CN116782964A

CN116782964A - 用于低流率的体外充氧系统和使用方法

Info

Publication number: CN116782964A
Application number: CN202180091081.9A
Authority: CN
Inventors: D·本·努恩; A·沙布泰
Original assignee: Inspela Respiratory Support Technology Co ltd
Current assignee: Inspela Respiratory Support Technology Co ltd
Priority date: 2020-12-01
Filing date: 2021-12-01
Publication date: 2023-09-19

Abstract

本发明涉及用于患者血液的充氧的系统和方法，包括适于联接到患者的血管系统的体外血液循环路径，并且包括用于对在体外血液循环路径中流动的血液充氧并从所述血液抽出CO₂的设备，其中，在所述体外血液循环路径中流动的血液的流率不超过患者的血液流的2/5。体外血液循环路径优选地包括盒，所述盒包括充氧机和至少一个套管。

Description

用于低流率的体外充氧系统和使用方法

技术领域

本公开涉及通过体外充氧系统治疗呼吸衰竭的系统和方法。更具体地，本公开涉及一种低流率的用于清醒的和自主呼吸的患者的新型体外充氧系统以及使用方法。

背景技术

患有呼吸衰竭的患者经常通过高侵入性机械通气系统进行治疗，所述高侵入性机械通气系统用于通过采用正压或负压迫使空气进入患者的衰竭的或无功能的肺来代替自主呼吸。虽然被认为是用于治疗高度功能失调的肺或患有呼吸衰竭的昏迷患者所必需的救生干预措施，但是使用这种系统经常被视为具有增加各种并发症(诸如气道损伤、气胸、各种气道感染、急性呼吸窘迫综合征(ARDS)等)的概率的高危疗法。由于机械通气所需的高侵入性插管法，这样的系统通常用于昏迷患者或处于彻底镇静状态的患者。

机械通气的互补疗法是使用诸如体外膜充氧(ECMO)系统的体外充氧系统，所述系统是用于使患者的血液进行体外循环以移除二氧化碳(CO₂)和增加血液的充氧的肺或肺-心脏旁路系统。因为这样的系统通常要求患者血液的全部体积的快速循环，所以这些也被认为是高危疗法，通常要求患者在治疗期间完全镇静。

体外充氧机用于在患者体外对血液充氧。在体外充氧过程中，例如在上腔静脉或颈内静脉处将套管插入患者的血管系统。套管是诸如用于递送和移除流体的可以插入体内的管。套管可以用于向患者的血管系统添加血液和从患者的血管系统移除血液。在将套管插入到血管系统之前，必须通过从套管排出所有空气来灌注(prime)套管。灌注套管和灌注连接到套管的流体流路中的所有无菌管是必要的，这是因为气泡插入血管系统导致危险的甚至可能是致命的空气栓塞。通常，技术人员通过将盐水引入套管直到其充满盐水来手动灌注套管。例如，技术人员可以将盐水袋连接到具有两个管的套管，并通过重力填充套管和管。在市场上有售具有两个管腔的套管。这样的套管在相同发明人的PCT/IL2021/051335中详细说明并且通过引用并入本文。在这种情况下，缺氧血液经由排出管腔离开身体进入体外系统、用充氧机充氧并经由输注管腔返回身体。迄今为止已知的体外充氧系统目前包括两个独立的部件：套管和具有管的充氧套件。在开始充氧之前，这些部件中的每一者均被单独地灌注。在将套管插到体内之后，套管连接到来自充氧套件的管。技术人员清洗连接点以防止空气进入连接区域。在本发明的一些可选实施方式中，提供了一种用于套管和穿过其中连接的管的自动灌注系统。

准备用于手术用血液的体外充氧的系统是复杂的过程，其需要训练有素的技术人员，因为任何错误都会导致威胁生命的情况。此外，将各种管连接到泵并组装系统直到系统可以使用是耗时的，而每一秒对于患有呼吸衰竭的患者可能都是至关重要的。因此，需要一种简化、快速和安全的用于组装系统的流程，其能够将人为错误的机会最小化并增加患者的安全性并且减少医疗团队准备系统以供使用所需的时间。

非侵入性通气(NIV)是指通过非侵入性接口(例如，BIPAP、CPAP、鼻罩、面罩、氧气头盔、鼻插管)而不是侵入性通气方法(气管内管、气管造口术)来递送正压通气。从非侵入性通气转换到侵入性通气的决定涉及若干因素，包括患者保持气道通畅的能力、他/她的通气和充氧能力以及患者的预计临床疗程。侵入性通气的不利肺效应包括肺气压创伤、呼吸机相关的肺损伤、呼吸机相关的肺炎固有的呼气末正压(自动PEEP)、不均匀通气、改变的通气血流比例失调(死腔增大、分流减少)、膈肌萎缩、呼吸肌无力和纤毛粘液运动减弱。

侵入性通气可能降低心输出量并损害血液动力学稳定性。此外，它与胃肠应激性溃疡、内脏输注减少、胃肠动力减退、流体滞留、急性肾衰竭、颅内压升高、虚弱、炎症和睡眠紊乱相关联。

本发明旨在用于增加血氧水平和移除CO₂，以防止或延迟侵入性通气并使相关的不利肺效应最小化。

发明内容

根据本发明的一个主要方面，公开了一种用于以最高达到30ml/kg每分钟的低流率对血液进行体外充氧的系统。本文提供的新型体外充氧系统优选地用于用非侵入性通气治疗的急性呼吸衰竭患者(因为他们仍然表现出自主呼吸)并且使用不超过30ml/kg每分钟的血液循环速率。该循环速率远低于用于ECMO中的循环速率，用于V-V(静脉-静脉)ECMO的循环速率的范围在60至80ml/kg每分钟之间，用于V-A(静脉-动脉)ECMO的循环速率的范围在50至60ml/kg每分钟之间(“体外生命支持：ELSO红皮书”，第5版，第75页)。一般情况下，ECMO中的目标流率为：100至150ml/kg每分钟(新生儿)、80至100ml/kg每分钟(儿童)和60ml/kg每分钟(成人)。在V-V支持中，血液流率通常高于V-A，范围从用于新生儿的120ml/kg每分钟降至用于成人的60至80ml/kg每分钟。本发明的系统和方法还可以用于在机械通气(MV)的患者(基于由患者的PaO2/FiO2比率定义的严重程度而不被视作ECMO的适合者)中增加血氧水平和移除CO₂。

本发明的发明人已经取得了令人惊奇的如下发现：降低患者血液的体积循环并且对血液的仅一部分而不是血液的全部体积或大部分体积进行充氧可以改善仍然能够自主呼吸的有意识的患者的呼吸，减少不适并使并发症的风险最小化。新型系统被设计成支持功能正常(但患病的)肺，与清醒并自主呼吸(尽管能力有所下降)的患者协力工作。本文提供的新型系统旨在补充血液中的氧(由于肺功能不佳而不充足)。这是急性呼吸护理的主要区别点，与需要肺“关闭”并因此需要完全替换肺功能的ECMO相比较，本发明的体外血液充氧系统和方法允许肺单独地由医疗团队治疗，而不是用机械通气来加重它的负担。

与标准ECMO使用中的约60至80ml/kg每分钟的平均血液流率相比，本文提供的用于体外血液充氧的新型系统旨在以低流率(诸如但不限于30ml/kg每分钟)操作。在一些可选实施方式中，新型系统被构造为使用较高的压降以引起较高的流速并防止凝血。本文提供的系统还可以控制吹扫气流。由于该系统被构造为以低血液流率和100％FiO2工作，因此可以通过使用较高的气/血流量比率来控制和最大化二氧化碳转移速率，而不像ECMO系统那样降低血氧。ECMO系统不能使用高比率，因为它会降低血液充氧能力，但是，由于新型系统被构造为仅低流率地充氧，例如(但不限于)1L/分钟，并在血液饱和点以上操作，因此其可以降低氧转移速率并提高CO₂移除水平。

血氧水平(也称作氧饱和度水平)表示血液中的总血红蛋白中的氧饱和的血红蛋白。人的正常血氧水平在约95％至100％之间。通常，低于90％的饱和度水平被认为是低氧血症状态，在这种情况下，患者经常需要连接到机械通气系统以防止损害器官功能或引起器官衰竭。

