RU172275U1

RU172275U1 - Automated device for normothermic perfusion of an isolated donor liver

Info

Publication number: RU172275U1
Application number: RU2016152242U
Authority: RU
Inventors: Николай Анатольевич Грязнов; Сергей Александрович Никитин; Александр Эдуардович Тарасов; Вячеслав Валентинович Харламов; Александр Васильевич Шумилов
Priority date: 2016-12-29
Filing date: 2016-12-29
Publication date: 2017-07-03

Abstract

Полезная модель относится к области медицинской техники для трансплантологии и представляет собой автоматизированное перфузионное устройство со средствами бесконтактной гидродинамической сенсорики, предназначенное для реабилитации и поддержания жизнеспособности изолированной донорской печени.Устройство включает центробежные насосы с высоким КПД, которые создают перфузионный поток с малой травмой форменных элементов крови. Насыщение крови кислородом реализуется с помощью стандартного оксигенатора. Устройство дренажа пузырей и датчик наличия пузырей не допускают блокирование каналов печени пузырями, а встроенный PH-метр при обнаружении высокого содержания углекислоты, и соответственно и высокой концентрации углекислого газа, вводит необходимый медикаментозный препарат в венозную артерию с помощью шприцевого дозатора. Это позволяет улучшить обмен газами в оксигенаторе и приводит уровень углекислого газа в норму. Наличие неинвазивных датчиков расхода и инвазивных датчиков давления позволяет определить индекс резистивности, что является неотъемлемой частью успешной реабилитации ишемически травмируемой печени. Применяется устройство термостатирования, которое позволяет регулировать температуру перфузата и поддерживать заданный температурный режим во время всего цикла перфузии. Наличие воздушного компрессора позволяет осуществлять оксигенацию без применения кислородного баллона.The utility model relates to the field of medical technology for transplantation and is an automated perfusion device with non-contact hydrodynamic sensors designed to rehabilitate and maintain the viability of an isolated donor liver. The device includes centrifugal pumps with high efficiency, which create a perfusion stream with a small trauma to blood cells. Blood saturation with oxygen is carried out using a standard oxygenator. The bladder drainage device and the bubble detector do not allow blocking of the liver channels by blisters, and the built-in PH meter, when a high carbon dioxide content and, accordingly, high carbon dioxide concentration is detected, injects the necessary drug into the venous artery using a syringe dispenser. This allows you to improve the exchange of gases in the oxygenator and brings the level of carbon dioxide to normal. The presence of non-invasive flow sensors and invasive pressure sensors allows you to determine the resistance index, which is an integral part of the successful rehabilitation of an ischemically injured liver. A thermostating device is used, which allows you to adjust the temperature of the perfusion solution and maintain the set temperature mode during the entire perfusion cycle. The presence of an air compressor allows oxygenation without the use of an oxygen cylinder.

Description

Полезная модель относится к области медицинской техники для трансплантологии и представляет собой автоматизированное перфузионное устройство со средствами бесконтактной гидродинамической сенсорики, предназначенное для реабилитации и поддержания жизнеспособности изолированной донорской печени.The utility model relates to the field of medical technology for transplantation and is an automated perfusion device with non-contact hydrodynamic sensors designed to rehabilitate and maintain the viability of an isolated donor liver.

Известно устройство «Способ экстракорпоральной перфузии органов и устройство для его осуществления» [«Procedes et moyens de perfusion extracorporelle d'organes», WO 0060936 A1, (2000)], которое состоит из оксигенатора, центробежного насоса, резервуара, вентилей, теплообменника, инвазивных датчиков давления, инвазивных зондов потока жидкости для экстракорпоральной перфузии органов, которые поддерживают жизнеспособность и функции органа, такого как печень, как правило, за пределами тела.A device is known “A method for extracorporeal organ perfusion and a device for its implementation” ["Procedes et moyens de perfusion extracorporelle d'organes", WO 0060936 A1, (2000)], which consists of an oxygenator, a centrifugal pump, a reservoir, valves, a heat exchanger, invasive pressure sensors, invasive probes for fluid flow for extracorporeal organ perfusion, which support the viability and function of an organ such as the liver, usually outside the body.

Известно устройство «Система заполнения с постоянной температурой для изолированной печени» [«Constant-temperature filling system for isolated liver», CN 203087385 U, 2012], которое состоит из контроллера, системы охлаждения с постоянной температурой и контейнера для хранения, датчика температуры, центробежного насоса, фильтра.A device is known "Constant-temperature filling system for isolated liver" [Constant-temperature filling system for isolated liver, CN 203087385 U, 2012], which consists of a controller, a constant-temperature cooling system and a storage container, temperature sensor, centrifugal pump, filter.

