CN204763020U - 亚常温移植器官体外智能支持系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种亚常温移植器官体外智能支持系统。该系统主要包括用于放置待转移器官的器官盒、半导体制冷加热器、灌流回路、冲洗回路、分布于灌流回路与冲洗回路上的传感器组件，灌流回路包括灌流/氧合器件、气泡陷阱、第一灌流管道、Y型岔路管、第二灌流管道，灌流/氧合器件包括泵、过滤器、氧合器、缓冲器；传感器组件包括温度传感器、液位传感器、生化传感器、压力传感器、氧浓度传感器、气泡探测器。本实用新型具有全仿真脉动波灌流和动态仿真反馈控制技术，灌流压力更接近人体，参数调控更精准，范围更广；灌注温度可在亚常温范围保持恒温，兼顾器官免疫生物修饰操作需要。

Description

亚常温移植器官体外智能支持系统

技术领域

本实用新型属于生物医疗仪器领域，具体涉及一种用于待移植器官体外亚常温智能灌注保存的系统。

背景技术

器官在离体的情况将脱离人或动物的体内环境，如果不设法为其提供适当的生存环境，则器官将逐渐衰竭坏死。器官移植已成为救治多种器官功能衰竭患者生命的有效措施之一。随着科研及医疗水平的提高，器官移植的种类和适应范围不断扩大，同时器官移植的需求也急剧增加。据卫生部统计，中国每年约有150万人需要器官移植，但每年仅有1万人能接受移植手术。限制器官移植广泛开展的主要原因，一是器官供体数量的缺乏，二是器官利用率的低下。器官资源造成浪费的原因很多，缺乏有效的器官体外支持技术、无法简单有效判断器官活性是造成浪费的重要原因之一。

器官体外支持技术的出现，为解决移植器官供体缺乏和维持离体过程中的器官功能提供了解决方案，大大提高了器官移植技术的临床应用。但是，目前技术条件下移植器官的保存有效时限较短，临床上离体肾脏保存时间很难超过24-30h，肝脏和心脏的有效保存时间更短，而且保存系统复杂庞大，对移植器官的运输和大范围调配提出很大挑战。持续低温机械灌流(ContinuousHypothermicPerfusion,CHP)可用来改善单纯冷冻保存的缺血损伤，但是由于CHP的灌注液温度需要维持在4℃左右，低温不可避免的导致移植器官损伤。常温(37℃)机器灌注在动物器官移植上表现出良好的效果，只是常温机器灌注需要复杂的热灌注单元和氧合系统，设备庞大的体积限制了其在临床上的广泛应用，且37℃的正常体温条件对于器官保存是否最优或者必须仍待商榷。降低灌注温度到亚常温范围(20℃～30℃)可以大大降低温度控制要求及灌注的氧需求从而简化设备，同时兼具模拟器官生理条件的优点。

本实用新型针对于此，提出了一种亚常温下器官体外智能灌流保存的系统，构建全仿真脉动波灌流、温度控制和氧合供应联合的体内生理环境模拟，配合多种传感器监测各项生命指标，实现器官多功能、多参数智能化保存，并基于模块化设计提高系统的集成度以方便车载运输。本实用新型提供一种系统通过对移植器官体外人工可控的亚常温智能化灌注来模拟器官体内生理环境，维持器官活性，延长保存时间，同时实现器官灌注过程多参数无创实时监测，根据器官活性评估自动或提示改进保存过程。本实用新型可减少待移植器官的缺血缺氧性损害，避免传统保存方法对器官结构及功能的影响，同时可解决待移植器官运输困难、利用率不高和离体器官冷藏条件下生物修饰困难的难题。

发明内容

为了弥补现有移植器官体外保存技术中的不足，完善移植器官体外支持技术，本实用新型提供一种亚常温下移植器官体外智能灌流保存的系统。该系统通过构建全仿真脉动波灌流、温度控制和氧合供应联合的体内生理环境模拟，配合多种传感器监测各项生命指标，实现器官多功能、多参数智能化保存，从而尽可能维持器官活性，延长保存时间。

