МЕМБРАННЫЙ ОКСИГЕНАТОР СО ВСТРОЕННЫМ ФИЛЬТРОМ Российский патент 2025 года по МПК A61M1/16 A61M1/36 

Область техники

Изобретение относится к изделиям медицинского назначения, а именно к мембранному оксигенатору со встроенным фильтром.

Уровень техники

Мембранный оксигенатор - это медицинское устройство для замены легких при остановке сердца, с функцией регулирования содержания кислорода и углекислого газа в крови. Это необходимое медицинское изделие для сердечно-сосудистой хирургии, а также для лечения острых респираторных заболеваний и ожидания трансплантации легких. Основываясь на принципе альвеолярного газообмена, мембранный оксигенатор объединяет в себе функции оксигенации, изменения температуры, хранения и фильтрации крови и т.д. Оно работает следующим образом. Венозная кровь в организме выводится из организма, и после прохождения через мембрану оксигенатора она отдает углекислоту и насыщается кислородом, превращаясь в артериальную кровь, которая затем возвращается в артериальную систему организма для поддержания снабжения органов и тканей организма кровью, насыщенной кислородом. Это устройство может временно заменить функцию легких во время операции, чтобы удовлетворить потребности пациента во время операции.

Газообменная способность является основным функциональным показателем мембранных оксигенаторов, и в соответствующих технологиях предпринимаются попытки повысить газообменную способность мембранных оксигенаторов за счет увеличения площади мембраны для оксигенации; однако увеличение площади мембраны для оксигенации также увеличивает объем заполнения крови и площадь контакта между кровью и синтетическим материалом, что приводит к большей кровопотере и повреждению, а также негативно влияет на послеоперационное восстановление пациента.

Кроме того, при экстракорпоральном кровообращении необходимо одновременно использовать оксигенатор и фильтр. Оксигенатор используется для газообмена между кровью и воздухом для поддержания подачи кислорода пациенту. Фильтр используется для фильтрации эмболов (пузырьков воздуха или твердых частиц) в крови, и является последним барьером безопасности для возвращения крови в организм человека. В настоящее время при клиническом применении использование шлангового соединения между оксигенатором и фильтром увеличивает нагрузку врачей перед клиническим применением и возможность загрязнения продукта, а также увеличивает площадь контакта между кровью и нечеловеческой системой, что приводит к увеличению вероятности повреждения крови.

Сущность изобретения

Техническая задача, решаемая с помощью вариантов осуществления настоящего изобретения, заключается в обеспечении мембранного оксигенатора со встроенным фильтром, который может улучшить эффект оксигенации и эффект фильтрации, уменьшить повреждение крови и снизить риск загрязнения и утечки.

Для решения вышеуказанных технических проблем в настоящем изобретении предлагается мембранный оксигенатор со встроенным фильтром, содержащий верхнюю крышку, которая последовательно разделена на первое пространство кровеносного тракта, первое пространство воздушного тракта и первое пространство водного тракта от центра к внешнему краю, при этом верхняя крышка снабжена впускным отверстием для газа, соединенным с первым пространством воздушного тракта, первым выпускным отверстием для газа, соединенным с первым пространством кровеносного тракта и впускным отверстием для воды, соединенным с первым пространством водного тракта;

нижнюю крышку, которая последовательно разделена на второе пространство кровеносного тракта, второе пространство воздушного тракта и второе пространство водного тракта от центра к внешнему краю, при этом нижняя крышка снабжена выпускным отверстием для крови, соединенным со вторым пространством кровеносного тракта, выпускным отверстием для газа, соединенным со вторым пространством воздушного тракта, и выпускным отверстием для воды, соединенным со вторым пространством водного тракта;

корпус, два конца которого соответственно соединены с верхней крышкой и нижней крышкой, а впускное отверстие для крови, соединенное с внутренней полостью корпуса, расположено на корпусе вверху;

конструкцию оксигенации, которая расположена во внутренней полости корпуса и содержит оправку, сетку фильтра, мембрану для оксигенации и мембрану для регулирования температуры, верхний конец оправки входит в первое пространство кровеносного тракта и расположен напротив первого выпускного отверстия для газа, а нижний конец оправки расположен напротив выпускного отверстия для крови, сетка фильтра представляет собой плиссированную сетку и расположена вокруг оправки, между сеткой фильтра и оправкой имеется зазор, мембрана для оксигенации обернута вокруг внешней поверхности сетки фильтра, мембрана для оксигенации соединяет первое пространство воздушного тракта и второе пространство воздушного тракта, а мембрана для регулирования температуры обернута вокруг внешней поверхности мембраны для оксигенации, и соединяет первое пространство водного тракта и второе пространство водного тракта; между мембраной для регулирования температуры и внутренней стенкой корпуса имеется зазор, и ширина зазора постепенно уменьшается от верхней крышки к нижней крышке.

В одном из возможных вариантов реализации мембранный оксигенатор дополнительно содержит первый закупоривающий слой и второй закупоривающий слой, первый закупоривающий слой расположен на стыке корпуса и верхней крышки, второй закупоривающий слой расположен на стыке корпуса и нижней крышки;

верхний конец сетки фильтра соединен с первым закупоривающим слоем, а нижний конец сетки фильтра соединен со вторым закупоривающим слоем.

В одном из возможных вариантов осуществления изобретения мембрана для оксигенации содержит вентиляционные трубки, которые представляют собой полые трубки с отверстиями на обоих концах; один конец каждой вентиляционной трубки вставляется в первый закупоривающий слой и соединяется с первым пространством воздушного тракта, а другой конец вставляется во второй закупоривающий слой и соединяется со вторым пространством воздушного тракта;

мембрана для регулирования температуры содержит трубки для регулирования температуры, которые представляют собой полые трубки с отверстиями на обоих концах; один конец каждой трубки для регулирования температуры вставляется в первый закупоривающий слой и соединяется с первым пространством водного тракта, а другой конец вставляется во второй закупоривающий слой и соединяется со вторым пространством водного тракта.

В одном из возможных вариантов осуществления изобретения конструкция оксигенации дополнительно содержит средство для направления бокового потока крови, средство для направления бокового потока крови расположено между корпусом и мембраной для регулирования температуры.

