CN117339044A - 一种体外人工膜肺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种体外人工膜肺装置，涉及医疗器械中的氧合器技术领域。本发明的体外人工膜肺装置，包括上盖、下盖、中间腔室；所述上盖安装在所述中间腔室上部，下盖安装在所述中间腔室底部；所述上盖开设有血流入口孔、血流出口孔，并设计有气流入口；所述下盖开设有排气孔；所述中间腔室包括磁悬浮泵腔室、血泵腔室、中间腔室，所述血泵腔室置于中间腔室底部，磁悬浮泵腔室在血泵腔室之上，通过中间腔室中央的圆柱状管道与血管相连，中间腔室环绕在整个中间腔室周围。本发明增大了气体交换膜接触面积，纤维膜内血流方向与气流方向呈90°交叉，在气体交换时，提高了血流中的气体交换的效率，避免气体浪费，减轻患者负担。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械中的氧合器技术领域，具体涉及一种体外人工膜肺。
背景技术
人工膜肺又称ECMO(体外膜肺氧合)，是一种人工心肺机，主要用于帮助患者呼吸和体循环，临床上对于人工膜肺主要适用于心脏骤停、低氧性呼吸衰竭、严重的心源性休克、严重的心肺衰竭、以及正在进行心肺手术时的患者、正在等待器官移植的患者、肺部功能衰竭的患者、无法自主呼吸的患者的治疗和急救。也就是平时所说的体外生命支持，如果患者出现了急性呼吸衰竭，可以通过体外人工膜肺将身体当中的血液引出，经过膜肺和血泵输回体内，从而给患者提供呼吸支持。当患者的肺功能严重受损，对常规治疗无效时，体外人工膜肺可以承担气体交换任务，使肺处于休息状态，减轻患者心肺负担，为医疗人员争取更多的救治时间。
现有技术的体外人工膜肺，常存在下列问题：
1、已投入使用产品中，动力泵(人工心脏)与氧合器(人工肺)分别固定于床旁或不锈钢支架上，设备实体体积较大，手术过程中存在放置不牢固、移动不便的问题，从而导致增加管道的使用，同时给医生操作带来不便。
2、现有的小型体外人工膜肺设备虽然体积上不易给医生操作带来大的影响，但受体积限制，设备气体交换膜处血液与氧气接触面积较小，血液流经体外氧合膜肺的血液交换结构与氧气进行气体交换时，气体交换效率低，气体浪费较多，并且对于通入氧合器的气体必须保证充足的氧含量以满足血液需要的氧气含量，所造成的成本也就更高。
发明内容
针对上述情况，为了弥补现有技术的不足，本发明的目的在于，提供一种体外人工膜肺，在满足基本使用要求的前提下，减小体外人工肺膜体积，便于放置体外人工膜肺，同时保证血液经过膜式氧合器后进行氧气和二氧化碳交换效率，即让体外循环的血液与膜式氧合器的气体交换结构的有效接触面积尽可能的大，在使用时能够有效快速地调整血液中的血氧含量及二氧化碳含量，降低二氧化碳分压，使血液中的血红蛋白与氧气更好地结合，避免患者自身血液损失，减轻患者负担，降低医疗风险。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：
一种体外人工膜肺，包括上盖、下盖、中间腔室；所述上盖安装在所述中间腔室上部，下盖安装在所述中间腔室底部；所述上盖开设有血流入口孔、血流出口孔及气流入口；所述下盖上设计有电机室，并开设有排气孔；所述中间腔室包括磁悬浮泵腔室、血泵腔室、PMP纤维束腔室，所述血泵腔室置于中间腔室底部，磁悬浮泵腔室位于所述血泵腔室上方，通过中间腔室中央的圆柱状进血管与外界输血管相连，PMP纤维束腔室环绕在体外人工膜肺装置中央的圆柱状进血管四周；所述磁悬浮泵腔室底部含六片转叶；所述血泵腔室周围分布有七片导流条，与血泵腔室上部的磁悬浮泵腔室相通；所述PMP纤维束腔室包含气体入口汇集区、气体出口汇集区、中空纤维膜及PMP纤维束，且所述PMP纤维束腔室顶部连接所述气流入口，血流入口及血流出口，PMP纤维束腔室底部连接所述气流出口。