本实用新型提供的技术方案具体如下：

一种亚常温下移植器官体外智能支持系统，主要包括用于放置待转移器官的器官盒、半导体制冷加热器、灌流回路、冲洗回路、传感器组件，其中所述的灌流回路包括灌流/氧合器件、气泡陷阱、第一灌流管道、Y型岔路管、第二灌流管道，其中灌流/氧合器件包括泵、过滤器、氧合器、缓冲器；传感器组件包括温度传感器、液位传感器、生化传感器、压力传感器、氧浓度传感器、气泡探测器；所述的气泡陷阱为三通道结构，设有第一通道接口、第二通道接口、第三通道接口。

用于放置待移植器官的器官盒的底部装有半导体制冷加热器以实现整个保存期间的亚常温恒温控制，器官盒的顶部安装有气体交换口以起到过滤细菌、交换气体、维持器官盒气压稳定的作用，器官盒侧面安装有接触式温度传感器以测量器官盒内灌流液的温度，器官盒外壁装有液位传感器。

器官盒与灌流/氧合器件通过第一灌流管道连通，其中灌流/氧合器件从靠近器官盒端开始依次由泵、过滤器、氧合器通过第一灌流管道串联组成，且过滤器上开有液体出口，该液体出口与缓冲器连通，从而起到平缓灌流压力的作用；同时过滤器内设有滤膜，滤膜需放置在缓冲器的液面以下，滤膜用于可滤除灌液中循环的脂肪粒、血栓等有害物质；

所述的第一灌流管道的靠近泵一端伸入至器官盒内底部，同时要求该管道不与放置在器官盒内的待转移器官接触，第一灌流管道的靠近氧合器一端通入气泡陷阱的第一通道接口伸入气泡陷阱；

所述的气泡陷阱的第二通道接口通过Y型岔路管伸入器官盒内，其中Y型岔路管的主通道管路通过气泡陷阱的第二通道接口伸入气泡陷阱，第一分支通道管路伸入至器官盒内灌流液液面下方，第二分支通道管路与器官的动脉连通；气泡陷阱的第三通道接口通过冲洗管道伸入器官盒内，构成冲洗回路；第二灌流管道的一端与器官的静脉连通，另一端伸入器官盒内灌流液液面下方。

在气泡陷阱内，分别从第一通道接口与第二通道接口伸入气泡陷阱的管道长度相同，且长于从第三通道接口伸入气泡陷阱的管道长度，以方便捕获灌流液中的气泡。

所述的第一灌流管道的气泡陷阱与氧合器之间的部分管道上留有加液/取样口，以方便灌流液液位过低时加液，或者提取回路中液体进行分析，同时设有氧浓度传感器，用来检测灌流开始前灌流液中氧浓度；所述的第一灌流管道的泵与过滤器之间的部分管道上设有压力传感器，用以监测泵的灌注压力；

在Y型岔路管的主通道管路上安装第一阀门，用以控制灌流的开启和关闭；Y型岔路管的第一分支通道管路安装第三阀门，用以控制灌流预备模式的开启和关闭；在冲洗回路冲洗管道上安装第二阀门，用以控制冲洗的开启与关闭。

在与气泡陷阱的第一通道接口、第二通道接口连通的管路上分别串入气泡探测器，用来检测灌流开始前回路中是否存在气泡，以及灌流过程是否产生气泡。

在器官动脉入口处Y型岔路管的第二分支通道管路上安装有生化传感器、压力传感器，用以检测进入到灌流前器官活性和灌流液的压力；在器官静脉出口处第二灌流管道上分别串入氧浓度传感器、生化传感器，分别检测灌流后器官含氧量、器官活性；

气泡陷阱外壁装有液位传感器和非接触式温度传感器，分别用于检测气泡陷阱内储液的液位和温度。

与背景技术相比，本实用新型具有的有益效果是：

1、本实用新型针对智能化亚常温机械灌注提出的系统解决方案，可以更真实模拟器官生理环境，且小型化生物氧合/过滤器和半导体热交换单元设计，既满足亚常温机器灌流对温度和供氧的需求，又可提高系统集成度，更为便携宜用；