В одном из возможных вариантов осуществления изобретения средство для направления бокового потока крови содержит выступы, выступающие из внутренней стенки корпуса в сторону мембраны для регулирования температуры.

В одном из возможных вариантов осуществления изобретения выступы распределены ступенчато, причем расстояние между выступом, расположенным на корпусе вверху, и мембраной для регулирования температуры больше, чем расстояние между выступом, расположенным на корпусе внизу, и мембраной для регулирования температуры.

В одном из возможных вариантов осуществления изобретения верхняя крышка также снабжена отверстием рециркуляции, которое соединено с первым выпускным отверстием для газа.

В одном из возможных вариантов осуществления изобретения корпус снабжен вторым выпускным отверстием для газа.

В одном из возможных вариантов осуществления изобретения второе выпускное отверстие для газа снабжено однонаправленной воздухопроницаемой мембраной, которая используется для перехвата жидкости в корпусе и обеспечения выхода содержащихся в жидкости пузырьков воздуха из корпуса.

В одном из возможных вариантов осуществления изобретения корпус представляет собой цилиндрический корпус, внутренний диаметр которого последовательно уменьшается от верхней крышки к нижней крышке;

поперечное сечение оправки постепенно уменьшается от верхней крышки к нижней крышке.

В одном из возможных вариантов осуществления изобретения верхняя крышка имеет первое отделительное кольцо и второе отделительное кольцо, причем второе отделительное кольцо расположено вокруг первого отделительного кольца, первое отделительное кольцо отделяет первое пространство кровеносного тракта от первого пространства воздушного тракта, а второе отделительное кольцо отделяет первое пространство воздушного тракта от первого пространства водного тракта;

нижняя крышка имеет третье отделительное кольцо и четвертое отделительное кольцо, причем четвертое отделительное кольцо расположено вокруг третьего отделительного кольца, третье отделительное кольцо отделяет второе пространство кровеносного тракта от второго пространства воздушного тракта, а четвертое отделительное кольцо отделяет второе пространство воздушного тракта от второго пространства водного тракта.

Реализация настоящего изобретения имеет следующие положительные эффекты:

в мембранном оксигенаторе, представленном в настоящем изобретении, впускное отверстие для крови расположено в верхней части корпуса, а выпускное отверстие для крови расположено в нижней крышке, и после того, как кровь попадает в мембранный оксигенатор, она сначала заполняет пространство между мембраной для регулирования температуры и корпусом, и поскольку это пространство имеет структуру, широкую вверху и узкую внизу, введенная кровь может быстро заполнить нижнюю часть пространства, позволяя впоследствии введенной крови оставаться в верхней части пространства на более длительное время, и большему количеству крови поступать в мембрану для регулирования температуры в поперечном направлении, под действием постоянно поступающей в оксигенатор крови, кровь, поступающая в мембрану для регулирования температуры, может постоянно поступать в мембрану для оксигенации в поперечном направлении, а затем поступать в положение оправки через сетку фильтра, и вытекать из выпускного отверстия для крови на нижнем конце оправки. В настоящем изобретении, поскольку кровь проходит через мембрану для регулирования температуры, мембрану для оксигенации и сетку фильтра в поперечном направлении, в этом процессе скорость потока крови постепенно замедляется и полностью контактирует с мембраной для регулирования температуры, мембраной для оксигенации и сеткой фильтра, что может усилить эффект оксигенации и эффект фильтрации мембранного оксигенатора и уменьшить повреждение крови. Благодаря объединению функции фильтрации с функцией оксигенации, исключается необходимость ручного подключения, а также можно избежать рисков загрязнения и утечки, вызванные ручным управлением.

Описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой схематическую структурную схему мембранного оксигенатора, предусмотренного вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 2 представляет собой частичную схему конструкции корпуса, предусмотренного вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 3 представляет собой частичную схему другой конструкции корпуса, предусмотренного вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 4 представляет собой схематическую структурную схему сетки фильтра, предусмотренной вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 5 представляет собой схематическую структурную схему корпуса со вторым выпускным отверстием для газа, предусмотренного вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 6 представляет собой схему потока воды в мембранном оксигенаторе, предусмотренном вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 7 представляет собой схему потока газа в мембранном оксигенаторе, предусмотренном вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 8 представляет собой схему потока крови в мембранном оксигенаторе, предусмотренном вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фигурах: 10 - верхняя крышка, 101 - первое пространство кровеносного тракта, 102 - первое пространство воздушного тракта, 103 - первое пространство водного тракта, 104 - впускное отверстие для воды, 105 - впускное отверстие для газа, 106 - первое выпускное отверстие для газа, 107 - отверстие рециркуляции, 20 - корпус, 201 - впускное отверстие для крови, 202 - второе выпускное отверстие для газа, 203 - односторонняя воздухопроницаемая мембрана, 204 - нажимная крышка, 30 - нижняя крышка, 301 - второе пространство кровеносного тракта, 302 - второе пространство воздушного тракта, 303 - второе пространство водного тракта, 305 - выпускное отверстие для крови, 306 впускное отверстие мембрана для регулирования температуры, 404 - зазор, 405 - выступ, 406 - сетка фильтра, 501 - первый закупоривающий слой, 502 - второй закупоривающий слой.

Конкретные способы осуществления

Для того, чтобы вышеуказанные цели, признаки и преимущества настоящего изобретения стали более очевидными и понятными, конкретные варианты осуществления настоящего изобретения будут подробно описаны ниже в сочетании с сопроводительными чертежами. Изложенные в следующем описании различные конкретные детали представлены для обеспечения полного понимания изобретения. Однако настоящее изобретение может быть реализовано многими другими способами, отличными от способов, описанных в настоящем описании, специалисты в данной области могут сделать аналогичные вариации и изменения без отклонения от духа изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не ограничивается конкретными вариантами осуществления, раскрытыми ниже.

