2溶解度等于H2O的溶解度。O2在H2O中的低溶解度耦合低的O2分压使得生理盐水不能作为氧的载体,除非在高分压下如在高压处理过程中。此外,高效血红蛋白O2载体的任何稀释都必须被同等有效的物质所抵消,并且在正常情况下,情况并非如此。因此,H2O或其他生理溶液中携带的O2的贡献在临床上被认为是无关紧要的,除非在不常见的情况下。虽然组织缺血患者经常通过气管插管进行100%的氧气治疗,但是将其输送到肺部的有益效果受到一系列实际因素的严重影响,包括H2O和CO2的高分压,肺泡转移不良,循环系统输送不良,肺泡对高氧浓度的局部毒性。然而,这些问题通过本文公开的系统来减轻。
图4示出了O2分压(mmHG)VS O2含量(ml/100cc),其中:
·A-20ml氧气/100cc血液=在100mmHG O2张力下的正常动脉O2含量
·B-15ml氧气/100cc血液=在60mmHG O2张力下的正常静脉O2含量
·C-5ml氧气/100cc血液=在30mmHG O2张力下静脉O2含量最低点
·D-0.33ml O2/100cc血浆(血液)=在100mmHG O2处的O2含量
·E-5ml O2/100cc生理盐水=在750mmHG O2张力和0℃时的O2含量
以有用量溶解的O2气体:A)生理盐水(NS)进行脱气并且在约100%O2下再供气,使O2张力达到约750mmHg,或有效O2达到约7.5x,约3%至约22.5%,B)在再供气过程中,将温度从约38℃降低至约0℃,将O2在H2O中的溶解度提高约2倍,从而将溶解的O2从约22.5%增加到通常由血液携带的O含量约为45%,C)溶解气体的量与放置于其中的气体的压力成正比(理想气体法则)。在上述Hybernia导管系统中使用的高压流体回路运行在大气压的约3-15倍下。
表A显示了当用O2替换所有其他溶解气体并冷却从而将携带的O2从0.34cc O2/100cc增加到5.1cc O2/100cc流体时,对液体的影响。当压力降低时,由于温度降低或压力升高而溶解的气体可能立即从溶液中冒出(气泡)。
表A
输送足够的O2:应当指出的是,在正常静息状态下,人体组织使用在输送的O2的约21-32%的范围内的血液输送的O2的少于约1/3的O2。这意味着可用的动脉血中大约19-20cc O2/100cc血液/分钟的由组织使用的约4-6ccO2/100cc血液/分钟。短期组织活力需要显著更少,此量的约1/2,通常输送O2的约10-15%,或约2-3毫升O2/100cc的组织/分钟。血液通常在动脉中携带19至20cc O2/100cc血液。该组织提取4-6cc的O2,在静脉血中留下16-13cc的O2。O2输送量是基于血液流量乘以组织提取的氧气的血液携带量。
从上面的计算和图4中的图表可以看出,该量完全在所公开的装置和方法的范围内。更重要的是,在边缘情况下-即使是微小的O2输送增加也可以对组织是多余的。尽管血红蛋白对O2具有很高的承载能力,但它是有代价的。O2与血红蛋白紧密结合,即使在非常低的O2张力下也无法获得很多。此外,高血红蛋白O2含量不与高分压相关,并且不能驱动O2扩散进入组织,特别是毛细血管床末端的缺血组织。
用饱和生理盐水代替血液增加有效O2输送的其它有益后果:在预期用本申请的系统治疗的由血管系统中的闭塞引起的疾病中,远离该闭塞的血流量是依赖于络脉:随着组织灌注压的平常下降,并且尽管局部有血管扩张和氧提取增加的代偿机制,但有效的氧输送不足。有用的O2不仅取决于血液中的O2含量,而且取决于血液向组织输送的速率。灌注的流体也可稀释全血,并降低在给定压力下增加流量的粘度。在灌注压力低的缺血组织中尤其如此,并且流量与流体的有效粘度直接相关。全血的粘度约为生理盐水的八倍。血液的低粘度在很大程度上是由于容器中直径小于300微米的血细胞比容较低,这种明显违反连续性的规律是通过使血浆在循环中循环快33%(效应)来完成的。因此,在过饱和的O2生理盐水中输送的任何O2都可以以比它稀释的全血更高的速率输送。在局部缺血组织中,局部灌注压力低,血管扩张最大,并且液体的粘度是主要的限速因素。该装置和方法在有利的方向上改变粘度并因此改变循环流速。