Известно устройство «Система измерения постоянной температуры для объема изолированного органа» [«Constant temperature measuring system for volume of isolated organ», CN 202255520U, 2011], которое состоит из измерительной системы нормотермической перфузии печени, контейнера, датчика уровня жидкости, измерительной емкости, охлаждающей жидкости, блока обработки данных, дисплея.The device “Constant temperature measuring system for volume of isolated organ” [CN Constant temperature measuring system for volume of isolated organ ”, CN 202255520U, 2011], which consists of a normothermic liver perfusion measuring system, a container, a liquid level sensor, a measuring tank, cooling fluid, data processing unit, display.

Данные устройства относятся к классу перфузионных устройств для перфузии отдельных органов с целью поддержания их жизнеспособности. Основным недостатком данных устройств является отсутствие контроля за скоростью потока и автоматического регулирования уровня концентрации углекислого газа в венозном канале. Данные недостатки не позволяют осуществлять динамическое регулирование скорости потока и допустимого уровня концентрации углекислого газа во время перфузии, что в свою очередь не позволяет проводить реабилитацию ишемически-поврежденного донорского органа. Также, у данных устройств отсутствует детектирование пузырьков воздуха. Это может привести к попаданию пузырьков воздуха в магистрали венозных и артериальных каналов печени и вызвать эмболию.These devices belong to the class of perfusion devices for perfusion of individual organs in order to maintain their viability. The main disadvantage of these devices is the lack of control over the flow rate and automatic control of the level of carbon dioxide concentration in the venous channel. These shortcomings do not allow dynamic control of the flow rate and the acceptable level of carbon dioxide concentration during perfusion, which in turn does not allow the rehabilitation of ischemic damaged donor organ. Also, these devices do not detect air bubbles. This can lead to air bubbles entering the venous and arterial canal of the liver and cause embolism.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является «Портативное устройство для сохранения печени» [«Portable liver normal-temperature storage device» CN 105165801 A (2015)].The closest technical solution adopted for the prototype is "Portable device for preserving the liver" ["Portable liver normal-temperature storage device" CN 105165801 A (2015)].

Портативное устройство состоит из: водяной бани, которая используется для размещения резервуара для печени; фильтров, которые решают задачу грубой очистки потоков биологической жидкости, соединенных с печенью с помощью магистралей; устройства оксигенации, которое предназначено для насыщения крови кислородом; контроллера для управления портативным устройством; аккумуляторной батареи, которая используется для подачи питания на контроллер; перистальтического насоса для формирования потока биологической жидкости; резервуара для размещения печени; кислородного баллона для подачи кислорода на оксигенатор; электрического клапана, который регулирует поток биологической жидкости на входе в печень; устройства подачи лекарственных препаратов; набора магистральных трубок, которые обеспечивают прохождение крови от исполнительных устройств в венозный и артериальный каналы печени.The portable device consists of: a water bath, which is used to place a reservoir for the liver; filters that solve the problem of rough cleaning of biological fluid flows connected to the liver using highways; oxygenation devices, which are designed to saturate the blood with oxygen; a controller for controlling a portable device; a battery that is used to supply power to the controller; a peristaltic pump for forming a flow of biological fluid; a reservoir for placing the liver; an oxygen cylinder for supplying oxygen to the oxygenator; an electric valve that controls the flow of biological fluid at the entrance to the liver; drug delivery devices; a set of main tubes that ensure the passage of blood from actuators into the venous and arterial channels of the liver.

Недостатками прототипа являются: отсутствие неинвазивных датчиков для измерения скорости потока перфузата на входе и выходе с венозного и артериального каналов, отсутствие неинвазивных датчиков детектирования пузырьков воздуха на входе и выходе с венозного и артериального каналов, отсутствие контроля и автоматического регулирования уровня концентрации углекислого газа в венозном канале, отсутствие лейкоцитарного фильтра, использование перистальтического насоса с более низким КПД в сравнении с центробежным насосом, отсутствие оценки индекса резистивности и, как следствие, канала обратной связи по скорости кровотока в алгоритме управления устройством, наличие жидкости для водяной бани, которая увеличивает массу и усложняет процедуру технического обслуживания портативного устройства, необходимость в постоянной замене кислородного баллона, отсутствие алгоритма поддержания заданной температуры для проведения нормотермической перфузии печени.The disadvantages of the prototype are: the lack of non-invasive sensors for measuring the perfusion fluid flow rate at the inlet and outlet of the venous and arterial canals, the absence of non-invasive sensors for detecting air bubbles at the inlet and outlet of the venous and arterial canals, the lack of control and automatic control of the level of carbon dioxide concentration in the venous canal , the absence of a leukocyte filter, the use of a peristaltic pump with a lower efficiency in comparison with a centrifugal pump, the lack of the resistance index index and, as a result, the blood flow velocity feedback channel in the device control algorithm, the presence of liquid for a water bath, which increases the mass and complicates the maintenance procedure of the portable device, the need for a constant replacement of an oxygen cylinder, and the absence of an algorithm for maintaining the set temperature for normothermic perfusion of the liver.

