CN115887808A

CN115887808A - 膜式氧合器

Info

Publication number: CN115887808A
Application number: CN202211679740.3A
Authority: CN
Inventors: 陈增胜; 付兴吉; 樊瑜波; 邓小燕
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2022-12-27
Filing date: 2022-12-27
Publication date: 2023-04-04

Abstract

本发明公开一种膜式氧合器，涉及医疗器械技术领域，包括壳体，壳体内的腔体为血液流动腔，壳体和血液流动腔同轴且均呈圆柱形，壳体的轴向水平，血液流动腔包括沿壳体的轴向依次分布的进口缓冲区、血气交换区和出口缓冲区；进口缓冲区与血气交换区之间、血气交换区与出口缓冲区之间都设置有一多孔压板，多孔压板上均设有多个通孔；血气交换区均布有大量中空纤维膜丝；一端与进口缓冲区连通的血液进口管路，血液进口管路的轴向与血液流动腔的轴向垂直；一端与出口缓冲区的底部连通的血液出口管路，血液出口管路的轴向与血液流动腔的轴向平行；与进口缓冲区的顶部相通的排气孔。本发明的膜式氧合器中有效降低了血液滞留和血栓形成的概率。

Description

膜式氧合器

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种膜式氧合器。

背景技术

膜式氧合器(MembraneOxygenator，MO)是现代体外生命支持技术——体外膜肺氧合技术(ExtracorporealMembraneOxygenation，ECMO)中使用的血液氧合设备。膜式氧合器在体外生命支持过程中替代了人体肺脏的功能，因此也被称为“人工肺”或“膜肺”。在体外生命支持过程中，贫氧血液由血泵驱动，经插管从人体流出，在膜式氧合器流动腔完成气体交换过程，变为富氧血液，再经插管流回人体。膜式氧合器流动腔内具有大量管状中空纤维膜，总面积可达数平方米，氧气在管腔内流动，血液在管腔外流动，在血、气分离的条件下，通过中空纤维膜完成气体交换。

膜式氧合器的外部结构设计能够显著影响其流动腔内部的血液流场，因此市场上有很多种不同结构的膜式氧合器，性能也不尽相同。通过改变膜式氧合器外部结构，进而改善其流动腔内部的血液流场，最终达到提高膜式氧合器安全性、功能性的目的，是目前膜式氧合器设计研发的一个重要途径。

目前临床长期使用效果较好的Maquet公司设计研发的QUADROX系列膜式氧合器，它们都采用长方体形状的流动腔设计，并采用单个血液进、出口的设计，进、出口分别位于长方体流动腔的相对平面的相同直角的区域，并保持同轴，进、出口轴线与流动腔垂直，即血液垂直流入、流出流动腔。由于膜式氧合器流动腔室内部置有大量的管状中空纤维膜，若如QUADROX系列膜式氧合器采用血液进口、血液出口与流动腔室垂直的设计，血液则会以较高的速度射入中空纤维膜区域，并且由于血液进、出口都位于氧合器底部，从进口流入的大部分血液会很快从出口离开，而远离血液进口、血液出口的其它区域血液流量相对较低，因此造成明显的血液流量分配不均现象，在靠近血液进口、血液出口的区域，大部分血液很快流过；而在远离血液进口、血液出口的区域，只有小部分血液流过，由于血流量小，流速相对缓慢，在远离进出口的区域中空纤维膜丝的气血交换效率低，同时也容易发生血液停滞。血液停滞是诱发血栓形成的因素之一，血栓形成后会附着在中空纤维膜表面，进一步阻碍血液流动并降低气体交换效率。现有研究结果表明，在QUADROX系列膜式氧合器流动腔室距离血液进口、血液出口最远的直角区域血栓形成情况较为严重，这与该处的血液停滞情况是对应的。