2、本实用新型系统具有全仿真脉动波灌流和动态仿真反馈控制技术，灌流压力更接近人体，参数调控更精准，范围更广；灌注温度可以亚常温范围(20℃～30℃)保持恒温，可以兼顾器官免疫生物修饰操作需要；

3、网络模块实现运输过程待移植器官生化参数、GPS等信息的远程监控和分析。

附图说明

图1为本实用新型的装置示意图；

其中1.器官，2.器官盒，2-1气体交换口，3.泵，4.过滤器，5.氧合器，6.气泡陷阱，6-1.第一通道接口，6-2.第二通道接口，6-3.第三通道接口，7.第一灌流管道，8.冲洗管道，9.第二灌流管道，10.Y型岔路管，10-1.第一分支通道管路，10-2.第二分支通道管路，10-3.主通道管路，11.缓冲器，12.液位传感器，13.非接触式温度传感器，14-1.第一阀门，14-2.第二阀门，14-3.第三阀门，15.生化传感器，16.压力传感器，17.氧浓度传感器，18.加药/取样口，19.半导体制冷加热器，20.接触式温度传感器，21.气泡探测器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的分析。

如图1所示，器官1保存期间放置在一个器官盒2内，器官盒2的底部装有半导体制冷加热器19以实现整个保存期间的亚常温恒温控制，器官盒2的顶部安装有气体交换口2-1以起到过滤细菌、交换气体、维持器官盒气压稳定的作用，器官盒侧面安装有接触式温度传感器20以测量器官盒2内灌流液的温度，器官盒外壁装有液位传感器12。

器官盒2与灌流/氧合器件通过第一灌流管道7连通，其中灌流/氧合器件从靠近器官盒2端开始依次由泵3、过滤器4、氧合器5通过第一灌流管道7串联组成，且过滤器4上开有液体出口，该液体出口与缓冲器11连通，从而起到平缓灌流压力的作用；

所述的第一灌流管道7的靠近泵3一端伸入至器官盒2内底部，同时要求该管道不与放置在器官盒2内的待转移器官1接触，第一灌流管道7的靠近氧合器5一端通入气泡陷阱6的第一通道接口6-1伸入气泡陷阱6；

所述的气泡陷阱6的第二通道接口6-2通过Y型岔路管10伸入器官盒2内，其中Y型岔路管10的主通道管路10-3通过气泡陷阱6的第二通道接口24_2伸入气泡陷阱6，第一分支通道管路10-1伸入至器官盒2内灌流液液面下方，第二分支通道管路10-2与器官1的动脉连通；气泡陷阱6的第三通道接口6-3通过冲洗管道8伸入器官盒2内，构成冲洗回路；第二灌流管道9的一端与器官1的静脉连通，另一端伸入器官盒2内灌流液液面下方。

在气泡陷阱6内，分别从第一通道接口6-1与第二通道接口6-2伸入气泡陷阱6的管道长度相同，且长于从第三通道接口6-3伸入气泡陷阱6的管道长度，以方便捕获灌流液中的气泡。

所述的器官盒2、灌流/氧合器件、气泡陷阱6、Y型岔路管10、第二灌流管道9组成灌流回路，灌流液在此回路对器官灌流。

所述的第一灌流管道7的气泡陷阱6与氧合器5之间的部分管道上留有加液/取样口18，以方便灌流液液位过低时加液，或者提取回路中液体进行分析，同时设有氧浓度传感器17，用来检测灌流开始前灌流液中氧浓度；所述的第一灌流管道7的泵3与过滤器4之间的部分管道上设有压力传感器16，用以监测泵3的灌注压力；

在Y型岔路管10的主通道管路10-3上安装第一阀门14-1，用以控制灌流的开启和关闭；Y型岔路管10的第一分支通道管路10-1安装第三阀门14-3，用以控制灌流预备模式的开启和关闭；在冲洗回路冲洗管道8上安装第二阀门14-2，用以控制冲洗的开启与关闭。

