CN113350596A - 氧合器和体外膜肺氧合装置 - Google Patents

氧合器和体外膜肺氧合装置 Download PDF

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苏子华
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Abstract

本申请公开了一种氧合器和体外膜肺氧合装置，所述氧合器包括：壳体(1)，所述壳体(1)的上端盖(112)上设置有血液进口(101)，下端盖(113)上设置有血液出口(102)；氧合室(2)，设置在所述壳体(1)内，所述血液进口(101)和所述血液出口(102)的轴线与所述氧合室(2)的轴线重合。本申请氧合器在氧合室上下居中设置血液进口和血液出口，使进入氧合室的血液向四周均匀扩散后，因重力作用从上往下均匀流向血液出口，氧合室内流场和压力场分布均匀，血流流过阻力低且血液停留时间短，能够消除流动死区或者流动扰动区，从而减少血栓发生的概率。

Description

氧合器和体外膜肺氧合装置
技术领域
本申请涉及医疗器械领域，尤其是涉及一种氧合器和使用该氧合器的体外膜肺氧合装置。
背景技术
体外膜肺氧合(ECMO)代表着体外循环领域设备的先进技术，而氧合器(膜肺)是ECMO系统中的关键核心器件，主要功能是进行血氧交换和二氧化碳清除。在膜肺的研发设计中，血流流路、气体路径和热交换水路径设计十分重要，他们直接影响膜肺气血交换性能，血液相容性和传热性能，举例来说：如果血流和气体路径设计不好，膜肺中有很多流动死区，血液通过膜肺阻力很大，则会增加血液流过膜丝时的损伤，加大血栓发生概率，同时也十分影响气血交换效率。
目前临床所用ECMO膜肺虽然救治了很多患者，但依然存在长时间支持血栓发生率高，气血交换效率降低，生物相容性不好的问题。这与膜肺内部流场、压力场不均匀，存在流动死区，流速慢，血液长期滞留有直接关系。血栓的发生会直接影响膜肺功能，降低气血交换效率，甚至增加血栓风险。
发明内容
本申请提供一种氧合器和使用该氧合器的体外膜肺氧合装置，能够均匀氧合室内流场和压力场，消除流动死区或者流动扰动区，从而减少血栓发生的概率。
本申请实施例第一方面提供了一种氧合器，包括：
壳体，所述壳体的上端盖上设置有血液进口，下端盖上设置有血液出口；
氧合室，设置在所述壳体内，所述血液进口和所述血液出口的轴线与所述氧合室的轴线重合。
本实施例中，氧合器在氧合室上下居中设置血液进口和血液出口，使血液在入口缓冲区向四周均匀扩散后，因重力作用从上往下均匀流向血液出口。血流流过阻力低，气血交换充分，血液停留时间短，而且血液流动过程中，氧合室内流场和压力场分布均匀，能够消除流动死区或者流动扰动区，从而降低血栓发生的概率。
在一些实施例中，所述壳体的上下端盖与所述氧合室的上下端面之间形成有间隔空间，所述血液进口和所述血液出口的空间沿远离所述间隔空间的方向逐渐减小。
本实施例中，位于氧合室上端面的间隔空间，能够使血液在进入氧合室前进行扩散，没有气血交换模块的干扰，扩散效果更好，扩散效率更高。而位于氧合室下端面的间隔空间，用于延长血液的流通路径，使血液在流出血液出口前先流经此处，将可能出现的流动死区设置在氧合室外，从而可以进一步降低血栓发生的概率。
在一些实施例中，所述壳体的下端盖内表面呈锥面，所述锥面的最低点设置所述血液出口。
本实施例中，将壳体的下端盖内表面设计成锥面，能够使间隔空间四周血液向血液出口汇集，避免在间隔空间出现流动死区，进而影响血液流通性能。
在一些实施例中，所述氧合室的上下端面分别设置有第一孔板、第二孔板，用于分别连通所述氧合室和各个所述间隔空间。
本实施例中，第一孔板、第二孔板不仅可以固定氧合室内的气血交换模块，还可以通过均匀布置孔板上的孔，提高血液的扩散效果，另外，第二孔板还能够引流氧合室内四周的血液，减少死区的出现。
在一些实施例中，所述氧合室的侧面与所述壳体的侧面之间形成有第一换气腔和第二换气腔，用于与所述壳体外界换气。
本实施例中，第一换气腔和第二换气腔可以直接与氧合室内的血液进行气血交换，无需额外设置气血交换模块，进而可以简化系统结构。
在一些实施例中，所述氧合室内沿水平方向设置有多个中空渗透管，每个所述中空渗透管的一端与所述第一换气腔连通，另一端与所述第二换气腔连通。
本实施例中，在氧合室内设置中空渗透管，并利用中空渗透管与氧合室内的血液进行气血交换。虽然额外增加了气血交换模块，但是，中空渗透管能够均匀分布在氧合室内部，能够具有更好的气血交换效率。
