CN1251586C - 便携式肝脏体外灌注保存装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种用于肝移植的便携式肝脏体外灌注保存装置。它主要由用于放置肝脏的恒温水浴箱、氧合器、与恒温水浴箱及氧合器相连的肝动脉灌注循环回路和门静脉灌注循环回路及控制水浴箱温度和灌注循环回路流量的智能控制器构成。本发明建立了一个肝脏双重灌注模型，使离体肝可在正常体温下进行氧合循环灌注，并通过智能控制器控制循环灌注过程中的温度和流量，该灌注模型结构简捷、宜于便携，通过动物实验，可使离体肝存活48小时。本装置还可在温度和流量的异常情况下进行报警和切断灌注循环。

Description

便携式肝脏体外灌注保存装置
技术领域
本发明涉及一种用于肝移植的体外肝脏保存设备，具体地说，它是一种便携式肝脏体外灌注保存装置。
背景技术
多项医疗研究表明，治疗急性肝功衰竭及晚期肝病唯一有效手段是肝脏移植，其存活率可比传统的内科治疗提高55％～75％。但是人源性肝脏稀少，且一般需要远距离获取，这就给临床应用带来很大困难。怎样使离体肝脏从采取地到临床应用的这段时间里存活就成了目前研究课题。在已有技术中，肝脏保存有多种方法，但近期的研究结果表明，体外灌注法具有较好的保存效果，使离体肝能存活2～3天。如果根据这一研究成果而制成便携式肝脏保存装置，可为远距离获取人源性肝脏赢得时间。但目前，在文献报导中，还未见有这样装置问世。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术的现状，首先是提供一种便携式肝脏体外灌注保存装置，使其能为远距离获取人源性肝脏服务，其次是使本装置的控制更加安全可靠及电路结构微型化。
为实现上述目的，本发明的解决方案如下：
它具有一个用于存放肝脏的水浴箱，该水浴箱带有水液夹层，并在该水液夹层中设有电加热器和温度传感器，在所述的水浴箱上设有肝动脉灌注入口、门静脉灌注入口和下腔静脉灌注出口及胆汁出口，在该水浴箱中设有一个用于托起肝脏的透血膜；
它还设有一个氧合器，所述水浴箱上的下腔静脉灌注出口与氧合器的灌注液入口相通，所述氧合器的灌注液出口分为两路，一路通过导管依次连接蠕动泵和压力传感器及水浴箱上的肝动脉灌注入口，从而形成离体肝的肝动脉灌注循环回路，另一路通过导管依次连接另一个蠕动泵和另一个压力传感器及水浴箱上的门静脉灌注入口，从而形成离体肝的门静脉灌注循环回路；
它还具有一个智能型控制器，该控制器主要用于根据温度传感器和两个压力传感器输出的测量信号通过电加热器控制水浴箱保持恒温和通过两个蠕动泵控制所述肝动脉和门静脉两个灌注循环回路的灌注液流量保持恒定及在所述水浴箱温度和灌注循环回路流量发生异常情况下报警，该智能型控制器至少由对温度传感器和两个压力传感器输出的信号进行数字转换的A/D转换器、对A/D转换器输出的信号进行采样及判定的单片机系统、接在该单片机系统输出口的执行模块构成，所述的执行模块至少由流量控制执行电路、D/A转换器和温度控制执行电路及报警控制执行电路组成。
本发明进一步的改进方案如下：
在上述肝动脉和门静脉的灌注循环回路上设有电磁管卡，并在上述的执行模块中设有相应的管卡控制执行电路。
上述单片机系统中的单片机芯片采用MSP430F14X单片机芯片系列。
上述的温度传感器采用数字集成温度传感器DS18B20。
通过上述解决方案可以看出，本发明建立了一个肝脏双重灌注模型，使离体肝可在正常体温下进行氧合循环灌注，并通过智能控制器控制循环灌注过程中的温度和流量，该灌注模型结构简捷、宜于便携，特别是它将恒温水浴箱与灌注液池合二为一，使结构简化，且积体大大减小。通过动物实验，本发明建立的模型可使离体肝存活48小时。再者，本装置在温度及流量异常的情况下除了报警以外，还增设了强制停止循环灌注的功能，使其安全性进一步提高。另外，本发明的智能控制器还具有集成度高、超低功耗、体积小、利于便携的特点。
附图说明
图1、本发明的结构原理图。
图2、本发明的控制原理方框图。
图3、图2中单片机系统的电路原理图之一。
图4、压力传感器的机械结构图。
图5、压力传感器的电路原理图。
图6、温度传感器的电路原理图。