进一步的，所述上盖开设有血流入口孔、血流出口孔，并设计有气流入口，所述血流入口穿过血流入口孔上端与外界输血管连接，下端连接进血管，外界输血管内的静脉血经所述血流入口进入体外人工膜肺装置中央的圆柱状进血管，静脉血沿进血管流入所述磁悬浮泵腔室内。
进一步的，进入体外人工膜肺装置的静脉血经气体交换后再由所述血流出口回到患者体内。
进一步的，输入的氧气通过所述气流入口进入体外人工膜肺装置，氧气汇集到气体入口汇集区域，为装置内的静脉血提供氧气，保证静脉血气体交换的效率及质量。
进一步的，所述中间腔室包括磁悬浮泵腔室、血泵腔室、PMP纤维束腔室。所述磁悬浮泵腔室内设计有六片转叶，腔室底部安装有驱动电机；所述磁悬浮腔室通过体外人工膜肺装置中央的圆柱状进血管连接所述血流进口，静脉血经所述进血管流入所述磁悬浮泵腔室，启动驱动电机，电机带动六片转叶旋转，静脉血随六片转叶旋转，静脉血旋转产生离心力，在离心力的作用下磁悬浮泵腔室内的静脉血被泵入血泵腔室内。
进一步的，所述血泵腔室位于所述磁悬浮泵腔室下方，血泵腔室四周平均布置有七片导流条，所述磁悬浮泵腔室内的静脉血在离心力的作用下泵入血泵腔室周围布置有七片导流条处，导流条将静脉血的机械能转化为压力能，被泵入血泵腔室内的静脉血在导流条的作用下以圆周放射状形式环绕在PMP纤维束腔室内的纤维束外表面和体外人工膜肺装置内壁之间的间隙区域。
进一步的，所述每个导流条上端均开设有气体流出口，所述气体流出口贯穿所述导流条，并与下盖上的气流出口连接，将交换后的气体排出到外界。
进一步的，所述PMP纤维束腔室环绕在体外人工膜肺装置中央的圆柱状进血管四周，PMP纤维束腔室内安装有中空纤维膜、PMP纤维束，所述PMP纤维束腔室与所述上盖之间形成气体入口汇集区，所述PMP纤维束腔室与所述血泵腔室之间形成气体出口汇集区，所述气体入口汇集区上端通过上盖上的气流入口连接外界氧气，所述气体出口汇集区通过血泵腔室上开设的气流出口与导流条上的气体流出口连接，将经气体交换后的气体排出体外人工膜肺装置。
进一步的，所述PMP纤维束放置在所述PMP纤维束腔室内，PMP纤维束腔室上下两侧均安装有所述中空纤维膜；在压力能作用下自血泵腔室内泵出的静脉血流入PMP纤维束外表面与体外人工膜肺内壁之间的区域，且静脉血在这一区域内360°围绕PMP纤维束腔室旋转，同时在压力作用下静脉血以放射状方向透过PMP纤维束。
进一步的，PMP纤维束腔室上下两侧安装的中空纤维膜封堵静脉血，避免静脉血进入所述气体入口汇集区与气体出口汇集区，同时氧气经所述气流入口汇集到所述气体入口汇集区，氧气分子透过PMP纤维束与气体入口汇集区之间的中空纤维膜进入PMP纤维束并扩散到静脉血中，同时清除静脉血中的二氧化碳。
进一步的，经氧合后的静脉血在PMP纤维束的内侧与进血管外侧之间的间隙内混合，经所述血流出口流回患者体内，气流出口汇集区汇集流经纤维管的气体，经整合在导流条内的气体流出口排入空气中。
进一步的，所述下盖开设有排气孔，排气孔与导流条上的气体流出口连接，经氧合后的气体汇集到气流出口汇集区，经导流条上的气体流出口与下盖上的排气孔排出体外人工膜肺装置。
本发明有益效果如下：本发明包括上盖、下盖、中间腔室，上盖上开设气流入口、血流入口、血流出口，用于气体交换的氧气由气流入口进入本发明装置，血流入口将需要进行气体交换的静脉血导入装置，氧合后的静脉血则经血流出口重新回流到患者体内；
通过改进中间腔室，在体外人工膜肺内壁与装置中央圆柱状进血管之间放置PMP纤维束，PMP纤维束外表面与体外人工膜肺装置内壁之间留有间隙以及PMP纤维束内壁与体外人工膜肺装置中央的圆柱状进血管外壁之间同样留有间隙，静脉血流经磁悬浮腔室及血泵腔室，在压力能的作用下360°围绕PMP纤维束旋转，同时在压力作用下静脉血以放射状方向透过PMP纤维束，氧气分子透过PMP纤维束与气体入口汇集区之间的中空纤维膜进入PMP纤维束并扩散到静脉血中进行气体交换，并清除静脉血中的二氧化碳；