在一些实施例中，多个所述中空渗透管分层交叉布置。
本实施例中，中空渗透管水平且分层交叉布置，使得气血交换路径从一路变成两路，配合本实施例血液向四周扩散的特点，能够大大提高膜丝气血交换效率，进而提升膜肺功效。
在一些实施例中，所述氧合器还包括：
换热室，设置在所述壳体内，所述换热室的下端面与所述氧合室的上端面相接，所述换热室的轴线与所述氧合室的轴线重合。
本实施例中，氧合器在前述实施例的基础上增加了换热室，使氧合器在不改变原有性能的同时集合了换热功能。
在一些实施例中，所述换热室的上端面设置有第三孔板。
本实施例中，第三孔板用于连通换热室和血液进口或间隔空间，还同时具有提高血液的扩散效果的功能。
在一些实施例中，所述换热室的侧面与所述壳体的侧面之间形成有第一换热腔和第二换热腔，用于与所述壳体外接换热。
本实施例中，第一换热腔和第二换热腔可以直接与换热室内的血液进行热交换，无需额外设置气热交换模块，进而可以简化系统结构。
在一些实施例中，所述换热室内沿水平方向设置有多个换热管，每个所述换热管的一端与所述第一换热腔连通，另一端与所述第二换热腔连通。
本实施例中，在换热室内设置换热管，并利用换热管与换热室内的血液进行热交换。虽然额外增加了热交换模块，但是，换热管能够均匀分布在换热室内部，能够具有更好的热交换效率。
在一些实施例中，多个所述换热管分层交叉布置。
本实施例中，换热管平且分层交叉布置，使得换热路径从一路变成两路，配合本实施例血液向四周扩散的特点，能够大大提高换热效率，进而提升膜肺功效。
本申请实施例第二方面提供了一种体外膜肺氧合装置，包括前述任一实施例所述的氧合器。
本申请的上述实施例具有如下有益的技术效果：
本申请实施例所述氧合器在氧合室上下居中设置血液进口和血液出口，使进入氧合室的血液向四周均匀扩散后，因重力作用从上往下均匀流向血液出口，氧合室内流场和压力场分布均匀，血流流过阻力低且血液停留时间短，能够消除流动死区或者流动扰动区，从而减少血栓发生的概率。
附图说明
图1a是本申请实施例提供的一种氧合器的剖视图；
图1b是本申请实施例提供的一种氧合器的血液出口的局部放大图；
图1c是本申请实施例提供的一种氧合器的俯视图；
图1d是本申请实施例提供的一种氧合器的仰视图；
图2是本申请实施例提供的一种氧合器的气体路径设计示意图；
图3a是本申请实施例提供的一种氧合器的剖视图；
图3b是本申请实施例提供的一种氧合器的仰视图；
图4是本申请实施例提供的一种氧合器的水流路径设计示意图。
附图标记：
1、壳体；101、血液进口；102、血液出口；103、气孔；104、气孔；105、第一血液采样口；106、温度测量口；107、第二血液采样口；108、第一排气口；109、第二排气口；110、换热孔；111、换热孔；112、上端盖；113、下端盖；2、氧合室；201、上端面；202、下端面；3、间隔空间；4、间隔空间；5、中空渗透管；6、第一孔板；7、第二孔板；8、安装块；9、连接器；10、第一换气腔；11、第二换气腔；12、换热室；13、第三孔板；14、换热管；15、第一换热腔；16、第二换热腔。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本申请进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本申请的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本申请的概念。
申请人发现，在医疗器械领域中，目前临床所用ECMO膜肺虽然救治了很多患者，但依然存在长时间支持血栓发生率高，气血交换效率降低的问题。这与膜肺内部血流流场，压力场不均匀，存在流动死区，流速慢，血液长期滞留有直接关系。血栓的发生会直接影响膜肺功能，降低气血交换效率，甚至增加血栓风险。
基于上述原因，申请人在研究中发现，通过对膜肺血流流路、气路和水路进行优化设计，能够使膜肺内部流场、压力场分布均匀，流动滞留区域小，血液流过阻力低，气血交换效率和热交换效率高，从而提升膜肺长期支持的功效，降低长期支持时血栓发生概率。
图1a是本申请实施例提供的一种氧合器的剖视图；图1b是本申请实施例提供的一种氧合器的血液出口的局部放大图；图1c是本申请实施例提供的一种氧合器的俯视图；图1d是本申请实施例提供的一种氧合器的仰视图。
如图1所示，本申请实施例提供一种氧合器，包括：
