CN206115320U - 一种离体器官连续灌注系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种离体器官连续灌注系统，包括灌注槽、温控水浴锅、蠕动泵、膜肺、排气装置、流量计、第一限流阀、第二限流阀和压力感受器，灌注槽内容纳有灌注液和所述离体器官，所述离体器官浸泡在灌注液中，通过水浴锅自由调节灌注液温度，通过小动物膜肺调节灌注液氧合程度，通过自制分流管调节灌注流量和压力。本实用新型的离体器官连续灌注系统可以自由调节灌注流量、灌注压力、氧合程度和灌注温度，灌注过程稳定，各项参数精确监测，为后续研究机械灌注对于离体器官的保护机制打下坚实基础。
Description
技术领域
本实用新型涉及医疗器械技术，器官保存修复领域，更具体地，涉及一种离体器官连续灌注系统。
背景技术
肝移植是治疗终末期肝病最有效的方法，然而供肝的缺乏严重限制了其发展。很多学者开始研究如何扩大供肝来源，其中包括尝试使用以前被认为的不适宜手术的边缘供肝。
自2015年起，我国全面停止使用死囚来源的器官，采用公民逝世后器官捐献。然而，公民逝世后器官捐献大多属于边缘供肝(比如脂肪肝供体、老年供体以及心脏死亡供体(donation after cardiac death,DCD)。这些供体常伴有更长时间的热缺血损伤(Warmischemia injury，WII)，对冷缺血损伤更敏感，移植后缺血再灌注损伤(Ischemiareperfusion injury,IRI)更严重，因此移植后早期移植物失功(Early allograftdysfunction,EAD)、肝原发性无功能(Primary non-function,PNF)、胆道缺血性病变等术后并发症的发生率明显升高,这对供体器官的保存方式提出了更高的要求。
目前常用的保存方式有单纯低温静态冷储存(Static cold storage,SCS)、机械灌注(Machineperfusion MP)等技术。虽然采用机械灌注技术对于扩大标准器官供者进行修复的安全性及可行性已得到证实，并且其效果优于低温静态冷储存，但是在机械灌注的温度，流量，灌注液氧合程度，灌注液成分等等诸多方面尚没有一致认识。为了对该项技术进一步深入研究并且向临床转化，最适宜的动物模型是对兔，大鼠，小鼠肝脏进行离体机械灌注研究。然而，目前国内外尚未见到专门用于小动物肝脏灌注的装置面世。相关研究的学者均采用自行设计系统进行大鼠肝脏机械灌注，其主要存在如下缺陷
1、只能实现37度下常温机械灌注，同一灌注系统不能同时实现常温或低温多温度灌注；
2、市面上可调控温度的恒温水浴锅体积较大，直接将灌注液装在水浴锅内作为温控介质，导致灌注研究过程中灌注液消耗量大，由于灌注液成本高(目前1000元/L),实验成本高；
3、现有的机械灌注装置没有排气装置，氧合过程部分无法溶于灌注液的氧气形成气泡，如果不能排出，将导致气体灌入肝脏出现气栓损伤肝脏，排出气泡采用人工手段，费时费力；
4、灌注的过程中灌注压的监测采用测压管读数，无法数字化记录，不利于回顾性分析；
5、灌注过程中为避免过高的流量造成的过大压力和剪切力损伤血管，流量要求极低，目前只能通过购买市面上的低流量泵来实现极低流量灌注，但是目前市面上的低流量泵价格昂贵，成本较高。
实用新型内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种离体器官连续灌注系统，其目的在于通过控温水浴锅自由调节灌注液温度，通过小动物膜肺调节灌注液氧合程度，通过自制分流管限流阀调节灌注流量，通过压力感受器和压力监测系统监测记录灌注压力，由此解决现有技术的器官机械灌注系统存在的只能够在单一温度实现机械灌注、灌注过程中气体进入器官导致栓塞、不能实现低流量灌注、无法实现灌注过程中参数数字化记录的技术问题。