在压力作用下泵出血泵腔室的静脉血围绕PMP纤维束旋转，静脉血纤维束之间接触面积均为有效接触面积，静脉血与纤维束气体交换膜的有效接触面积达约1.2㎡，且气流入口流入的氧气流动路线与静脉血在纤维束内的流动路线呈垂直交叉，提高血流气体交换效率，在使用时能够有效快速地调整血液中的血氧含量及二氧化碳含量，避免气体浪费，减轻了患者负担，降低医疗风险；
此外本发明装置整体体积小，手术过程中放置、移动方便，使用可靠。
附图说明
图1为本发明实施例所述体外人工膜肺整体刨面图；
图2为本发明实施例所述体外人工膜肺立体图；
图3为本发明实施例所述中间腔室刨面图；
图4为本发明实施例所述磁悬浮泵腔室与血泵腔室；
图5为本发明实施例所述上盖示意图；
图6为本发明实施例所述下盖示意图；
附图中，各标号如下：
1-血流出口，2-血流入口，3-气流入口，4-上盖，401-血流入口孔，402-血流出口孔，5-中间腔室，501-中空纤维膜，502-PMP纤维束腔室，6-下盖，601-电机室，602-排气孔，7-气流出口，8-驱动电机，9-血泵腔室，10-气流出口汇集区，11-磁悬浮泵腔室，12-气流入口汇集区，13-转叶，14-导流条，1401-气体排出孔，15-进血管。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合附图对实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
图1为本发明实施例所述体外人工膜肺整体刨面图，如图1-3所示，所述体外人工膜肺包括上盖4、下盖6，中间腔室5；所述上盖4安装在中间腔室5上部，下盖6安装在所述中间腔室5底部；所述上盖4开设有血流入口孔401、血流出口孔402及气流入口3；所述下盖6上设计有电机室601，并开设有排气孔602；所述中间腔室5包括磁悬浮泵腔室11、血泵腔室9、PMP纤维束腔室502，所述血泵腔室9置于中间腔室5底部；磁悬浮泵腔室11位于所述血泵腔室5上方，通过中间腔室5中央的圆柱状进血管15与外界输血管相连，中间腔室5环绕在体外人工膜肺装置中央的圆柱状进血管15四周；所述磁悬浮泵腔室11底部含六片转叶13；所述血泵腔室9周围分布有七片导流条14，与血泵腔室9上部的磁悬浮泵腔室相通；所述中间腔室5包含气体入口汇集区12、气体出口汇集区10、中空纤维膜501及PMP纤维束腔室502，中空纤维膜501布置在PMP纤维束腔室502上下两侧，且所述PMP纤维束腔室502顶部连接所述气流入口3，血流入口2及血流出口1，PMP纤维束室502底部连接所述气流出口7。
本实施例中，所述间腔室5顶部设计有血流出口1与血流入口2，如图5所示，所述上盖4开设有血流入口孔401、血流出口孔402，并设计有气流入口3，所述血流入口2穿过血流入口孔401上端与外界输血管连接，下端连接进血管15，外界输血管内的静脉血经所述血流入口2进入体外人工膜肺装置中央的圆柱状进血管15，静脉血沿进血管15流入所述磁悬浮泵腔室11内。
本实施例中，进入体外人工膜肺装置的静脉血经气体交换后再由所述血流出口2回到患者体内。
本实施例中，输入的装置的氧气通过所述气流入口3进入体外人工膜肺装置，氧气汇集到气体入口汇集区12，为装置内的静脉血进行气体交换提供氧气，保证静脉血气体交换的效率及质量。
本实施例中，如图6所示，所述下盖6开设有排气孔602，排气孔与导流条14上的气体排出孔1401连接，经氧合后的气体汇集到气流出口汇集区10，经导流条14上的气体排出孔1401与下盖6上的排气孔602排出体外人工膜肺装置。
实施例2
本实施例中，如图4所示，所述中间腔室5包括磁悬浮泵腔室11、血泵腔室9、PMP纤维束腔室502，所述磁悬浮泵腔11室内设计有六片转叶13，腔室底部安装有驱动电机8；所述磁悬浮腔室11通过体外人工膜肺装置中央的圆柱状进血管15连接所述血流入口2，静脉血经所述进血管15流入所述磁悬浮泵腔室15，启动驱动电机8，电机带动六片转叶13旋转，静脉血随六片转叶旋转，静脉血旋转产生离心力，在离心力的作用下磁悬浮泵腔室11内的静脉血被泵入血泵腔室9内。