图7、执行模块电路原理图。
图8、图2中单片机系统的原理方框图之二。
图9、可拆卸内胆的结构示意图。
图10、透血膜与内胆壁的连接结构局部剖面图。
具体实施方式
下面根据实施例详细说明本发明的结构及工作原理。
参见图1，序号1是所述的水浴箱，该水浴箱由外壳1.1和内胆1.2构成一个水液夹层，并在该水液夹层上设有一个注水口1.3，水液可以从该注水口注入到夹层中，在该水液夹层中还装有电加热管2和温度传感器3，在水浴箱1的上部或侧部设置肝动脉灌注入口1.4和门静脉灌注入口1.5，在水浴箱的下部或侧部设置下腔静脉灌注出口1.6及胆汁出口1.7；在水浴箱1的下方或者侧部设置氧合器9，该氧合器采用现有市场上销售的任何一种医用氧合器即可，但尽量选用体积小的；所述水浴箱的下腔静脉灌注出口1.6可通过布在水液夹层中的回旋管与该氧合器9的灌注液入口相通，该氧合器9的灌注液出口通过Y形管或三通管分为两路，一路通过导管依次连接蠕动泵5和压力传感器6及肝动脉灌注入口1.4，从而形成肝动脉的灌注循环回路，另一路通过导管依次连接另一个蠕动泵7、另一个压力传感器8、门静脉灌注入口1.5，从而形成门静脉的灌注循环回路。为了能在异常情况下切断灌注循环回路，在所述的肝动脉和门静脉的循环回路上设有电磁管卡12、13。肝脏保存时，先将灌注液从灌注口1.9注入水浴箱的内胆中，使灌注液在透血膜1.8下方的内胆腔内会聚，以形成一个小灌注液池，其中的灌注液可以是自源血或灌注血等，再将离体肝脏14放入水浴箱1中的透血膜1.8上，使其悬浮在水浴箱的内胆中，并将肝动脉血管和门静脉血管与肝动脉灌注入口1.4和门静脉灌注入口1.5相接，胆管与胆汁出口1.7相接；然后驱动蠕动泵5、7给予上述两个循环回路的灌注动力，使内胆内的灌注液分别通过肝动脉灌注回路和门静脉灌注回路对肝脏进行循环灌注，并且在灌注过程中氧气(O2)始终通入氧合器9，从而使灌注过程具有氧合作用，所述布在水浴箱水液夹层中的回旋管可使灌注液在恒温水浴箱中行走的路程加长，从而进行较充分地加热。
参见图9，为了使水浴箱消毒方便，其内胆1.2最好做成可拆卸式的。即可以采用这样的结构：水浴箱外壳1.1由上盖1.1a和箱壳体1.1d构成，箱体1.1d的底板上设有内胆的定位支承脚1.1c，支承脚上端设有凹槽，而在内胆1.2的底部与支承脚相对应的位置上设有凸块1.2a，所述的支承脚沿圆周120度等间隔均布三个，并通过支承脚与内胆上的凹凸结构使内胆底部稳定地坐在三个支承脚上，在上盖1.1a上沿内胆的上端边等间隔设有几个定位卡1.1b，当上盖盖上时，定位卡刚好卡住内胆上端，使之得到定位。内胆通过其下部的支承脚和上盖上的定位卡可稳定定位于外壳1.1中。再参见图1，内胆下部的下腔静脉出口1.6与回旋管的连接和内胆与胆汁出口1.7连接采用活动密封连接结构，从而使内胆可以顺利卸下。
参见图10，所述的透血膜1.8可以采用医用沙布，该透血膜与内胆的连接结构由固联在内胆1.2内壁上的凹槽环1.2b和与该凹槽环相配合的上压凸环1.2c构成，透血膜1.8的端边被压在凹槽环与上压凸环之间，使其与内胆壁固接。
参见图2，本发明的控制器具有一个单片机系统10，所述的温度传感器3和压力传感器6、8的输出信号通过A/D转换器送入单片机10.1，图中给出的单片机10.1是一个集成了A/D转换器的单片机芯片，单片机10.1对A/D转换器输出的数字信号进行时实采样，并将采样和计算的结果与设定值相比较，如果温度采样值低于设定值范围(37～40℃)的下限值，则单片机10.1输出一个加热启动信号，并通过执行模块11中的温度控制执行电路11.3接通电加热器2，从而对水浴箱中的水液进行加热；当加热达到温度设置值的上限值时，单片机10.1输出一个停止加热的信号，同样通过温度控制执行电路11.3断开电加热器2，使其停止加热，如此循环，使水浴箱的温度始终保持在设定值范围。如果单片机10.1的温度采样值超出设置值范围，则单片机通过报警控制执行电路11.5接通报警器16而立即发出报警指示，或者在报警的同时，单片机系统通过流量控制执行电路11.1断开蠕动泵5、7的供电电源，然后再通过管卡控制执行电路11.4控制电磁管卡动作而卡死循环管路，使灌注立即停止。再者，在单片机10.1中存储着灌注回路的压力与流量的关系曲线，根据这一关系曲线，可以将压力值对应换算成流量值，如果单片机的压力采样值所对应的流量值偏离流量设定值，则单片机10.1输出蠕动泵5、7的速率调节数字信号，通过D/A转换器11.2输出一个相应的模拟量对蠕动泵5、7的速率进行实时调整，使其始终跟随设定值。如果单片机10.1的两路压力采样值所对应的流量值连续多次偏离设定值，则单片机系统同样作出上述报警和停止灌注的反应。