体外血液充氧系统是通常连接到静脉或动脉以使血液如下地体外循环的系统：使用泵使血液经过血管(静脉或动脉)排出，使血液通过外部充氧机以降低二氧化碳(CO₂)水平并使血液富氧，随后将血液输注回患者的循环系统。体外血液充氧系统与患者之间的连接经由将一个或多个套管插入患者的一个或多个血管来实施。套管是插入血管的细管，其允许经过套管从血管提取血液或将血液输注到血管中。根据本发明的方法中使用的套管通常被选择为具有将会允许用于获得期望的充氧水平的所需血液流率的最小可能尺寸。在本公开的方法中，套管的尺寸可以通过考虑根据患者的重量(其指示每个患者的心输出量)的所需血液流量来选择。

如上所述，血液的提取和输注可以通过患者的静脉或动脉，例如，患者的颈内静脉、股静脉、锁骨下静脉、颈动脉、股动脉和锁骨下动脉。在本公开的使用两个分开的套管(即，双部位套管)的方法中，在一些实施方式中，第一血管可以是患者的股静脉，第二血管可以是患者的颈内静脉。在本公开的使用双管腔套管(即，单部位套管)的方法中，血管可以是患者的颈内静脉、股静脉、锁骨下静脉、颈动脉、股动脉和锁骨下动脉。

本公开的方法被设计为用于有意识的、即非镇静的(或非麻醉的)患者(其表现出利用部分肺功能的自主呼吸)。因此，本公开的方法为仍呈现自主呼吸(即使不是完全有效)的患者群体提供了充氧解决方案。发明人已经在这样的患者中实现仅对部分血液以低流率进行充氧(与自主呼吸组合)足以显著提高血氧并支持至少部分呼吸衰竭(有时是完全呼吸衰竭)的治疗。部分血液的有效外部充氧与衰竭的肺的残余气体交换的贡献组合在一起允许充分消耗CO₂和富集氧，以在治疗期间将患者的氧饱和度水平提高到正常值。

因此，在本公开的方法中使用的血液循环速率至多为约30ml/kg每分钟(即，不超过患者平均血液流量的2/5)。

因此，在一些实施方式中，所述方法还包括确定(i)血液循环速率和(ii)套管尺寸中的至少一者，所述确定基于根据惯例的所述患者的重量或BSA(身体表面积)。在确定流率后，根据套管面积和最高达30ml/kg每分钟的循环流率来选择套管尺寸。这样的确定可以在体外血液充氧系统的控制器中实施，体外血液充氧系统的控制器接收患者身体参数形式的输入，并且提供对要被使用的适当的套管尺寸和血液流率的确定。可替代地，可以手动进行确定。

所述方法还可以包括监测和/或接收来自与体外血液充氧系统相关联的各种传感器的输入和/或读数(提供关于各种患者参数的读数和数据，例如氧饱和度水平、pH、血压、系统中的压力、血液流率、有效凝血时间、血液温度、心输出量，氧和CO₂的分压、血红蛋白浓度等)。然后，系统的控制器利用这些监测到的参数来改变或调节血液的循环速率或系统的其它决定性方面，以获得期望的目标充氧水平。

如上所述，本公开的方法旨在用于治疗患有部分肺衰竭的有意识的自主呼吸患者。然而，本公开的方法也可以用于治疗通过机械通气同步治疗的患者。因此，在另一方面中，本公开提供了一种在患有至少部分呼吸衰竭的患者中增加血氧水平和移除CO₂的方法，所述方法包括将第一套管引入第一血管中用以从第一血管排出血液以及将第二套管插入第二血管中用以向第二血管输注充氧的血液，第一套管和第二套管分别通过第一流动管线和第二流动管线连接到体外血液充氧系统，并且使所述患者的血液以不大于约30ml/kg每分钟的循环速率循环通过所述体外血液充氧系统，以对所述血液充氧并实现从患者的血液移除CO₂以及增加患者的血氧水平，所述患者同步地利用机械通气进行治疗。

本发明的另一个实施旨在提供一种用于血液的体外充氧的系统，其包括能重复使用的基座和一次性使用的盒。能重复使用的基座可以包括控制器和多个泵驱动单元。一次性使用的盒包括一个或多个泵头。当盒安装在基座时，每个泵头可由相应的泵驱动单元控制。一次性使用的盒还包括充氧机和可选地至少一个套管。当盒安装在基座时，控制器被构造为将血液从患者血管系统泵送通过无菌流动路径并对被泵送的血液充氧，无菌流动路径由至少一个套管、无菌管道、多个泵头和充氧机限定。

一次性盒优选地是单个单元的即插即用套件，其具有可以有助于凝血发展的最小部件。优选地，盒的所有部件都涂布有抗凝血材料。本文提供的系统具有较高的压降，导致较高的流速并防止凝血。另外，所述系统是低血液流量系统；因此，它不需要高的抗凝血水平(更接近透析系统)。

所述新型系统可以包括各种传感器和指示器(非侵入性的)，以指示血流、血压(膜前和膜后)、血液温度、CO₂水平、SVo2(静脉饱和度)水平、心输出量、ACT和其它凝血值。

套管的手动灌注需要技术人员具有足够的技能来正确地执行灌注操作。如果灌注操作没有被正确地执行，则可能会危及患者。此外，手动灌注需要相当长的时间。

因此，本公开的一个目的是提供一种用于套管的自动灌注系统。在将包含套管的盒连接到系统时，自动灌注系统自动地对套管灌注。有利地，自动灌注系统不需要手动灌注，节省了时间并降低了由人为错误引起的潜在风险。

本发明的另一个目的是提供一种作为体外充氧系统的部分的自动灌注系统，使得同一机器可以用于自动地对套管灌注并且执行体外充氧。另外，本公开的一个目的是提供一种盒，其将套管与充氧系统集成在一起，使得在插管之后不需要将套管连接到套件。

根据一些方面，公开了一种用于自动灌注至少一个套管的系统。所述系统包括灌注帽(priming cap)、盐水储存库、灌注泵和流体路径，灌注帽包括彼此密封的入口和出口，灌注泵包括驱动单元和可更换的灌注泵头，流体路径包括在所述至少一个套管的第一管腔和第二管腔之间的无菌管道，流体路径不包括灌注帽。灌注帽可移除地装配在第一管腔和第二管腔上，使得当灌注帽装配在第一管腔和第二管腔上时，入口与所述至少一个套管的第一管腔流体连通，出口与所述至少一个套管的第二管腔流体连通，使得所述至少一个套管、灌注帽、盐水储存库、灌注泵头和流体路径形成用于流体流动的闭合回路。当灌注帽未装配在所述至少一个套管上时，所述至少一个套管可插入患者血管系统。控制器被构造为当灌注帽被装配在所述至少一个套管上时操作灌注泵，并由此从闭合回路排出空气。有利地，所述系统能够在所述套管保持在闭合回路内而不暴露于环境大气的状态下对所述至少一个套管灌注。

在本发明的另一个实施中，所述至少一个套管、灌注帽、盐水储存库、灌注泵头和流体路径包含在盒内。盒可附接到包含控制器的基座并且可从基座移除。有利地，在每次使用之后可以丢弃盒，而控制器可以被包括为能重复使用的基座的一部分。

可选地，控制器被构造为在盒附接到基座时自动地开始灌注操作。有利地，自动的开始避免了由手动灌注导致错误的可能性。

可选地，所述系统还包括无菌患者穿刺套件，所述无菌患者穿刺套件包括引入器、导丝和一个或多个扩张器。可选地，控制器被构造成在无菌患者穿刺套件保持气密密封的同时操作灌注泵。因此，可以完成灌注操作而没有污染患者穿刺套件中的物品的可能性。

在根据本发明的另一个实施中，流体路径包括充氧系统。因此，自动灌注系统可以用于对体外充氧所用的充氧系统灌注。

可选地，第一管腔和第二管腔包括排出管腔和输注管腔。当所述至少一个套管插入患者血管系统时，充氧系统被构造为对经由排出管腔抽出的血液充氧并且使充氧的血液经由输注管腔返回。因此，缺氧的血液和充氧的血液经由分开的管腔在患者血管系统和充氧系统之间输送。

在根据第一方面的另一个实施中，所述至少一个套管包括双管腔套管。可选地，双管腔套管包括并排配置的第一管腔和第二管腔，并且第一管腔的范围大于第二管腔的相应范围。有利地，这种配置允许灌注帽被配置在具有流体地连接到不同管腔的不同区域的双管腔套管上。可选地，双管腔套管还包括用于沿着导丝引导双管腔套管的护套。护套用于将双管腔套管放置在患者血管系统内的期望位置。