Задача - создание устройства со средствами бесконтактной гидродинамической сенсорики, предназначенного для перфузии печени для восстановления и поддержания ее жизнеспособности.The task is to create a device with non-contact hydrodynamic sensors designed to perfuse the liver to restore and maintain its viability.

Данная задача решается тем, что для поддержания жизнеспособности и реабилитации донорской печени в устройстве применяются центробежные насосы с высоким КПД и малой травмой форменных элементов крови. Насыщение крови кислородом реализуется с помощью стандартного оксигенатора. Устройство дренажа пузырей и датчик наличия пузырей не допускают блокирование каналов печени пузырями, а встроенный РН-метр при обнаружении высокого содержания углекислоты, а соответственно и высокой концентрации углекислого газа, вводит необходимый медикаментозный препарат в венозную артерию с помощью шприцевого дозатора. Это позволяет улучшить обмен газами в оксигенаторе и приводит уровень углекислого газа в норму. Наличие неинвазивных датчиков расхода и инвазивных датчиков давления позволяет определить индекс резистивности, что является неотъемлемой частью успешной реабилитации ишемически травмируемой печени. Применяется устройство термостатирования с воздушным нагревателем, которое позволяет регулировать температуру перфузата и поддерживать заданный температурный режим во время всего цикла перфузии и при этом отказаться от использования водяной бани. Наличие воздушного компрессора позволяет осуществлять оксигенацию без применения кислородного баллона. Введение дополнительного лейкоцитарного фильтра способствует тонкой фильтрации лейкоцитарных конгломератов и позволяет осуществлять режим реабилитацию ишемически-поврежденной донорской печени.This problem is solved in that in order to maintain the viability and rehabilitation of the donor liver, centrifugal pumps with high efficiency and low trauma of blood cells are used in the device. Blood saturation with oxygen is carried out using a standard oxygenator. The bladder drainage device and the bubble detector do not allow blocking of the liver channels by blisters, and the built-in pH meter, when it detects a high carbon dioxide content and, accordingly, a high concentration of carbon dioxide, injects the necessary medication into the venous artery using a syringe dispenser. This allows you to improve the exchange of gases in the oxygenator and brings the level of carbon dioxide to normal. The presence of non-invasive flow sensors and invasive pressure sensors allows you to determine the resistance index, which is an integral part of the successful rehabilitation of an ischemically injured liver. A thermostatic control device with an air heater is used, which allows you to adjust the temperature of the perfusion solution and maintain a predetermined temperature regime during the entire perfusion cycle and at the same time refuse to use a water bath. The presence of an air compressor allows oxygenation without the use of an oxygen cylinder. The introduction of an additional leukocyte filter promotes fine filtration of leukocyte conglomerates and allows for the rehabilitation of an ischemic damaged donor liver.

Предложено устройство для перфузии печени, включающее центробежные насосы артериального и венозного каналов, устройство термостатирования, неинвазивные датчики наличия пузырей, инвазивные датчики расхода, устройство оксигенации, фильтр, PH-метр, устройство ввода медицинских препаратов, систему управления, пропорционально-интегрально-дифференцирующего терморегулятор, инвазивные датчики давления, лейкоцитарный фильтр, устройство питания, устройство дренажа пузырей, воздушный компрессор, капнограф, термодатчик, воздушный нагреватель, силиконовые соединительные трубки.A device for perfusion of the liver is proposed, including centrifugal pumps of the arterial and venous canals, a thermostatic device, non-invasive bladder sensors, invasive flow sensors, an oxygenation device, a filter, a PH meter, a medication input device, a control system, a proportional-integral-differentiating temperature regulator, invasive pressure sensors, leukocyte filter, power device, bladder drainage device, air compressor, capnograph, temperature sensor, air heater, silicone connecting tubes.

На фиг. представлено автоматизированное устройство для нормотермической перфузии изолированной донорской печени.In FIG. an automated device for normothermic perfusion of an isolated donor liver is presented.