结合Hybernia系统使用该方法和装置:所公开的装置被设想为在优选实施方案中用作Hybernia导管冷却系统的一部分。在这些情况下,组织的温度可以降低约5-7℃。随着组织代谢率降低,对O2的需求从基线下降约8-14%/度C°或至少约40%。Hybernia导管系统提供有关目标组织温度、新陈代谢和血流量的信息,可用于确定最佳和安全的气体含量和流速。
避免有症状的气泡:如果流体仅饱和至总计750mmHg(即患者处于的当地气压),并且在37.8℃(即患者核心温度)下,气泡产生可以被延迟并且装置和方法可以在此模式下在正常导管中安全地使用。N2的爆发可能很小。如图4所示,可输送的O2的量是有限的,但临床上重要的是:如本申请中所建议的,将导管中的O2饱和流体返回到处于较高温度(0°->33°对37℃°)的血流中的流体可能会导致去饱和和过量的O2而有气泡。另外,如果流体在比大气压力更高的压力下被再供气,则可能会有过量的O2。可以解决缓解这一问题的因素。
这些因素可以包括:1)O2代谢非常活跃,首先从血流中耗尽的O2是血浆中溶解的O2,而不是血红蛋白上携带的O2。血流中的氮气泡几乎无限期地在血管中衰退,导致减压病。然而,高压氧治疗后出现症状性O2栓塞,其O2分压比本文讨论的高5-10倍,这是罕见的,除了罕见的实验条件,例如减压期间的混合气体转换(报告病例在特殊实验条件下,如珍贵的混合气体转换来自非常高的压力的减压)。O2气泡很有可能出现并优先被代谢,并且它们的低粘度不会以任何方式延迟或阻碍循环。2)所公开的系统可以被配置为将递送的O2限制为可以被代谢的物质。这个限制可以预先设定,并且保持在组织O2输送要求之下。此外,这可以由控制器计算,作为输注速率算法的一部分。3)O2过饱和盐水输注可能与全血混合。全血具有额外的O2承载能力,其形式为a)少量CO2和溶解气体的H2O蒸汽压,b)未结合的血红蛋白,以及c)另外的较低温度[30-33℃]对以下条件的影响:i.增加O2在血浆和组织中的溶解度,以及ii.血红蛋白解离曲线低温下左移(Haldane效应)。4)脱气也很重要,因为溶解额外的O2而不对N2脱气会在某些情况下导致形成O2和N2气泡。N2气泡是有毒和危险的。5)如果出现O2气泡,这些气泡的分压可能是大气压或大约750毫米汞柱,在它们和组织之间产生巨大的梯度,极大地增加了气体进入组织的速度,并迅速消散气泡。减压病中常见的静脉回流气泡不太可能使用所公开的装置,因为O2将被静脉血液中O2耗尽的血红蛋白吸收。
避免诸如氧毒性和腐蚀的有害意外后果:O2毒性是与在O2代谢期间和由免疫细胞产生的自由基或活性氧物质(ROS)有关的复杂现象。该装置可操作以允许同时输注ROS清除剂和酶,以及已经被ROS删除的关键生物信号,例如NO。此外,应该指出的是,过饱和的O2溶液,特别是在高压和高流速下对金属和某些塑料具有高度腐蚀性,并且可能需要使用生物相容的耐腐蚀材料,如聚酰亚胺。
CO2是氧和葡萄糖代谢的产物。在人类中,40mmHg时的血液CO2含量约为2.7mmol/100ml(血液中的溶解度为0.06ml CO2/100ml血液/mmHg)。只有5%(0.135mmol/100ml)的总血液CO2在物理上溶解,而大部分是与蛋白质-氨基甲酰化合物结合或以碳酸氢盐的形式运输。过量的CO2通常从肺部排出,CO2从毛细血管扩散到肺泡空间并呼出。CO2参与调节血液酸碱平衡,并且是一种有效的血管扩张剂(增加细胞外质子和降低局部pH)。当大脑自动调节完好时,血液中CO2水平的升高导致脑血管扩张,因此脑血流量增加以保持脑组织充分氧合。这种生理学耦合,也称为脑血管或血管舒缩反应性,可以在临床上用于测量在CO2激发下扩张的脑血管的自然容量(或其病理学缺乏),通常与经颅多普勒结合。因此,室空气中富含5-10%的CO2,其导致较高的肺泡CO2分压(PACO2),导致CO2反向导入到毛细血管中,因此增加了动脉CO2分压,例如,>40mmHg。PaCO2的这种增加是系统性的,这意味着这涉及整个身体。
本发明允许选择性地操纵靶器官例如脑的动脉CO2含量。例如二氧化碳的气体在水中的溶解度取决于温度和压力。下表列出了在0℃和37℃之间的温度下1atm(760mmHg)下CO2在水中的溶解度:(CO2摩尔质量为44.01g):
摄氏度 | CO2溶解度(g/100ml H2O) | CO2溶解度(mmol/100ml) |
0 | 0.33 | 7.5 |