为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种离体器官连续灌注系统，包括灌注槽、温控水浴锅、蠕动泵、膜肺、排气装置、流量计、第一限流阀和压力感受器，所述灌注槽用于容纳灌注液和离体器官，所述离体器官浸泡在所述灌注液中，所述灌注槽置于温控水浴锅内，所述灌注液从所述灌注槽内经管道依次流经所述蠕动泵、所述膜肺、所述排气装置、所述流量计、所述第一限流阀、所述压力感受器，并最终流至所述灌注槽对该灌注槽内浸泡的所述离体器官进行灌注，所述灌注用于更新该离体器官内的灌注液，使得所述离体器官内的原始灌注液从该离体器官流出至所述灌注槽内并并入所述灌注液中。
优选地，所述温控水浴锅连接有温度监测器，用于监测温控水浴锅内控温介质的温度。
优选地，所述膜肺连接有氧气瓶，所述氧气瓶用于向所述灌注液提供氧合需要的氧气。
优选地，所述排气装置用于排除所述灌注液中未与该灌注液氧合的氧气。
优选地，所述灌注液经所述排气装置排气后分为第一支路和第二支路，其中所述第一支路流向所述流量计，所述第二支路流向第二限流阀，所述第二限流阀与所述灌注槽直接相连。
优选地，所述压力感受器连接有压力监测系统，该压力监测系统用于监测所述压力感受器感受到的压力大小。
优选地，所述压力监测系统为BL-420生物机能实验系统。
总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果。
(1)通过使用数字化可调控恒温水浴锅，实现不同温度下的机械灌注；
(2)采用自制灌注槽容纳灌注液，大大减少灌注液使用量，降低实验成本；
(3)通过自制排气装置实现灌注过程中的无法溶解在灌注液里的气体缓冲和排放，避免气泡进入被灌注器官，同时不用随时人工监测和排气，减轻人力成本；
(4)灌注过程中压力监测系统实现实时监测灌注压力，并数字化记录，有利于数据回顾分析；
(5)通过自制管道分流装置，使用市面上成本较低的转流泵同样实现低流量灌注，大大降低实验成本。此外目前市面上尚没有蠕动泵可以实现极低流量灌注(0～1ml/min)，通过该分流装置，可以稳定实现0～1ml/min的低流量灌注。
附图说明
图1是本实用新型的实施例1的大鼠离体肝脏连续灌注系统的流程及装置示意图；
图2是本实用新型的实施例3的大鼠离体肝脏连续灌注系统的流程及装置示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1、灌注槽；2、温控水浴锅；3、蠕动泵；4、膜肺；5、排气装置；6、流量计；7、第一限流阀；8、压力感受器；9、温度监测器；10、氧气瓶；11、第二限流阀；12、压力监测系统。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本实用新型提供的一种离体器官连续灌注系统，包括灌注槽1、温控水浴锅2、蠕动泵3、膜肺4、排气装置5、流量计6、第一限流阀7和压力感受器8，所述灌注槽1用于容纳灌注液和离体器官，所述离体器官浸泡在所述灌注液中，所述灌注槽1置于温控水浴锅2内，所述灌注液从所述灌注槽1内经管道依次流经所述蠕动泵3、所述膜肺4、所述排气装置5、所述流量计6、所述第一限流阀7、所述压力感受器8，并最终流至所述灌注槽1对该灌注槽1内浸泡的所述离体器官进行灌注，所述灌注用于更新该离体器官内的灌注液，使得所述离体器官内的原始灌注液从该离体器官流出至所述灌注槽1内并并入所述灌注液中。
灌注液进入离体器官，然后从离体器官的下腔静脉流出，最后回到灌注槽1，与灌注槽1内的灌注液合并，然后再通过蠕动泵3抽入灌注系统，这样灌注液循环使用，避免浪费，节省了灌注液的成本。
灌注槽1置入温控水浴锅2，通过温控水浴锅2中控温介质的温度调节自由调节灌注液的温度。在离体器官的灌注保存中，常见的灌注温度为37℃，但是研究者经常需要在不同温度下灌注，以研究灌注温度对离体器官的保存效果，因此要求机械灌注系统具备不同温度下进行灌注的功能，本实用新型的离体器官连续灌注系统能够实现的灌注温度范围包括常温(35～37℃)、低温(0～4℃)以及介于二者之间的亚低温。
