CN111771870A - 具有氧生成的器官运送器 - Google Patents

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Abstract

一种用于灌注容器(50)中的器官(20)或组织的设备(10)包括：灌注回路，其用于灌注该器官或组织；氧合器(100)，其用于氧合循环通过灌注回路的灌注液；以及氧供应装置(102)，其包括氧浓缩器和/或氧发生器并且被构造成将氧供应至氧合器。氧发生器或浓缩器优选地实时制备氧以将氧合提供至灌注液，但也可以被制备和存储。所制备的氧优选地具有比空气中的氧浓度高的浓度。氧发生器可通过分解水来供应氧。氧浓缩器可以是借助于变压吸附或借助于固态氧泵浓缩氧的装置。

Description

具有氧生成的器官运送器
本申请是名称为“具有氧生成的器官运送器”、申请日为2015年3月9日、进入中国的申请号为201380046882.9、国际申请日为2013年7月8日、国际申请号为PCT/US2013/049594的分案申请。
技术领域
相关的技术领域包括器官和组织灌注设备，其能够维持和/或恢复器官或组织的生活力并保存器官或组织以用于诊断、处理、存储和/或运输。
背景技术
为了方便，如本文所用，术语“器官”应理解为表示器官和/或组织，除非另外指明。
器官灌注设备的目标是模拟人体的条件，使得器官在用于研究、诊断、处理或移植之前保持活力。很多时候，器官需要在设施之间存储和/或运输。在灌注期间维持和恢复器官的目标是减少局部缺血和再灌注伤害。在正常或接近正常功能状态下存储期的增加也提供某些优点，例如，器官可以运输更大距离并且存在用于器官的测试、处理和评价的增加的时间。
在将器官保持在接近理想的环境和生理状态方面，已经知道将氧合的灌注液提供至器官。美国专利No.6,673,594公开了例如一种构型，其中器官被提供以借助于提供至氧合膜的气态氧来氧合的灌注液，该专利全文以引用方式并入本文中并且可在其中使用本发明。
发明内容
当器官或组织被收获时，可能有益的是利用氧合的灌注液灌注该器官，该灌注液可以优选地为液体灌注液。虽然灌注液可被预氧合，但随着器官使用来自灌注液的氧，灌注液在灌注过程期间可能需要另外的氧。因此，希望提供一种灌注设备，其可将氧供应至灌注液，以使得灌注液能在灌注期间被氧合。然而，预存储的氧具有缺点。例如，加压和液化的氧具有严重的易燃风险，这可能需要相当大的设计努力来提供足够的安全性。此外，需要相当大的物流努力来提供和维持压缩或液化的氧向灌注设备的使用点的充足供应。压缩或液化的氧需要重型容器，其在容器排空时必须断开。灌注液的延长的氧合可能需要大容器或多个小容器。另外，切换容器提供了污染设备和/或危及设备的无菌性的机会。因此，本文所公开的是一种将实时制备的氧提供至氧合的灌注液的灌注设备。能够制备氧以氧合灌注液的器官灌注设备避免了高压或液化氧的危害，并且也避免了与预存储的氧相关联的物流困难。
附图说明
图1是器官灌注设备的示意图。
具体实施方式
根据示例性实施，提供了一种设备，该设备用于优选地实时地制备氧、使用氧来氧合灌注液以及利用氧合的灌注液灌注器官。该设备可包括：灌注回路，其用于灌注器官或组织；氧合器，其用于氧合再循环通过灌注回路的灌注液；以及氧供应装置，其被构造成将氧供应至氧合器。优选地，氧供应装置为选自氧浓缩器和氧发生器中的至少一者。如本文所讨论的，术语“氧浓缩器”是指使用包括分子氧的源并且相对于所述源增加氧的浓度的装置；并且术语“氧发生器”是指使用除分子氧之外的源来从该源制备氧的装置。
氧发生器的一个示例是通过分解水来生成氧的装置。通过将电荷施加到水以将水分子分解成氢分子和氧分子，可以分解水。氧发生器的另一个示例(其也可被视为分解水)是电化学装置，该装置利用质子交换膜来从水生成氧，例如在授予Tempelman等人的美国专利申请公开No.2010/0330547中所公开的，该专利全文以引用方式并入本文中。氧浓缩器的一个示例是借助于变压吸附浓缩氧的装置。变压吸附的一个示例涉及使加压空气穿过诸如沸石或类似的分子筛的吸附剂材料，该材料选择性地吸附氮，同时允许氧和氩穿过吸附剂材料，从而导致具有增加的氧浓度的产物。作为另一个备选方案，氧浓缩器可借助于固态氧泵供应氧。如本文所用，“固态氧泵”是指通过施加电势而仅使氧穿过陶瓷或类似材料的装置，该电势将氧分子分离成两个氧离子，将离子驱动横过陶瓷，并且允许离子再结合为氧分子。因此，氧可从空气中提取，从而增加了氧浓度。该过程基本上反向地驱动陶瓷氧传感器。
