CN116036396A - 一种膜式氧合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种膜式氧合器，涉及医疗设备技术领域，包括圆柱状的壳体，壳体中设置有第一缓冲区、第二缓冲区、血气交换区、第三缓冲区、进气室和出气室；进气室、血气交换区、出气室和第一缓冲区沿壳体的轴向依次分布，第三缓冲区呈圆柱状，血气交换区和第二缓冲区均呈环状，第三缓冲区、血气交换区、第二缓冲区同轴；第一通血管、第一缓冲区、第二缓冲区、血气交换区、第二缓冲区及第二通血管依次相通；血气交换区中设置有大量中空纤维膜丝，中空纤维膜丝一端与进气室连通、另一端与出气室连通；出气室底侧连接有若干个穿过第一缓冲区的出气管。本发明能够使得血液均匀进入氧合器，流场均匀，降低了氧合器中的血栓发生率并提高了气血交换效率。

Description

一种膜式氧合器

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，特别是涉及一种膜式氧合器。

背景技术

体外膜肺氧合(Extracorporeal Membrane Oxygenation,ECMO)在心肺功能衰竭重症患者救治中起到至关重要的作用，成功挽救了很多患者。在ECMO系统中，有一个重要核心部件，即膜式氧合器，又叫人工肺，可替代人体肺的功能，辅助患者完成气血交换。当静脉血通过膜式氧合器时，氧气进入血液，二氧化碳被排出，静脉血变成动脉血，完成气血交换，可替代人体肺功能进行血氧交换和二氧化碳清除，目前已广泛运用在临床肺功能障碍患者救治中，已成功挽救了很多患者。不过目前膜式氧合器在临床运用中存在长期临床支持血栓发生率高、气血交换率降低等问题，严重影响患者康复，甚至危及患者生命。

目前临床所用氧合器基本都是由中空纤维膜丝和塑料外壳组成。中空纤维膜丝是氧合器进行气血交换的核心耗材，当静脉血流通过中空纤维膜丝表面时，中空纤维膜丝内部的高浓度氧气往静脉血液中扩散，与红细胞结合，完成血氧交换，而同时静脉血液中的二氧化碳，离开血液，往中空纤维膜丝里面扩散，从中空纤维膜丝出口离开，完成二氧化碳排出，以上就是气血交换的主要过程。在氧合器进行加工生产时，一定量的单根中空纤维膜丝以合适密度进行编织，变成中空纤维膜丝垫，多个中空纤维膜丝垫通过一定角度重叠或者缠绕的方式组成中空纤维膜丝区域，中空纤维膜丝区域与外面包裹的塑料组成膜式氧合器。氧合器在工作时，血液将流过中空纤维膜丝外表面，而高浓度氧气则流过中空纤维膜丝中孔区域。

包裹中空纤维膜丝的外壳设计，血流及气流进出口设计，中空纤维膜丝区域的设计及膜丝延长方向将直接影响血液流路和气体流路，从而影响氧合器血栓发生概率及气血交换性能。目前临床氧合设计存在很多不足的地方，比如氧合器内部流场不均匀，流场和压力场过渡紊乱，流场中死区多，并且血流通过氧合器流过阻力大，这些都会导致氧合器在长期临床支持中血栓发生率高及气血交换效率降低的问题。

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，降低氧合器中的血栓发生率并提高气血交换效率。

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，包括圆柱状的壳体，所述壳体中设置有第一缓冲区、第二缓冲区、血气交换区、第三缓冲区、进气室和出气室；

所述进气室、所述血气交换区、所述出气室和所述第一缓冲区沿所述壳体的轴向依次分布，所述第三缓冲区呈圆柱状，所述血气交换区和所述第二缓冲区均呈环状，所述第三缓冲区、所述血气交换区、所述第二缓冲区同轴，且所述第二缓冲区位于所述血气交换区的外侧；第一通血管、所述第一缓冲区、所述第二缓冲区、所述血气交换区、所述第三缓冲区及第二通血管依次相通；

所述血气交换区中设置有大量长度方向与所述壳体的径向垂直的、直线状的中空纤维膜丝，所述中空纤维膜丝一端与所述进气室连通、另一端与所述出气室连通；所述出气室靠近所述第一缓冲区的一侧连接有若干个穿过所述第一缓冲区的出气管。

优选的，所述出气室呈倒锥形，所述壳体的底端设置有与所述出气室同轴的倒锥形体，所述第一缓冲区呈倒锥环状且夹设在所述出气室与所述倒锥形体之间，所述出气室、所述第一缓冲区及所述倒锥形同轴；所述第一通血管与所述第一缓冲区的底端中心连通，所述第一缓冲区的顶端与所述第二缓冲区的底端连通。