Следует понять, что когда элемент рассматривается как «прикрепленный» к другому элементу, то он может располагаться непосредственно на другом элементе или может также быть предусмотрен промежуточный элемент, когда элемент рассматривается как «соединенный с» другим элементом, то он может быть непосредственно соединен с другим элементом или может также быть предусмотрен промежуточный элемент. Термины "вертикальный", "горизонтальный", "левый", правый" и подобные выражения, используемые в настоящем описании, предназначены только для иллюстративных целей.

Если не определено другое, то все технические и научные термины, используемые в этом документе, имеют такое же значение, как и обычно понятное специалистам в области техники, к которой относится настоящее изобретение. Терминология, используемая в описании настоящего изобретения в этом документе, служит для описания конкретных вариантов осуществления и не предназначена для ограничения настоящего изобретения. Союз «и/или», используемый в этом документе, означает любые и все комбинации одного или более соответствующих перечисленных объектов.

Вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает мембранный оксигенатор со встроенным фильтром, который содержит верхнюю крышку 10, нижнюю крышку 30, корпус 20 и конструкцию оксигенации 40, два конца корпуса 20 соответственно соединены с верхней крышкой 10 и нижней крышкой 30, конструкция оксигенации 40 расположена внутри корпуса 20, и конструкция оксигенации 40 используется для преобразования венозной крови в артериальную кровь.

На фигуре 1 показана схематическая структурная схема мембранного оксигенатора, предусмотренного вариантом осуществления настоящего изобретения. См. рисунок 1, верхняя крышка 10 последовательно разделена на первое пространство кровеносного тракта 101, первое пространство воздушного тракта 102 и первое пространство водного тракта 103 от центра к внешнему краю, при этом верхняя крышка 10 снабжена впускным отверстием для газа 105, соединенным с первым пространством воздушного тракта 102, и впускным отверстием для воды 104, соединенным с первым пространством водного тракта 103. В одном из возможных вариантов осуществления изобретения верхняя крышка 10 содержит корпус верхней крышки, первое отделительное кольцо и второе отделительное кольцо, корпус верхней крышки имеет отверстие и дно противоположное отверстию, а дно выступает в направлении от отверстия, так что средняя часть корпуса верхней крышки имеет вогнутую форму, а в корпусе верхней крышки расположено первое отделительное кольцо, которое делит вогнутое пространство на корпусе верхней крышки на два пространства: внутреннее и внешнее, при этом, пространство внутри первого отделительного кольца представляет собой первое пространство кровеносного тракта 101, второе отделительное кольцо расположено вокруг первого отделительного кольца, второе отделительное кольцо делит пространство снаружи первого отделительного кольца на два пространства: внутреннее и внешнее, при этом, пространство между первым отделительным кольцом и вторым разделительным кольцом представляет собой первое пространство воздушного тракта 102, пространство, которое находится между вторым отделительным кольцом и краем корпуса верхней крышки, представляет собой первое пространства водного тракта 103. Впускное отверстие для газа 105 и впускное отверстие для воды 104 расположены на корпусе верхней крышки, причем впускное отверстие для газа 105 находится между первым отделительным кольцом и вторым отделительным кольцом, а впускное отверстие для воды 104 - между вторым отделительным кольцом и краем корпуса верхней крышки.

Нижняя крышка 30 последовательно разделена на второе пространство кровеносного тракта 301, второе пространство воздушного тракта 302 и второе пространство водного тракта 303 от центра к внешнему краю, при этом нижняя крышка 30 снабжена выпускным отверстием для крови 305, соединенным со вторым пространством кровеносного тракта 301, выпускным отверстием для газа(не показано на фигуре), соединенным со вторым пространством воздушного тракта 302, и выпускным отверстием для воды 306, соединенным со вторым пространством водного тракта 303. В одном из возможных вариантов осуществления изобретения нижняя крышка 30 содержит корпус нижней крышки, третье отделительное кольцо и четвертое отделительное кольцо, корпус нижней крышки имеет отверстие и дно противоположное отверстию, а дно выступает в направлении от отверстия, так что средняя часть корпуса нижней крышки имеет вогнутую форму, а в корпусе нижней крышки расположено третье отделительное кольцо, которое делит вогнутое пространство на корпусе нижней крышки на два пространства: внутреннее и внешнее, при этом, пространство внутри третьего отделительного кольца представляет собой второе пространство кровеносного тракта 301, четвертое отделительное кольцо расположено вокруг третьего отделительного кольца, четвертое отделительное кольцо делит пространство снаружи третьего отделительного кольца на два пространства: внутреннее и внешнее, при этом, пространство между третьим отделительным кольцом и четвертым разделительным кольцом представляет собой второе пространство воздушного тракта 302, пространство, которое находится между четвертым отделительным кольцом и краем корпуса нижней крышки, представляет собой второе пространства водного тракта 303. Выпускное отверстие для крови 305, выпускное отверстие для газа и выпускное отверстие для воды 306 расположены на корпусе нижней крышки, причем выпускное отверстие для крови 305 находится внутри третьего отделительного кольца, выпускное отверстие для газа находится между третьим отделительным кольцом и четвертым отделительным кольцом, а выпускное отверстие для воды 306 - между четвертым отделительным кольцом и краем корпуса нижней крышки.

Корпус 20 представляет собой полый компонент с отверстиями на обоих концах. Два конца корпуса 20 соединены соответственно с верхней крышкой 10 и нижней крышкой 30, впускное отверстие для крови 201, соединенное с внутренней полостью корпуса, расположено на корпусе 20 вверху рядом с верхней крышкой 10. В одном из возможных вариантов осуществления изобретения корпус 20 имеет цилиндрическую форму, и внутри корпуса 20 расположены первый отделительный элемент корпуса и второй отделительный элемент корпуса, причем первый отделительный элемент корпуса и второй отделительный элемент корпуса представляют собой кольцевой элемент, два конца первого отделительного элемента корпуса соответственно соединены с первым отделительным кольцом верхней крышки 10 и третьим отделительным кольцом нижней крышки 30, а два конца второго отделительного элемента корпуса соответственно соединены со вторым отделительным кольцом верхней крышки 10 и четвертым отделительным кольцом нижней крышки 30.