诸如变压吸附装置和固态氧泵的氧浓缩器可使用氧作为输入；空气可在使用之前被存储、压缩和/或从周围大气环境抽取。该设备可以包括或者可以不包括用于存储用来生成或浓缩氧的源的容器。例如，该设备可包括用于存储空气的容器，例如加压空气箱。类似地，可为分解水的氧发生器提供水箱。
示例性实施可包括一种灌注器官或组织的方法。这样的方法可包括：使用选自氧浓缩器和氧发生器的至少一个装置制备氧；优选地在氧被制备时，将制备的氧供应至灌注液以氧合灌注液；以及利用氧合的灌注液灌注器官或组织。优选地，所制备的氧具有比空气中的氧浓度高的浓度。以上讨论的装置或其它装置中的任一者可在示例性实施中使用。
图1是用于器官20的示例性灌注设备10的示意图。器官20可以优选地为肝脏、肾脏、心脏、肺或肠，但可以是任何人体或动物、天然或工程、健康、受伤或患病的器官或组织。设备包括其中可放置器官的盆30。盆30可保持托架，当器官20在设备10中时，器官20设置在托架上。盆30可包括第一过滤器33，其可充当粗颗粒过滤器。盆30和/或托架优选地被构造成允许在器官20周围形成灌注液浴。盆30或设备10也可包括位于或聚焦在托架中或附近的温度传感器40。盆30或设备10可包括多个温度传感器40，其可在失效的情况下提供冗余和/或可在多个位置处提供温度测量。优选地，(多个)温度传感器40为红外温度传感器。当器官20设置在托架中时，(多个)温度传感器40优选地设置成尽可能靠近器官20，以便改善温度传感器40的有用性和准确度，温度传感器40优选地提供灌注液的温度测量，该温度测量可与器官20的温度相关。备选地或另外地，(多个)温度传感器40可用来直接测量器官20的温度。
盆30优选地设置在绝缘的冷却剂容器50的凹部内，冷却剂容器50可容纳诸如冰、冰水、盐水等的冷材料。冷却剂容器50可永久性地或可拆卸地附接到设备10或者可以是设备10的一体化的整体部分。因此，在使用中，器官20设置在托架内，托架设置在盆30内，盆30设置在冷却剂容器50内。冷却剂容器50、盆30和托架的构型优选地提供这样的构型：其为器官20提供冷却，而不需要冷却剂容器50的内容物接触器官20或托架。虽然冷却剂容器50在此处描述为容纳冰或冰水，但可以使用任何合适的冷却介质。由于可以容易获得冰，冰或冰水可能是优选的，但普通技术人员应理解，可以采用任何合适的冷却介质，其可以是有源冷却介质(例如，热电冷却器或制冷剂回路)或类似于冰或冰水或它们的组合的无源冷却介质。可放置在冷却剂容器50内的冰或其它冷却介质的量应根据在器官20将在设备10中的同时将提供冷却的最大时间来确定。
托架可包括构造成将器官20固定地保持在位的部件。这样的部件可以例如包括紧固到托架的使用者可选择的结网。使用者可选择的结网在器官20被操纵或移动的同时将器官20保持在位。例如，在被置于盆或灌注设备中之前被操纵(例如，脉管系统修整、插管附接等)的同时，器官可利用在托架上的结网保持在位。类似地，当器官20与托架一起移入盆30中时，当盆30被移入冷却剂容器50中时，并且当设备10自身在运输期间被移动时，器官可被保持在位。
在图1的示例性灌注设备10中，在穿过过滤器33之后，灌注液沿着第一流动路径70流动，第一流动路径70包括诸如柔性或刚性配管的合适的流体导管72、泵80、压力传感器90、第二过滤器34、氧合器100和气泡捕集器110，它们中的每一个均在下文中讨论。与门流动路径120和肝流动路径130(下文讨论)中的一者或两者结合，第一流动路径70可形成再循环的灌注液流动路径，其将灌注液提供至器官20，然后使灌注液再循环。