参见图3，所述的单片机10.1可以采用TI公司出品的FLASH型超低功耗16位单片机MSP430F14X系列芯片，该系列芯片的单片机中集成有A/D转换器，其集成度高，可靠性好，而且超低功耗，这些都是有利于便携的条件。所述的小键盘10.2接在该单片机芯片的P1(P1.0～P1.4)接口，该P1接口具有中断功能，无键操作时，系统进入低功耗状态，该小键盘主要由两个方向键和两个功能键及一个系统复位键组成，其中方向键可以用于设置时选择菜单，功能键主要用于显示功能的切换等。所述的液晶显示模块10.3接在该单片机芯片的P4、P5接口。当用户设置温度和流量值时，触动键盘而自动显示设置界面，当设置完成后，延时自动切换到本装置的工作状态显示画面，即显示当前的温度值和两路流量值及保存时间等内容。所述两个压力传感器的信号输出端接在该单片机芯片模拟信号输入端口P6.0/A0、P6.1/A1，所述温度传感器的信号输出端接在该单片机的模拟信号输入端口P6.3/A3，如果温度传感器选择数字式传感器，它可以直接输出数字测量信号，则其输出端可以直接与单片机的串行或并行数据输入/输出接口相接。在该单片机的P1.5～P1.7、P2.0～P2.2、P3.3、P3.1端口接有所述的执行模块11。该单片机芯片还带有PC机接口(JTAG接口)，它可方便地将单片机存储的数据传送到PC机中处理。
参见图4、5，本装置的压力传感器6、8选用NOVA公司出品的NPC1220-005G1S系列。下面以压力传感器6为例说明其结构，压力传感器8与压力传感器6的结构相同。该压力传感器的机械结构包括一个与循环管路15相连的液囊6.1和一个套在该液囊上的气囊6.2，气囊6.2的端口与该压力传感器的集成芯片6.3机械连接。该压力传感器的电路部分由一个所述的集成芯片6.3、为该集成芯片提供工作电流的恒流源电路6.4及接在该集成芯片6.3信号输出端的放大电路6.5构成。当循环回路的压力变化时，液囊6.1中的压力发生变化，集成芯片6.3通过气囊6.2感受到这种变化，并通过其1脚和3脚输出相应的压力传感信号，该传感信号的满量程输出为50mV，经放大电路6.4的放大，从其输出端(VOUT)输出3.2V的电压送到单片机10.1的A/D转换输入端P6.0/A0。同理，压力传感器8输出的信号送至单片机10.1的A/D转换输入端P6.1/A1。根据医学测试，肝动脉和门静脉灌注压最高不会超过34.5Kpa，根据这一要求，压力传感器还可以选用SenSym公司出品SCC05A/D、SCC05DN系列和TRW NovaSensor公司出品的NPC、NPI系列的传感器等。
参见图6，本装置的温度传感器选用了Dallas公司出品的数字集成温度传感器DS18B20，它可以直接将所测的温度值转换成数字量输出，且温度分辨率可编程，本装置所要求的温度分辨率为±0.5℃，通过编程可方便实现，同时，该传感芯片采用了一线(1-Wire)技术，即信号线为一根线，因此，接口电路简单，可靠性高，利于便携。当该芯片测得水浴箱的温度后，通过其内部电路的处理，从其输出端(2脚)输出数字信号，直接送入单片机10.1的数字接口。