Во внутренней полости корпуса расположена конструкция оксигенации 40, конструкция оксигенации 40 содержит оправку 401, сетку фильтра 406, мембрану для оксигенации 402 и мембрану для регулирования температуры 403, верхний конец оправки 401 входит в первое пространство кровеносного тракта 101, а нижний конец оправки 401 расположен напротив выпускного отверстия для крови 305, сетка фильтра расположена вокруг оправки, между сеткой фильтра и оправкой имеется зазор, и кровь может собираться в нижней части оправки вдоль зазора. Мембрана для оксигенации 402 обволакивает внешнюю поверхность сетки фильтра 406, и соединяет первое пространство воздушного тракта 102 и второе пространство воздушного тракта 302, а мембрана для регулирования температуры 403 обволакивает внешнюю поверхность мембраны для оксигенации 402 и соединяет первое пространство водного тракта 103 и второе пространство водного тракта 303; между мембраной для регулирования температуры 403 и корпусом 20 имеется зазор 404, и ширина зазора 404 постепенно уменьшается от верхней крышки 10 к нижней крышке 30. В частности, оправка 401 расположена в первом отделительном элементе корпуса, сетка фильтра 406 расположена на первом отделительном элементе корпуса, мембрана для оксигенации 402 расположена между первым отделительным элементом корпуса и вторым отделительным элементом корпуса, а мембрана для регулирования температуры 403 расположена между внутренней стенкой корпуса 20 и вторым отделительным элементом корпуса.

В варианте осуществления настоящего изобретения после сборки верхней крышки 10, корпуса 20, нижней крышки 30 и конструкции оксигенации 40, в верхней крышке 10 первое пространство кровеносного тракта 101 не сообщается с первым пространством воздушного тракта 102, и первое пространство воздушного тракта 102 не сообщается с первым пространством водного тракта 103; в нижней крышке 30 второе пространство кровеносного тракта 301 не сообщается с вторым пространством воздушного тракта 302, и второе пространство воздушного тракта 302 не сообщается с вторым пространством водного тракта 303. В частности, первый закупоривающий слой 501 может быть расположен на стыке верхней крышки 10 и корпуса 20, а второй закупоривающий слой 502 может быть расположен на стыке нижней крышки 30 и корпуса 20. Первый закупоривающий слой 501 может изолировать первое пространство кровеносного тракта 101, первое пространство воздушного тракта 102 и первое пространство водного тракта 103, а также может изолировать внутреннюю полость корпуса от пространств верхней крышки 10; второй закупоривающий слой 502 может изолировать второе пространство кровеносного тракта 301, второе пространство воздушного тракта 302 и второе пространство водного тракта 303, а также может изолировать внутреннюю полость корпуса от пространств нижней крышки 30. Верхний конец сетки фильтра соединен с первым закупоривающим слоем, а нижний конец сетки фильтра соединен со вторым закупоривающим слоем.

Мембранный оксигенатор - это медицинское устройство, которое может заменить функцию легких человека для экстракорпорального газообмена во время операции или жизнеобеспечения. Оксигенатор состоит из двух функциональных компонентов -компонента газообмена и компонента контроля температуры. Функция газообмена реализуется мембраной для оксигенации 402, а функция контроля температуры реализуется мембраной для регулирования температуры 403. В варианте осуществления настоящего изобретения мембрана для оксигенации 402 содержит вентиляционные трубки, которые представляют собой полые трубки с отверстиями на обоих концах; размер отверстий вентиляционных трубок составляет 0,1-5 мкм; один конец каждой вентиляционной трубки вставляется в первый закупоривающий слой 501 и соединяется с первым пространством воздушного тракта 102, а другой конец вставляется во второй закупоривающий слой 502 и соединяется со вторым пространством воздушного тракта 302; стенки по крайней мере некоторых из указанных вентиляционных трубок имеют микропоры, которые обеспечивают только прохождение газов и блокируют прохождение эритроцитов; фактически, стенки вентиляционных трубок можно также рассматривать как полупроницаемые мембраны, которые пропускают только газ, и именно с помощью полупроницаемых мембран мембранный оксигенатор реализует процесс вентиляции в крови. Мембрана для регулирования температуры 403 содержит трубки для регулирования температуры, которые представляют собой полые трубки с отверстиями на обоих концах; один конец каждой трубки для регулирования температуры вставляется в первый закупоривающий слой 501 и соединяется с первым пространством водного тракта 103, а другой конец вставляется во второй закупоривающий слой 502 и соединяется со вторым пространством водного тракта 303. В этом варианте осуществления изобретения мембрана для оксигенации 402 и мембрана для регулирования температуры 403 состоят из большого количества тонкостенных полых трубок, с той разницей, что по крайней мере частичные полые трубки, используемые в мембране для оксигенации 402, представляют собой перфорированные мембраны для обеспечения газообмена с кровью, и все мембраны для регулирования температуры 403 представляют собой неперфорированные мембраны для обеспечения отведения потока и теплообмена с кровью вне полых трубок.

В одном возможном способе осуществления сетка фильтра 406 представляет собой плиссированную сетку, включающую обращенные в противоположные стороны складки, при этом обращенные в противоположные стороны складки имеют вершины внешних складок, впадины внешних складок, вершины внутренних складок и впадины внутренних складок. Противоположная сторона вершины внешней складки является впадиной внутренней складки, а противоположная сторона впадины внешней складки является вершиной внутренней складки. На Фиг. 4 показан вид сверху сетки фильтра, сетка фильтра окружает оправку, образуя замкнутую структуру, при этом вершины внешних складок, впадины внешних складок обращены к мембране для оксигенации, а вершины внутренних складок и впадины внутренних складок обращены к оправке. Плиссированная сетка занимает малое пространство, но имеет большую площадь развертки, что позволяет увеличить площадь контакта между кровью и сеткой фильтра и способствует улучшению фильтрационного эффекта.