第一过滤器33优选地为相对粗的过滤器(相对于第二过滤器34)。这样的粗过滤器可提供用于防止大颗粒进入和堵塞设备10的流体路径，大颗粒可以例如是器官的或从供体移除的器官的副产品。第一过滤器33可以是盆30的一体部分，或者第一过滤器可设置在盆30下游的第一流动路径70中的其它地方。例如，第一过滤器33也可以是相对于盆30的单独部件或设置在流体导管72内。
第一流动路径70也可包括泵80。泵80可以是适合与器官的灌注结合的任何泵。合适的泵的示例可包括手动操作泵、离心泵和滚压泵。如果包括了滚压泵，则滚压泵可包括单个通道或流动路径(其中仅一根管被滚子压缩)，或者滚压泵可包括多个平行的通道或流动路径(其中多根管被滚子压缩)。如果包括了多个平行的通道或流动路径，则滚子可优选地设置成异相或偏移的，以使得由滚子产生的脉冲异相，这可导致比起单滚子的情况相对较不脉动的来自滚压泵的流体流。这样的多通道滚压泵可实现恒定的流量或极少脉动的流量，根据流动路径中的其它部件和/或被灌注的器官的类型，这可能是有利的。
流动路径70可包括压力传感器90。压力传感器90可优选地设置在泵80的出口之后，以便借助于合适的控制器400来监测和/或用来控制在泵的出口处产生的压力。压力传感器90可提供连续的或定期的压力监测。
流动路径70可包括氧合器100，例如氧合器膜或主体，以将氧合提供给灌注液。氧可借助于如图1所示的氧发生器或氧浓缩器102提供，氧发生器或氧浓缩器102可与设备10分离或者一体化到设备10。例如，氧发生器或浓缩器102可包含在设备10内，或者氧发生器或浓缩器102可以是外部装置，其可连接到设备以将氧供应到设备。氧可通过任何合适的手段生成，该手段的一些示例包括通过使用分子筛(例如，沸石)的变压吸附、通过陶瓷氧发生器(固态氧泵)或通过水的分解。以上讨论的每一种氧发生器或浓缩器102都可适于与设备10分离或一体化；然而，一些装置可以更有利地适于一体化或分离。例如，电化学氧发生器可以是相对紧凑的(包括水贮存器在内大约几立方英寸)，并且因此很适合被一体化；而变压吸附装置可能是相对大的(由于吸附剂材料容器的尺寸和对诸如压缩机的加压空气源的需求)，并且因此很适合分离。
氧发生器或浓缩器102优选地实时制备氧，以将氧合提供至灌注液，但氧也可被制备和存储较短或较长的时间，该时间取决于氧消耗要求和选择用于制备氧的技术。氧发生器或浓缩器102可根据氧合灌注液的需求和/或用来制备氧的装置的类型而连续地或非连续地制备氧。设备10可被构造成使得：除了用于包含在从氧发生器或浓缩器102的出口到氧合器100的管件或(多根)导管内的任何残余氧的氧存储之外，不存在用于从氧发生器或浓缩器102制备的氧的氧存储。换句话讲，可能优选的是设备10不包括专门构造用于氧存储的任何结构。设备10可包括诸如微生物过滤器的装置，以确保供应至氧合器的氧的无菌性，或以其它方式防止其污染。优选地，这样的装置位于氧发生器或浓缩器102和氧合器100之间，但也可以在氧发生器或浓缩器102上游或在这两个位置。优选地，用来确保氧供应源的无菌性或以其它方式防止其污染的任何装置都是一次性部件。如普通技术人员将理解的，用来确保氧的无菌性或以其它方式防止其污染的任何合适的装置都可以代替微生物过滤器而提供。
流动路径70可包括气泡捕集器110。气泡捕集器110优选地分离可能夹带在灌注液流中的气泡，并且防止这样的气泡向下游继续前进并进入器官20中。气泡捕集器110也可充当减少或消除灌注液流的脉动性的蓄能器。气泡捕集器110可初始地或通过气泡的积聚而包括一定体积的气体，使得灌注液中的压力波动被阻尼或消除。
气泡捕集器110可包括通气口，其在启动或吹扫过程期间允许气体的吹扫。通气口可以连接到吹扫流动路径140(其在下文中详细地讨论)或者是吹扫流动路径140的一部分。通气口优选地在启动过程期间打开，以使得任何空气或其它气体都可从灌注液路径70被吹扫。一旦气体从灌注液路径70被吹扫，通气口就可优选地被关闭。通气口可被手动关闭或者可借助于合适的控制器400自动关闭。