在与气泡陷阱6的第一通道接口6-1、第二通道接口6-2连通的管路上分别串入气泡探测器13，用来检测灌流开始前回路中是否存在气泡，以及灌流过程是否产生气泡。

在器官动脉入口处Y型岔路管10的第二分支通道管路10-2上安装有生化传感器15、压力传感器16，用以检测进入到灌流前器官活性和灌流液的压力；在器官静脉出口处第二灌流管道9上分别串入氧浓度传感器17、生化传感器15，分别检测灌流后器官含氧量、器官活性；

气泡陷阱6外壁装有液位传感器12和非接触式温度传感器13，分别用于检测气泡陷阱6内储液的液位和温度。

本实用新型提出了四种灌流模式，分别为冲洗模式、预备模式、恒压灌流模式、脉动灌流模式，其目的在于确保器官灌流的安全稳定。冲洗模式和预备模式用于排除整个灌流液路中的气泡，恒压灌流模式和脉动灌流模式为器官正常灌流的工作模式。

1.冲洗模式

在该模式下，第一阀门14-1关闭，第二阀门14-2开启，氧合器5关闭停止提供氧气。泵3运转，将液体由冲洗管道8排出，从而排除经泵3、过滤器4、氧合器5、气泡陷阱6、氧浓度传感器17、加药/取样口18、气泡探测器21、生化传感器15、冲洗管道8中的气泡。通过观测或采用气泡探测器自动检测的方式待该灌流回路中的气泡排除之后可以停止冲洗模式。

2.预备模式

在该模式下，第一阀门14-1开启，第二阀门14-2关闭，第三阀门14-3开启，氧合器5关闭不提供氧气。泵3运转，将液体由第一分支通道管路10-1排出，从而排除经泵3、过滤器4、氧合器5、气泡陷阱6、氧浓度传感器17、加药/取样口18、气泡探测器21、Y型岔路管10、第一分支通道管路10-1中的气泡。通过观测或采用气泡探测器自动检测的方式检测灌流回路中是否存在气泡,待气泡排除之后可以停止预备模式。

3.恒压灌流模式

在该模式下，器官的动脉血管与Y型岔路管10的第二分支通道管路10-2相接，第一阀门14-1开启，第二阀门14-2关闭,第三阀门14-3关闭，氧合器5开启提供氧气。泵3连续运转，灌流液经泵3、过滤器4、氧合器5、气泡陷阱6、氧浓度传感器17、加药/取样口18、气泡探测器21、Y型岔路管10、管道10-3、生化传感15、压力传感器16、第二分支通道管路10-2进入器官。经器官静脉血管连接第二灌流通道9将灌流液排到器官盒内形成灌流回路。在该模式下，通过Y型岔路管10的第二分支通道管路10-2上的压力传感器15实时获取当前灌注压力，从而进行反馈调节，控制灌流压力处于恒定模式下。

4.脉动灌流模式

在该模式下，器官的动脉血管与Y型岔路管10的第二分支通道管路10-2相接，第一阀门14-1开启，第二阀门14-2关闭,第三阀门14-3关闭，氧合器5开启提供氧气。泵3以脉动方式运转，液体按上述3所示恒压过流模式中的灌流通路进入器官，经器官静脉血管连接第二灌流通道9将灌流液排到器官盒内形成灌流回路。泵以加速-恒速-减速-恒速周期性的方式运转，可以模拟人体心跳节律的方式设置驱动泵的波形、频率及幅度，使得输出的灌注液产生脉动效果，更好的模拟人体供氧供血的模式。通过Y型岔路管10的第二分支通道管路10-2上压力传感器15实时获取进入器官前灌流液的当前灌注压力，从而进行反馈调节，控制脉动压力处于设定范围内。

两个氧浓度传感器17对灌流液中的氧气浓度进行采样，其中一个氧浓度传感器17要放在氧合器5之后，这样有利于氧合器5提供氧气的合理控制。这里的氧合器优选小型膜式氧合器，优选内置式的中空微孔纤维膜制成的两段式氧合器。另一个氧浓度传感器17接在器官的静脉输出上进行采样，通过对剩余氧气量的采集我们可以知道器官正常代谢所消耗的氧气量。