Способ использования и рабочий процесс мембранного оксигенатора, предусмотренного в этом варианте реализации, заключаются в следующем:

Во время операции или поддержания жизненно важных функций впускное отверстие для крови 201 соединяется с веной человека через шланг, выпускное отверстие для крови 305 соединяется с артерией человека через шланг, а впускное отверстие для воды 104 и выпускное отверстие для воды 306 соответственно соединяются с водяной камерой с регулируемой температурой через шланг. Впускное отверстие для газа 105 соединяется с источником газа через шланг. Водяная камера с регулируемой температурой подает воду с заданной температурой через впускное отверстие для воды 104 во внутренние полости каждой из трубок для регулирования температуры, которые составляют мембрану для регулирования температуры 403, а источник газа подает кислород с заданной концентрацией через впускное отверстие для газа 105 во внутренние полости каждой из вентиляционных трубок, которые составляют мембрану для оксигенации. Когда венозная кровь поступает в корпус 20 через впускное отверстие для крови 201, кровь, текущая через мембрану для регулирования температуры 403, обменивается теплом с кровью через внешнюю стенку трубок для регулирования температуры, с целью нагрева или охлаждения крови. Венозная кровь, завершившая температурный обмен, поступает в мембрану для оксигенации 402 в поперечном направлении, внутри вентиляционной трубки находится газ, а снаружи - кровь, газ и кровь обмениваются кислородом и углекислым газом путем диффузии по обеим сторонам полупроницаемой мембраны. В это время углекислый газ в венозной крови поступает во внутренние полости вентиляционной трубки, а кислород во вентиляционной трубке поступает в кровь. Процесс преобразования венозной крови в артериальную кровь завершается. Далее, артериальная кровь через сетку фильтра достигает оправки, и вливается во второе пространство кровеносного тракта вдоль оправки, и возвращается в организм человека через выпускное отверстие для крови 305 для поддержания подачи кислорода пациенту. Его роль соответствует функции легких организма.

В варианте осуществления настоящего изобретения между мембраной для регулирования температуры 403 и внутренней стенкой корпуса 20 имеется зазор 404, и ширина зазора 404 постепенно уменьшается от верхней крышки 10 к нижней крышке 30, а впускное отверстие для крови 201 находится близко к верхней крышке 10, таким образом, когда кровь поступает в мембранный оксигенатор из впускного отверстия для крови 201, она сначала заполняет зазор 404 между мембраной для регулирования температуры 403 и внутренней стенкой корпуса 20, и поскольку зазор 404 широкий вверху и узкий внизу (как показано на Фиг. 2), небольшое количество крови может заполнить нижнюю часть зазора 404, а большее количество крови находится в верхней части зазора 404, под действием постоянно введенной через впускное отверстие для крови 201 крови, кровь, находящаяся в верхней части зазора 404, может постоянно проходит через мембрану для регулирования температуры 403 и мембрану для оксигенации 402 в поперечном направлении, затем попадают в пространство, где находится оправка. 401, а затем возвращаются в организм человека из выпускного отверстия для крови 305, соединенного с этим пространством.

В том числе, для того, чтобы зазор 404 между мембраной для регулирования температуры 403 и корпусом 20 имел постепенно уменьшающуюся форму, можно осуществляться любым из следующих способов или их комбинацией:

(1) корпус 20 выполнен цилиндрическим, чтобы внутренний диаметр корпуса 20 последовательно уменьшается от верхней крышки 10 к нижней крышке 30;

(2) трубки для регулирования температуры расположены в ряд, чтобы конец мембраны для регулирования температуры 403, расположенный внизу, находился ближе к внутренней стенке корпуса 20, чем конец, расположенный вверху.

Для лучшего сбора оксигенированной крови оправка 401 может быть выполнена в виде позвоночной структуры, чтобы поперечное сечение оправки 401 постепенно уменьшается от верхней крышки 10 к нижней крышке 30.

Дополнительно, для того чтобы большее количество крови проходило через мембрану для регулирования температуры и мембрану для оксигенации для проведения достаточного теплообмена и газообмена, между корпусом и мембраной для регулирования температуры может быть расположено средство для направления бокового потока крови, через которое кровь направляется в боковом направлении.

Как показано на Фиг. 3, средство для направления бокового потока крови содержит выступы 405, выступающие из внутренней стенки корпуса 20 в сторону мембраны для регулирования температуры 403. Кровь поступает в зазор между внутренней стенкой корпуса 20 и мембраной для регулирования температуры 403 из впускного отверстия для крови 201, и при протекании к нижней крышке 30 она блокируется выступами 405, заставляя кровь изменить направление потока и поступать в мембрану для регулирования температуры 403 в поперечном направлении. В более предпочтительном варианте осуществления выступы 405 распределены ступенчато, причем расстояние между выступом 405, расположенным вверху, и мембраной для регулирования температуры 403 больше, чем расстояние между выступом 405, расположенным внизу, и мембраной для регулирований температуры 403, спроектировано таким образом, что кровь, текущая к нижней крышке 30, может блокироваться выступами 405, тем самым позволяя как можно большему количеству крови проходить через мембрану для регулирования температуры 403 и мембрану для оксигенации 402 в поперечном направлении.

Помимо того, что газообменная способность связана с площадью поверхности мембраны 402 для оксигенации и концентрацией кислорода в источнике газа, она также напрямую связана с расположением пути кровотока. Большое количество экспериментов показало, что независимо от того, расположены ли путь газа и путь кровотока в противоположном или в одном направлении, чем длиннее путь, тем хуже газообменная способность, после того как путь достигает 2 метров, газообменная способность приближается к 0. Следовательно, чем выше доля пути кровотока, проходящего через мембрану для оксигенации, тем лучше эффект оксигенатора.

Мембранный оксигенатор, представленный в вышеописанных вариантах осуществления, улучшает долю крови, проходящей через мембрану для оксигенации за счет расположения впускного отверстия для крови и выпускного отверстия для крови, зазора между мембраной для регулирования температуры и внутренней стенкой корпуса и средства для направления бокового потока крови, тем самым улучшает эффект оксигенации мембранного оксигенатора, по сравнению с существующей технологией, одинаковая газообменная способность может быть достигнута при использовании меньшей площади мембраны для оксигенации.