优选的，所述第二缓冲区的环宽由靠近所述第一缓冲区的一端至另一端逐渐减小。

优选的，所述血气交换区中包括至少两个膜丝垫，每个所述膜丝垫都由多个相互平行的所述中空纤维膜丝编织而成，全部所述膜丝垫都缠绕在所述第三缓冲区外并均布在所述血气交换区中，且全部所述膜丝垫沿所述血气交换区的径向依次交替分布。

优选的，任意相邻的两个所述膜丝垫中的所述中空纤维膜丝相邻时具有夹角，所述夹角的大小在10°～90°之间。

优选的，所述第三缓冲区与所述壳体同轴。

优选的，所述进气室上设置有进气管，所述进气室呈环形。

优选的，所述第三缓冲区的顶端通过一锥形管与所述第二通血管连通，所述第三缓冲区的顶端与所述锥形管的扩口连接，所述锥形管的缩口与所述第二通血管连接；所述锥形管与所述进气室同轴。

优选的，所述第三缓冲区中设置有导流锥，所述导流锥的底端与所述第三缓冲区靠近所述出气室的内壁固连，所述导流锥的底端的直径与所述第三缓冲区的直径相同，所述导流锥的直径由底端至顶端逐渐缩小；所述导流锥的侧面为弧状凹面，且所述导流锥的顶端设置有一尖端，所述导流锥与所述第三缓冲区同轴。

优选的，所述血气交换区的顶板对应每个所述中空纤维膜丝都设置有进气孔，所述血气交换区的底板对应每个所述中空纤维膜丝都设置有出气孔，所述中空纤维膜丝的顶端通过所述进气孔与所述进气室相通，所述中空纤维膜丝的底端通过所述出气孔与所述出气室相通；所述进气孔和所述出气孔分别与所述中空纤维膜丝密封连接。

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降低了氧合器中的血栓发生率并提高了气血交换效率。

进一步的，本发明膜式氧合器中的第一缓冲区呈倒锥环状，血液经第一通血管进入到第一缓冲区后能够使得血液均匀分布至四周，然后流入第二缓冲区中，避免血流路径突然扩张带来的流动死区。

进一步的，本发明膜式氧合器中的第二缓冲区的环宽由底部至顶部逐渐减小，顶部相对底部窄能够可促使血液均匀平稳充满第二缓冲区。

进一步的，本发明膜式氧合器中的血气交换区呈环形，血液从第二缓冲区进入由外至内的通过血气交换区，且血流方向沿壳体的径向，血流方向与中空纤维膜丝的长度方向垂直，即血流方向与气体流动方向垂直，一方面可以使血液对称、均匀、平稳地通过血气交换区，减少血流流过阻力，避免流动死区，减少血栓发生概率，另一方面可让经过血气交换区的血液快速离开，为未交换血液流出空间，提升气血交换效率。

进一步的，血气交换区中的全部中空纤维膜丝共形成至少两层膜丝垫，全部膜丝垫都缠绕在第三缓冲区外并均布在血气交换区中，且全部膜丝垫沿血气交换区的径向依次交替分布，任意相邻的两个所述膜丝垫中的所述中空纤维膜丝相邻时具有10°～90°之间的夹角，这种交错重叠的方式可以有效避免中空纤维膜丝垫多次缠绕后中空纤维丝之间空间减少，减少血流流过阻力。

进一步的，中空纤维膜丝的顶端通过医用胶水与血气交换区顶部的进气孔密封连接以通过进气孔与进气室相通，中空纤维膜丝的底端通过医用胶水与血气交换区底部的出气孔密封连接以通过出气孔与出气室相通，这样一方面能够给中空纤维膜丝束两端施加拉力，固定中空纤维膜丝形状，使中空纤维膜丝保持直线状，中空纤维膜丝两端被胶水封住后，会固定在壳体上，相当于对中空纤维膜丝两端施加了一个固定拉力，血流冲击膜丝时，不容易变形。如果中空纤维膜丝的两端不固定，中空纤维膜丝(像编织蚊帐的的线一样)比较柔软，容易变形，这样能防止因血液冲击导致中空纤维膜丝变形，从而避免因中空纤维膜丝变形引起的流动扰动；另一方面，通过医用胶水使得进气孔和出气孔分别与中空纤维膜丝密封连接，能够防止血液进入进气室和出气室。