通过氧合器5之后的氧浓度传感器17获取的氧含量信息可以控制调节氧合器5的给养量，达到预期的设定值。采集器官静脉血管连接的第二灌流通道9上的氧浓度传感器17获取的氧含量信息，通过数据分析从而可以获悉器官耗氧量等信息。

灌流液经过过滤器4中的滤膜，可滤除灌液中循环的脂肪粒、血栓等有害物质；所述的滤膜需放置在缓冲器11的液面以下，缓冲器可以起到收纳有害物质同时缓冲泵3输出压力的作用，使输出的压力平缓，过渡性好。

加药/取样口18可以用于向灌流回路中加入药物，或者从灌流回路取出液体，从而可以对器官进行治疗或研究。

所述的气泡陷阱6为三通道结构。正常灌流情况下，经第一通道接口6-1和第二通道接口6-2连通的管路形成灌流通路，经第三通道接口6-3的灌流通路被第二阀门14-2阻塞。当从第一灌流管道7进入的气泡经过气泡陷阱时，气泡将滞留在气泡陷阱中灌流液上层。通过如上所述冲洗模式，可排除气泡陷阱中富集的气泡。

在正常的恒压或脉动灌流模式下，需要间隔一段时间运行冲洗模式。目的是为了防止超过传感器检测精度的微量气泡长时间累积，在气泡陷阱6中形成大气泡。一般情况下，气泡探测器21在此模式下探测不到气泡，若位于第一灌流管道7上的气泡探测器21采集到气泡，系统可切换到冲洗模式将气泡排除。若位于Y型岔路管10上的气泡探测器21采集到气泡，可打开第三阀门14-3排除气泡。

接触式温度传感器20可以监控器官所在环境温度，非接触式温度传感器13可以监控灌流液中的温度。这里灌流液温度的测量选择在气泡陷阱6处，可以方便使用非接触式温度传感器，如红外温度传感器。半导体制冷加热器19可维持器官在某一恒定温度下，保证器官灌流的正常温度要求。

位于器官盒2侧面的液位传感器12可以测定器官盒中灌流液的液位从而测定液体体积，可以用于检测器官液体环境，防止意外情况发生，如因灌流管道破裂导致灌流液流失。位于气泡陷阱12的液位传感器12可以测定气泡陷阱的液位从而测定气泡陷阱中液体的体积，防气泡陷阱中积累过多气泡。

生化传感器15可以方便用户生化反应监测，进行器官参数的监测和分析。

本实用新型还提出了利用灌流管道堵塞前后两端的压差剧烈变化来检测管道的堵塞情况，并精确确定其堵塞位置，这里我们设置两个压力传感器来实现。当管道堵塞时，系统自动报警，在首端发出一个脉冲正压波，正压波沿管路传播遇到堵塞物时反射回来，在管路首端可获得两次正压波信息，并利用小波变换提取压力突变信息，获得正压波两次通过压力传感器的时间差，最后综合正压波的传播速度可以确定管路堵塞的位置。

本实用新型通过构建全仿真脉动波灌流、温度控制和氧合供应联合的体内生理环境模拟，配合多种传感器监测各项生命指标，实现器官多功能、多参数智能化保存，并基于模块化设计提高系统的集成度以方便车载运输。本实用新型提出的移植器官体外支持系统可以自动完成器官生理状态检测，根据检测到的条件和手动输入的参数自动调节灌注液中的相应参数，进行亚常温恒温灌注。本实用新型提供的器官灌流保存方法可减少待移植器官的缺血缺氧性损害，避免传统保存方法对器官结构及功能的影响，同时可解决待移植器官运输困难、利用率不高和离体器官冷藏条件下生物修饰困难的难题。本实用新型同时可促进器官移植相关技术的发展，如为器官体外结构功能变化监测研究提供研究平台，或者为器官移植前免疫抗原修饰等提供研究平台。