В мембранном оксигенаторе предшествующего уровня техники конструкция оксигенации содержит оправку, мембрану для регулирования температуры и мембрану для оксигенации, последовательно расположенные изнутри наружу, впускное отверстие для крови расположено в нижней части оксигенатора, а выпускное отверстие для крови - в верхней части оксигенатора, путь потока крови в оксигенаторе выглядит следующим образом: впускное отверстие для крови → пространство, где расположена оправка → мембрана для регулирования температуры → мембрана для оксигенации → выпускное отверстие для крови, из-за малого пространства оправки кровь не может лучше буферизироваться при протекании вблизи оправки, и легко образуется турбулентность. Однако мембранный оксигенатор, представленный в вышеописанных вариантах осуществления, имеет большую буферную площадь для потока крови, чем обычный оксигенатор. Когда кровь поступает в оксигенатор, большее количество крови может проходить через мембрану для регулирования температуры и мембрану для оксигенации в поперечном направлении, с меньшей скоростью, а время контакта между кровью и мембраной для регулирования температуры и мембраной для оксигенации увеличивается, что позволяет добиться большей эффективности изменения температуры и эффекта оксигенации. Вышеуказанная конструкция также уменьшает потери сопротивления оксигенатора, и уменьшает повреждение крови, вызванное сопротивлением.

Помимо газообменной способности и способности к изменению температуры, к основным показателям оксигенатора также относится способность удаления пузырьков. Перед использованием мембранного оксигенатора врачам необходимо выпустить из него воздух, однако, поскольку выпускное отверстие для газа традиционного оксигенатора расположено на боковой стороне корпуса, а не в самой высокой точке всего изделия, это легко вызвать скопление пузырьков воздуха, врачам необходимо постоянно держать оксигенатор и изменить угол наклона оксигенатора, чтобы пузырьки воздуха выходили через выпускное отверстие для газа, кроме того, пузырьки внутри оксигенатора невозможно наблюдать визуально, и по корпусу оксигенатора необходимо осторожно постукивать с помощью предмета, чтобы пузырьки, скрытые внутри оксигенатора, попали туда, где их можно наблюдать через корпус. Это доставляет массу неудобств при клиническом применении оксигенатора и требует большого времени на предоперационную подготовку. В варианте осуществления настоящего изобретения пузырьки воздуха в мембранном оксигенаторе легко удаляются путем разумного расположения выпускного отверстия для газа без необходимости выполнения сложных операций по выпуску. Конкретные способы заключаются в следующем: на верхней крышке 10 расположено первое выпускное отверстие для газа 106, которое соединено с первым пространством кровеносного тракта 101, и первое выпускное отверстие для газа 106 расположено напротив верхнего конца оправки 401.

По сравнению с традиционной схемой конструкции оксигенатора путь потока крови, предложенный в данном варианте осуществления, позволяет воздуху в оксигенаторе собираться в окрестности оправки вдоль потока крови, поскольку пузырьки в крови движутся вверх, воздухам легче выходить через первое выпускное отверстие для газа в верхней части верхней крышки. Пользователь может легко выпустить воздух из оксигенатора, не стуча и не поворачивая его, и может визуально наблюдать за наличием остаточных пузырьков воздуха внутри оксигенатора через прозрачную верхнюю крышку, за счет наблюдения за скоплением пузырьков воздуха в верхней части во время операции, также можно определить, существует ли угроза безопасности изделия или всего контура, чтобы в первую очередь принять меры во избежание серьезных последствий.

Кроме того, поскольку корпус 20 имеет цилиндрическую форму, часть пузырьков воздуха может не попадать вблизи оправки 401, а скапливаться в верхней части корпуса 20, для того, чтобы выпустить эту часть пузырьков воздуха, в данном варианте осуществления изобретения на корпусе 20 вверху расположено второе выпускное отверстие для газа 202 (как показано на Фиг. 5). В одном из возможных вариантов осуществления изобретения, шланг может использоваться для соединения второго выпускного отверстия для газа 202 с другими компонентами с целью осуществления выпуска воздуха. В другом возможном варианте осуществления на втором выпускном отверстии для газа 202 также может быть расположена односторонняя воздухопроницаемая мембрана 203, в частности, как показано на Фиг. 4, снаружи односторонней мембраны может быть расположена нажимная крышка 204, причем нажимная крышка 204 соединена со вторым выпускным отверстием для газа 202 с помощью резьбы или защелок для сжатия и фиксации односторонней воздухопроницаемой мембраны 203. Односторонняя воздухопроницаемая мембрана 203 имеет микропоры, которые обеспечивают только прохождение газов, но не крови, следовательно, второе выпускное отверстие для газа 202, снабженное однонаправленной воздухопроницаемой мембраной 203, может выполнять функцию улавливания крови и выпуска пузырьков воздуха из крови без соединения с другими компонентами.

Дальнейшее, верхняя крышка 10 также снабжена отверстием рециркуляции 107, которое соединено с указанным первым выпускным отверстием для газа 106. В случае необходимости дополнительного отвода оксигенированной крови для других целей, оксигенированная кровь может быть взята из окрестностей оправки путем подключения отверстия рециркуляции.

В приведенном выше варианте осуществления изобретения выпускное отверстие для крови расположено в нижней части центральной части оксигенатора, что позволяет врачу максимально эффективно восстанавливать остаточную кровь после операции, снизить риск перекрестного инфицирования при переливании аллогенной крови, а также уменьшить использование консервированной крови.

Фиг. 6 представляет собой схему потока воды в мембранном оксигенаторе, предусмотренном вариантом осуществления настоящего изобретения, См. Фиг. 6, вода во водяной камере с регулируемой температурой течет из впускного отверстия для воды 104 в первое пространство водного тракта 103, поступает во второе пространство водного тракта 303 через трубку для регулирования температуры, а затем возвращается в водяную камеру с регулируемой температурой из выпускного отверстия для воды 306, и кровь обменивается теплом с водой в трубке для регулирования температуры, когда она проходит через трубку для регулирования температуры, и температура крови регулируется до необходимого диапазона температур.

Фиг. 7 представляет собой схему потока газа в мембранном оксигенаторе, предусмотренном вариантом осуществления настоящего изобретения, См. Фиг. 7, кислород в источнике газа поступает в первое пространство воздушного тракта 102 из впускного отверстия для газа 105, а затем поступает в вентиляционную трубку, кровь, проходящая через вентиляционную трубку, обменивается газом с вентиляционной трубкой, кислород в вентиляционной трубке соединяется с кровью, а углекислый газ в крови попадает во вентиляционную трубку, затем течет во второе пространство воздушного тракта 302, и выводится через выпускное отверстие для воздуха.