进一步的，第三缓冲区中底部粗顶部细的导流锥设计，可以起到流动导向的作用，可以引导血液到达第三缓冲区的顶部出口，同时导流锥整体可以避免血液从四周的血气交换区汇集到第三缓冲区的中部出现相对的血液对冲，消除对冲产生的流动死区；此外，导流锥底部粗、顶部细的设计可以让底部血液提前转向，避免底部产生流动死区。

进一步的，出气室底部连接的出气管穿过第一缓冲区，位于第一缓冲区中的出气管的外形可以设计为两端尖的橄榄球形，且使橄榄球长轴方向与第一缓冲区中的血流方向平行，这样能够降低第一缓冲区中的血流通过阻力，避免血流经过形成流动死区。

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的结构示意图；

图2为本发明膜式氧合器的结构示意图；

图3为图2的A-A剖视图；

图4为本发明膜式氧合器中一个膜丝垫的结构示意图；

图5为本发明膜式氧合器中另一个膜丝垫的结构示意图；

图6为本发明膜式氧合器中相邻两个膜丝垫交错重叠的示意图；

其中，1、壳体；2、第一通血管；3、第一缓冲区；4、第二缓冲区；5、血气交换区；6、第三缓冲区；7、导流锥；8、锥形管；9、第二通血管；10、进气管；11、进气室；12、出气室；13、出气管；14、中空纤维膜丝。

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。

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，降低氧合器中的血栓发生率并提高气血交换效率。

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。

如图1-图6所示，本实施例提供一种膜式氧合器，包括圆柱状的壳体1，壳体1中设置有第一缓冲区3、第二缓冲区4、血气交换区5、第三缓冲区6、进气室11和出气室12，第一缓冲区3、第二缓冲区4、血气交换区5、第三缓冲区6、进气室11和出气室12均为腔室。

于本实施例中，壳体1的轴向沿竖直方向，进气室11、血气交换区5、出气室12和第一缓冲区3沿壳体1的轴向由上至下依次分布，第三缓冲区6呈圆柱状，血气交换区5和第二缓冲区4均呈环状，第三缓冲区6、血气交换区5、第二缓冲区4及壳体1同轴，且第二缓冲区4位于血气交换区5的外侧；第一通血管2、第一缓冲区3、第二缓冲区4、血气交换区5、第三缓冲区6及第二通血管9依次相通。

出气室12呈倒锥形，壳体1的底端设置有与出气室12同轴的倒锥形体，第一缓冲区3呈倒锥环状且夹设在出气室12与倒锥形体之间，出气室12、第一缓冲区3及倒锥形同轴；第一通血管2与第一缓冲区3的底端中心连通，第一缓冲区3的顶端与第二缓冲区4的底端连通，第二缓冲区4的内侧与血气交换区5的外侧相通，血气交换区5的内侧与第三缓冲区6的外侧相通，第三缓冲区6的顶部与第二通血管9相通。

第一缓冲区3呈倒锥环状，能够使得血液经第一通血管2进入到第一缓冲区3后均匀流动至四周，然后流入第二缓冲区4中，避免血流路径突然扩张带来的流动死区。第二缓冲区4的环宽由靠近第一缓冲区3的一端至另一端逐渐减小，即第二缓冲区4的顶部相对底部窄，这样能够可促使血液均匀平稳充满第二缓冲区4。

血气交换区5中设置有大量长度方向与壳体1的径向垂直的、直线状的中空纤维膜丝14，中空纤维膜丝14一端与进气室11连通、另一端与出气室12连通；出气室12靠近第一缓冲区3的一侧连接有若干个穿过第一缓冲区3的出气管13。

于本实施例中，位于第一缓冲区3中的出气管13可以设计为两端尖的橄榄球形，且使橄榄球的长轴方向与第一缓冲区3中的血流方向平行，这样能够降低第一缓冲区3中的血流通过阻力，避免血流经过形成流动死区。