温控水浴锅2连接有温度监测器9，用于监测温控水浴锅2内控温介质的温度，温度监测器9的测温探针位于温控水浴锅2内的控温介质中，控温介质可以为水或冰水混合物。
膜肺4连接有氧气瓶10，膜肺4为小动物膜肺，包括大鼠、小鼠和兔等小动物的膜肺，用于提供灌注液氧合需要的氧气。氧气瓶10连接有减压阀，用于调节输送至膜肺4的氧气流量，有助于研究不同氧合量灌注的研究。
排气装置5用于排除灌注液中未能与该灌注液氧合的氧气。该排气装置5竖直放置，类似于输液器滴斗，灌注过程中只要保证排气装置5中液柱高于该装置底部即可，排气装置5上半部分为气体缓冲区，当没有完全溶于灌注液内的氧气进入排气装置5时，装置下半部分被灌注液占据，气体自然进入上半部分的缓冲区，避免了气体进入后面的灌注循环中引起肝脏内气体栓塞。之后每过一段时间，约1小时左右，将气体缓冲区内的气体排出即可，避免操作人员持续监测该装置是否有气泡进入循环，大大降低了人力成本。
排气装置5与流量计6之间设置有第二限流阀11，第二限流阀11与灌注槽1相连。第一限流阀7和第二限流阀11构成了本灌注系统的分流限流装置，第一限流阀7和第二限流阀11的流量均可调，灌注液经排气装置5排气以后灌注液被分为两条支路，第一支路和第二支路，第一支路流向流量计6，再经第一限流阀7、压力感受器8进入离体器官进行灌注，因此流量计6的读数即为灌注流量；第二支路通过第二限流阀11直接进入灌注槽1，因此第二限流阀11用于分流和限流，超过所需流量的灌注液通过第二限流阀11直接返回至灌注槽1内。这样即使蠕动泵3选用的是市面上流量较大的蠕动泵，通过本系统自制的分流限流装置，也可以实现低流量灌注，无需购买昂贵的低流量蠕动泵，降低了成本。
流量计6为微量流量计，根据不同动物器官的灌注需要，流量计型号可随流量范围需求而更换。对大鼠或兔的器官的灌注保存时，可采用0～60ml/min量程的微量流量计，对于小鼠的器官灌注时，可采用0～10ml/min量程的微量流量计。
压力感受器8连接有压力监测系统12，用于监测压力感受器8感受到的压力大小，压力监测系统12为BL-420生物机能实验系统。
本实用新型的离体器官连续灌注系统可以适用于不同小动物的不同器官的离体连续灌注，包括大鼠、小鼠、兔等的肝脏、肾脏或其它器官的离体连续灌注，不同的器官灌注采用本系统进行灌注时，保持压力感受器与器官静脉插管水平放置，不同的器官静脉插管直径不同，可以根据流体动力学伯努利方程，通过压力感受器处所测压强计算灌注时灌注液进入器官的灌注压强。
以下为实施例：
实施例1
一种大鼠离体肝脏连续灌注系统，如图1所示，包括灌注槽1、温控水浴锅2、蠕动泵3、膜肺4、排气装置5、流量计6、第一限流阀7和压力感受器8，所述灌注槽1内用于容纳灌注液和大鼠离体肝脏，所述大鼠离体肝脏浸泡在灌注液中，所述灌注槽1置于温控水浴锅2内，灌注液从所述灌注槽1内经管道依次流经蠕动泵3、膜肺4、排气装置5、流量计6、第一限流阀7、压力感受器8，并最终流至所述灌注槽1对该灌注槽1内浸泡的大鼠肝脏进行灌注，所述灌注用于更新大鼠肝脏内的灌注液，实现灌注液的循环利用和大鼠肝脏的连续灌注。
灌注槽1置入温控水浴锅2，温控水浴锅2内的控温介质为水，通过温控水浴锅2中水温调节自由调节灌注液体温度至常温或亚低温，温度监测器9探针位于灌注槽1内监测灌注液温度，蠕动泵3抽水端位于灌注槽1内，蠕动泵3排水端与膜肺4相连。
膜肺4出液口接排气装置5，排气装置5用于排除灌注液中未能与该灌注液氧合的氧气，该排气装置5竖直放置，类似于输液器滴斗，灌注过程中只要保证排气装置5中液柱高于该装置底部即可，排气装置5上半部分为气体缓冲区，当没有完全溶于灌注液内的氧气进入排气装置5时，装置下半部分被灌注液占据，气体自然进入上半部分的缓冲区，避免了气体进入后面的灌注循环中引起肝脏内气体栓塞。之后每过1小时左右，将气体缓冲区内的气体排出即可，避免操作人员持续监测该装置是否有气泡进入循环，大大降低了人力成本。
