CN111481763A - 脉冲式人工肺体外循环管理器 - Google Patents

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虞文魁
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Abstract

本发明公开了一种脉冲式人工肺体外循环管理器，其包括单向流动的血流储存单元和电子压缩泵，所述血流储存单元采用弹性材料制作，并用于储存经过人工肺氧合的血液，所述电子压缩泵采用控制单元控制，并通过控制对所述血流储存单元进行压缩，使血液通过单向阀快速泵出储存单元，形成脉冲式血液搏动。本发明将IABP与人工肺整合成一个整体，同时产生氧合作用以及保证脉冲式血液流动的正常生理状态，克服了心源性休克中微循环灌注无法保证的难题；同时，本发明减少了患者的管道，减少了患者使用多个循环支持仪器，进而降低了风险和费用，提高了治疗效果。

Description

脉冲式人工肺体外循环管理器
技术领域
本发明属于医疗器械领域，涉及一种能够同时进行人工肺和循环支持的脉冲式体外循环管理器，可以同时代替肺进行气体交换和心脏搏动进行循环支持的人工心肺机，并且还涉及可进行脉冲式血液流动的控制器，可以进行有力的循环支持。
背景技术
近十年来，器官替代以及支持治疗在医学中逐渐被广泛应用，其中最为成功以及最令人兴奋的就是体外人工心肺支持设备，即人工肺(extracorporeal membraneoxygenation,ECMO)。尤其是在重症肺炎、急性重症心衰中，有起死回生的作用，在此次新冠肺炎中人工肺设备在抢救急危重症患者中立下汗马功劳，但也暴露很多不足。
人工肺使用的是截然分开的模式，即VV-ECMO，VA-ECMO两种模式，常规来说VA-ECMO用于心源性休克的治疗，VV-ECMO用于重症肺炎呼吸衰竭的治疗。但对于临床来说，在极度危重的重症肺炎常合并心功能不全，爆发性心肌炎等导致的心源性休克心功能衰竭十分严重，几乎心脏没有收缩功能，呼吸衰竭也十分严重。这个时候，我们期望的人工肺的功能不仅需要氧合器进行O2和CO2的气体交换，使得输出的血液有充足的氧分压和适合的二氧化碳分压，而且更为重要的是需要循环的维持，维持器官灌注，尤其是微循环的有效灌注是恢复健康最为重要的环节。
然而，现阶段人工肺已经可以替代肺脏的气体交换功能，但尚不能完全替代心脏的功能。究其原因是人工肺的循环支持模式无法与心脏本身功能状态相匹配。正常的心脏搏动以3-6L/min的速度，即心率在60-120次/分跳动，每次向全身脉冲式的输出约75-140ml动脉血液。生理情况下，循环的维持以及微循环的灌注最为重要的就是脉冲式动脉血压模式，可以通过搏动式的做功，不断地推送血液经过微循环，持续的向组织输送氧气和运走代谢废物。这种周期性脉冲式的血流搏动，联合动脉血管弹性以及心脏输出能力，共同维持了有效的循环灌注压，从而保证微循环的血流灌注。只有微循环的血流灌注持续通畅，才能维持正常的细胞代谢，是生命活动的最微观和重要的存在。而现阶段的人工肺虽然可设置的输出血流量在0-10L/min,但不具备脉冲式循环支持条件，且在绝大多数情况下，只能在2-5L/min进行。更为重要的是，人工肺的血流输出是连续平流层式的血液流动。这种血液流动没有脉冲式搏动的冲击力，无法有效的将人工肺离心泵的转子所做的功传递至微循环，故在严重心源性休克的情况下，无法维持血液在微循环中所需要的动力和能量功。虽现阶段的人工肺改善了大动脉内血压，但微循环障碍无法改善，即使有同样的输出流量也无法达到纠正生理需求目标，最终微循环休克亦无法纠正，治疗目的没有达到，治疗效果欠佳。