壳体1，所述壳体1的上端盖112上设置有血液进口101，下端盖113上设置有血液出口102；
氧合室2，设置在所述壳体1内，所述血液进口101和所述血液出口102的轴线与所述氧合室2的轴线重合。
本实施例中，氧合器在氧合室2上下居中设置血液进口101和血液出口102，使血液在入口缓冲区向四周均匀扩散后，因重力作用从上往下均匀流向血液出口102。血流流过阻力低，气血交换充分，血液停留时间短，而且血液流动过程中，氧合室2内流场和压力场分布均匀，能够消除流动死区或者流动扰动区，从而降低血栓发生的概率。
在一些实施例中，所述壳体1的上下端盖113与所述氧合室2的上下端面201、202之间形成有间隔空间3、4，所述血液进口101和所述血液出口102的空间沿远离所述间隔空间3、4的方向逐渐减小。
本实施例中，位于氧合室2上端面201的间隔空间3，能够使血液在进入氧合室2前进行扩散，没有气血交换模块的干扰，扩散效果更好，扩散效率更高。而位于氧合室2下端面202的间隔空间4，用于延长血液的流通路径，使血液在流出血液出口102前先流经此处，将可能出现的流动死区设置在氧合室2外，从而可以进一步降低血栓发生的概率。
在一些实施例中，所述壳体1的下端盖113内表面呈锥面，所述锥面的最低点设置所述血液出口102。
本实施例中，将壳体1的下端盖113内表面设计成锥面，能够使间隔空间4四周血液向血液出口102汇集，避免在间隔空间4出现流动死区，进而影响血液流通性能。
在一些实施例中，所述氧合室2的上下端面201、202分别设置有第一孔板6、第二孔板7，用于分别连通所述氧合室2和所述间隔空间3和4。
本实施例中，第一孔板6、第二孔板7不仅可以固定氧合室2内的气血交换模块，还可以通过均匀布置孔板上的孔，提高血液的扩散效果，另外，第二孔板7还能够引流氧合室2内四周的血液，减少死区的出现。
在一些实施例中，所述氧合室2的侧面与所述壳体1的侧面之间形成有第一换气腔10和第二换气腔11，用于与所述壳体1外界换气。
本实施例中，第一换气腔10和第二换气腔11可以直接与氧合室2内的血液进行气血交换，无需额外设置气血交换模块。例如，第一换气腔10和第二换气腔11通过外壳1上的气孔103、104与壳体1外界换气，第一换气腔10、第二换气腔11通过与氧合室2相接的侧面和氧合室2内的血液进行气血交换。
在一些实施例中，所述氧合室2内沿水平方向设置有多个中空渗透管5，每个所述中空渗透管5的一端与所述第一换气腔10连通，另一端与所述第二换气腔11连通。
本实施例中，在氧合室2内设置中空渗透管5，中空渗透管5两端分别连接第一换气腔10、第二换气腔11，第一换气腔10、第二换气腔11通过与外界换气使中空渗透管5内气体流动，从而与氧合室2内的血液进行气血交换。虽然额外增加了气血交换模块，但是，中空渗透管5能够均匀分布在氧合室2内部，能够具有更好的气血交换效率。本实施例中，所述中空渗透管5可以是中空纤维膜丝。
在一些实施例中，多个所述中空渗透管5分层交叉布置。
本实施例中，中空渗透管5水平且分层交叉布置，使得气血交换路径从一路变成两路，配合本实施例血液向四周扩散的特点，能够大大提高膜丝气血交换效率，进而提升膜肺功效。
在一些实施例中，所述氧合器还包括：
换热室12，设置在所述壳体1内，所述换热室12的下端面202与所述氧合室2的上端面201相接，所述换热室12的轴线与所述氧合室2的轴线重合。
本实施例中，氧合器在前述实施例的基础上增加了换热室12，使氧合器在不改变原有性能的同时集合了换热功能。
在一些实施例中，所述换热室12的上端面设置有第三孔板13。
本实施例中，取消原有的第一孔板6，或使原有的第一孔板6用于连通换热室12和氧合室2，第三孔板13用于连通换热室12和血液进口101或间隔空间3，还同时具有提高血液的扩散效果的功能。
在一些实施例中，所述换热室12的侧面与所述壳体1的侧面之间形成有第一换热腔15和第二换热腔16，用于与所述壳体1外接换热。
本实施例中，第一换热腔15和第二换热腔16可以直接与换热室12内的血液进行热交换，无需额外设置气热交换模块。例如，第一换热腔15和第二换热腔16通过外壳上的换热孔110、111与壳体1外界换热，第一换热腔15、第二换热腔16通过与换热室12相接的侧面和换热器室内的血液进行热交换。
在一些实施例中，所述换热室12内沿水平方向设置有多个换热管14，每个所述换热管14的一端与所述第一换热腔15连通，另一端与所述第二换热腔16连通。