Устройство содержит центробежные насосы артериальной магистрали 1 и венозной магистрали 2, устройство термостатирования 3, неинвазивные датчики наличия пузырей 4 и 5, инвазивный датчик расхода артериальной магистрали 6, устройство оксигенации 7, фильтр 8, РН-метр 9, устройство ввода медицинских препаратов 10, систему управления 11, пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД) терморегулятор 12, инвазивные датчики давления артериальной магистрали 13 и 14, инвазивный датчик расхода венозной магистрали 15, датчик давления венозной магистрали 16, лейкоцитарный фильтр 17, устройство питания 18, устройство дренажа пузырей (не показано), воздушный компрессор (не показан), капнограф (не показан), термодатчик (не показан), воздушный нагреватель (не показан), силиконовые соединительные трубки (не показаны).The device contains centrifugal pumps of the arterial line 1 and venous line 2, thermostatic device 3, non-invasive sensors for the presence of blisters 4 and 5, an invasive flow sensor for the arterial line 6, oxygenation device 7, filter 8, PH-meter 9, input device 10, system control 11, proportional-integral-differentiating (PID) temperature controller 12, invasive pressure sensors of the arterial line 13 and 14, invasive flow sensor of the venous line 15, pressure sensor of the venous line 16, leukocyte filter 17, power supply device 18, bubble drainage device (not shown), air compressor (not shown), capnograph (not shown), temperature sensor (not shown), air heater (not shown), silicone connecting tubes (not shown) )

В устройстве действуют две магистрали циркуляции перфузата. Артериальная магистраль включает в себя центробежный насос 1, оксигенатор 7, фильтр 8, устройство дренажа пузырей и силиконовые соединительные трубки. На трубках установлены два инвазивных датчика давления 13 и 16, неинвазивный датчик расхода 15 и неинвазивный датчик наличия пузырей 5. Центробежный насос 1 состоит из бесколлекторного двигателя, крыльчатки и контроллера.The device has two perfusion circulation lines. The arterial line includes a centrifugal pump 1, an oxygenator 7, a filter 8, a bubble drainage device, and silicone connecting tubes. The tubes are equipped with two invasive pressure sensors 13 and 16, a non-invasive flow sensor 15 and a non-invasive sensor for the presence of bubbles 5. The centrifugal pump 1 consists of a brushless motor, an impeller and a controller.