Фиг. 8 представляет собой схему потока крови в мембранном оксигенаторе, предусмотренном вариантом осуществления настоящего изобретения, См. Фиг. 8, кровь поступает в мембранный оксигенатор через впускное отверстие для крови 201, проходит через мембрану для регулирования температуры 403 и мембрану для оксигенации 402, а затем собирается в пространстве, где находится оправка 401, и выводится через выпускное отверстие для крови 305.

Мембранный оксигенатор, представленный в вышеописанных вариантах осуществления, имеет следующие преимущества:

(1) Усиление эффекта оксигенации. Поскольку кровь проходит через мембрану для регулирования температуры, мембрану для оксигенации и сетку фильтра в поперечном направлении, в этом процессе скорость потока крови постепенно замедляется, а время контакта с мембраной для оксигенации становится больше, что может усилить эффект оксигенации мембранного оксигенатора, по сравнению с существующей технологией, одинаковая газообменная способность может быть достигнута при использовании меньшей площади мембраны для оксигенации.

(2) Усиление эффекта фильтрации. Факторами, влияющими на эффект фильтрации, являются площадь и скорость (т.е. большее влияние на эффект фильтрации оказывает время контакта смешивания между жидкостью и мембраной, и чем дольше время контакта смешивания, тем лучше эффект фильтрации), и чем меньше скорость потока, тем лучше эффект удержания, и тем лучше эффект фильтрации. В варианте осуществления настоящего изобретения, поскольку кровь проходит через мембрану для регулирования температуры, мембрану для оксигенации и сетку фильтра в поперечном направлении, в этом процессе скорость потока крови постепенно замедляется, и когда кровь достигает сетки фильтра, скорость потока крови еще больше уменьшается, а время контакта между кровью и сеткой фильтра увеличивается, что может удерживать примеси и пузырьки воздуха в крови и получать лучший эффект фильтрации, и кроме того, плиссированная сетка фильтра имеет большую площадь поверхности, что позволяет увеличить площадь контакта между кровью и сеткой фильтра, и еще больше улучшить эффект фильтрации.

(3) Уменьшение повреждения крови. Традиционный мембранный оксигенатор содержит оправку, мембрану для регулирования температуры, мембрану для оксигенации и фильтрационную мембрану, расположенные в порядке от центра к внешнему краю, поток крови входит снизу и выходит сбоку, этот путь потока крови характеризуется высокой потерей давления, для того, чтобы обеспечить беспрепятственное прохождение крови через фильтрующую мембрану, необходимо прикладывать большее давление, чтобы стимулировать поток крови через фильтрационную мембрану, с одной стороны, это увеличит повреждение крови, с другой стороны, из-за ускорения скорости потока крови, пузырьки крови в крови легко проходят через фильтрационную мембрану вместе, что приводит к ухудшению фильтрационного эффекта. Мембранный оксигенатор, представленный в вышеописанных вариантах осуществления, содержит оправку, сетку фильтра, мембрану для оксигенации и мембрану для регулирования температуры, расположенные в порядке от центра к внешнему краю, поток крови входит сверху и выходит из нижней части, и кровь остается в верхней части оксигенатора в течение длительного времени, и доля крови, проходящей через мембрану для регулирования температуры, мембрану для оксигенации и сетку фильтра, велика, и скорость потока крови постепенно замедляется в процессе прохождения, так что кровь полностью контактирует с мембраной для оксигенации и сеткой фильтра при низкой скорости потока, и увеличивать давление, чтобы стимулировать поток крови, что может уменьшить повреждение крови.

Технические признаки в рассмотренных выше вариантах осуществления при желании можно комбинировать. Для упрощения описания описаны не все возможные комбинации технических признаков в рассмотренных выше вариантах осуществления. Тем не менее, комбинация этих технических признаков должна рассматриваться как входящая в объем, представленный в этом описании, если нет противоречий.

Рассмотренными выше вариантами осуществления представлено только несколько реализаций настоящего изобретения, которые описаны точно и подробно, но их не следует понимать как ограничивающие объем изобретения. Следует отметить, что специалистом в данной области техники без отклонения от идеи настоящего изобретения может быть предложен ряд модификаций и улучшений, все из которых входят в объем защиты настоящего изобретения. Поэтому объем защиты изобретения должен определяться прилагаемой формулой изобретения.

Изобретение относится к медицинской технике. Мембранный оксигенатор со встроенным фильтром содержит верхнюю крышку, которая последовательно разделена на первое пространство кровеносного тракта, первое пространство воздушного тракта и первое пространство водного тракта от центра к внешнему краю, при этом верхняя крышка снабжена впускным отверстием для газа, соединенным с первым пространством воздушного тракта, первым выпускным отверстием для газа, соединенным с первым пространством кровеносного тракта, и впускным отверстием для воды, соединенным с первым пространством водного тракта. Нижняя крышка последовательно разделена на второе пространство кровеносного тракта, второе пространство воздушного тракта и второе пространство водного тракта от центра к внешнему краю, при этом нижняя крышка снабжена выпускным отверстием для крови, соединенным со вторым пространством кровеносного тракта, выпускным отверстием для газа, соединенным со вторым пространством воздушного тракта, и выпускным отверстием для воды, соединенным со вторым пространством водного тракта. Корпус имеет два конца, которые соединены соответственно с верхней крышкой и нижней крышкой, а впускное отверстие для крови, соединенное с внутренней полостью корпуса, расположено на корпусе вверху. Конструкция оксигенации расположена во внутренней полости корпуса и содержит оправку, сетку фильтра, мембрану для оксигенации и мембрану для регулирования температуры, верхний конец оправки входит в первое пространство кровеносного тракта и расположен напротив первого выпускного отверстия для газа, а нижний конец оправки расположен напротив выпускного отверстия для крови, сетка фильтра представляет собой плиссированную сетку и расположена вокруг оправки, между сеткой фильтра и оправкой имеется зазор, мембрана для оксигенации обернута вокруг внешней поверхности сетки фильтра, мембрана для оксигенации соединяет первое пространство воздушного тракта и второе пространство воздушного тракта, а мембрана для регулирования температуры обернута вокруг внешней поверхности мембраны для оксигенации и соединяет первое пространство водного тракта и второе пространство водного тракта. Между мембраной для регулирования температуры и внутренней стенкой корпуса имеется зазор, и ширина зазора постепенно уменьшается от верхней крышки к нижней крышке. Технический результат состоит в повышении эффекта оксигенации и фильтрации. 10 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Мембранный оксигенатор со встроенным фильтром, характеризующийся тем, что

