CN115624665B

CN115624665B - 一种仿生型体外膜肺氧合系统

Info

Publication number: CN115624665B
Application number: CN202211552810.9A
Authority: CN
Inventors: 王金南; 丁显峰
Original assignee: Beijing Qinghan Medical Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Qinghan Medical Technology Co ltd
Priority date: 2022-12-06
Filing date: 2022-12-06
Publication date: 2023-03-31
Anticipated expiration: 2042-12-06
Also published as: CN115624665A

Abstract

本发明涉及一种仿生型体外膜肺氧合系统，其包括：第一脉动协同血泵，其输入端作为引血端，用于引入待处理血液；膜肺，其输入端与所述第一脉动协同血泵的输出端连接，将待处理血液泵入所述膜肺中进行气体交换及调温处理，得到高氧饱和度的血液；第二脉动协同血泵，其输入端与所述膜肺的输出端连接，将高氧饱和度血液输出。本发明的能为患者提供双重体外脉动、同时调节免疫炎症反应、调节进血管和出血管血压差、通过血泵控制系统调节血压值和血流量，根据患者的状态进行调节血流量和脉动频率等。本发明可以在医疗器械领域中应用。

Description

一种仿生型体外膜肺氧合系统

技术领域

本发明涉及一种医疗器械技术领域，特别是关于一种仿生型体外膜肺氧合（ECMO）系统。

背景技术

针对当前新冠肺炎疫情仍在世界多国流行。由于病毒感染的直接冲击，医疗系统超负荷的间接压力，以及非专业施救者和患者对感染的心理恐惧，导致新冠肺炎患者心脏骤停的心肺复苏成功率受到不良影响。尤其是在进行会产生气溶胶的操作时，有极大被感染的隐患。体外膜肺氧合（ECMO）通过导管（插管）将血液从体内抽走，并将血液泵入人工肺（充氧器），从而起到人工心肺的作用。充氧器将二氧化碳从血液中取出，将氧气注入血液，然后血液被泵回体内。血泵又称人工心脏泵，主要为体外循环系统提供泵血功能。例如在心脏手术时，为保证患者心脏安静、无血，使手术能够顺利进行。在非定点医院的医疗机构中，不乏在院外发生心脏骤停转运到医疗机构，或在到达医疗机构不久即发生心脏骤停的患者。无论是院前急救、急诊科或重症监护室，心肺复苏是新冠肺炎患者可能需要的最紧急的治疗手段。研究认为，在体外循环中长时间对人体进行血液非脉动血液循环会对脏器组织和脑组织造成一定损伤，而采用脉动所产生的高脉压差可以改善大脑局部脑氧饱和度和提高组织微循环，除此之外脉动循环还能有效抑制体外循环后人体其他脏器的损伤，有利于术后患者的恢复。因此，与单一提供连续循环动力的离心泵和滚压泵相比，具备双动力源和多动力源复合的脉动的血泵有利于人体各主要脏器的血液微循环灌注。

现有的体外循环血泵仍存在有诸多的缺陷，而亟待加以改进。目前的生命支持手段仅仅有“支持”的局限作用，而不能达到治疗的作用，在急危重症患者中，免疫炎症反应的失衡是导致危重症患者死亡的重要因素之一，持续血液循环将明显激活机体的免疫炎症反应，使得本已存在免疫失衡的危重症机体的免疫失衡将更加严重，这使得目前的体外生命支持手段的效果大大降低。发明一种集支持、治疗和调节于一体，且又不加重危重病机体的负担的一体化多功能仿生型体外生命支持与治疗系统在临床中显得尤为重要，如能为患者提供双重体外脉动、同时调节免疫炎症反应、调节进血管和出血管血压差、通过血泵控制系统调节血压值和血流量，根据患者的状态进行调节血流量和脉动频率等。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种仿生型体外膜肺氧合系统，其能为患者提供双重体外脉动、同时调节免疫炎症反应、调节进血管和出血管血压差、通过血泵控制系统调节血压值和血流量，根据患者的状态进行调节血流量和脉动频率等。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种仿生型体外膜肺氧合系统，其包括：第一脉动协同血泵，其输入端作为引血端，用于引入待处理血液；膜肺，其输入端与所述第一脉动协同血泵的输出端连接，将待处理血液泵入所述膜肺中进行气体交换及调温处理，得到高氧饱和度的血液；第二脉动协同血泵，其输入端与所述膜肺的输出端连接，将高氧饱和度血液输出。

进一步，所述膜肺一侧经气管与多组分气体混合仪连接，由所述多组分气体混合仪进行气体交换，提高血氧饱和度；所述膜肺另一侧也连接有气管，通过该气管排除血液中的CO₂，并将O₂引入血液。