Венозная магистраль включает в себя центробежный насос 2, лейкоцитарный фильтр 17, PH-метр 9, устройство дренажа пузырей и силиконовые соединительные трубки. На трубках установлен инвазивный датчик давления, неинвазивный датчик расхода и неинвазивный датчик наличия пузырей. В венозной магистрали для ввода в кровь медицинских препаратов предусмотрено устройство ввода медицинских препаратов 10. Центробежный насос 2 состоит из бесколлекторного двигателя, крыльчатки и контроллера. Устройство термостатирования 3 состоит из термостатированной герметичной камеры, пластикового контейнера для органа, воздушного нагревателя, термодатчика и ПИД терморегулятора 12.The venous line includes a centrifugal pump 2, a leukocyte filter 17, a PH meter 9, a bladder drainage device, and silicone connecting tubes. An invasive pressure sensor, a non-invasive flow sensor and a non-invasive bubble detector are installed on the tubes. In the venous line for the introduction into the blood of medical preparations, a device for the administration of medical preparations 10 is provided. The centrifugal pump 2 consists of a brushless motor, an impeller and a controller. Thermostating device 3 consists of a thermostatic sealed chamber, a plastic container for an organ, an air heater, a temperature sensor, and a PID temperature controller 12.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Печень помещают в пластиковый контейнер с необходимым для поддержания жизнедеятельности печени объемом перфузата. Контейнер с печенью помещается в устройство термостатирования 3. Через систему управления 11 выставляют температуру термостатирования. ПИД терморегулятор 12 анализируя информацию о температуре внутри устройства термостатирования 3, полученную с помощью термодатчика, обеспечивает поддержание заданной температуры внутри устройства термостатирования, периодически включая воздушный нагреватель. Контроллер центробежного насоса, получая информацию от системы управления 11, управляет скоростью вращения крыльчатки насоса, которая создает поток перфузата в силиконовых соединительных трубках. С помощью системы управления выставляется требуемый конечный расход. Система управления, анализируя информацию, получаемую от инвазивных датчиков давления 13 и 16 и неинвазивного датчика расхода 15, рассчитывает индекс резистивности артериального канала печени. Действуя согласно запрограммированным алгоритмам, система управления обеспечивает поддержание заданного расхода перфузата в артериальной и венозной магистралях. Неинвазивный датчик наличия пузырей 5 активирует устройство дренажа пузырей в случае обнаружения пузырей в магистрали. Далее устройство дренажа пузырей выводит пузыри из магистрали. Насыщение крови кислородом происходит через оксигенатор 7. Воздух поступает в оксигенатор от воздушного компрессора или от кислородного баллона. С выхода оксигенатора выделившийся углекислый газ регистрируется капнографом. Контроллер, получая информацию от системы управления, управляет скоростью вращения бесколлекторного двигателя. Крыльчатка, соединенная с валом бесколлекторного двигателя, создает поток перфузата. С помощью системы управления задается требуемый конечный расход перфузата. Система управления, анализируя информацию, получаемую от инвазивного датчика давления и неинвазивного датчика расхода, обеспечивает поддержание заданного расхода перфузата в венозной магистрали. Неинвазивный датчик наличия пузырей 4 активирует устройство дренажа пузырей в случае обнаружения пузырей в магистрали, далее устройство дренажа пузырей выводит пузыри из магистрали. PH-метр 9 измеряет кислотность крови в венозном канале печени, значение кислотности пересчитывается в значение уровня углекислого газа в венозной артерии. При превышении концентрации содержания углекислого газа в венозном канале система управления 11 вырабатывает управляющий сигнал на устройство ввода медицинских препаратов 10, и необходимый медицинский препарат вводится в венозную артерию. Общее электрическое питание устройства осуществляется от устройства питания 18, работающего от аккумуляторных батарей или от сети 220B.The liver is placed in a plastic container with the volume of perfusate necessary to maintain the vital functions of the liver. The container with the liver is placed in the thermostat 3. Through the control system 11 set the temperature of thermostat. PID temperature controller 12 analyzing the temperature information inside the temperature control device 3, obtained using a temperature sensor, maintains the set temperature inside the temperature control device, periodically turning on the air heater. The controller of the centrifugal pump, receiving information from the control system 11, controls the speed of rotation of the impeller of the pump, which creates a perfusion stream in the silicone connecting tubes. Using the control system, the required final flow rate is set. The control system, analyzing the information received from the invasive pressure sensors 13 and 16 and the non-invasive flow sensor 15, calculates the index of resistance of the arterial channel of the liver. Acting according to the programmed algorithms, the control system ensures the maintenance of a given flow rate of perfusate in the arterial and venous arteries. A non-invasive bubble detector 5 activates a bubble drainage device in the event that bubbles are detected in the line. Next, the device for the drainage of bubbles displays bubbles from the highway. Saturation of blood with oxygen occurs through oxygenator 7. Air enters the oxygenator from an air compressor or from an oxygen cylinder. From the output of the oxygenator, the carbon dioxide released is recorded by a capnograph. The controller, receiving information from the control system, controls the speed of rotation of the brushless motor. An impeller connected to a shaft of a brushless motor generates a perfusion stream. Using the control system, the desired final perfusion rate is set. The control system, analyzing the information received from the invasive pressure sensor and non-invasive flow sensor, ensures the maintenance of the given flow rate of the perfusate in the venous line. A non-invasive bubble detector 4 activates a bubble drainage device in case of detection of bubbles in the line, then the bubble drainage device removes bubbles from the line. PH-meter 9 measures the blood acidity in the venous channel of the liver, the value of acidity is converted into the value of the level of carbon dioxide in the venous artery. When exceeding the concentration of carbon dioxide in the venous channel, the control system 11 generates a control signal to the input device of the medicinal product 10, and the necessary medical product is injected into the venous artery. The total electrical power supply of the device is provided from a power device 18 operating from rechargeable batteries or from a 220V network.

Технический результат заключается в возможности автоматического управления гидродинамическими и физико-химическими параметрами перфузионного потока: расхода, давления, температуры, уровня кислотности перфузата для реализации режимов реабилитации и поддержания жизнеспособности изолированной донорской печени.The technical result consists in the possibility of automatic control of the hydrodynamic and physico-chemical parameters of the perfusion stream: flow rate, pressure, temperature, level of acidity of the perfusate to implement rehabilitation modes and maintain the viability of an isolated donor liver.

Claims

An automated device for liver perfusion, including a perfusion pump, an oxygenation device, a thermostatic device, a filter, a medication input device, a control system, invasive pressure sensors, a power device, silicone connecting tubes, characterized in that a centrifugal pump is used as a perfusion pump, a device temperature control is implemented on the basis of an air heater, a PID temperature regulator and a temperature sensor, non-invasive sensors of the course and presence of blisters installed on silicone connecting tubes, a bubble drainage device, a pH meter and a leukocyte filter included in the arterial and venous perfusion circulation pathways and connected by silicone connecting tubes, an air compressor and a capnograph connected to an oxygenation device.