气泡捕集器110可包括液位传感器112。液位传感器112可以可选地在吹扫过程期间用来确定吹扫完成的时间和/或可用来确定需要重复吹扫过程的时间，这可以发生在气泡已被捕集在气泡捕集器110中之后。另外，通过使用液位传感器112和通气口，气泡捕集器的蓄能器功能可被调谐以考虑灌注液流中的脉动的不同振幅和频率。
气泡捕集器110可根据灌注设备的给定应用的需要而具有任意数量的出口。在图1中，三个出口示出为连接到三个不同的流动路径，这些流动路径可以特别地适用于肝脏的灌注。当灌注肝脏时，三个路径优选地包括连接到肝脏的门静脉的门流动路径120、连接到肝脏的肝动脉的肝流动路径130、以及提供到盆30的返回路径的旁路流动路径140。在任何流动路径中也可存在允许流体进入灌注液溶液的端口。该端口可优选地位于气泡捕集器110中。该端口可优选地包括鲁尔型配件，使得使用者可以提取少量的灌注液样本以用于分析。该端口也可由使用者用来在不打开盆的情况下将物质施用到灌注液。虽然图1示出了单个氧合器100和单个气泡捕集器110，但普通技术人员应当理解，可提供多于一个氧合器100和/或气泡捕集器110。例如，可以为门流动路径120和肝流动路径130中的每一个提供氧合器100和气泡捕集器110。这样的构型可允许在门流动路径120和肝流动路径130中的每一个中不同水平的氧合。单个氧浓缩器或发生器102可将氧提供至门流动路径120和肝流动路径130两者，或者可为每个流动路径提供单独的氧浓缩器或发生器102。如果单个氧浓缩器或发生器102将氧提供至两个流动路径，则诸如通断阀和/或压力调节器的合适的阀可将供应至每个流动路径的氧控制为不同的。
如图1所示，门流动路径120和肝流动路径130可以可选地包括类似或不同的部件，例如，阀122、132；气泡传感器124、134；流量传感器126、136；流动控制夹具127、137；以及压力传感器128、138。每种类似的部件可以以类似的方式起作用，并且这样成对的部件可以可选地在结构上和/或功能上相同以降低制造成本。流量传感器126、136可优选地为设置在配管周围的超声波传感器，但可以使用任何合适的传感器。超声波传感器可能是有利的，因为在正常使用中，此类传感器不接触灌注液并且因此不在无菌路径中。超声波传感器的这样的实施不需要在使用后更换和/或清洁。
阀122、132可以是用来夹紧配管并减少或关断流的夹管阀，但可以使用任何合适的阀。夹管阀可能是有利的，因为在正常使用中，它们不接触灌注液并且因此不需要在使用之后更换和/或清洁。
优选地，气泡传感器124、134为设置在配管周围的超声波传感器，但可以使用任何合适的传感器。类似于夹管阀，超声波传感器可能是有利的，因为在正常使用中，它们不接触灌注液并且因此不需要在使用之后更换和/或清洁。相反，超声波传感器可设置成接触、邻近或围绕配管的外表面，以便感测气泡。
流动控制夹具127、137可用来微调在门流动路径120和肝流动路径130之一或两者中的流量。优选地，器官提供自调节以控制离开气泡捕集器110并且在门流动路径120和肝流动路径130之间分配的流的量。在这样的自调节流中，压力传感器128、138提供过压监测。在输送至门流动路径120或肝流动路径130中的任一者或两者中的器官的压力超过预定阈值的情况中，设备10能自动停止和/或减小由泵80提供的流量以防止损坏器官。附加地或备选地，当压力接近预定阈值时，压力传感器128、138可用来为使用者和/或合适的控制器生成警报信号。
在离开门流动路径120和肝流动路径130之一或二者之后，灌注液流过器官并返回到盆30以形成器官浴。
旁路流动路径140可包括阀142、和/或诸如氧传感器144和pH传感器146的传感器。优选地，阀142为夹管阀并且可以具有与阀122和132类似的构型，但可以使用任何合适的阀。氧传感器144和pH传感器146可用来确定灌注液的状态。优选地，旁路流动路径146仅在吹扫或启动注液过程期间使用，但它也可以在灌注期间优选地连续地使用以实时监测灌注液性质。