进一步，还包括控温系统；所述控温系统与所述膜肺连接，用于获取所述膜肺内血液的温度信息，并对血液温度进行调节，使所述膜肺内血液的温度达到人体温度。

进一步，所述控温系统与所述膜肺之间经水管连接，以将所述膜肺内部分血液作为样品血液经所述水管传输至所述控温系统内。

进一步，还包括血泵控制系统；所述血泵控制系统经血泵控制信号线分别与所述第一脉动协同血泵和所述第二脉动协同血泵连接；

所述血泵控制系统同时调节所述第一脉动协同血泵和所述第二脉动协同血泵的脉动频率和脉动波形，使两血泵具有相同的血流量和脉动周期。

进一步，所述第一脉动协同血泵采用单一脉动式血泵，或采用双脉动组合血泵。

进一步，所述第二脉动协同血泵采用两个复合双脉动式血泵，或采用四个单脉动组合血泵。

进一步，所述第一脉动协同血泵和所述第二脉动协同血泵均采用仿生型血泵，所述仿生型血泵包括：

血泵房，其内部设置有第一周期性气囊和第二周期性气囊，所述第一周期性气囊与所述第二周期性气囊紧密连接；

所述第一周期性气囊内设置有仿生血泵房，所述第二周期性气囊内设置有仿生血泵室，所述仿生血泵房的出口端设置有第一单向阀，通过所述第一单向阀与所述仿生血泵室的入口连通，所述仿生血泵室的出口端设置有第二单向阀；

由所述第一周期性气囊和所述第二周期性气囊的充放气，使所述仿生血泵房和仿生血泵室进行收缩和扩张，每次收缩和扩张为一次心跳，以将血液依次经所述第一单向阀和所述第二单向阀泵出。

进一步，所述仿生血泵房的入口端经血泵管与外部输入源连接；所述仿生血泵室的出口端经血泵管将血液泵出，所述第二单向阀与该血泵管连接。

进一步，所述仿生血泵房和所述仿生血泵室的脉动周期相同，两者能够同步调节，也能进行异步调节，且收缩舒张时间长短分布可调节。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明可以可调节进血管和出血管血压差、通过血泵控制系统调节血压值和血流量、为患者提供体外脉动，根据患者的状态进行自调节血流量和设定脉动频率。

2、本发明除了在心肺功能受损或衰竭时，起到血液泵送和气体交换的功能之外，不仅可为医师准确调节患者心率提供可能，还可以针对不同个体进行输血量的精准匹配，为医师提供更精准的手术环境。

3、本发明的气体交换率高、可辅助调节心率。

附图说明

图1是本发明一实施例中仿生型体外膜肺氧合系统结构示意图；

图2是本发明一实施例中可伸缩自调节仿生型血泵结构示意图；

图3是本发明一实施例中仿生血泵房收缩仿生血泵室舒张原理图；

图4是本发明一实施例中仿生血泵房舒张仿生血泵室收缩原理图；

图5是本发明一实施例中仿生血泵房舒张仿生血泵室舒张原理图；

图6是本发明一实施例中仿生血泵房舒张仿生血泵室收缩原理图；

附图标记：

1-第一周期性气囊；2-第二周期性气囊；3-仿生血泵房；4-仿生血泵室；5-第一单向阀；6-第二单向阀；7-血泵管；8-气囊固定腔；9-第一脉动协同血泵；10-膜肺；11-第二脉动协同血泵；12-第一血管；13-第二血管；14-气管；15-多组分气体混合仪；16-控温系统；17-水管；18-血泵控制系统；19-血泵控制信号线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明提供的是针对新冠疫情心肺衰竭患者紧急救助的仿生型体外膜肺氧合（ECMO）系统，其能够暂时替代心脏泵血、肺气体交换和调温功能的体外循环系统。包括仿生血泵、气体交换膜肺、血液控温加热模块、气管、血管、水管和控温系统。本发明的目的是将回心静脉血引流到体外，经人工方法进行气体交换，调节温度和过滤后，输回体内动脉系统进而为生命提供支持。可以可调节进血管和出血管血压差、通过血泵控制系统调节血压值和血流量、为患者提供体外脉动，根据患者的状态进行自调节血流量和设定脉动频率。除了在心肺功能受损或衰竭时，起到血液泵送和气体交换的功能之外，不仅可为医师准确调节患者心率提供可能，还可以针对不同个体进行输血量的精准匹配，为医师提供更精准的手术环境。本发明气体交换率高、可辅助调节心率。

在本发明的一个实施例中，提供一种仿生型体外膜肺氧合系统，本实施例包括但不限于患者康复期间暂时接管心脏和/或肺部的功能，心肺功能受损或衰竭的体外循环系统，特别是涉及当患者暂时不能为组织提供足够的氧气时，对药物或呼吸机等其他生命支持方法无效时的一种仿生型体外生命支持人工心肺。本实施例中，如图1所示，该仿生型体外膜肺氧合系统包括：