参见图2、7，所述的执行模块11主要由流量控制执行电路11.1、D/A转换器11.2、温度控制执行电路11.3、管卡控制执行电路11.4和报警控制执行电路11.5组成。其中流量控制执行电路11.1主要是控制蠕动泵5、7的供电电源；D/A转换器11.2主要用于将单片机输出的蠕动泵数字调节量转换成相应的模拟量来控制蠕动泵的速率。本装置在工作期间的正常情况下，单片机的P1.5、P1.6端始终输出高电平，经过非门U10、U11的反向，将直流继电器S5、S6的负控制端置为低电平，则直流继电器S5、S6的执行端接通蠕动泵5、7的供电电源而使它们工作；同时，单片机将所述两路循环回路的实时流量数字调节值从串行数据口P3.1端输出，通过片选端P2.2的控制分别送置D/A转换器DAC1、DAC2，并经过D/A转换后，输出相应的电压值送至蠕动泵5、7的速率控制端，对它们的速率进行相应调节，从而使所述的循环回路的流量始终跟随设置值，其中单片机的P3.3端是时钟端，它与D/A转换器相应端口(SCLK)相接。所述的温度控制执行电路11.3主要是控制电加热器2的供电电源，当单片机通过P1.7端口给出高电平加热启动信号时，该信号通过非门U12将直流继电器S7的负控制端置为低电平，则继电器S7接通电加热器2的电源；反之，单片机通过P1.7端口给出低电平停止加热信号时，电加器2的电源断开，其中电加热器2所需的220V交流电通过逆变模块DC-AC提供。所述的报警控制执行电路11.5主要是对报警器16进行控制，即当单片机的P2.3端口给出低电平信号时，与非门U16输出高电平，则报警器16报警。所述的管卡控制执行电路11.4主要是对两路电磁管卡的电磁开关U9、U15进行控制，正常情况下，单片机通过P2.0、P2.1端口输出高电平，则电磁开关U9、U15断开，电磁管卡不动作；异常情况时，单片机通过P2.0、P2.1端口输出低电平，则电磁开关U9、U15闭合而接通电磁管卡的电磁控制回路，则管卡夹紧而卡死循环管路，使两路的灌注立即停止。
为了便于便携移动，上述智能控制器的电路设计主要以集成度高、低功耗、接线简捷的原则来选取器件，因此，电路硬件结构简单、体积小、可靠性高。
参见图8，图2中的单片机系统10也可以用常用的8051单片机组成的系统代替，图中给出该系统的方框构架，系统的具体搭建为现有通用技术。

Claims (4)

1、一种便携式肝脏体外灌注保存装置，其特征是：
A、它具有一个用于存放肝脏(14)的水浴箱(1)，该水浴箱带有水液夹层，并在该水液夹层中设有电加热器(2)和温度传感器(3)，在水浴箱(1)上设有肝动脉灌注入口(1.4)、门静脉灌注入口(1.5)和下腔静脉灌注出口(1.6)及胆汁出口(1.7)，在该水浴箱(1)中设有一个用于托起肝脏(14)的透血膜(1.8)，
B、它还设有一个氧合器(9)，所述水浴箱上的下腔静脉灌注出口(1.6)与氧合器(9)的灌注液入口相通，所述氧合器(9)的灌注液出口分为两路，一路通过导管依次连接蠕动泵(5)和压力传感器(6)及水浴箱(1)上的肝动脉灌注入口(1.4)，从而形成离体肝(14)的肝动脉灌注循环回路，另一路通过导管依次连接另一个蠕动泵(7)和另一个压力传感器(8)及水浴箱(1)上的门静脉灌注入口(1.5)，从而形成离体肝(14)的门静脉灌注循环回路；
C、它还具有一个智能型控制器，该控制器主要用于根据温度传感器(3)和两个压力传感器(6)、(8)输出的测量信号通过电加热器(2)控制水浴箱保持恒温和通过两个蠕动泵(5)、(7)控制所述肝动脉和门静脉两个灌注循环回路的灌注液流量保持恒定及在所述水浴箱温度和灌注循环回路流量发生异常情况下报警，该智能型控制器至少由对温度传感器(3)和两个压力传感器(6)、(8)输出的信号进行数字转换的A/D转换器、对A/D转换器输出的信号进行采样及判定的单片机系统(10)、接在该单片机系统(10)输出口的执行模块(11)构成，所述的执行模块(11)至少由流量控制执行电路(11.1)、D/A转换器(11.2)和温度控制执行电路(11.3)及报警控制执行电路(11.5)组成。
2、根据权利要求1所述的便携式肝脏体外灌注保存装置，其特征是：在所述肝动脉和门静脉的循环回路上分别设有电磁管卡(12)和电磁管卡(13)，并在所述的执行模块(11)中设有相应的管卡控制执行电路(11.4)。
3、根据权利要求1或2所述的便携式肝脏体外灌注保存装置，其特征是：所述单片机系统(10)中的单片机采用MSP430F14X单片机芯片(10.1)系列。
4、根据权利要求1或2所述的便携式肝脏体外灌注保存装置，其特征是：所述的温度传感器(3)采用数字集成温度传感器DS18B20。
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