针对以上情况，QUADROX系列膜式氧合器在正对血液进口的中空纤维膜区域前方均设置了挡板结构，避免血液发生“射流”，即在靠近血液进、出口的区域血液流速较高，大部分血液流量从进口流入后很快从出口流出。挡板设计会促使血流改变方向，让更多的血液流向远离进、出口的区域，促使血流在氧合器的中空纤维膜丝区域内可均匀分布。虽然加入挡板确实有效避免了血液射流，改善了血液流量分配不均的情况，但挡板后面容易产生流动扰动或滞留区域，这些区域形成血栓的概率较大。根据临床观察结果，在挡板后的中空纤维膜区域，血栓形成情况也较为严重，此外还发现，即使采用了挡板设计，流量均匀分配效果仍不够明显。

发明内容

本发明的目的是提供一种膜式氧合器，以解决上述现有技术存在的问题，提高氧合器流动腔室内血液流动的均匀性，并降低血液滞留和血栓形成的概率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种膜式氧合器，包括：

壳体，所述壳体内的腔体为血液流动腔，所述壳体和所述血液流动腔同轴且均呈圆柱形，所述壳体的轴向水平，所述血液流动腔包括沿所述壳体的轴向依次分布的进口缓冲区、血气交换区和出口缓冲区；所述进口缓冲区与所述血气交换区之间、所述血气交换区与所述出口缓冲区之间都设置有一多孔压板，所述多孔压板上均设有多个通孔，所述多孔压板呈圆形且全部边缘与所述壳体的内壁密封连接，所述多孔压板与所述血液流动腔同轴；所述血气交换区均布有大量中空纤维膜丝；

一端与所述进口缓冲区连通的血液进口管路，所述血液进口管路的轴向与所述血液流动腔的轴向垂直；

一端与所述出口缓冲区的底部连通的血液出口管路，所述血液出口管路的轴向与所述血液流动腔的轴向平行；

与所述进口缓冲区的顶部相通的排气孔。

优选的，两个所述多孔压板将全部所述中空纤维膜丝夹紧。

优选的，所述血液进口管路与所述进口缓冲区的底端相通，且所述血液进口管路的轴向水平。

优选的，所述血液进口管路与所述进口缓冲区的连接口位于所述排气孔的正下方。

优选的，所述血液进口管路与所述进口缓冲区的连接口位于所述进口缓冲区的中部边缘，所述壳体靠近所述进口缓冲区的一端的端面设置有多个渐收管槽，每个所述渐收管槽的扩口端都与所述血液进口管路相通，每个所述渐收管槽靠近所述进口缓冲区的一侧整体与所述进口缓冲区相通；全部所述渐收管槽的收口端在所述端面上均匀分布。

优选的，全部所述渐收管槽以所述血液进口管路与所述壳体的连接点为圆心呈辐射状分布。

优选的，所述血液进口管路的内壁和所述进口缓冲区的内壁分别与每个所述渐收管槽的内壁光滑连接。

优选的，所述血液进口管路的内壁与所述进口缓冲区的内壁光滑连接，所述出口缓冲区的内壁与所述血液出口管路的内壁光滑连接。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的膜式氧合器中的血液流动均匀，有效降低了血液滞留和血栓形成的概率。

进一步的，血液进入进口缓冲区的方向与中空纤维膜丝面平行，不会直接冲击中空纤维膜丝而造成血液损伤，并且能够有效避免血液“射流”，因此在进口多孔压板设计中也无需增设挡板，自然也就不存在挡板后面发生血流扰动和流动死区的情况；

进一步的，由于血液沿与血液流动腔的轴向垂直的方向流入氧合器进口缓冲区，可以引导血流均匀分配到中空纤维膜丝区域中，提升气血交换效率；

进一步的，排气口位于进口缓冲区相对上部的位置，在氧合器预充过程中便于排气；

进一步的，圆柱体的血液流动腔室让流场更加均匀，避免了尖角设计导致的流动死区，降低血栓形成风险，同时加工也更加方便；

进一步的，血液出口位于出口缓冲区底部，可以使得进入氧合器的血液顺利流出流动腔室，有效避免因血液难以克服重力导致的血液停滞和血栓形成。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明膜式氧合器实施例一的结构示意图；