本实施例中，在换热室12内设置换热管14，换热管14两端分别连接第一换热腔15、第二换热腔16，第一换热腔15、第二换热腔16通过与外界换热使换热管14内部有热介质流动，从而与换热室12内的血液进行热交换。虽然额外增加了热交换模块，但是，换热管14能够均匀分布在换热室12内部，能够具有更好的热交换效率。本实施中，所述换热管14可以是水丝。
在一些实施例中，多个所述换热管14分层交叉布置。
本实施例中，换热管14平且分层交叉布置，使得换热路径从一路变成两路，配合本实施例血液向四周扩散的特点，能够大大提高换热效率，进而提升膜肺功效。
在一些实施例中，所述血液进口101上设有第一血液采样口105，所述血液出口102上设有温度测量口106和第二血液采样口107。第一血液采样口105用于氧合前血液的采样检测，第二血液采样口107用于氧合后血液的采样检测，温度测量口106用于实时检测氧合后血液的温度，确定氧合后的血液是否可以直接流入动静脉。
在一些实施例中，所述壳体1上还设有安装块8，安装块8上安装有与储血罐连接的连接器9。
在一种实施例中，所述壳体1上还设有第一排气口108，所述第一排气口108与所述间隔空间3连通；所述壳体1上还设有第二排气口109，所述第二排气口109与所述间隔空间4连通。第一排气口108、第二排气口109用于排除血液中的气泡。本申请实施例还提供一种体外膜肺氧合，包括前述任一实施例所述的氧合器。
本实施例体外膜肺氧合具备前述任一实施例所述氧合器的优点，此处不再一一赘述。
应当理解的是，本申请的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本申请的原理，而不构成对本申请的限制。因此，在不偏离本申请的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。此外，本申请所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (13)

1.一种氧合器，包括：
壳体(1)，所述壳体(1)的上端盖(112)上设置有血液进口(101)，下端盖(113)上设置有血液出口(102)；
氧合室(2)，设置在所述壳体(1)内，所述血液进口(101)和所述血液出口(102)的轴线与所述氧合室(2)的轴线重合。
2.如权利要求1所述的氧合器，其中，
所述壳体(1)的上下端盖(113)与所述氧合室(2)的上下端面(202)之间形成有间隔空间(3、4)，所述血液进口(101)和所述血液出口(102)的空间沿远离所述间隔空间(3、4)的方向逐渐减小。
3.如权利要求2所述的氧合器，其中，
所述壳体(1)的下端盖(113)内表面呈锥面，所述锥面的最低点设置所述血液出口(102)。
4.如权利要求2所述的氧合器，其中，
所述氧合室(2)的上下端面(201、202)分别设置有第一孔板(6)、第二孔板(7)，用于分别连通所述氧合室(2)和所述间隔空间(3)和(4)。
5.如权利要求4所述的氧合器，其中，
所述氧合室(2)的侧面与所述壳体(1)的侧面之间形成有第一换气腔(10)和第二换气腔(11)，用于与所述壳体(1)外界换气。
6.如权利要求5所述的氧合器，其中，
所述氧合室(2)内沿水平方向设置有多个中空渗透管(5)，每个所述中空渗透管(5)的一端与所述第一换气腔(10)连通，另一端与所述第二换气腔(11)连通。
7.如权利要求6所述的氧合器，其中，
多个所述中空渗透管(5)分层交叉布置。
8.如权利要求1-7任一项所述的氧合器，其中，所述氧合器还包括：
换热室(12)，设置在所述壳体(1)内，所述换热室(12)的下端面与所述氧合室(2)的上端面(201)相接，所述换热室(12)的轴线与所述氧合室(2)的轴线重合。
9.如权利要求8所述的氧合器，其中，
所述换热室(12)的上端面设置有第三孔板(13)。
10.如权利要求9所述的氧合器，其中，
所述换热室(12)的侧面与所述壳体(1)的侧面之间形成有第一换热腔15和第二换热腔16，用于与所述壳体(1)外接换热。
11.如权利要求10所述的氧合器，其中，
所述换热室(12)内沿水平方向设置有多个换热管(14)，每个所述换热管(14)的一端与所述第一换热腔15连通，另一端与所述第二换热腔16连通。
12.如权利要求11所述的氧合器，其中，
多个所述换热管(14)分层交叉布置。
13.一种体外膜肺氧合装置，其特征在于，包括如权利要求1-12所述的氧合器。
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