血气交换区5中包括至少两个膜丝垫，每个膜丝垫都由多个相互平行的中空纤维膜丝14编织而成，全部膜丝垫都缠绕在第三缓冲区6外并均布在血气交换区5中，且全部膜丝垫沿血气交换区5的径向依次交替分布，可以理解为全部膜丝垫叠放在一起后再缠绕在第三缓冲区6外并均布在血气交换区5中。任意相邻的两个膜丝垫中的中空纤维膜丝14相邻时具有夹角θ，夹角θ的大小在10°～90°之间。试想，如果两个膜丝垫重叠时没有角度，或角度较小会导致在缠绕过程中两个位于不同膜丝垫中的中空纤维膜丝14相邻时两者之间的缝隙减少，或者几乎没有缝隙，比如由于同一个膜丝垫中任意相邻的两个中空纤维膜丝14都是相互平行的，则可能一个膜丝垫中的中空纤维膜丝14陷入另一个膜丝垫中相邻的两个中空纤维膜丝14之间的缝隙内，最终形成阻力特别大的中空纤维膜丝14区域，极大增加血流流过阻力，增加细胞通过膜丝后的损伤概率，增加血栓发生概率，降低气血交换效率。而本实施例中使得两个膜丝垫交错重叠的方式可以有效规避上述问题，避免中空纤维膜丝14垫多次缠绕后中空纤维丝之间空间减少，减少血流流过阻力，提高气血交换效率。

血气交换区5的顶板对应每个中空纤维膜丝14都设置有进气孔，血气交换区5的底板对应每个中空纤维膜丝14都设置有出气孔，中空纤维膜丝14的顶端通过进气孔与进气室11相通，中空纤维膜丝14的底端通过出气孔与出气室12相通；进气孔和出气孔分别与中空纤维膜丝14密封连接。中空纤维膜丝14的顶端通过医用胶水与血气交换区5顶部的进气孔密封连接以通过进气孔与进气室11相通，中空纤维膜丝14的底端通过医用胶水与血气交换区5底部的出气孔密封连接以通过出气孔与出气室12相通，这样一方面能够给中空纤维膜丝14束两端施加拉力，固定中空纤维膜丝14形状，使中空纤维膜丝14保持直线状，防止因血液冲击导致中空纤维膜丝14变形，从而避免因中空纤维膜丝14变形引起的流动扰动；另一方面，通过医用胶水使得进气孔和出气孔分别与中空纤维膜丝14密封连接，能够防止血液进入进气室11和出气室12。

第三缓冲区6中设置有导流锥7，导流锥7的底端与第三缓冲区6靠近出气室12的内壁固连，导流锥7的底端的直径与第三缓冲区6的直径相同，导流锥7的直径由底端至顶端逐渐缩小；导流锥7的侧面为弧状凹面，于本实施例中，导流锥7的侧面可以理解为由一弧线绕壳体1的轴线旋转一周所形成的，以使得导流锥7的侧面呈弧状凹面，且导流锥7的顶端设置有一尖端，导流锥7与第三缓冲区6同轴。导流锥7底部粗顶部细的设计，可以起到流动导向的作用，能够引导血液到达第三缓冲区6的顶部出口，同时导流锥7整体可以避免血液从四周的血气交换区5汇集到第三缓冲区6的中部出现相对的血液对冲，消除对冲产生的流动死区；此外，导流锥7底部粗、顶部细的设计可以让底部血液提前转向，避免底部产生流动死区。

于本实施例中，进气室11上设置有竖直的进气管10，氧气通过进气管10通入进气室11中，进气室11呈环形。第三缓冲区6的顶端通过一锥形管8与第二通血管9连通，第三缓冲区6的顶端与锥形管8的扩口连接，锥形管8的缩口与第二通血管9连接；锥形管8与进气室11同轴；锥形管8可以促使血液均匀平稳从第三缓冲区6过渡到第二通血管9。

本实施例膜式氧合器的具体工作过程如下：

血液经第一通血管2流入第一缓冲区3的底部，在第一缓冲区3中由中间均匀向四周流动，并最终流动至第二缓冲区4，血流流动至第二缓冲区4后逐渐充满第二缓冲区4同时也经第二缓冲区4的内侧向血气缓冲区中流动；而血液进入氧合器的过程中，氧气通过进气管10注入进气室11中，进气室11中的氧气通过进气孔流入各个中空纤维膜丝14中，中空纤维膜丝14中的氧气与血液中的二氧化碳在压差的作用下进行置换，即中空纤维膜丝14中的氧气进入血液中，而血液中的二氧化碳进入中空纤维膜丝14中，完成血气交换，血液变为富氧血液；血液流过血气缓冲区后经血气缓冲区的内侧流入第三缓冲区6中，并在导流锥7的作用下流动至第三缓冲区6的顶部，最后经锥形管8和第二通血管9流出，最后泵入患者体内。

需要说明的是，本实施例的膜式氧合器既可以通过第一通血管2进血、第二通血管9出血，也可以通过第二通血管9进血，第一通血管2出血的方式使用，本实施例通过第二通血管9进血，第一通血管2出血的具体工作过程如下：