本实施例中，所述血泵腔室9位于所述磁悬浮泵腔室11下方，血泵腔室9四周平均布置有七片导流条14，所述磁悬浮泵腔室11内的静脉血在离心力的作用下泵入血泵腔9室周围布置有七片导流条14处，导流条14将静脉血的机械能转化为压力能，静脉血在导流条14的作用下以圆周放射状形式环绕在PMP纤维束腔室5的外表面和体外人工膜肺装置内壁之间的间隙区域。
本实施例中，所述导流条14上均开设有气体流出口1401，所述气体流出口1401贯穿所述导流条14，并与下盖6上的排气孔602连接，将交换后的气体排出到外界。
本实施例中，所述PMP纤维束腔室502环绕在体外人工膜肺装置中央的圆柱状进血管15四周，PMP纤维束腔室502内安装有中空纤维膜501、PMP纤维束，所述PMP纤维束腔室502与上盖4之间形成气体入口汇集区12，所述PMP纤维束腔室502与血泵腔室之间形成气体出口汇集区10，所述气体入口汇集区12上端通过气流入口3连接外界氧气，所述气体出口汇集区10通过血泵腔室9上开设的气流出口与导流条上的气体流出口1401连接，气流出口汇集区10汇集流经纤维管的气体，经整合在导流条14内的气体流出口排入空气中。
实施例3
如图1所示，所述PMP纤维束腔室502内放置PMP纤维束，所述PMP纤维束腔室502侧均安装有中空纤维膜501。
本实施例中，静脉血在压力能作用下自血泵腔室9内泵出到PMP纤维束外表面与体外人工膜肺内壁之间的区域，且静脉血在这一区域内360°围绕PMP纤维束旋转，同时在压力作用下静脉血以放射状方向透过PMP纤维束。
本实施例中，外界氧气经过气流入口3汇集到PMP纤维束腔室502顶部的气体入口汇集区12，气体入口汇集区12的气体弥散入经聚氨酯材料固定包埋的纤维束管腔开口处，在气压作用下，气体穿过中空纤维膜501进入PMP纤维束腔室502内，氧气通过PMP纤维束腔室502内的中空纤维膜扩散到血液中，血流以放射状方向透过纤维束内的纤维膜时，与纤维束内的气体流动路线呈90°角交叉，使得血流与外界气体的气体进行充分的气体交换，同时清除静脉血中的二氧化碳气体交换效率得到提高。
本实施例中，静脉血在所述PMP纤维束腔室502内进行气体交换可以通过调整气体述PMP纤维束室流动的速度以及气体中氧气的浓度，以此来控制血流中的二氧化碳分压以及氧分压和血氧饱和度，清除气体交换后的二氧化碳，气流出口汇集区11汇集流经纤维管的气体，经整合在导流条14内的气体流排出孔1401排入空气中，使血流中的氧分压、血氧饱和度满足需求。
本实施例中，经气体交换后的血液在纤维束的内表面与进血管(15)之间的间隙内混合，经血流出口1回到静脉血管内。
实施例4
本实施例根据上述实施例设计加工了体外人工膜肺样件，根据设计，加工制作了体外人工膜肺样件。应用新型的聚甲基戊烯(polymethylpentene,PMP)材料制成中空纤维膜(PMP90/200,Membrana GmbH,Wuppertal,Germany)，再利用中空纤维膜制成中空纤维膜束，以满足使用要求。制作出血流腔室外壳的模具以及各个不同部件。将中空纤维膜束与血流腔外壳各个部件进行组装，应用UV胶(Dymax 1180-M-SV01)进行黏合，保证无漏血、无气血混合现象发生，保证本发明运行时的稳定性与安全性。容纳离心泵的容器和转叶均由达到医用级别的聚碳酸酯材料制成，且设计为一次性使用。
本实例中，体外人工膜肺的压力损失的大小与氧压膜面积大小有关，氧压膜面积在1.3㎡左右，体外人工膜肺的压力损失值相对较小。
本实例中，根据本发明的体外体内测试结果，实验设置ACT为28％，SO2为63％，氧气浓度100％，气血比1：1。体内测试实验对象为小猪，重24.8kg，温度为常温36.5℃，使用Medtronic婴儿型离心泵头泵机，静脉插管为爱德华Fr24，动脉插管为Medtronic Fr22，血气分析仪为opticca-TS，使用Medtronic做连续血气检测，本实例中的氧合效果理想。