第一脉动协同血泵9，其输入端作为引血端，用于引入待处理血液；

膜肺10，其输入端与第一脉动协同血泵9的输出端连接，将待处理血液泵入膜肺10中进行气体交换及调温处理，得到高氧饱和度的血液；

第二脉动协同血泵11，其输入端与膜肺10的输出端连接，将高氧饱和度血液输出，例如引回人体。

上述实施例中，第一脉动协同血泵9的引血端与第一血管12连接，将待处理血液引入；膜肺10与第一脉动协同血泵9经第二血管13连接，经第一脉动协同血泵9将血液泵入膜肺10中。

上述实施例中，膜肺10一侧经气管14与多组分气体混合仪15连接，经多组分气体混合仪15进行气体交换，以提高血氧饱和度；膜肺10另一侧也连接有气管14，通过该气管14排除血液中的CO₂，并将O₂引入血液。

在本实施例中，多组分气体混合仪15输出的调节气体成分及比例可以根据临床需求进行设定，在此不做限定。其中，气体组分包括但不限于氮气、氧气、二氧化碳、麻醉气体。

上述实施例中，仿生型体外膜肺氧合系统还包括控温系统16。控温系统16与膜肺10连接，用于获取膜肺10内血液的温度信息，并对血液温度进行调节，使膜肺10内血液的温度达到人体温度。

在本实施例中，控温系统16内包括温度传感器、加热器、冷却器和温度控制模块；温度传感器用于检测膜肺10内血液的温度，并将检测到的温度信息传输至温度控制模块。温度控制模块内预设有温度阈值，该温度阈值优选为人体标准温度；温度控制模块将接收到的温度信息与温度阈值进行比较，若高于阈值，则温度控制模块向冷却器发送启动信号，由冷却器对膜肺10进行降温，使血液温度达到人体温度，以避免血液温度过高；若低于阈值，则温度控制模块向加热器发送启动信号，由加热器对膜肺10进行升温，使血液温度达到人体温度。

其中，温本实施例中度控制模块采用已有控制模块实现，在此不做限定，能实现温度控制功能的控制芯片即可。

而且，加热器和冷却器均采用现有成熟技术即可实现相应的功能，且加热器和冷却器及温度传感器均设置在膜肺10的外部，以避免对膜肺10内的血液造成污染。

本实施例使用时，控温系统16内的温度阈值还可以根据临床需要进行调节，设置为高于患者体温或低于患者体温。

在本实施例中，控温系统16与膜肺10之间经水管17连接，以便将膜肺10内部分血液作为样品血液经水管17传输至控温系统16内。

上述实施例中，仿生型体外膜肺氧合系统还包括血泵控制系统18。血泵控制系统18经血泵控制信号线19分别与第一脉动协同血泵9和第二脉动协同血泵11连接，由血泵控制系统18同时调节第一脉动协同血泵9和第二脉动协同血泵11的脉动频率和脉动波形，使两血泵具有相同的血流量和脉动周期。

使用时，通过血泵控制系统18可调节进血管（与第一脉动协同血泵9连接的第一血管12）和出血管（与第二脉动协同血泵11输出端连接的第一血管12）血压差。并能针对不同个体的心功能提供指导输血量，综合考虑患者功能参数、体积参数和氧合参数，根据不同患者制定个体化的血压值和血流量，并通过血泵控制系统18调节血压值和血流量。

上述实施例中，第一脉动协同血泵9可以采用单一脉动式血泵，也可以采用双脉动组合血泵。第二脉动协同血泵11可以采用两个复合双脉动式血泵，也可以采用四个单脉动组合血泵；当采用四个单脉动组合血泵时，四血泵采用两两组合，使本发明整体系统为双重血泵组合模式。

本发明为采用第一脉动协同血泵9和第二脉动协同血泵11的仿生型双血泵系统，为患者提供双重体外脉动，根据患者的状态进行调节，血流量和脉动频率。该系统可模拟不同的脉动频率、和脉动波形，模拟高血压、低血压、心律不齐等血流动力学状况。

在本发明一个实施例中，提供一种仿生型血泵。在本实施例中，该血泵为可伸缩自调节脉动仿生型血泵，可自调节血量，并通过外部的血泵控制系统设定脉动频率周期。上述各实施例中的第一脉动协同血泵9和第二脉动协同血泵11可以采用本实施例中的仿生型血泵。