10 | 0.23 | 5.2 |
20 | 0.17 | 3.9 |
30 | 0.126 | 2.9 |
37 | 0.1 | 2.3 |
表B
所呈现的值表示在1个大气压下溶解在输注液中的CO2的理论最大值。当选择性给予动脉脏器床时,可将这些量添加到基线动脉CO2含量中以增加目标器官中的PaCO2。用另外的气体例如氧气在较低的二氧化碳压力下制备,可能导致输注液中二氧化碳的控制量较低(pO2>>pCO2)。在实践中,只需要一部分列出的CO2量来达到所需的效果,例如动脉血管舒张以增加器官血流量或测试血管舒缩反应性。
目前公开的系统还可以通过用危害较小的其他气体代替空气中的N2来减轻医源性空气栓塞的问题。在用于手术的动脉内注射期间无意中注入空气是一个严重的问题,需要训练有素的专业人员使用程序警惕来避免。此外,对于左右心脏分流的患者,无意中的静脉空气可以进入动脉循环并导致破坏性空气栓塞。特别有问题的是,当线路被流体冲洗时,最初保留在输注管壁上的小气泡,随后在手术期间被移除并被注入到动脉中。这些粘附的气泡由大约80%的氮气、20%的氧气和少量的CO2和水蒸气组成。大多数空气栓子尺寸小,直径在0.05-5mm之间的范围内,但可能很多。当注入血流时,O2组分很快被代谢,并且由于其非常高的溶解度,CO2和水蒸气组分快速溶解。N2组分(气泡的主要部分)解吸非常缓慢,基本上充当医源性动脉内“弯曲”的情况。
图5示出了根据另一个实施方案的系统,其包括连接到连接器310的气体源管道(未示出),从该连接器310可以提供诸如O2或CO2的气体源。连接器310可以穿过微孔过滤器312和仅前向阀314。仅前向阀314可以连接到T形阀316。T形阀包括连接到注射器318的近侧臂324。注射器318可以包括腔室,该腔室包括与将被冲洗的管线对应的体积。T形阀316可耦合到第二仅前向阀320,其通向用于连接到流体管线(未示出)的连接器322。另外,单向前向阀可以结合到流体管线中。
气体源可以在连接器310处连接到装置。气体源可以提供医疗级气体,并且可以来自用于O2的罐或壁源,以及用于CO2的罐。根据一个实施方案,可以在低压(例如1.2atm)下和低流速(例如2-4L/min)下提供气体。待冲洗的流体管线可安全且方便地在连接器322处附接到系统。所公开的系统可冲洗流体管线中的待被气体替换的室空气。确认气体正在流动可以通过注射器318的移动来指示。如果待冲洗的流体管线与气体源(即,延长的流体管线)相距一定距离,则注射器可以通过抽吸和注射重复地循环。
从下面的表C可以看出,20ccs的气体可以冲洗通常使用的冲洗管线,即使当使用最长和最大的管子时用选定的气体代替空气达6.8倍。
表C
根据另一个实施方案,流体管线可以用由参照图1的描述所描述的系统产生的脱气流体冲洗。脱气流体可以吸收并因此减轻一些未故意保留的气体。
图1至图5是允许对本发明进行解释的概念图。值得注意的是,上面的附图和示例并不意味着将本发明的范围限制为单个实施方案,因为其他实施方案可以通过部分或全部所描述或示出的元件的互换来实现。此外,在本发明的某些元件可以使用已知部件部分或全部实施的情况下,仅描述对于理解本发明必需的这些已知部件的那些部分,并且这些已知组件的其他部分的详细描述是为了不模糊本发明而省略。在本说明书中,除非在本文中另外明确地指出,否则示出单个部件的实施方案不一定限于包括多个相同部件的其他实施方案,反之亦然。此外,申请人不打算将说明书或权利要求中的任何术语归于不常见或特殊的含义,除非明确阐述如此。此外,本发明包括在此以举例说明的方式提及的已知部件的现在和未来的已知等同物。
应该理解,本发明实施方案的各个方面可以用硬件、固件、软件或其组合来实现。在这样的实施方案中,各种组件和/或步骤将以硬件、固件和/或软件来实现以执行本发明的功能。也就是说,相同的硬件、固件或软件模块可以执行一个或多个所示块(例如,部件或步骤)。在软件实现方式中,计算机软件(例如,程序或其他指令)和/或数据作为计算机程序产品的一部分被存储在机器可读介质上,并且经由可移动存储驱动器、硬盘驱动器或通信接口被加载到计算机系统或其他装置或机器中。计算机程序(也称为计算机控制逻辑或计算机可读程序代码)存储在主存储存器和/或辅助存储存器中,并且由一个或多个处理器(控制器等)执行以使一个或多个处理器执行如本文所述的本发明的功能。在本文档中,术语“机器可读介质”、“计算机可读介质”、“计算机程序介质”和“计算机可用介质”通常用于指代诸如随机存取存储存器(RAM);只读存储存器(ROM);可移动存储单元(例如,磁盘或光盘、闪存装置等);硬盘;等之类的介质。