血液经第二通血管9、锥形管8将流入第三缓冲区6中，并在导流锥7的作用下流动至经第三缓冲区6的外侧流入血气交换区5中；而血液进入氧合器的过程中，氧气通过进气管10注入进气室11中，进气室11中的氧气通过进气孔流入各个中空纤维膜丝14中，中空纤维膜丝14中的氧气与血液中的二氧化碳在压差的作用下进行置换，即中空纤维膜丝14中的氧气进入血液中，而血液中的二氧化碳进入中空纤维膜丝14中，完成血气交换，血液变为富氧血液；血液流过血气缓冲区后经血气缓冲区的外侧流入第二缓冲区4中，然后经第一缓冲区3和第一通血管2流出，最后泵入患者体内。

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 (10)

1.一种膜式氧合器，其特征在于：包括圆柱状的壳体，所述壳体中设置有第一缓冲区、第二缓冲区、血气交换区、第三缓冲区、进气室和出气室；

所述进气室、所述血气交换区、所述出气室和所述第一缓冲区沿所述壳体的轴向依次分布，所述第三缓冲区呈圆柱状，所述血气交换区和所述第二缓冲区均呈环状，所述第三缓冲区、所述血气交换区、所述第二缓冲区同轴，且所述第二缓冲区位于所述血气交换区的外侧；第一通血管、所述第一缓冲区、所述第二缓冲区、所述血气交换区、所述第三缓冲区及第二通血管依次相通；

所述血气交换区中设置有大量长度方向与所述壳体的径向垂直的、直线状的中空纤维膜丝，所述中空纤维膜丝一端与所述进气室连通、另一端与所述出气室连通；所述出气室靠近所述第一缓冲区的一侧连接有若干个穿过所述第一缓冲区的出气管。

2.根据权利要求1所述的膜式氧合器，其特征在于：所述出气室呈倒锥形，所述壳体的底端设置有与所述出气室同轴的倒锥形体，所述第一缓冲区呈倒锥环状且夹设在所述出气室与所述倒锥形体之间，所述出气室、所述第一缓冲区及所述倒锥形同轴；所述第一通血管与所述第一缓冲区的底端中心连通，所述第一缓冲区的顶端与所述第二缓冲区的底端连通。

3.根据权利要求1所述的膜式氧合器，其特征在于：所述第二缓冲区的环宽由靠近所述第一缓冲区的一端至另一端逐渐减小。

4.根据权利要求1所述的膜式氧合器，其特征在于：所述血气交换区中包括至少两个膜丝垫，每个所述膜丝垫都由多个相互平行的所述中空纤维膜丝编织而成，全部所述膜丝垫都缠绕在所述第三缓冲区外并均布在所述血气交换区中，且全部所述膜丝垫沿所述血气交换区的径向依次交替分布。

5.根据权利要求4所述的膜式氧合器，其特征在于：任意相邻的两个所述膜丝垫中的所述中空纤维膜丝相邻时具有夹角，所述夹角的大小在10°～90°之间。

6.根据权利要求1所述的膜式氧合器，其特征在于：所述第三缓冲区与所述壳体同轴。

7.根据权利要求1所述的膜式氧合器，其特征在于：所述进气室上设置有进气管，所述进气室呈环形。

8.根据权利要求7所述的膜式氧合器，其特征在于：所述第三缓冲区的顶端通过一锥形管与所述第二通血管连通，所述第三缓冲区的顶端与所述锥形管的扩口连接，所述锥形管的缩口与所述第二通血管连接；所述锥形管与所述进气室同轴。

9.根据权利要求1所述的膜式氧合器，其特征在于：所述第三缓冲区中设置有导流锥，所述导流锥的底端与所述第三缓冲区靠近所述出气室的内壁固连，所述导流锥的底端的直径与所述第三缓冲区的直径相同，所述导流锥的直径由底端至顶端逐渐缩小；所述导流锥的侧面为弧状凹面，且所述导流锥的顶端设置有一尖端，所述导流锥与所述第三缓冲区同轴。

10.根据权利要求1所述的膜式氧合器，其特征在于：所述血气交换区的顶板对应每个所述中空纤维膜丝都设置有进气孔，所述血气交换区的底板对应每个所述中空纤维膜丝都设置有出气孔，所述中空纤维膜丝的顶端通过所述进气孔与所述进气室相通，所述中空纤维膜丝的底端通过所述出气孔与所述出气室相通；所述进气孔和所述出气孔分别与所述中空纤维膜丝密封连接。

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