在本发明的另一个实施中，闭合回路依次包括第一管腔、流体路径、第二管腔、灌注帽的入口、盐水储存库、灌注泵头、灌注帽的出口，然后再回到第一管腔。

根据另一个方面，公开了一种至少一个套管的自动灌注的方法。所述方法包括将盒附接到自动灌注系统的基座。所述自动灌注系统包括：灌注帽，其包括彼此密封的入口和出口；盐水储存库；灌注泵，其包括驱动单元和可更换的灌注泵头；和流体路径，其包括在所述至少一个套管的第一管腔和第二管腔之间的无菌管道，所述流体路径不包括灌注帽。灌注帽可移除地装配在所述至少一个套管上，使得当灌注帽装配在所述至少一个套管上时，入口与所述至少一个套管的第一管腔流体连通，出口与所述至少一个套管的第二管腔流体连通，使得所述至少一个套管、灌注帽、盐水储存库、灌注泵头和流体路径形成用于流体流动的闭合回路。当灌注帽未装配在所述至少一个套管上时，所述至少一个套管可插入患者血管系统。盒包括所述至少一个套管、灌注帽、盐水储存库、灌注泵头和流体路径。所述方法还包括当灌注帽装配在所述至少一个套管上时操作灌注泵，并由此从整个闭合回路排出空气。

在另一个实施中，所述方法还包括在将盒附接到基座时自动地开始灌注操作。可选地，自动灌注系统还包括无菌患者穿刺套件，所述无菌患者穿刺套件包括引入器、导丝和一个或多个扩张器，所述方法还包括在所述无菌患者穿刺套件保持气密密封的状态下执行操作步骤。

在本发明的另一个实施中，所述至少一个套管是双管腔套管。所述方法还包括：用引入器、导丝和一个或多个扩张器穿刺患者血管系统；将所述导丝在所述患者血管系统内延伸到目标位置；用所述一个或多个扩张器扩张所述患者血管系统的血管，使得所述血管被扩张以在其中接收所述双管腔套管；从所述双管腔套管移除所述灌注帽；沿着所述导丝将所述双管腔套管的护套引导到目标位置；移除所述引入器、所述导丝和所述一个或多个扩张器；和闭合所述双管腔套管的护套。

可选地，所述流体路径包括充氧系统，并且所述第一管腔和所述第二管腔包括排出管腔和输注管腔。所述方法还包括经由排出管腔从患者血管系统移除缺氧的血液、用充氧系统对缺氧的血液充氧以及经由输注管腔将充氧的血液返回到患者血管系统。

可选地，所述方法还包括在使血液以不大于大致30ml/kg每分钟的速率循环通过流体路径的同时执行移除、充氧和返回步骤。所述速率适合用于对能够独立呼吸的患者补充充氧。

附图说明

下面参考附图说明本公开的实施方式的说明性示例。附图中示出的部件和特征的尺寸一般是为了演示的方便和清楚而选择的，并且不一定按比例示出。演示的许多附图呈示意性图示的形式，因此，为了图示的清楚，可以大大简化或不按比例绘制某些元件。附图不是生产图纸。在附图中：

图1A是根据本公开实施方式的具有连接形式之前的基座和盒的体外充氧系统的示意性等轴测前视图。

图1B是根据本公开实施方式的处于连接形式的图1A的体外系统的示意性侧视图。

图1C是根据本公开实施方式的包括自动灌注盒的体外充氧机的示意性框图。

图2是根据本公开实施方式的来自图1B的体外充氧机的自动灌注盒的部件的示意性框图。

图3是根据本公开实施方式的图2的自动灌注盒的示意性框图，其特别示出了在灌注操作期间的流体流动路径。

图4绘示了用于图1的体外系统的一种可选操作方法的流程图400的步骤。

图5A-图5B分别是根据本公开实施方式的具有自动灌注系统的盒的示意性等轴测前视图和等轴测后视图。

图6绘示了根据本公开实施方式的套管的自动灌注方法的步骤。

图7绘示了根据本公开实施方式的体外充氧方法的步骤。

具体实施方式

在以下说明中，将说明新型体外充氧系统和使用方法的各个方面。出于解释的目的，阐述了具体的构造和细节，以便提供对本发明的全面理解。

虽然本公开的各种特征可能是在单个实施方式的上下文中说明的，但是特征也可以分开地或以任何适当的组合来提供。相反，虽然为了清楚起见，本公开可能是在分开的实施方式的上下文中说明的，但是本公开也可以在单个实施方式中实施。另外，应当理解，本公开可以是以各种方式执行或实践的，并且本公开可以在不同于本文下面所述的示例性实施方式的实施方式中实施。在说明书以及权利要求中呈现的说明、示例和材料不应被解释为限制性的，而应是说明性的。

在一个方面中，本发明涉及一种用于患者血液的充氧的系统，其包括适于联接到患者血管系统的体外血液循环路径，并且包括用于为其中流动的血液充氧并从血液抽出CO₂的设备，其中，在所述体外血液循环路径中流动的血液的流率不超过患者的血液流的2/5。根据本发明的实施方式，流率不大于30ml/kg每分钟。所述系统可以包括在体外血液循环路径内的盒，所述盒包括充氧机和至少一个套管。在这样的实施方式中，盒可以包括在体外血液循环期间与患者的血液接触的一次性部件。所述盒被构造为并可操作成可逆地连接到能重复使用的基座，能重复使用的基座具有至少一个控制器、一个或多个泵驱动单元和马达、以及电源，所述驱动单元和马达分别对应于位于所述盒中的泵头。所述基座还可以包括至少一个固定传感器和/或用户界面。在一些实施方式中，所述盒包括一个或多个泵头，每个泵头可由基座内的相应的泵驱动单元和马达控制。

可选地，体外血液循环路径设置有适于确保与患者血管系统的安全、无栓塞连接的自动灌注系统。在这种情况下，盒还可以包括连接到自动灌注系统的盐水储存库。

本发明还涉及一种用于体外血液充氧的盒，其包括一个或多个泵头、充氧机和至少一个套管，每个泵头可由相应的泵驱动单元控制。当提供单个套管时，其为双管腔套管。优选地，所有与血液接触的表面都涂布有抗凝剂。一次性盒被构造成在使用前插接到互补基座，所述互补基座控制和操作盒部件。

在本发明的另一方面中，一种用于支持具有低血氧饱和度水平的患者的方法，包括将体外血液循环路径连接到所述患者的血管系统以及将在所述体外血液循环路径中流动的血液的流率调节为不超过30ml/kg每分钟的流率，所述体外血液循环路径包括用于为其中流动的血液充氧并从中抽出CO₂的设备。患者能自主呼吸。可替代地，对患者进行机械通气。对患者的支持可以作为代替ECMO的辅助系统来提供。

然而，在另一方面中，本发明提供了一种用于对至少一个套管自动灌注的系统，其至少包括：a)灌注帽，其包括当安装在套管上时彼此密封的入口和出口；b)盐水储存库；c)灌注泵，其包括驱动单元和能够更换的灌注泵头；d)流体路径，其包括在所述至少一个套管的第一管腔和第二管腔之间的无菌管道，所述流体路径不包括所述灌注帽；其中，所述灌注帽能移除地装配在所述第一管腔和所述第二管腔上，使得当所述灌注帽装配在所述第一管腔和所述第二管腔上时，所述入口与所述至少一个套管的第一管腔流体连通，所述出口与所述至少一个套管的第二管腔流体连通，使得所述至少一个套管、所述灌注帽、所述盐水储存库、所述灌注泵头和所述流体路径形成用于流体流动的闭合回路，并且当所述灌注帽未装配在所述至少一个套管上时，所述至少一个套管能够插入患者血管系统；以及e)控制器，其被构造为当所述灌注帽装配在所述至少一个套管上时操作所述灌注泵，并由此从所述闭合回路排出空气。在所述系统的一些可选实施中，所述至少一个套管、所述灌注帽、所述盐水储存库、所述灌注泵头和所述流体路径包含在盒内，其中，所述盒能够附接到包含所述控制器的基座并且能够从所述基座移除。所述控制器被构造为在所述盒附接到所述基座时自动地开始灌注操作。所述系统还可以包括无菌患者穿刺套件，所述套件包括用于允许对患者插管的引入器、一个或多个扩张器和导丝。在一些实施方式中，所述控制器被构造为在无菌患者穿刺套件保持气密密封的状态下操作灌注泵。