所以，现阶段的常见的解决方式有两种：一是开胸手术，直接将人工肺连接至主动脉以及肺动脉，短路心脏功能，维持整个身体的动静脉血流；二是在无法手术的情况下，使用主动脉球囊反搏(intra-aortic ballon pump，IABP)，通过球囊在主动脉的突然膨胀，进一步压缩主动脉血流向远隔器官运动，与VA-ECMO一起维持循环血压。但是这两种方式有效性在重症心源性休克中均受限，一是病情极度危重患者基本没有急诊手术机会，二是即使联合IABP，搏动力度有限，与人工肺配合欠协调，亦无法达到有效灌注压，不能改善微循环的休克。更何况，IABP与人工肺联合使用，由于原理不同，反搏方向以及血流方向无法控制，灌注压无法维持，容易造成脑血流减少以及腹腔脏器缺血。IABP和人工肺机械无法同步匹配，通常运行效果差强人意，一旦陷入这种境地，现阶段在临床中已经没有更有效的方法，只能等待微循环休克加重，难以逆转，直至死亡。
另外，人工肺和IABP的辅助导管均需要放置在胸腹主动脉内，不仅增加无效血液循环，而且相互影响制约，无法达到目标治疗效果。况且，管道多、支持力度强也增加护理难度，存在巨大导管相关感染、出血、血栓等风险。目前急需简便且能够同时解决氧合和强效有力循环支持的设备。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种脉冲式人工肺体外循环管理器。
本发明采取的技术方案是：一种脉冲式人工肺体外循环管理器，其包括单向流动的血流储存单元和电子压缩泵，所述血流储存单元采用高弹性可重复压缩舒张的高分子聚氨酯材料制作，并用于储存经过人工肺氧合的血液，所述电子压缩泵采用控制单元控制，并通过控制对所述血流储存单元进行压缩，使血液通过单向阀快速泵出储存单元，形成脉冲式血液搏动。
作为本方案的进一步优选，所述血流储存单元为采用具有抗凝作用的高弹性可重复压缩舒张的高分子聚氨酯材料构成的方形空间容器。
作为本方案的进一步优选，所述血流储存单元设置在人工肺离心泵之后的管道中。
作为本方案的进一步优选，所述血流储存单元的输入端口和输出端口处均有防止血液逆流的单向阀，该单向阀的流向为从人工肺的静脉输入端流向动脉输出端。
作为本方案的进一步优选，所述血流储存单元内设有流量传感器和压力传感器，其用于在承受压缩泵的反复压缩和舒张过程中，动态监测容器内压力以及流速的变化。
作为本方案的进一步优选，所述血液储存单元的上方与所述电子压缩泵的压缩门固定链接在一起，血液储存单元在电子压缩泵的反复压缩和舒张下，使得设置体积的血液、按照设置的频率，单向快速输回动脉系统内，维持有效灌注压；在压缩完成后电子压缩泵自动舒张至起始位置，血液随着电子压缩泵舒张再次充满血液存储单元，整个过程血液存储单元及其管路处于密闭状态，随血流速度匹配舒张速度。
作为本方案的进一步优选，所述电子压缩泵的压缩频率、压缩容积通过控制单元进行设置。
作为本方案的进一步优选，所述控制单元包括控制面板，微电脑，心电和压力感受器，以及电源系统；所述控制面板用于设置电子压缩泵工作时的频率、容积变化，以及反应血流储存单元的压力、流量、运行数据；所述微电脑用于处理来自心电感受器信号，通过感应心电监测的信号，通过信号处理，在设定时间内输出压缩信号，并按照设置的频率、容积去控制电子压缩泵工作。
作为本方案的进一步优选，所述电子压缩泵的压缩频率设置在0-160次，每次泵出体积设置在0-150ml。
作为本方案的进一步优选，所述循环管理器的控制运行模式为：通过心电感应、脉搏感应，与心跳同步的情况下，在左心室完成射血、主动脉瓣关闭后，迅速压缩设置容积的血液，通过人工肺输出端，在动脉内形成脉冲式血流，达到与心跳同样生理作用，进而保证有效灌注压，维持微循环的灌注和流动。
本发明的有益效果如下：
本发明将IABP与人工肺整合成一个整体，同时产生氧合作用以及保证脉冲式血液流动的正常生理状态，克服心源性休克中微循环灌注无法保证的难题。