具体的，如图2所示，仿生型血泵包括：

血泵房，其内部设置有第一周期性气囊1和第二周期性气囊2，第一周期性气囊1和第二周期性气囊2紧密连接，且第一周期性气囊1和第二周期性气囊2通过气囊固定腔8固定；

第一周期性气囊1内设置有仿生血泵房3，第二周期性气囊2内设置有仿生血泵室4，仿生血泵房3的出口端设置有第一单向阀5，通过第一单向阀5与仿生血泵室4的入口连通，仿生血泵室4的出口端设置有第二单向阀6；通过第一周期性气囊1和第二周期性气囊2的充放气，使仿生血泵房3和仿生血泵室4进行收缩和扩张，每次收缩和扩张为一次心跳，以将血液依次经第一单向阀5和第二单向阀6泵出。

使用时，通过第一周期性气囊1和第二周期性气囊2的充放气，使仿生血泵房3和仿生血泵室4进行收缩和扩张，进而使血液从仿生血泵房3排入每个心室（即仿生血泵室4），然后由第二单向阀6喷射出去，流到需要的地方。

上述实施例中，通过第一周期性气囊1和第二周期性气囊2的充放气量，实现对仿生血泵房3和仿生血泵室4的自调节血量。

上述实施例中，仿生血泵房3的入口端经血泵管7与外部输入源连接；仿生血泵室4的出口端经血泵管7将血液泵出，第二单向阀6与该血泵管7连接，由第二单向阀6的开关控制是否有血液经该血泵管7流出。

上述实施例中，仿生血泵房3和仿生血泵室4的脉动周期相同，两者不仅可同步调节，还可以异步调节，且收缩舒张时间长短分布可调节。在本实施例中，采用的常规使用循环周期为：仿生血泵房3收缩仿生血泵室4舒张、仿生血泵房3舒张仿生血泵室4收缩、仿生血泵房3舒张仿生血泵室4舒张，三个过程组成一个循环周期，如图3至图5所示。

综上，如图3至图6所示，本发明的仿生型血泵工作原理为：

1）通过第一周期性气囊1充放气对仿生血泵房3进行挤压使仿生血泵房3能够收缩和扩张；同理，通过第二周期性气囊2充放气对仿生血泵室4挤压使仿生血泵室4能够收缩和扩张。每次收缩和松弛是就一次心跳。

2）仿生血泵房3收缩（被称为收缩期）强迫血液通过第一单向阀5流出，以流入仿生血泵室4；

3）仿生血泵房3舒张，强迫仿生血泵房3前部进口端的血泵管7内血液进入仿生血泵房3；

4）仿生血泵室4收缩（被称为收缩期）强迫血液通过第二单向阀6流出血泵；

5）仿生血泵室4舒张期，强迫血液从仿生血泵房3流出以充满仿生血泵室4。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种仿生型体外膜肺氧合系统，其特征在于，包括：

第一脉动协同血泵，其输入端作为引血端，用于引入待处理血液；

膜肺，其输入端与所述第一脉动协同血泵的输出端连接，将待处理血液泵入所述膜肺中进行气体交换及调温处理，得到高氧饱和度的血液；

第二脉动协同血泵，其输入端与所述膜肺的输出端连接，将高氧饱和度血液输出；

所述第一脉动协同血泵和所述第二脉动协同血泵均采用仿生型血泵，所述仿生型血泵包括：

由所述第一周期性气囊和所述第二周期性气囊的充放气，使所述仿生血泵房和仿生血泵室进行收缩和扩张，每次收缩和扩张为一次心跳，以将血液依次经所述第一单向阀和所述第二单向阀泵出；

所述仿生血泵房和所述仿生血泵室的脉动周期相同，两者能够同步调节，也能进行异步调节，且收缩舒张时间长短分布可调节。

2.如权利要求1所述仿生型体外膜肺氧合系统，其特征在于，所述膜肺一侧经气管与多组分气体混合仪连接，由所述多组分气体混合仪进行气体交换，提高血氧饱和度；所述膜肺另一侧也连接有气管，通过该气管排除血液中的CO₂，并将O₂引入血液。

3.如权利要求1所述仿生型体外膜肺氧合系统，其特征在于，还包括控温系统；所述控温系统与所述膜肺连接，用于获取所述膜肺内血液的温度信息，并对血液温度进行调节，使所述膜肺内血液的温度达到人体温度。

4.如权利要求3所述仿生型体外膜肺氧合系统，其特征在于，所述控温系统与所述膜肺之间经水管连接，以将所述膜肺内部分血液作为样品血液经所述水管传输至所述控温系统内。

5.如权利要求1所述仿生型体外膜肺氧合系统，其特征在于，还包括血泵控制系统；所述血泵控制系统经血泵控制信号线分别与所述第一脉动协同血泵和所述第二脉动协同血泵连接；

6.如权利要求1所述仿生型体外膜肺氧合系统，其特征在于，所述仿生血泵房的入口端经血泵管与外部输入源连接；所述仿生血泵室的出口端经血泵管将血液泵出，所述第二单向阀与该血泵管连接。