上述实施例并非是对于本实用新型的限制，本实用新型并非仅限于上述实施例，只要符合本实用新型要求，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.亚常温移植器官体外智能支持系统，其特征在于主要包括用于放置待转移器官的器官盒、半导体制冷加热器、灌流回路、冲洗回路、分布于灌流回路与冲洗回路上的传感器组件，其中所述的灌流回路包括灌流/氧合器件、气泡陷阱、第一灌流管道、Y型岔路管、第二灌流管道，灌流/氧合器件包括泵、过滤器、氧合器、缓冲器；传感器组件包括温度传感器、液位传感器、生化传感器、压力传感器、氧浓度传感器、气泡探测器；所述的气泡陷阱为三通道结构，设有第一通道接口、第二通道接口、第三通道接口；

用于放置待移植器官的器官盒的底部装有半导体制冷加热器以实现整个保存期间的亚常温恒温控制，器官盒的顶部安装有气体交换口以起到过滤细菌、交换气体、维持器官盒气压稳定的作用，器官盒侧面安装有接触式温度传感器以测量器官盒内灌流液的温度，器官盒外壁装有液位传感器；

器官盒与灌流/氧合器件通过第一灌流管道连通，其中灌流/氧合器件从靠近器官盒端开始依次由泵、过滤器、氧合器通过第一灌流管道串联组成，且过滤器上开有液体出口，该液体出口与缓冲器连通，从而起到平缓灌流压力的作用；

所述的第一灌流管道的靠近泵一端伸入至器官盒内底部，且不与放置在器官盒内的待转移器官接触，第一灌流管道的靠近氧合器一端通入气泡陷阱的第一通道接口伸入气泡陷阱；

所述的气泡陷阱的第二通道接口通过Y型岔路管伸入器官盒内，其中Y型岔路管的主通道管路通过气泡陷阱的第二通道接口伸入气泡陷阱，第一分支通道管路伸入至器官盒内灌流液液面下方，第二分支通道管路与器官的动脉连通；气泡陷阱的第三通道接口通过冲洗管道伸入器官盒内，构成冲洗回路；第二灌流管道的一端与器官的静脉连通，另一端伸入器官盒内灌流液液面下方。

2.如权利要求1所述的亚常温移植器官体外智能支持系统，其特征在于同时过滤器内设有滤膜，滤膜需放置在缓冲器的液面以下，滤膜用于可滤除灌液中循环的有害物质。

3.如权利要求1所述的亚常温移植器官体外智能支持系统，其特征在于在气泡陷阱内，分别从第一通道接口与第二通道接口伸入气泡陷阱的管道长度相同，且长于从第三通道接口伸入气泡陷阱的管道长度，以方便捕获灌流液中的气泡。

4.如权利要求1所述的亚常温移植器官体外智能支持系统，其特征在于所述的第一灌流管道的气泡陷阱与氧合器之间的部分管道上留有加液/取样口，以方便灌流液液位过低时加液，或者提取回路中液体进行分析，同时设有氧浓度传感器，用来检测灌流开始前灌流液中氧浓度；所述的第一灌流管道的泵与过滤器之间的部分管道上设有压力传感器，用以监测泵的灌注压力。

5.如权利要求1所述的亚常温移植器官体外智能支持系统，其特征在于在Y型岔路管的主通道管路上安装第一阀门，用以控制灌流的开启和关闭；Y型岔路管的第一分支通道管路安装第三阀门，用以控制灌流预备模式的开启和关闭；在冲洗回路冲洗管道上安装第二阀门，用以控制冲洗的开启与关闭。

6.如权利要求1所述的亚常温移植器官体外智能支持系统，其特征在于在与气泡陷阱的第一通道接口、第二通道接口连通的管路上分别串入气泡探测器，用来检测灌流开始前回路中是否存在气泡，以及灌流过程是否产生气泡。

7.如权利要求1所述的亚常温移植器官体外智能支持系统，其特征在于在器官动脉入口处Y型岔路管的第二分支通道管路上安装有生化传感器、压力传感器，用以检测进入到灌流前器官活性和灌流液的压力；在器官静脉出口处第二灌流管道上分别串入氧浓度传感器、生化传感器，分别检测灌流后器官含氧量、器官活性。

8.如权利要求1所述的亚常温移植器官体外智能支持系统，其特征在于气泡陷阱外壁装有液位传感器和非接触式温度传感器，分别用于检测气泡陷阱内储液的液位和温度。