同时，此脉冲式人工肺体外循环管理器减少了患者的管道，降低了患者穿刺风险，导管以及穿刺相关感染风险，减少抗凝强度也降低了患者出血风险。减少患者使用多个循环支持仪器，降低费用，提高治疗效果。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明连接应用示意图；
图2是本发明的结构示意图。
图中标记为：1-人工肺输入端；2-人工肺离心泵；3-人工肺主机；4-体外循环管理器；401-血液存储单元；402-电子压缩泵；403-微电脑；404-控制面板；405-前单向阀；406-后单向阀；407-输入端；408-输出端；409-机箱，5-人工肺输出端。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本脉冲式人工肺体外循环管理器是基于人工肺现有原理、仪器及管道(如申请公布号CN 103491993 A)的基础上进行的优化设计与改进，其改进之处是在人工肺离心泵之后管道中连接可以设置压缩频率、压缩容积的控制管理器。
如图2所示，本脉冲式人工肺体外循环管理器主要包括单向流动的血流储存单元401和电子压缩泵402，所述血流储存单元401采用弹性高分子材料制作，并用于储存经过人工肺氧合的血液，所述电子压缩泵402采用控制单元控制，并通过控制对所述血流储存单元401进行压缩，使血液通过单向阀快速泵出储存单元，形成脉冲式血液搏动，压缩完成后电子压缩泵自动舒张至设计位置，血液随着压缩泵舒张再次充满存储单元容器，整个过程存储单元始终封闭，随血流速度匹配舒张速度。
其中，所述血流储存单元401为采用具有抗凝作用的高弹性可重复压缩舒张的高分子聚氨酯材料构成的方形空间容器。并且在血流储存单元401的输入端口和输出端口处均有防止血液逆流的单向阀，该单向阀的流向为从人工肺的静脉输入端流向动脉输出端。血流储存单元401内还设有流量传感器和压力传感器，其用于在承受压缩泵的反复压缩过程中，动态监测容器内压力以及流速的变化。
所述血液储存单元401的上方与所述电子压缩泵402的压缩门固定链接在一起，血液储存单元401在电子压缩泵402的反复压缩和舒张下，使得设置体积的血液、按照设置的频率，单向快速输回动脉系统内，在人工肺持续血流的基础上，造成脉冲式血流，恢复人工肺的脉冲血流，从而维持有效灌注压。在压缩完成后电子压缩泵自动舒张至起始位置，血液随着电子压缩泵舒张再次充满血液存储单元，整个过程血液存储单元及其管路处于密闭状态(防止外部空气进入)，随血流速度匹配舒张速度。
所述控制单元包括控制面板404，微电脑403，心电和压力感受器，以及电源系统；所述控制面板401用于设置电子压缩泵402工作时的频率、容积变化，以及反应血流储存单元的压力、流量、运行数据；所述微电脑403用于处理来自心电感受器信号，通过感应心电监测的信号，通过信号处理，在设定时间内输出压缩信号，并按照设置的频率、容积去控制电子压缩泵402工作。工作就是通过压缩固定储存单元血液，打开单向阀，按照设置的频率和启动方式，向人工肺输出端5泵出设置的容积血液，形成脉冲式血流。压缩完成后电子压缩泵自动舒张至设计位置，血液随着压缩泵舒张再次充满存储单元容器，整个过程存储单元始终封闭，随血流速度匹配舒张速度。
基于生理学研究，频率设置在0-160次，每次泵出体积设置在0-150ml左右。
在实际临床中，对于重症心源性休克，重症肺炎合并严重休克使用VA-ECMO时，可使用脉冲式人工肺体外循环管理器。