在一些其它可选的实施方式中，流体路径还包括充氧系统。

可选地，所述套管的第一管腔和第二管腔包括排出管腔和输注管腔，并且当所述至少一个套管插入患者血管系统时，所述充氧系统被构造为对经由所述排出管腔抽出的血液充氧并且经由所述输注管腔将充氧血液返回。如上所述，所述系统可以用单管腔套管或用双管腔套管操作。

可替代地，所述闭合回路依次包括所述第一管腔、所述流体路径、所述第二管腔、所述灌注帽的入口、所述盐水储存库、所述灌注泵头、所述灌注帽的出口，然后再回到所述第一管腔。

在本发明的另一方面中，提供了一种用于血液的体外充氧的系统，所述系统包括：a)能重复使用的基座，其至少包括控制器、一个或多个泵驱动单元和一个或多个泵马达；b)一次性使用的盒，其包括一个或多个泵头、充氧机、至少一个套管以及无菌管道，当所述盒安装在所述基座中时，每个所述泵头能够由相应的泵驱动单元和马达控制，所述至少一个套管包括用于从患者血管系统移除缺氧血液的排出管腔和用于将充氧血液返回到所述患者血管系统的输注管腔，所述无菌管道被构造成将缺氧血液从所述排出管腔递送到所述充氧机，并将充氧血液从所述充氧机递送到所述输注管腔；其中，当所述盒安装在所述基座中时，所述控制器被构造为通过由所述至少一个套管、无菌管道、一个或多个泵头和充氧机限定的无菌流动路径从所述患者血管系统泵送血液并对所述泵送的血液充氧。所述系统的一个或多个泵驱动单元可以包括灌注泵驱动单元，并且在所述一次性使用的盒内还包括：灌注帽，其包括彼此密封的入口和出口；盐水储存库；灌注泵头，其能够用所述灌注泵驱动单元控制；其中，所述灌注帽能够移除地装配在所述至少一个套管上，使得当所述灌注帽装配在所述至少一个套管上时，所述入口与所述至少一个套管的第一管腔流体连通，所述出口与所述至少一个套管的第二管腔流体连通，使得所述至少一个套管、所述灌注帽、所述盐水储存库、所述灌注泵头、所述无菌管道和所述充氧机形成用于流体流动的闭合回路，并且当所述灌注帽未装配在所述至少一个套管上时，所述至少一个套管能够插入患者血管系统；并且其中，所述控制器被构造为当所述灌注帽装配在所述至少一个套管上时操作所述灌注泵，并且由此从所述闭合回路排出空气。

在附加方面中，本发明涉及一种在能够自主呼吸的患者中增加血氧水平和移除CO₂的方法，所述方法包括：将第一套管引入第一血管用以从所述第一血管排出血液并且将第二套管引入第二血管用以向所述第二血管输注充氧血液，所述第一套管和所述第二套管分别通过第一流动管线和第二流动管线连接到体外血液充氧系统；以及使所述患者的血液以不大于约30ml/kg每分钟的循环速率循环通过所述体外血液充氧系统，以对所述血液充氧并实现从所述血液移除CO₂和增加所述患者的血氧水平。可选地，所述方法还包括确定(i)血液循环速率和(ii)套管的尺寸中的至少一者，所述确定基于患者的重量。所述确定包括：a)基于所述患者的重量以及期望的目标血氧水平和CO₂移除来确定所述血液循环速率；b)基于期望的血液循环速率来确定适合所述患者的套管的尺寸。

本发明还涉及一种在能够自主呼吸的有意识的患者中增加血氧水平和移除CO₂的方法，所述方法包括：将双管腔套管引入所述患者的血管，所述双管腔套管包括用于从所述血管排出缺氧血液的排出管和用于将充氧血液输注到所述血管中的输注管，所述排出管和所述输注管通过用于所述排出的第一流动管线和用于所述输注的第二流动管线连接到体外血液充氧系统；以及使所述患者的血液以不大于约30ml/kg每分钟的循环速率循环通过所述体外血液充氧系统，以对所述血液充氧并实现从所述血液移除CO₂和增加所述患者的血氧水平。在该方法的一些可选实施中，提供了一种双管腔套管，其包括包封内管的外管。在该可选情形中，外管和内管中的一者是排出管，另一者是输注管。可替代地，排出管和输注管可以并排配置在所使用的双管腔套管中。可选地，所述方法还包括在治疗期间监测所述患者的血氧参数。

已经在2001bs/90kg大白X长白猪模型上进行了以下研究。猪被认为是在转化研究、外科模型和程序训练中使用的一种主要动物种类，主要是为了共享人类的相似解剖学和生理学特征。在以下研究中使用的所有猪模型都进行了根据设施标准操作规程(SOP)的单独的兽医检查，包括在Lahav C.R.O实验室的血液测试(CBC)。血液测试与研究开始前执行的一般体检一起反映了猪模型的健康状况，使得能够确定每只动物对研究的适应性。

将直接充氧装置以静脉到静脉的连接方式连接到猪模型，以允许在闭合循环中对猪的血液进行体外充氧。所述系统的充氧机包括通过半透膜隔板连接的两个隔室。通过一个隔室递送血液并通过另一隔室递送氧有助于通过半透膜隔板将氧交换到血液中。充氧机的血液隔室通过3/8”管连接到静脉，3/8”管连接到放置在股静脉和颈静脉中的套管，类似地或者可替代地连接到放置在颈内静脉中的双管腔套管。充氧机的第二隔室连接到标准氧供应源。所述系统从猪的血管系统泵送血液、对所述血液充氧然后将所述血液返回到血管系统，由此提高氧饱和度水平并为猪模型提供呼吸支持。

将研究中使用的猪模型诱导成低氧血症状态。降低氧气浓度(使用亚硝酸)，模仿受损肺的呼吸衰竭状态。这是如下地实现：通过将纯氧与医用空气和N₂O混合以将氧浓度水平降低到约15％，由此将猪模型的氧饱和度水平降低到约85％以下，其中每个猪模型均独立地反应。

根据设施的标准操作规程将猪麻醉但保持呼吸并连接到所有相关器械。气管内的管连接到医用氧和氮的气体混合器以控制氧浓度。通过使用血管造影术定位Swan Ganz导管(用于监测心脏内和心脏周围的血流和压力)，并允许尽可能靠近导管地从肺动脉采集血样。建立监测装备(用于连续记录生命体征)，并测试和校准动脉血气(ABG)。在连续监测生命体征的情况下对猪模型进行镇静。

为静脉切开术(用于抽血)安装以下接入点：肺动脉、颈动脉、股静脉。入口管用于将从身体排出的血液循环到充氧机，而出口管用于将充氧的血液从充氧机循环回到身体。入口管连接到插入股静脉的套管，出口管连接到插入颈静脉中的套管。对于用插入颈静脉的双管腔套管执行的研究，入口管和出口管两者都连接到相应的连接件。

在附接到套管之前，所述系统中循环有盐水(约1000ml)。套管连接到系统的3/8”直径的入口管和出口管，氧源用8mm管连接到系统的充氧机氧入口，将氧流率设定到3L/分钟。在实验期间，充氧机气体出口保持敞开。

该过程由LAHAV C.R.O医疗团队执行和验证。这是如下地实现的：通过将纯氧与医用空气和N2O混合以将氧浓度水平降低到约15％，由此将猪模型的氧饱和度水平降低到约85％以下，其中每个猪模型均独立地反应。

对于血液采样，在系统的充氧机之前和之后，3/8”x3/8”T型连接器用于连接到双向旋塞阀，这允许采集血样。从4个测试点(TP)对血液采样：

TP1-股静脉(充氧处理前的股静脉血液)

TP2-充氧机出口(“之后”，在充氧之后且在与颈静脉血液混合之前的静脉血液)

TP3-肺动脉(PA，在体外充氧之后、与颈静脉缺氧血液混合之后并且在进入用于充氧处理的肺之前，用腔静脉血液填充)

TP4-颈动脉(肺之后的充氧血液)