图2为本发明膜式氧合器实施例一的结构示意图；

图3为本发明膜式氧合器实施例一的结构示意图；

图4为本发明膜式氧合器实施例一中进口多孔压板的结构示意图；

图5为本发明膜式氧合器实施例二的结构示意图；

图6为本发明膜式氧合器实施例二的结构示意图；

图7为本发明膜式氧合器实施例二的结构示意图；

其中，1、壳体；2、血液进口管路；3、排气孔；4、血液出口管路；5、进口缓冲区；6、进口多孔压板；601、通孔；7、血气交换区；8、中空纤维膜丝；9、出口多孔压板；10、出口缓冲区；11、渐收管槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1-图4所示，本实施例提供一种膜式氧合器，包括壳体1、血液进口管路2、血液出口管路4和排气孔3。

其中，壳体1内的腔体为血液流动腔，壳体1和血液流动腔同轴且均呈圆柱形，壳体1的轴向水平，血液流动腔包括沿壳体1的轴向依次分布的进口缓冲区5、血气交换区7和出口缓冲区10，容易理解的，进口缓冲区5、血气交换区7和出口缓冲区10也都呈圆柱形；圆柱形的血液流动腔让流场更加均匀，避免了尖角设计导致的流动死区，降低血栓形成风险，同时加工也更加方便。

进口缓冲区5与血气交换区7之间、血气交换区7与出口缓冲区10之间都设置有一多孔压板，每个多孔压板上都均匀设置有多个通孔601，多孔压板呈圆形且全部边缘与壳体1的内壁密封连接，多孔压板与血液流动腔同轴；进口缓冲区5与血气交换区7之间的多孔压板为进口多孔压板6，血气交换区7与出口缓冲区10之间的多孔压板为出口多孔压板9，血气交换区7均布有大量中空纤维膜丝8。

进口多孔压板6和出口多孔压板9一方面能够以通过挤压固定血气交换区7中的中空纤维膜丝8，另一方面，两个多孔压板上均匀设置的多个通孔601，能够提高血流流动的均匀性，促使血流流量分配更加均匀。

血液进口管路2的出口端与进口缓冲区5远离血气交换区7的一侧的底端连通，于本实施例中，血液进口管路2的轴向与血液流动腔的轴向垂直，即血液进口管路2与壳体1的端面相互平行，另外，血液进口管路2的出口端与进口缓冲区5的连接处的内壁是光滑的曲面，以提高血液流动的柔缓性，避免因死角或尖角的存在，造成血流扰动而形成血栓和造成血液损伤。

血液进口管路2的轴向与血液流动腔的轴向垂直，血液进口管路2中的血流方向与血液流动腔的轴向垂直，使得血流流入进口缓冲区5后不会直接朝向血气交换区7流动而冲击中空纤维膜丝8造成血液损伤，并且能够有效避免血液“射流”，因此在进口多孔压板6设计中也无需增设挡板，可以有效避免挡板后面发生血流扰动和流动死区。

且本实施例中血液进口管路2的轴向水平，由于血液进口管路2的出口端是与圆柱形的进口缓冲区5的底端相通，则血液通过血液进口管路2后能够以近似相切的方式进入进口缓冲区5中，这样血液流入进口缓冲区5中后会沿着进口缓冲区5的呈圆环形的侧面边缘流动，并且逐渐向圆心位置靠拢，直到充满整个进口缓冲区5，这样可以使得血液流动较为柔和和均匀，从而进一步引导血流均匀分配到血气交换区7中，从而提升气血交换效率。

血液出口管路4的进口端与出口缓冲区10远离血气交换区7的一侧的底端连通，可以使得出口缓冲区10中的血液顺利流出，有效避免因血液难以克服重力导致的血液停滞和血栓形成。而使得血液出口管路4的轴向与血液流动腔的轴向平行，能够进一步便于出口缓冲区10中的血液快速流出。出口缓冲区10的内壁与血液出口管路4的内壁光滑连接，能够提高血液流动的柔缓性，避免因死角或尖角的存在，造成血流扰动而形成血栓和造成血液损伤。

排气孔3设置在进口缓冲区5远离血气交换区7的一侧的顶端，排气孔3与进口缓冲区5相通，且血液进口管路2与进口缓冲区5的连接口位于排气孔3的正下方；这样能够便于在氧合器预充过程中的排气。