脉冲式人工肺体外循环管理器工作模式是：管理器的血液储存单元401在心跳舒张期开始储存单次设置体积的血液。同时，管理器的微电脑403心电感受器感应患者心电变化，通过心电信号触发QRS波形后，或者当通过压力感受器匹配到患者自身左心室泵血后且主动脉瓣关闭后，控制电子压缩泵402开始工作。电子压缩泵402快速启动并压缩设置容积的血液，在压力的改变下，输出端单向阀打开，密闭的储存单元401内开始向患者主动脉内快速泵出已设置体积的血液。这样，就形成了与心脏同步的，可按照患者实际需要相匹配的脉冲式血流。在电子压缩泵402、离心泵共同做功的情况下，将适当体积的血液迅速泵入主动脉内，形成和心脏正常工作模式相匹配的脉冲式血流，这些符合生理的脉冲式血流扩张动脉系统，维持有效灌注压，推动血流向微循环流动，促进微循环的恢复，最终达到改善心源性休克的关键一步。在压缩完成后电子压缩泵自动舒张至起始位置，血液随着电子压缩泵舒张再次充满血液存储单元，整个过程血液存储单元及其管路处于密闭状态，随血流速度匹配舒张速度。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本发明的保护范围内。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种脉冲式人工肺体外循环管理器，其特征在于，包括单向流动的血流储存单元和电子压缩泵，所述血流储存单元采用弹性材料制作，并用于储存经过人工肺氧合的血液，所述电子压缩泵采用控制单元控制，并通过控制对所述血流储存单元进行压缩，使血液通过单向阀快速泵出储存单元，形成脉冲式血液搏动。
2.根据权利要求1所述的脉冲式人工肺体外循环管理器，其特征在于，所述血流储存单元为采用具有抗凝作用的高弹性可重复压缩舒张的高分子聚氨酯材料构成的方形空间容器。
3.根据权利要求1或2所述的脉冲式人工肺体外循环管理器，其特征在于，所述血流储存单元设置在人工肺离心泵之后的管道中。
4.根据权利要求1或2所述的脉冲式人工肺体外循环管理器，其特征在于，所述血流储存单元的输入端口和输出端口处均有防止血液逆流的单向阀，该单向阀的流向为从人工肺的静脉输入端流向动脉输出端。
5.根据权利要求1或2所述的脉冲式人工肺体外循环管理器，其特征在于，所述血流储存单元内设有流量传感器和压力传感器，其用于在承受压缩泵的反复压缩过程中，动态监测容器内压力以及流速的变化。
6.根据权利要求1或2所述的脉冲式人工肺体外循环管理器，其特征在于，所述血液储存单元的上方与所述电子压缩泵的压缩门固定链接在一起，血液储存单元在电子压缩泵的反复压缩和舒张下，使得设置体积的血液、按照设置的频率，单向快速输回动脉系统内，维持有效灌注压；在压缩完成后电子压缩泵自动舒张至起始位置，血液随着电子压缩泵舒张再次充满血液存储单元，整个过程血液存储单元及其管路处于密闭状态，随血流速度匹配舒张速度。
7.根据权利要求1所述的脉冲式人工肺体外循环管理器，其特征在于，所述电子压缩泵的压缩频率、压缩容积通过控制单元进行设置。
8.根据权利要求1或7所述的脉冲式人工肺体外循环管理器，其特征在于，所述控制单元包括控制面板，微电脑，心电和压力感受器，以及电源系统；所述控制面板用于设置电子压缩泵工作时的频率、容积变化，以及反应血流储存单元的压力、流量、运行数据；所述微电脑用于处理来自心电感受器信号，通过感应心电监测的信号，通过信号处理，在设定时间内输出压缩信号，并按照设置的频率、容积去控制电子压缩泵工作。
9.根据权利要求1或7所述的脉冲式人工肺体外循环管理器，其特征在于，所述电子压缩泵的压缩频率设置在0-160次，每次泵出体积设置在0-150ml。
10.根据权利要求8所述的脉冲式人工肺体外循环管理器，其特征在于，所述循环管理器的控制运行模式为：通过心电感应、脉搏感应，与心跳同步的情况下，在左心室完成射血、主动脉瓣关闭后，迅速压缩设置容积的血液，通过人工肺输出端，在动脉内形成脉冲式血流，达到与心跳同样生理作用，进而保证有效灌注压，维持微循环的灌注和流动。
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