以上对具体实施方案的描述将充分揭示本发明的一般性质,其他人可以通过应用相关领域技术范围内的知识(包括所引用文献的内容以及通过引用并入本文的文献的内容)在不偏离本发明的一般概念的情况下,可以容易地修改和/或适应这些具体实施方案的各种应用,而无需过度的实验。因此,基于这里给出的教导和指导,这样的适应和修改意在处于所公开实施方案的等同物的含义和范围内。应该理解的是,本文中的措辞或术语是为了描述的目的而非限制的目的,使得本说明书的术语或措辞将由本领域技术人员结合相关领域的技术人员的知识根据本文提供的教导和指导来解释。
Claims (15)
1.用气体灌注医用液体的系统,所述系统包括:
气源;
真空泵;
温控容器,其包括耦合到所述气体源和所述真空泵的流体储存器、加热和冷却系统以及超声波仪;以及
控制器,被配置为:
通过启动所述真空泵使所述流体储存器中的液体脱气;
通过经由第一流体管线将来自所述气体源的气体释放到所述流体储存器中来使所述流体储存器中的所述液体再供气;以及
通过第二流体管线将来自所述流体储存器的所述再供气液体输送至导管。
2.根据权利要求1所述的系统,其中所述控制器还被配置为通过使所述加热和冷却系统加热所述流体储存器并且启动所述超声波仪,以对所述流体储存器进行声波处理而使所述流体储存器中的所述液体脱气。
3.根据权利要求1所述的系统,其中所述控制器还被配置为通过使所述加热和冷却系统冷却所述流体储存器并且启动所述超声波仪,以对所述流体储存器进行声波处理而使所述流体储存器中的所述液体进行再供气。
4.根据权利要求1所述的系统,其中所述气体包括选自由氧气、二氧化碳和一氧化氮组成的组的气体。
5.根据权利要求1所述的系统,还包括检测所述液体的气泡、气体浓度和温度的传感器。
6.根据权利要求1所述的系统,还包括用安全气体冲洗所述第一流体管线和所述第二流体管线的装置。
7.根据权利要求6所述的系统,其中所述安全气体包括快速代谢,高度可溶且无毒的气体。
8.如权利要求6所述的系统,其中所述安全气体包括选自二氧化碳和氧气组成的组的气体。
9.根据权利要求1所述的系统,其中所述控制器还被配置为在所述液体脱气之后用所述液体冲洗所述第一流体管线和所述第二流体管线。
10.包括程序代码的非暂时性计算机可读介质,所述程序代码在由可编程处理器执行时导致执行用于用气体灌注医用液体的方法,所述计算机可读介质包括:
用于通过启动真空泵来对流体储存器中的液体脱气的计算机程序代码,所述流体储存器耦合到气体源和所述真空泵,并且被包括在温控容器中,所述温控容器包括加热和冷却系统以及超声波仪;
用于通过经由第一流体管线将气体从所述气体源释放到所述流体储存器来对所述流体储存器中的所述液体再供气的计算机程序代码;以及
用于通过经由第二流体管线将来自流体储存器的所述再供气的液体输送至导管的计算机程序代码。
11.根据权利要求10所述的非暂时性计算机可读介质,还包括用于通过使得所述加热和冷却系统能够加热所述流体储存器并且启动所述超声波仪以对所述流体储存器进行声波处理而使所述流体储存器中的所述液体进行脱气的计算机程序代码。
12.根据权利要求10所述的非暂时性计算机可读介质,还包括用于通过使得所述加热和冷却系统能够冷却所述流体储存器并且启动所述超声波仪来对所述流体储存器进行声波处理而使所述流体储存器中的所述液体进行再供气的计算机程序代码。
13.根据权利要求10所述的非暂时性计算机可读介质,其中所述气体包括选自由氧气、二氧化碳和一氧化氮组成的组的气体。
14.根据权利要求10所述的非暂时性计算机可读介质,还包括用于检测所述液体的气泡、气体浓度和温度的计算机程序代码。
15.根据权利要求10所述的非暂时性计算机可读介质,还包括用于在所述液体脱气之后用所述液体冲洗所述第一流体管线和所述第二流体管线的计算机程序代码。
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