研究1-股-颈研究

部分1-

本研究的目的是显示1L/分钟的血液流足以支持处于低血氧状态的患者；目标是将O₂饱和度从小于85％增加到约95％。使用2个大的商业18Fr套管(Medtronic)，将200lbs/90kg的猪用于本研究：第一套管插入颈静脉，第二套管连接到股静脉。由于穿过心脏的右心房的套管的尺寸和长度，插入处理需要使用射线照相术进行外科插入。通过体外充氧系统的血液流率为1至1.5L/分钟的血液流，其中氧流率为3L/分钟并且低氧通气支持(<20％O₂气体浓度)。

收集并分析数据以评估提高和稳定氧饱和度水平所需的最小血液流。结果列于表1。

表1：研究1-部分1的饱和度水平结果。

可以看出，所述方法能够从甚至低于80％的值来提高氧饱和度水平，这样的值是通常针对危重(其中患者通常置于机械通气或ECMO系统上)患者定义的状况。

部分2-

本研究的目的是评估具有不同血液流率的充氧。将猪的pO₂水平稳定到100至120mmHg，并调查血液流率以评估将对血氧添加最少10mmHg的最小流动水平。预期用于血液流水平的所有参数与以上的部分1中的相同。结果列于表2。

表2：研究1-部分2的饱和度水平结果

血液流率(L/分钟)	系统致动前(关闭)	系统致动后(开启)
			1	88％	92％
1	85％	93％
			2	78％	99％
1	77％	91％

成功使用的系统和方法能够提高氧饱和度水平，类似于研究的部分1。

研究2-双管腔颈-颈研究

本研究的目的是通过使用插入颈内静脉的商用双管腔套管来检查血液充氧和CO₂移除的可行性。

使用双管腔商用23Fr套管(Maquet Avalon)，将200lbs/90kg的猪用于本研究。由于套管的正确定位的复杂性，插入处理需要使用射线照相术进行外科插入。通过体外充氧系统的血液流率是1至1.5L/分钟的血液流，其中氧流率为3L/分钟并且具有低氧通气支持(16％的O₂气体浓度)。

结果列于表3。

表3：研究2的饱和度水平结果

血液流率(L/分钟)	系统致动前(关闭)	系统致动后(开启)
			1	87％	95％
1	86％	95％
			1.5	73％	97％

通过使用本发明的体外充氧系统和本文所述的方法，氧饱和度水平从约80％提高到95％以上的目标水平。

研究3-小型双管腔颈-颈研究

本研究的目的是通过使用插入到颈内静脉的小型双管腔(不需要射线照相引导的插入)来检查血液充氧和CO₂移除的可行性。使用双管腔商用18Fr小型套管(根据本公开)，将200lbs/90kg的猪用于本研究。套管的定位不需要射线照相成像(或其它类型的成像)。通过体外充氧系统的血液流率是1至1.5L/分钟的血液流，其中氧流率为3L/分钟并且具有低氧通气支持(14.5％的O₂气体浓度)。

小型双管腔套管允许经由颈内静脉同步进行静脉排出和血液回输。体外充氧系统包括离心泵，所述离心泵被致动以将血液从猪的右颈内静脉泵送通过套管的出口排出管。使血液循环通过系统的充氧机，其中血液具有富集的氧含量和降低的CO₂水平。在封闭系统中，充氧的血液通过套管的入口回输管循环回来。

将猪模型置于如下地实现的低血氧症状态中：通过以不同浓度将N₂O和氧混合在用于通气的混合物中以达到目标氧饱和度水平。监测猪模型氧饱和度并将其稳定在约85％的水平。在系统的充氧机之前和之后在以下位置进行血液采样：

TP1-股静脉(充氧处理之前的股静脉血液)

TP4-颈动脉(肺之后的充氧血液)

当猪模型处于低血氧症状态时，所示的监测饱和度水平降低了血氧饱和度水平。

在系统致动的情况下，使用小型双管腔套管从右颈静脉抽出猪的血液并将所述血液返回到右颈静脉。以若干间隔监测猪模型的氧饱和度，其中从测试点对血液采样。

结果列于表4。

表4：研究3的饱和度水平结果

从表4可以看出，使用小型双管腔套管的1至1.5L/分钟的低血流导致95％至96％的饱和度水平。在插入处理中没有使用射线照相引导。另外，监测饱和度水平的增加与动脉pO₂的增加同时进行，表明在低血液流率和低氧浓度下具有高充氧能力。插入和移除小型双管腔套管不会导致并发症；在从猪的颈静脉移除套管之后，没有观察到血凝块或疲乏的迹象。

表5-1和表5-2示出了研究1-3的汇总结果。

表5-1：汇总结果

表5-2：汇总结果

从结果可以看出，本公开的方法在自主呼吸的猪中提供了安全和一致的充氧水平，以相对低的血液流率仅循环血液体积的一部分(约1/5)。还利用小型双管腔套管使得能够在不需要任何成像技术来将套管引导到位的情况下获得显著小的侵入性和不复杂的过程。

在一些实施方式中，本公开涉及一种用于套管和连接到套管的无菌管道的系统，并且更具体地但不排他地涉及一种集成到体外充氧系统中的自动灌注系统。

现在参照附图：

图1A是体外充氧系统100的示意性等轴测前视图，体外充氧系统100具有能重复使用的基座110和一次性盒10，一次性盒10实际上是包含系统100的与患者血液接触的所有或大部分一次性部件的即插即用的单个单元箱。将在下文中参照图2和图3提供这些部件的详细说明。这些部件被收集和设计成用更人性化的单步骤处理来代替这些一次性部件与体外充氧系统的复杂的多步骤组装和连接，减少了安全且正确地构造所需一次性部件所需要的时间和特殊培训。在该附图中，盒10位于准备好被插接的基座110的顶部。

图1B是图1A的体外系统的示意性侧视图，其中根据本公开的一些可选实施方式，盒10和基座110彼此连接。在该视图中，示出了盖11。在使用体外充氧系统100之前，盖11被移除，并且露出允许接近内部空间并接近盒10的部件的“窗”。这允许操作者拉出套管，优选地但不是必需地拉出灌注套管，并通过专用连接器52'将充氧机52连接到氧供应源(示出于图5A中)。

图1C是绘示根据本发明的一些可选实施方式的体外充氧系统100的主要部件的示意性框图。如在本公开中所使用的，体外充氧系统是如下的系统：使用泵通过血管(例如，静脉或动脉)排出血液，使血液通过外部充氧系统以便降低二氧化碳(CO₂)水平并使血液富集氧，并且将充氧的血液输注回患者的循环系统。体外充氧系统可以是例如体外膜充氧(ECMO)系统。体外充氧系统可以用作用于患者血液的唯一充氧源，或者可以用于补充诸如机械呼吸机的其它氧源或患者的独立呼吸。在示例性实施方式中，系统100被设计为用作有意识并且能够独立呼吸(虽然功效降低)的患者的补充性充氧机。

系统100包括能重复使用的基座110、可连接到基座110的一次性使用盒10以及患者穿刺套件130。

可重用使用的基座110包括用户界面112。用户界面112可以包括键盘、触摸屏或用于接收用户输入的任何其它机构。用户界面112还包括用于显示与系统100的功能相关的参数的显示器。用户输入和显示参数可以涉及系统100的任何部件的功能，例如，通过系统100的血液流率、系统100内的不同点处的血液压力、血液温度以及流过系统100的血液的目标充氧水平。

基座110还包括可编程逻辑控制器114。控制器114可以包括运行软件的处理电路，所述软件包括用于执行根据本公开的实施方式的方法的指令。所述处理电路可以包括其上具有计算机可读程序指令的计算机可读存储介质，所述计算机可读程序指令用于使处理器施行根据本公开的系统的各方面。

基座110还包括电源116。电源116可以是可连接到电网的电源线。此外，或者可替代地，电源116可以是电池，例如可充电电池。电源116对控制器以及在本文中进一步说明的泵马达和驱动单元120、122提供电力。

基座110还包括一个或多个固定传感器118。固定传感器118可以包括例如用于测量诸如血细胞比容百分比、氧饱和度、血红蛋白和血液温度的参数的光学分析器。固定传感器118还可以包括流量计。固定传感器118可以分析当血液在无菌管道中时血液的这些参数。

基座110还包括血液泵驱动单元和马达120以及灌注泵驱动单元和马达122。在本文中将进一步说明血液泵和灌注泵的功能。每个泵驱动单元和马达120、122均包括驱动器和马达。驱动器是接收用于控制马达的输入信号(例如，模拟信号)的电子单元(例如，印刷电路板组件)。马达从电源116接收电力。磁性马达的磁体通过磁力控制作为盒10内的一次性泵头的一部分的磁性叶轮。此外，在示例性实施方式中，灌注泵是蠕动泵。泵头可连接到作为盒10的一部分的一次性无菌管道，用于在盒10内的一个或多个流体流动管线上施加压力。