содержит верхнюю крышку, которая последовательно разделена на первое пространство кровеносного тракта, первое пространство воздушного тракта и первое пространство водного тракта от центра к внешнему краю, при этом верхняя крышка снабжена впускным отверстием для газа, соединенным с первым пространством воздушного тракта, первым выпускным отверстием для газа, соединенным с первым пространством кровеносного тракта, и впускным отверстием для воды, соединенным с первым пространством водного тракта;

нижнюю крышку, которая последовательно разделена на второе пространство кровеносного тракта, второе пространство воздушного тракта и второе пространство водного тракта от центра к внешнему краю, при этом нижняя крышка снабжена выпускным отверстием для крови, соединенным со вторым пространством кровеносного тракта, выпускным отверстием для газа, соединенным со вторым пространством воздушного тракта, и выпускным отверстием для воды, соединенным со вторым пространством водного тракта;

корпус, два конца которого соединены соответственно с верхней крышкой и нижней крышкой, а впускное отверстие для крови, соединенное с внутренней полостью корпуса, расположено на корпусе вверху;

конструкцию оксигенации, которая расположена во внутренней полости корпуса и содержит оправку, сетку фильтра, мембрану для оксигенации и мембрану для регулирования температуры, верхний конец оправки входит в первое пространство кровеносного тракта и расположен напротив первого выпускного отверстия для газа, а нижний конец оправки расположен напротив выпускного отверстия для крови, сетка фильтра представляет собой плиссированную сетку и расположена вокруг оправки, между сеткой фильтра и оправкой имеется зазор, мембрана для оксигенации обернута вокруг внешней поверхности сетки фильтра, мембрана для оксигенации соединяет первое пространство воздушного тракта и второе пространство воздушного тракта, а мембрана для регулирования температуры обернута вокруг внешней поверхности мембраны для оксигенации и соединяет первое пространство водного тракта и второе пространство водного тракта;

между мембраной для регулирования температуры и внутренней стенкой корпуса имеется зазор, и ширина зазора постепенно уменьшается от верхней крышки к нижней крышке.

2. Мембранный оксигенатор по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит первый закупоривающий слой и второй закупоривающий слой, первый закупоривающий слой расположен на стыке корпуса и верхней крышки, второй закупоривающий слой расположен на стыке корпуса и нижней крышки;

верхний конец сетки фильтра соединен с первым закупоривающим слоем, а нижний конец сетки фильтра соединен со вторым закупоривающим слоем.

3. Мембранный оксигенатор по п. 2, отличающийся тем, что мембрана для оксигенации содержит вентиляционные трубки, которые представляют собой полые трубки с отверстиями на обоих концах; один конец каждой вентиляционной трубки вставлен в первый закупоривающий слой и соединен с первым пространством воздушного тракта, а другой конец вставлен во второй закупоривающий слой и соединен со вторым пространством воздушного тракта;

мембрана для регулирования температуры содержит трубки для регулирования температуры, которые представляют собой полые трубки с отверстиями на обоих концах;

один конец каждой трубки для регулирования температуры вставлен в первый закупоривающий слой и соединен с первым пространством водного тракта, а другой конец вставлен во второй закупоривающий слой и соединен со вторым пространством водного тракта.

4. Мембранный оксигенатор по п. 1, отличающийся тем, что оксигенатор дополнительно содержит средство для направления бокового потока крови, расположенное между корпусом и мембраной для регулирования температуры.

5. Мембранный оксигенатор по п. 4, отличающийся тем, что средство для направления бокового потока крови содержит выступы, выступающие из внутренней стенки корпуса в сторону мембраны для регулирования температуры.

6. Мембранный оксигенатор по п. 5, отличающийся тем, что выступы распределены ступенчато, причем расстояние между выступом, расположенным на корпусе вверху, и мембраной для регулирования температуры больше, чем расстояние между выступом, расположенным на корпусе внизу, и мембраной для регулирования температуры.

7. Мембранный оксигенатор по п. 1, отличающийся тем, что верхняя крышка снабжена отверстием рециркуляции, которое соединено с первым выпускным отверстием для газа.

8. Мембранный оксигенатор по п. 1, отличающийся тем, что корпус снабжен вторым выпускным отверстием для газа.

9. Мембранный оксигенатор по п. 8, отличающийся тем, что второе выпускное отверстие для газа снабжено однонаправленной воздухопроницаемой мембраной, выполненной с возможностью выхода содержащихся в жидкости пузырьков воздуха из корпуса.

10. Мембранный оксигенатор по п. 1, отличающийся тем, что корпус является цилиндрическим, внутренний диаметр его последовательно уменьшается от верхней крышки к нижней крышке;

а поперечное сечение оправки постепенно уменьшается от верхней крышки к нижней крышке.

11. Мембранный оксигенатор по п. 1, отличающийся тем, что верхняя крышка имеет первое отделительное кольцо и второе отделительное кольцо, причем второе отделительное кольцо расположено вокруг первого отделительного кольца, первое отделительное кольцо отделяет первое пространство кровеносного тракта от первого пространства воздушного тракта, а второе отделительное кольцо отделяет первое пространство воздушного тракта от первого пространства водного тракта;

нижняя крышка имеет третье отделительное кольцо и четвертое отделительное кольцо, причем четвертое отделительное кольцо расположено вокруг третьего отделительного кольца, третье отделительное кольцо отделяет второе пространство кровеносного тракта от второго пространства воздушного тракта, а четвертое отделительное кольцо отделяет второе пространство воздушного тракта от второго пространства водного тракта.