灌注液经排气装置5排气以后，灌注液被分为两条支路，构成“├”形分流限流装置，第一条支路流向流量计6、第一限流阀7和压力感受器8，进入灌注槽1进行灌注，流量计的流量范围为0～60ml/min，通过读取流量计6的数值，即可确定入肝的灌注流量；第二条支路流向第二限流阀11，直接进入灌注槽1。通过本分流限流装置，可以实现极低流量的灌注，目前市面上的蠕动泵尚不能实现上述功能，本装置通过调节分流限流装置两条支路的限流阀调节入肝流量，可以稳定实现极低流量灌注。
灌注液流经流量计6、第一限流阀7与压力感受器8相连，压力感受器8连接有压力监测系统12BL-420生物机能实验系统的监测灌注压力，并实现数字化记录，有利于以后数据分析回顾。压力感受器8出口管径与大鼠门静脉插管一致(外径2.1mm，内径1.8mm)，水平放置，门静脉插管约1cm长，根据流体动力学伯努利方程，压力感受器8处所测压强等于灌注时入肝灌注压强。
实施例2
实施例2为采用本实用新型的离体器官连续灌注系统实现大鼠离体肝脏的低温机械连续灌注，其它组件同实施例1，除了以下温度控制系统的不同：
低温机械灌注模式：灌注槽1置入温控水浴锅2，温控水浴锅2内的控温介质为0～4℃的冰水混合物，温度监测器9的测温探针位于灌注槽1内监测灌注槽1内冰水混合物的温度，实现低温机械灌注模式。
实施例3
实施例3为采用本实用新型的离体器官连续灌注系统实现大鼠离体肝脏的不同氧合量的灌注，如图2所示，其它组件同实施例1，
氧合灌注模式：膜肺4接氧气瓶10，通过氧气瓶10的减压阀调节输入至膜肺4的氧气流量，通过不同氧气流量与灌注液在膜肺4中氧合，实现不同氧分压的机械连续灌注。
实施例4
一种小鼠离体肝脏连续灌注系统，如图1所示，包括灌注槽1、温控水浴锅2、蠕动泵3、膜肺4、排气装置5、流量计6、第一限流阀7和压力感受器8，所述灌注槽1内用于容纳灌注液和小鼠离体肝脏，所述小鼠离体肝脏浸泡在灌注液中，所述灌注槽1置于温控水浴锅2内，灌注液从所述灌注槽1内经管道依次流经蠕动泵3、膜肺4、排气装置5、流量计6、第一限流阀7、压力感受器8，并最终流至所述灌注槽1对该灌注槽1内浸泡的小鼠肝脏进行灌注，所述灌注用于更新小鼠肝脏内的灌注液，实现灌注液的循环利用和小鼠肝脏的连续灌注。
灌注槽1置入温控水浴锅2，温控水浴锅2内的控温介质为水，通过温控水浴锅2中水温调节自由调节灌注液体温度至常温或亚低温，温度监测器9探针位于灌注槽1内监测灌注液温度，蠕动泵3抽水端位于灌注槽1内，蠕动泵3排水端与膜肺4相连。
膜肺4接氧气瓶10，通过氧气瓶10的减压阀调节输入至膜肺4的氧气流量，通过不同氧气流量与灌注液在膜肺4中氧合，实现不同氧分压的机械连续灌注。
膜肺4出液口接排气装置5，排气装置5用于排除灌注液中未能与该灌注液氧合的氧气，该排气装置5竖直放置，类似于输液器滴斗，灌注过程中只要保证排气装置5中液柱高于该装置底部即可，排气装置5上半部分为气体缓冲区，当没有完全溶于灌注液内的氧气进入排气装置5时，装置下半部分被灌注液占据，气体自然进入上半部分的缓冲区，避免了气体进入后面的灌注循环中引起肝脏内气体栓塞。之后每过1小时左右，将气体缓冲区内的气体排出即可，避免操作人员持续监测该装置是否有气泡进入循环，大大降低了人力成本。该排气装置5有利于研究不同氧气流量氧合后灌注液灌注研究。
灌注液经排气装置5排气以后，灌注液被分为两条支路，构成“├”形分流限流装置，第一条支路流向流量计6、第一限流阀7和压力感受器8，进入灌注槽1进行灌注，流量计的流量范围为0～10ml/min，通过读取流量计6的数值，确定入肝的灌注流量；第二条支路流向第二限流阀11，直接进入灌注槽1。通过本分流限流装置，可以实现极低流量的灌注(0～1ml/min)，目前市面上的蠕动泵尚不能实现上述功能，本装置通过调节分流限流装置两条支路的限流阀调节入肝流量，可以稳定实现极低流量灌注。