基座110可以安装在病房内，例如安装在墙壁接口上。可替代地，基座110可以是便携式的。例如，基座110可以位于滚动推车上或救护车内。病房、滚动推车或救护车可以包括用于与系统100结合使用的装备，例如一个或多个氧气罐、备用电源组、不间断电源(UPS)或血液加热器。

仍然参照图1C，系统100还包括盒10。盒10是被设计成可从基座110移除和插入基座110中的一次性盒。一般情况下，盒10包括与患者血液接触并且因此在每个患者使用之间被更换的部件。盒10包括将在本文中进一步说明功能的套管12、灌注帽22和盐水储存库32。盒10还包括由基座110中的灌注泵马达控制的灌注泵头34和由基座110中的血液泵马达控制的血液泵头46。盒10还包括无菌管道和充氧机52，流体流过无菌管道，可以围绕无菌管道应用固定传感器118，充氧机52用于对流过盒的血液充氧。

系统100还包括患者穿刺套件130。患者穿刺套件130包括用于将套管插入患者血管系统的标准材料。这些材料包括例如可以包括针或套管针的引入器132、导丝136以及一个或多个扩张器或扩展器134。患者穿刺套件130可以与盒10分开存储。

图2和图3包括图示盒10的部件和功能的示意图。

在图2和图3的构造中，盒10被图示为处于如下位置：在该位置，准备好通过盐水的输注来灌注用于套管12的流体路径。在该位置，灌注帽22装配在套管12上，使得灌注帽22、套管12和其它部件形成用于盐水的输注的闭合回路。当移除灌注帽22并将套管12插入体内时，同一闭合回路用于在患者血管系统和包含在盒10内的充氧模块40之间的血液转移。在灌注过程中，盒10被封装在可以由任何合适的材料制成的无菌外壳中。无菌外壳可以保持密封，直到灌注完成并且套管准备好插入患者体内。

参照图2，盒10包括套管12。在示例性实施方式中，套管12是具有两个并排配置的管腔的双管腔套管。双管腔套管12包括具有端部15的第一管腔14和具有端部17的第二管腔16。在示例性实施方式中，第一管腔14是使得端部15为入口的排出管腔，第二管腔16是使得端部17为出口的输注管腔。排出管腔14用于将缺氧的血液从患者的血管系统抽出到盒10中，输注管腔16用于将充氧的血液从盒10递送到患者的血管系统中。输注管腔16的范围大于排出管腔14的范围。管腔14、16的不均一范围允许灌注帽22的不同区域被接合到管腔14、16的端部15、17，如将在本文中进一步说明的。

在一些可选实施方式中，双管腔套管包括包封内管的外管，外管和内管中的一者是排出管并且另一者是输注管。通过一些这样的实施方式，外管从血管排出缺氧的血液，内管将充氧的和CO₂贫乏的血液输注到血管中。在其它实施方式中，内管从血管排出缺氧的血液，外管将充氧的血液输注到血管中。在并排构造中，一个管用于从血管排出缺氧的血液，另一个管将充氧的和CO₂贫乏的血液输注到血管中。

在其它实施方式中，排出管和输注管并排配置在所述双管腔套管中。

在本文所示的具体示例中，双管腔套管12还包括具有进口19(未示出)的导丝护套18。当套管12插入患者体内时，套管12经由护套18沿着导丝136穿入。

套管12还包括翼20。翼20可以例如用缝合线附接到患者的身体，以确保套管12在充氧过程期间保持就位。

灌注帽22可移除地装配在第一管腔14的端部15和第二管腔16的端部17上。灌注帽22包括两个区域：区域23，其流体连接到管腔16的出口17，通向灌注帽22的出口24；和区域25，其流体连接到管腔14的入口15，并且接收通过灌注帽22的入口26的流体。区域23、25由例如可以是O形环的内密封件28、30界定。当流体经由入口26进入灌注帽22时，流体填充密封件28和密封件30之间的整个区域25。当流体经由管腔16的出口进入灌注帽22时，流体填充密封件30和灌注帽22的出口24之间的整个区域23。出口24和入口26在它们各自的区域23、25内的位置和取向仅仅是示例性的，并且其它位置和取向也是可行的。此外，虽然在所示实施方式中，套管12是双管腔套管，但是在可替代的实施方式中，套管12包括两个分开的套管，一个用于排出，一个用于输注。在这样的实施方式中，每个套管都可以有单独的灌注帽22，或者灌注帽22可以分成两个分支，即入口分支和出口分支。

盒10还包括盐水储存库32，盐水储存库32经由管道31连接到灌注帽22的出口24。盐水储存库32连接到灌注泵的一次性泵头34，灌注泵的驱动单元是基座10的一部分，如以上所讨论的。在示例性实施方式中，灌注泵(包括基座10中包含的驱动单元122)具有长度最多为10cm、重量最多为2kg的小尺寸。在示例性实施方式中，灌注泵是蠕动泵，使得灌注泵头34装配在携带来自盐水储存库32的盐水的无菌管道周围。蠕动泵成本较低并具有与携带盐水的一次性无菌管道的简单接口。

从灌注泵头34起，流体路径前进到两个阀：压力计阀36和血液路径阀38。压力计阀36和血液路径阀38可以被单独控制，使得压力计阀36打开而血液路径阀38关闭，或者反之亦然。压力计阀36连接到三个压力计44、48、56。该连接在图2中示意性地示出，并且在图3中进一步示出，其中流体管线连接在压力计阀36和相应的压力计之间。当压力计阀36打开时，流体(例如盐水)在泵头34和压力计44、48、56之间流动。压力计阀36可以单独地控制为允许盐水流向压力计44、48、56中的任何一个。在灌注过程中，一旦流体填充压力计阀36和压力计44、48、56之间的管线，压力计阀36就可以关闭。当血液路径阀38打开时，流体(例如，盐水)经由管道39在泵头34之间流动到灌注帽22的入口26，使得在将套管12插入患者血管系统之后，流体可以继续灌注血液将流动的区域。

在流体进入灌注帽22的入口26之后，流体填充灌注帽22的区域25，并在入口15处进入套管12的排出管腔14。从排出管腔14起，流体经由管道42前进通过压力计44或邻近压力计44地经过。

压力计44优选地但不一定是膜压力传感器(其中，盐水在膜的一侧(来自压力计阀36)并且来自血液路径的流体在膜的另一侧)。所述传感器被构造为当膜上的压力差改变时(例如，向控制器)指示。当套管12插入患者血管系统中时，压力计44用于验证血液从静脉适当地流动，即静脉没有收缩。

在压力计44之后，流体通过血液泵头46。血液泵头46可以包括磁性叶轮，磁性叶轮可以由基座110中的血液泵驱动单元120中的离心磁性马达控制。血液泵用于调节进入充氧机52的流体的压力，使得血液以期望的速率流过充氧机。

在进入充氧机52之前，流体通过第二压力传感器48或邻近第二压力传感器48地经过。在离开充氧机52之后，流体通过第三压力传感器56或邻近第三压力传感器56地经过。类似于压力传感器44，压力传感器48、56可以是膜压力传感器。压力传感器48和56用于评估充氧机52的功效。充氧机52在其使用过程中可能会被血液阻塞。结果，血液流出充氧机52的速度比流入充氧机52的速度要慢，并且充氧机52上可以产生压力梯度。压力传感器48和56处的压力可以用于检测这种压力梯度的存在，因此可用于确定是否需要更换盒10。

在进入充氧机52之前，血液还可选地通过分析器50。如以上结合图1所讨论的，分析器50是固定传感器118的组的一部分，因此技术上是基座110的一部分。盒10的管道通过分析器50，使得分析器50本身不接触流体。分析器50可以测量氧饱和度。分析器50可以是例如光学分析器或超声波分析器。