器官灌注设备10也可包括加速计150。优选地，加速计150为三轴线加速计，但多个单轴线加速计也可用于相同效果。加速计150可用来连续地或定期地监测和/或记录设备10的状态。监测可包括监测设备10的过度冲击和姿态。通过实施这样的监测，设备10的误用或潜在地不合适的条件可被检测和记录。
设备10可包括用于除器官20之外的物件的存储隔室。例如，设备10可包括文档隔室以存储与器官20有关的文档和/或图表。另外，设备10可包括一个或多个样本隔室。样本隔室可被构造成例如存储流体和/或组织样本。样本隔室可有利地设置在冷却剂容器50附近以提供冷却，这种冷却可类似于或等同于提供用于器官20的冷却。
设备10可包括一个或多个防拆封闭合件。防拆封闭合件可用来提示使用者设备10已在未授权的时间和/或位置和/或由未授权的人打开。拆封痕迹可提示使用者在使用器官20和/或设备10之前进行附加的测试、筛选等操作。
器官运送器优选地为便携的，以便将器官或组织从一个地方携带到另一个地方，并且尺寸设计成由一个或两个人携带并且装入汽车或小飞机中。灌注设备10优选地可以是器官运送器，其被设计成便携的，例如，具有比长度42英寸×宽度18英寸×高度14英寸小的尺寸以及小于90磅的重量，该重量包括整个已加载系统(例如，运送器、一次性部件、器官、冰和3升灌注液溶液)的重量。
本文已描述和示出了本发明的优选实施例以及一些变型。本文所用术语、描述和附图仅以举例方式阐述，而不意图进行限制。本领域的技术人员将认识到，在本发明的精神和范围内，许多变型是可能的。

Claims (28)

1.一种用于灌注器官或组织的设备，所述设备包括：
灌注回路，其用于利用液体灌注液灌注所述器官或组织；
氧合器，其用于氧合再循环通过所述灌注回路的灌注液，其中由所述氧合器氧合的所述灌注液先前已经循环通过用于保持器官或组织的盆；
氧供应装置，其被构造成将氧供应至所述氧合器，所述氧供应装置包括选自氧浓缩器和氧发生器中的至少一者，其中，所述氧供应装置在所述设备的其余部分的外面并与所述设备的所述其余部分分离；
滚压泵，所述滚压泵构造成使所述液体灌注液循环通过所述灌注回路；以及
冷却剂容器，所述冷却剂容器构造成冷却所述器官或组织；
其中，在所述设备中不存储所述氧。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述氧供应装置为通过分解水来供应氧的氧发生器。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述氧供应装置为通过借助于变压吸附浓缩氧来供应氧的氧浓缩器。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述氧供应装置为包括固态氧泵的氧浓缩器。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述氧供应装置被构造成通过启动具有相对低的氧浓度的氧供应源并且输出具有相对于所述氧供应源较高的浓度的氧来供应氧。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述氧供应装置被构造成在所述氧供应源为空气的情况下操作。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述空气为压缩空气。
8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述空气为环境空气。
9.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述氧供应装置被构造成在所述氧供应源为水的情况下操作。
10.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，还包括用于存储所述氧供应源的容器。
11.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，还包括：
气泡捕集器，其相对于灌注液流的方向设置在所述氧合器下游的所述灌注回路内。