本实施例中，本发明运转时的压力损失不超过20mmHg，运行速度均匀。
综上所述，本发明的气体交换膜面积为1.2㎡，本发明压力损失在20mmHg内，压力损失小，工作平稳，血流环绕在体外人工膜肺装置内壁与纤维束外表面之间的间隙，极大的增大了血液与外界输入的氧气的接触面积，气体交换效率高；氧合器总高12.8cm，予充量180ml结构组成，本发明装置体积小，对医务人员的工作影响小，安装以及移动本发明装置都更加方便；血液在纤维束膜间的流动路线与膜内气体流动路线为90°交叉，很大程度上提高气体交换效率，一定程度上避免气体浪费，减轻患者负担，降低医疗风险。
Claims (5)
1.一种体外人工膜肺，包括上盖(4)、下盖(6)、中间腔室(5)，其特征在于：所述上盖(4)安装在所述中间腔室(5)上部，下盖(6)安装在所述中间腔室(5)底部；所述上盖(4)开设有血流入口孔(401)、血流出口孔(402)及气流入口(3)；所述下盖(6)上设计有电机室(601)，下盖(6)开设有排气孔(602)；所述中间腔室(5)包括磁悬浮泵腔室(11)、血泵腔室(9)、PMP纤维束腔室(502)，所述中间腔室(5)顶部设计有进血管(15)，静脉血经所述进血管(15)流入磁悬浮泵腔室(11)，所述磁悬浮泵腔室(11)上设计有六片转叶(13)，所述磁悬浮泵腔室(11)底部设计有驱动电机(8)，在所述驱动电机(8)的作用下，磁悬浮泵腔室(11)内的转叶(13)旋转，将静脉血泵入血泵腔室(9)内，所述血泵腔室(9)周围设计有七个导流条(14)，静脉血在导流条(14)作用下被泵入PMP纤维束外侧与装置内壁之间区域。
2.根据权利要求1所述的体外人工膜肺，其特征在于：静脉血在导流条(14)的作用下被泵入PMP纤维束外侧与装置内壁之间区域，血液在这一区域内360°围绕所述PMP纤维束腔室(502)旋转。
3.根据权利要求1所述的体外人工膜肺，其特征在于：所述PMP纤维束腔室(502)上下两侧安装有中空纤维膜(501)，外界氧气经所述气流入口(3)汇集到气流入口汇集区(12)，氧气分子透过所述中空纤维膜(501)进入PMP纤维束，同时旋转的静脉血以放射状方向透过纤维束内的纤维膜与纤维束内的气体流动路线呈90°角交叉。
4.据权利要求1所述的体外人工膜肺，其特征在于：围绕所述PMP纤维束腔室(502)360°旋转的静脉血以放射状方向透过PMP纤维束经气体交换后，血液在纤维束的内表面与进血管(15)之间的间隙内混合，经血流出口(1)回到静脉血管。
5.据权利要求1所述的体外人工膜肺，其特征在于：所述PMP纤维束腔室(502)底部安装有中空纤维膜(501)，所述中空纤维膜(501)下部设计有气体出口汇集区(10)，所述气体出口汇集区(10)通过血泵腔室(9)上开设的气流出口与导流条(14)上的气体流出口(1401)连接，所述气体流出口(1401)与所述下盖(6)连接。
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Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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| CN202311313873.3A Pending CN117339044A (zh) | 2023-10-11 | 2023-10-11 | 一种体外人工膜肺 |
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-
2023
- 2023-10-11 CN CN202311313873.3A patent/CN117339044A/zh active Pending
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