然后，在充氧机52处对血液充氧。充氧机52经由连接器52'连接到氧输入部，并释放作为副产品的二氧化碳。

在充氧机52处充氧之后，流体通过温度传感器54。温度传感器54可以包括安装在无菌管内的金属条。如果温度传感器54指示血液温度已经冷却到超过适于回输到患者的水平，则可以在需要的情况下使用血液加热器(不是盒10的一部分)来重新加热血液。在通过无菌管60返回到套管12的输注管腔16之前，流体还通过流量计58。流量计58可以是作为基座10的一部分的超声波流量计。流量计用于检验基于每分钟转数进行操作的血液泵的输出转换成以升/分钟为单位测量的期望流动。

无菌管道42、60相对于盒10中所示的其它部件可以较长。在示例性实施方式中，无菌管道42、60包括延长的管道62，如图2中示意性所示。延长的管道62可以是例如1.2米长。

鉴于前面的说明，很明显，当灌注帽22如图2所示地装配在套管12上时，盒10包括用于流体流动的闭合回路。当致动灌注泵时，灌注泵头从盐水储存库32抽取盐水。当血液泵阀38打开时，盐水前进通过血液泵阀38、灌注帽入口26、第一管腔14(例如，排出管腔)、充氧模块40、第二管腔16(例如，输注管腔)、灌注帽出口22，然后回到盐水储存库32。在整个过程中，空气从上述流体流动路径排出并沉积到盐水储存库32中。排出的空气保持在盐水储存库32中，盐水储存库32由诸如塑料的材料制成，盐水储存库可充分膨胀以容纳排出的空气。

还明显的是，在所示实施方式中，虽然闭合回路用充氧模块40闭合，但可以使用第一管腔14和第二管腔16之间的任何可替代的流体路径。因此，盒10可以与各种需要灌注但不限于充氧模块的系统一起使用。

此外，还明显的是，即使当盒10保持相对于周围大气的密封时，通过该闭合回路的流体流动也可以进行。因此，套管12和血液流动路径可以在维持无菌状况的状态下被灌注。

总之，本发明的体外血液充氧系统用于对患者的血液充氧。在一个可选的实施方式中，套管12插在患者的颈静脉处。血液流出颈静脉，进入排出管腔，并通过管道42。血液泵头46泵送血液通过充氧机52。然后，充氧的血液通过管60和输注管腔16返回到颈静脉中。套管12可以在任何其它合适的点插入，例如，在上腔静脉处。此外，如上所讨论的，套管12可以包括两个分开的套管，一个用于排出，一个用于输注。

可选地，在使血液以不大于大致30ml/kg每分钟的速率循环的同时进行血液充氧，用以对有意识并且能够独立呼吸的患者进行外部充氧，并且对患者来说，充氧用于补充患者的呼吸。

图4绘示了用于图1的体外系统的一种可选的操作方法的流程图400的步骤。在步骤401，根据上述参数评估患者状况是否适于用本发明的体外充氧系统治疗。如果患者被认定为适合该治疗，则在步骤402，医疗团队准备用于插管的套管插入部位。在步骤403，将一次性盒插入基座中，在步骤404，开启系统。在步骤405，进行一次性回路的自动灌注，在步骤406，通向盒的内部空间的开口露出，并从盒拉出灌注的套管。在步骤407，富氧气体供应部连接到盒内的气体入口，并且开启气体流。在步骤408，将套管插入患者的血管系统中，在步骤409，根据患者的重量和尺寸，在10至30ml/kg每分钟的血液流范围内计算所需的流量，在下一步骤410，主泵被致动并且开始治疗。

图5A-图5B分别是根据本公开的一些可选实施方式的具有自动灌注系统和套管的盒单元10的示意性等轴测前视图和等轴测后视图。在这些附图中，为了清楚说明而将壳体移除，并示出了包括在壳体内的部件。在该特定示例中，盐水储存库32经由管道31连接到灌注帽22。盐水储存库32连接到灌注泵的一次性泵头34，如上所讨论的，灌注泵的驱动单元是基座10的一部分。从灌注泵头34起，流体路径前进到两个阀：压力计阀36(在该视图中未示出)和血液路径阀38。压力计阀36连接到三个压力计44、48、56。当压力计阀36打开时，盐水在泵头34和压力计44、48、56之间流动。当血液路径阀38打开时，流体盐水经由管道39在泵头34之间流动到灌注帽22，使得在将套管12插入患者血管系统之后，流体可以继续灌注血液将流动的区域。在流体进入灌注帽22之后，流体进入套管12的排出管腔，并经由管道42前进到压力计44。在压力计44之后，流体通过血液泵头46。血液泵用于调节进入充氧机52的流体的压力，使得血液以期望的速率流过充氧机。在进入充氧机52之前，流体通过第二压力传感器48。在离开充氧机52之后，流体通过第三压力传感器56。在进入充氧机52之前，血液可以可选地通过分析器50。在充氧机52处充氧之后，流体通过温度传感器54。充氧机52通过连接器52'连接到气体供应部。

图6图示了用于盒10的闭合回路流体流动系统的自动灌注的流程图200的示例性步骤。在步骤201，启动系统。例如，用户可以开启控制器114。在步骤202，控制器114检查一次性盒10(缩写为“D.C.”)是否操作地连接到基座10。如果不存在盒10，则在步骤203，系统返回到步骤201，并且在连接盒10时保持为准备好操作。如果识别出盒10，则在步骤204，系统关闭血液泵(缩写为“B.P.”)，关闭血液路径阀38，并打开压力计阀36(缩写为“P.M.阀”)。在步骤205，可选地，用户设定用于灌注泵(缩写为“P.P.”)的流率，例如1升/分钟。可替代地，系统自动地设定流率或使用预设流率。流率尤其可以基于包括压力计阀36和压力计之间的管的直径的标准来设定。在步骤206，用户或系统设定足以使流体填充如图2所示的压力计阀36和压力计44、48和56之间的所有管线的用于灌注泵的操作的时间参数(用“延迟”表示)。然后，操作灌注泵以填充这些管线。在步骤207，系统打开血液路径阀38。在步骤208，可选地，用户将用于灌注泵的流率设定为例如2升/分钟。该流率可以大于在步骤205中使用的流率，这是因为血液路径中的管可以具有较大的直径。可替代地，如上所讨论的，系统自动地设定流率或使用预设流率。在步骤209，用户或系统设定足以使空气完全从闭合回路中排出的用于灌注泵的操作的时间参数(用“延迟”表示)。然后，操作灌注泵，流体填充血液路径阀38、灌注帽22、套管12和充氧系统40之间的所有管线。压力计44、48、56和血液路径的灌注顺序也可以颠倒，使得血液路径在压力计之前被灌注。在步骤210和211，完成灌注，过程结束。在示例性实施方式中，整个灌注过程需要大致2分钟。有利地，灌注过程可以完全自主地执行，而不需要向套管或其它系统部件中手工输注盐水。可替代地，一个或多个气泡传感器可用于指示灌注过程已完成。

图7图示了根据本公开实施方式的作为患者的外部充氧的整个过程的一部分的自动灌注300的方法的示例性步骤。

在步骤301，用户将盒10附接到基座110。在步骤302，通过在灌注帽22装配在套管12上时操作灌注泵，机器以上述方式对系统灌注。有利地，在检测到盒10附接到基座110时，可以自动地开始这种灌注操作。

在步骤303，用户(例如，外科医生或护士)打开患者穿刺套件130，并将引入器132、扩张器134和导丝136插入患者血管系统。该插入以本领域技术人员已知的任何通常方式执行。例如，外科医生可以穿刺患者的颈静脉或其它血管并且使用直径增大的扩展器扩展血管。所述穿刺被扩展直到达到套管12的直径。

在步骤304，用户打开盒中的开口的盖以访问套管12和灌注帽22。

在步骤305，用户从套管12移除灌注帽22。此时，管腔14、16从闭合回路移除。

在步骤306，用户将套管12插入患者的血管系统。例如，外科医生可以从血管系统中抽出扩展器，把导丝136留在原地。护套18在导丝136上穿过直到套管12位于患者体内的期望位置。在将套管12插入患者血管系统的过程中，可以从管腔14的端部15、管腔16的端部17排出少量盐水，以确保没有空气进入套管12。在放置套管12之后，外科医生将套管12的翼20缝合到患者的皮肤，使得套管12保持就位。然后，外科医生移除导丝136。然后，护套18被密封(例如，用帽)或收缩，使得没有血液排出护套18。在步骤307，系统100对血液充氧。

应当清楚，本说明书中阐述的对实施方式和附图的说明仅用于更好地理解本发明，而不是限制本发明的范围。还应当清楚，本领域技术人员在阅读了本说明书之后，可以对附图和上述实施方式进行仍将被本发明覆盖的调节或修改。