12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备不包括氧存储装置。
13.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备能够运输并且重量小于90磅。
14.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备被构造成将由所述氧供应装置供应的氧消毒或防止所述氧的污染。
15.一种使用权利要求1所述的设备灌注器官或组织的方法，所述设备是便携式器官灌注设备，所述方法包括：
由包括选自氧浓缩器和氧发生器中的至少一者的装置制备氧；
当所述氧被制备时，将所述氧供应至液体灌注液以氧合所述灌注液；以及
利用氧合的灌注液灌注所述器官或组织，所述氧合的灌注液先前已经循环通过用于保持器官或组织的盆，
其中，所述氧的浓度高于空气中的氧浓度，并且所述灌注液被再循环，
所述氧在所述便携式器官灌注设备上就地制备，其中，在所述便携式器官灌注设备中不存储所述氧。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述装置为氧浓缩器，并且所述氧通过变压吸附从空气制备。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述装置为氧发生器，并且所述氧从水制备。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述装置为氧浓缩器，并且所述氧借助于固态氧泵从空气制备。
19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，通过启动具有相对低的氧浓度的氧供应源并且输出具有相对于所述氧供应源较高的浓度的所述氧来制备所述氧。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述氧供应源为空气。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述空气为压缩空气。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述空气从周围大气环境抽出。
23.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述氧从水制备。
24.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述氧被消毒或净化。
25.一种使用权利要求1所述的设备灌注器官或组织的方法，所述设备是能够运输的灌注设备,所述方法包括：
通过包括选自变压吸附、水分解以及借助于固态氧泵泵送氧中的至少一者的过程来制备氧；
将所述制备的氧供应至液体灌注液以氧合所述灌注液；
利用氧合的灌注液灌注所述器官或组织,所述氧合的灌注液先前已经循环通过用于保持器官或组织的盆；以及
使所述灌注液再循环；
所述过程使用所述能够运输的灌注设备进行，其中，在所述能够运输的灌注设备中不存储所述氧。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述氧在所述氧被制备时供应。
27.一种使用如权利要求1所述的设备灌注器官或组织的方法，所述设备是便携式灌注设备，所述方法包括：
在所述便携式灌注设备上就地制备氧；
利用制备的氧在所述便携式灌注设备中氧合液体灌注液；
利用氧合的灌注液灌注器官或组织,所述氧合的灌注液先前已经循环通过用于保持器官或组织的盆；以及
使所述灌注液再循环；
其中，在所述便携式灌注设备中不存储所述氧。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述氧通过包括选自变压吸附、水分解以及借助于固态氧泵泵送氧中的至少一者的过程来制备。
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