[發明專利]氧合器水分清除方法與系統

有效

• 申請號: 201080041026.0
• 申請日: 2010-09-20
• 公開（公告）號: CN102575811A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: S·W·莫雷;P·班奈克;M·羅森伯格
• 申請（專利權）人: 艾朗技術公司
• 主分類號: F17D1/16
• 分類號: F17D1/16
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

聯邦政府贊助的研究項目

美國政府對此項發明擁有一份已繳付使用費之許可證，并有權在限定情況下要求專利擁有人按照撥款條令W81XWH-07-1-009所列的合理條件向他人授予許可；此法令之頒布機構為USA?Med?ResearchAcq.Activity，820?Chandler?Street，Fort?Detrick?MD21702。

與相關申請之交叉引用

此部分繼續申請要求獲得于2006年4月21日提交的美國專利申請序號11/408,650之優先權，該項申請經援引全部加入本申請。

發明的背景

本發明基本上與心臟手術等醫療過程中的體外氧合和泵血系統有關。具體而言，本發明是關于可改進中空纖維膜氧合器氣體交換性能的一種方法和系統，該氧合器通過體外循環清除病患血液中的二氧化碳和/或添加氧氣到病患血液中。

據報道，美國每年有350,000人死于肺部疾病，其主要死因是急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)和慢性阻塞性肺部疾病(COPD)。最常用的治療方法是機械通氣，但可能會加劇呼吸功能不全，并可能導致耳氣壓傷和容積傷等嚴重的副作用。另據報道，世界各地在外科手術和治療心肺功能受損病患的體外膜氧合(ECMO)治療中普遍采用裝有氧合器的心肺機。此類氧合器也許對治療COPD和ARDS有用。但是，心肺機和ECMO治療中所用的氧合器經常有氧氣和二氧化碳之間質量傳遞(氣體交換)效率不足的問題。

使用膜式氧合器氧合血液的方法在醫學界是常識。通常，氧合器包含一次性使用的組件，是用特種聚合物材料制成的微細中空纖維束，上面有微孔。這些中空纖維一般不滲透血液，但可滲透氣體。這些纖維束裝在一個外殼內，外殼上有一個入口，供病患的靜脈血流入，還有一個出口，讓氧合的血液流出氧合器，返回到病患體內。血液流入氧合器，在這些纖維束的外表面周圍流動。與此同時，一種氣體介質被泵送到中空纖維內。這種氣體介質通常被稱為“清掃氣”，可以是空氣、氧氣或富氧氣體，還可以包含麻醉劑等添加劑。根據擴散定律，清掃氣中的氧氣會通過纖維的微孔擴散，從而提高與中空纖維外表面接觸的靜脈血液的含氧量。由于來自病患的血液中的二氧化碳含量很高，血液中的有些二氧化碳也會通過纖維微孔擴散到纖維腔，并進入清掃氣。在富氧過程發生之后，清掃氣被排出氧合器。氣體交換的結果是，血液的氧含量會提高，而二氧化碳含量則會降低。在有些系統中，進入氧合器的血液在返回到病患體內之前還可以加溫或冷卻。

在使用常規氧合器進行血液氧合的過程中，病患血液中的水分可能會滲透中空纖維膜，并凝結在纖維膜的微孔中。這種凝結會顯著延長氣體傳送的擴散時間，并降低氧合器的氣體交換效率。與此同時，凝結的水分可能會聚積在纖維腔內，滯留在纖維底部，顯著堵塞清掃氣流過纖維，或至少會減緩清掃氣的流動。隨著堵塞的纖維越來越多，纖維束的壓降也逐漸加大。水分在纖維內的聚積還會影響二氧化碳交換，因為二氧化碳會在水屏障聚積，從而降低驅動二氧化碳傳送所需的濃度梯度。當被堵塞的纖維達到一定的數目時，纖維束的壓降達到將聚積的水分推出纖維末端所需的表面張力值。于是，氣體交換逐漸減緩，直到被堵塞纖維的數目增加到一定的水平，致使氧合器的壓降等于水滴表面張力，兩者之間達到平衡。纖維內的水分聚積是有害的，會降低氧合器的氣體交換效率。

讓氧合器“咳嗽”(喘動)，據說可加快氣體在氧合器內瞬時流動(并可提升壓降)，從而起到清掃效果(清除聚積的水分)，其作用原理猶如病患咳嗽。但是，這種方法有其局限性。由于氧合器喘動會導致清掃氣室(即中空纖維的內腔)壓力升高，因而血液中形成氣體栓子和流入病患體內的風險也顯著增大。因此，在氧合器喘動時，中空纖維內腔的清掃氣壓力絕對不可超過血液室的壓力(通常低于200mmHg)。但是，由于需要使用正壓才能提升清掃氣壓力而產生“咳嗽”，通常很難-甚至不可能-防止清掃氣壓力超過氧合器血液室壓力。

有鑒于此，需要有一種方法和系統來提升氧合器的氣體交換性能，克服用常規方法使氧合器“咳嗽”所造成的局限性和危險，同時又能安全和可靠地清除氧合器中空纖維內部聚積的水分。此處所述的本發明可滿足這些需求和其他需求。

發明的總結