本实施例膜式氧合器的具体工作原理如下：

血液通过血液进口管路2后以非常小的接触角、近切向地流入进口缓冲区5，血液进入氧合器后会沿着进口缓冲区5的呈圆环形的侧面边缘流动，并且逐渐向圆心位置靠拢，直到充满整个进口缓冲区5；随后较为均匀地通过进口多孔压板6进入血气交换区7中，在血气交换区7中与中空纤维膜丝8进行气体交换，然后变为富氧血液，最后较为均匀地通过出口多孔压板9进入出口缓冲区10中，从底部垂直出口经血液出口管路4流出氧合器。

实施例二

如图5-图7所示，本实施例提供一种膜式氧合器，在实施例一的基础上，本实施例的膜式氧合器与实施例一所提供的膜式氧合器在结构组成和工作原理上基本都相同，区别之处仅在于：

本实施例膜式氧合器中的血液进口管路2与进口缓冲区5的连接口位于进口缓冲区5远离血气交换区7的一侧的中部边缘处，具体的，壳体1靠近进口缓冲区5的一端的端面还设置有多个渐收管槽11，每个渐收管槽11的扩口端都与血液进口管路2相通，而每个渐收管槽11靠近进口缓冲区5的一侧整体与进口缓冲区5贯通；全部渐收管槽11的收口端在端面上均匀分布，且全部渐收管槽11以血液进口管路2与壳体1的连接点为圆心呈辐射状分布。血液进口管路2的内壁和进口缓冲区5的内壁分别与渐收管槽11的内壁光滑连接，这样能够提高血液流动的柔缓性，避免因死角或尖角的存在，造成血流扰动而形成血栓和造成血液损伤。

本实施例中设置多个渐收管槽11的优点在于：血液从血液进口管路2流出后，能够在多个渐收管槽11的导流作用下均匀流动至整个进口缓冲区5，实现均匀分配血液流量的效果。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.膜式氧合器，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体内的腔体为血液流动腔，所述壳体和所述血液流动腔同轴且均呈圆柱形，所述壳体的轴向水平，所述血液流动腔包括沿所述壳体的轴向依次分布的进口缓冲区、血气交换区和出口缓冲区；所述进口缓冲区与所述血气交换区之间、所述血气交换区与所述出口缓冲区之间都设置有一多孔压板，每个所述多孔压板上都设有多个通孔，所述多孔压板呈圆形且全部边缘与所述壳体的内壁密封连接，所述多孔压板与所述血液流动腔同轴；所述血气交换区均布有大量中空纤维膜丝；

与所述进口缓冲区的顶部相通的排气孔。

2.根据权利要求1所述的膜式氧合器，其特征在于：两个所述多孔压板将全部所述中空纤维膜丝夹紧。

3.根据权利要求1所述的膜式氧合器，其特征在于：所述血液进口管路与所述进口缓冲区的底端相通，且所述血液进口管路的轴向水平。

4.根据权利要求3所述的膜式氧合器，其特征在于：所述血液进口管路与所述进口缓冲区的连接口位于所述排气孔的正下方。

5.根据权利要求1所述的膜式氧合器，其特征在于：所述血液进口管路与所述进口缓冲区的连接口位于所述进口缓冲区的中部边缘，所述壳体靠近所述进口缓冲区的一端的端面设置有多个渐收管槽，每个所述渐收管槽的扩口端都与所述血液进口管路相通，每个所述渐收管槽靠近所述进口缓冲区的一侧整体与所述进口缓冲区相通；全部所述渐收管槽的收口端在所述端面上均匀分布。

6.根据权利要求5所述的膜式氧合器，其特征在于：全部所述渐收管槽以所述血液进口管路与所述壳体的连接点为圆心呈辐射状分布。

7.根据权利要求5所述的膜式氧合器，其特征在于：所述血液进口管路的内壁和所述进口缓冲区的内壁分别与每个所述渐收管槽的内壁光滑连接。

8.根据权利要求1所述的膜式氧合器，其特征在于：所述血液进口管路的内壁与所述进口缓冲区的内壁光滑连接，所述出口缓冲区的内壁与所述血液出口管路的内壁光滑连接。