Claims

1.一种用于对患者的血液充氧的系统，包括适于联接到所述患者的血管系统的体外血液循环路径，并且包括用于对在所述体外血液循环路径中流动的血液充氧并从所述血液抽出CO₂的设备，其中，在所述体外血液循环路径中流动的血液的流率不超过所述患者的血液流的2/5。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述流率不大于30ml/kg每分钟。

3.根据权利要求1或2所述的系统，在所述体外血液循环路径内包括盒，所述盒包括充氧机和至少一个套管。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述盒包括在体外血液循环期间与所述患者的血液接触的一次性部件。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述盒被构造为并能够操作成可逆地连接到能重复使用的基座，所述基座具有至少一个控制器、一个或多个泵驱动单元和马达、以及电源，每个所述驱动单元和马达分别对应于位于所述盒中的泵头。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述基座还包括至少一个固定传感器和/或用户界面。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述盒包括一个或多个泵头，每个所述泵头能够由所述基座内的相应的泵驱动单元和马达控制。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述体外血液循环路径设置有自动灌注系统，所述自动灌注系统适于确保与所述患者的血管系统的安全、无栓塞的连接。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述盒还包括连接到所述自动灌注系统的盐水储存库。

10.一种用于体外血液充氧的盒，包括一个或多个泵头、充氧机和至少一个套管，每个所述泵头能够由相应的泵驱动单元控制。

11.根据权利要求10所述的盒，其中，当设置单个套管时，所述套管是双套管。

12.根据权利要求10或11所述的盒，其中，与血液接触的所有表面都涂布有抗凝剂。

13.根据权利要求10至12中的任一项所述的盒，所述盒被构造为在使用前插接到互补基座，所述互补基座控制和操作所述盒的部件。

14.一种用于支持具有低血氧饱和度水平的患者的方法，包括将体外血液循环路径联接到所述患者的血管系统，所述体外血液循环路径包括用于对在所述体外血液循环路径中流动的血液充氧并从所述血液抽出CO₂以及将在所述体外血液循环路径中流动的血液的流率调节为不超过30ml/kg每分钟的流率的设备。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述患者能够自主地呼吸或被机械地通气。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述支持作为代替ECMO的辅助系统被提供。

17.一种用于对至少一个套管自动灌注的系统，至少包括：

a.灌注帽，其包括当安装在套管上时彼此密封的入口和出口；

b.盐水储存库；

c.灌注泵，其包括驱动单元和能够更换的灌注泵头；

d.流体路径，其包括在所述至少一个套管的第一管腔和第二管腔之间的无菌管道，所述流体路径不包括所述灌注帽；其中，所述灌注帽能移除地装配在所述第一管腔和所述第二管腔上，使得当所述灌注帽装配在所述第一管腔和所述第二管腔上时，所述入口与所述至少一个套管的第一管腔流体连通，所述出口与所述至少一个套管的第二管腔流体连通，使得所述至少一个套管、所述灌注帽、所述盐水储存库、所述灌注泵头和所述流体路径形成用于流体流动的闭合回路，并且当所述灌注帽未装配在所述至少一个套管上时，所述至少一个套管能够插入患者血管系统；以及

e.控制器，其被构造为当所述灌注帽装配在所述至少一个套管上时操作所述灌注泵，并由此从所述闭合回路排出空气。

18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述至少一个套管、所述灌注帽、所述盐水储存库、所述灌注泵头和所述流体路径包含在盒内，其中，所述盒能够附接到包含所述控制器的基座并且能够从所述基座移除。

19.根据权利要求17或18所述的系统，其中，所述控制器被构造为在所述盒附接到所述基座时自动地开始灌注操作。

20.根据权利要求17至19中的任一项所述的系统，还包括无菌患者穿刺套件，所述无菌患者穿刺套件包括引入器、导丝和一个或多个扩张器。

21.根据权利要求17至20中的任一项所述的系统，其中，所述控制器被构造为在所述无菌患者穿刺套件保持气密密封的状态下操作所述灌注泵。

22.根据权利要求17至21中的任一项所述的系统，其中，所述流体路径包括充氧系统。

23.根据权利要求17至22中的任一项所述的系统，其中，所述第一管腔和所述第二管腔包括排出管腔和输注管腔，并且当所述至少一个套管插入患者血管系统时，所述充氧系统被构造为对经由所述排出管腔抽出的血液充氧并且经由所述输注管腔将充氧血液返回。

24.根据权利要求17至23中的任一项所述的系统，其中，所述至少一个套管是双管腔套管。

25.根据权利要求17至24中的任一项所述的系统，其中，所述闭合回路依次包括所述第一管腔、所述流体路径、所述第二管腔、所述灌注帽的入口、所述盐水储存库、所述灌注泵头、所述灌注帽的出口，然后再回到所述第一管腔。

26.一种用于血液的体外充氧的系统，包括：

a.能重复使用的基座，其至少包括控制器、一个或多个泵驱动单元和一个或多个泵马达；和

b.一次性使用的盒，其包括一个或多个泵头、充氧机、至少一个套管以及无菌管道，当所述盒安装在所述基座中时，每个所述泵头能够由相应的泵驱动单元和马达控制，所述至少一个套管包括用于从患者血管系统移除缺氧血液的排出管腔和用于将充氧血液返回到所述患者血管系统的输注管腔，所述无菌管道被构造成将缺氧血液从所述排出管腔递送到所述充氧机，并将充氧血液从所述充氧机递送到所述输注管腔；

其中，当所述盒安装在所述基座中时，所述控制器被构造为通过由所述至少一个套管、无菌管道、多个泵头和充氧机限定的无菌流动路径从所述患者血管系统泵送血液并对所述泵送的血液充氧。

27.根据权利要求26所述的系统，其中，所述一个或多个泵驱动单元包括灌注泵驱动单元，并且在所述一次性使用的盒内还包括：灌注帽，其包括彼此密封的入口和出口；盐水储存库；和灌注泵头，其能够用所述灌注泵驱动单元控制；

其中，所述灌注帽能够移除地装配在所述至少一个套管上，使得当所述灌注帽装配在所述至少一个套管上时，所述入口与所述至少一个套管的第一管腔流体连通，所述出口与所述至少一个套管的第二管腔流体连通，使得所述至少一个套管、所述灌注帽、所述盐水储存库、所述灌注泵头、所述无菌管道和所述充氧机形成用于流体流动的闭合回路，并且当所述灌注帽未装配在所述至少一个套管上时，所述至少一个套管能够插入患者血管系统；并且其中，所述控制器被构造为当所述灌注帽装配在所述至少一个套管上时操作所述灌注泵，并且由此从所述闭合回路排出空气。

28.一种在能够自主呼吸的患者中增加血氧水平和移除CO₂的方法，所述方法包括：将第一套管引入第一血管用以从所述第一血管排出血液并且将第二套管引入第二血管用以向所述第二血管输注充氧血液，所述第一套管和所述第二套管分别通过第一流动管线和第二流动管线连接到体外血液充氧系统；以及使所述患者的血液以不大于约30ml/kg每分钟的循环速率循环通过所述体外血液充氧系统，以对所述血液充氧并实现从所述血液移除CO₂和增加所述患者的血氧水平。

29.根据权利要求28所述的方法，还包括确定(i)血液循环速率和(ii)套管的尺寸中的至少一者，所述确定基于所述患者的重量。

30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述确定包括：

(a)基于所述患者的重量以及期望的目标血氧水平和CO₂移除来确定所述血液循环速率；以及

(b)基于期望的血液循环速率来确定适合所述患者的套管的尺寸。

31.一种在能够自主呼吸的有意识的患者中增加血氧水平和移除CO₂的方法，所述方法包括：将双管腔套管引入所述患者的血管，所述双管腔套管包括用于从所述血管排出缺氧血液的排出管和用于将充氧血液输注到所述血管中的输注管，所述排出管和所述输注管通过用于所述排出的第一流动管线和用于所述输注的第二流动管线连接到体外血液充氧系统；以及使所述患者的血液以不大于约30ml/kg每分钟的循环速率循环通过所述体外血液充氧系统，以对所述血液充氧并实现从所述血液移除CO₂和增加所述患者的血氧水平。

32.根据权利要求31所述的方法，还包括在治疗期间监测所述患者的血氧参数。