灌注液流经流量计6、第一限流阀7与压力感受器8相连，压力感受器8连接有压力监测系统12BL-420生物机能实验系统的监测灌注压力，并实现数字化记录，有利于以后数据分析回顾。
压力感受器的出口管处连接有小鼠门静脉插管，小鼠门静脉插管与压力感受器8出口管径(外径2.1mm，内径1.8mm)的内径及长度不同，可以根据流体动力学伯努利方程，计算小鼠肝脏灌注时入肝灌注压强。
伯努利方程：Z1+P1/ρg+V1 2/2g＝Z2+P2/ρg+V2 2/2g+hw
所以P2＝ρg(Z1-Z2+P1/ρg+V1 2/2g-V2 2/2g-hw)
＝ρg(Z1-Z2)+P1+ρ/2(V1 2-V2 2)-ρg*hw
hw＝(64/Re)*(L/d)*(V2/2g)Re＝V*d/(μ/ρ)
P1为压力感受器出口管处的压强，P2为小鼠入肝灌注压强，Z1-Z2为压力感受器到入肝处之间的垂直距离，ρ是密度，g为重力加速度，hw为水头损失，Re雷诺数，高度差Z1-Z2越大，出口压强越大，水头损失越大，出口压强越小。
当管道水平放置时Z1-Z2＝0，ρg(Z1-Z2)＝0。
hw＝(64/Re1)*(L1/d1)*(V1 2/2g)+(64/Re2)*(L2/d2)*(V2 2/2g)
所以
P2＝P1+ρ/2(V1 2-V2 2)-ρg*hw
hw＝(64/Re1)*(L1/d1)*(V1 2/2g)+(64/Re2)*(L2/d2)*(V2 2/2g)
L为管道长度，d为管道直径，Re中的V代表灌注液的流动速度，μ为灌注液粘度，ρ为灌注液的密度，L1为压力感受器出口管的长度，L2为插入小鼠门静脉插管长度，d1为压力感受器出口管的直径，d2为小鼠门静脉插管直径，V1为灌注液在压力感受器出口管内的流动速度，V2为灌注液在小鼠门静脉插管内的流动速度；通过此公式即可算出小鼠入肝灌注压强。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种离体器官连续灌注系统，其特征在于，所述灌注系统包括灌注槽(1)、温控水浴锅(2)、蠕动泵(3)、膜肺(4)、排气装置(5)、流量计(6)、第一限流阀(7)和压力感受器(8)，所述灌注槽(1)用于容纳灌注液和离体器官，所述离体器官浸泡在所述灌注液中，所述灌注槽(1)置于温控水浴锅(2)内，所述灌注液从所述灌注槽(1)内经管道依次流经所述蠕动泵(3)、所述膜肺(4)、所述排气装置(5)、所述流量计(6)、所述第一限流阀(7)、所述压力感受器(8)，并最终流至所述灌注槽(1)对该灌注槽(1)内浸泡的所述离体器官进行灌注，所述灌注用于更新该离体器官内的灌注液，使得所述离体器官内的原始灌注液从该离体器官流出至所述灌注槽(1)内并并入所述灌注液中。
2.如权利要求1所述的灌注系统，其特征在于，所述温控水浴锅(2)连接有温度监测器(9)，用于监测温控水浴锅(2)内控温介质的温度。
3.如权利要求1所述的灌注系统，其特征在于，所述膜肺(4)连接有氧气瓶(10)，所述氧气瓶(10)用于向所述灌注液提供氧合需要的氧气。
4.如权利要求1所述的灌注系统，其特征在于，所述排气装置(5)用于排除所述灌注液中未与该灌注液氧合的氧气。
5.如权利要求1所述的灌注系统，其特征在于，所述灌注液经所述排气装置(5)排气后分为第一支路和第二支路，其中所述第一支路流向所述流量计(6)，所述第二支路流向第二限流阀(11)，所述第二限流阀(11)与所述灌注槽(1)直接相连。
6.如权利要求1所述的灌注系统，其特征在于，所述压力感受器(8)连接有压力监测系统(12)，该压力监测系统(12)用于监测所述压力感受器(8)感受到的压力大小。
7.如权利要求6所述的灌注系统，其特征在于，所述压力监测系统(12)为BL-420生物机能实验系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |