一种低温机械灌注保存装置和方法与流程

1.本发明属于生物医疗仪器领域，具体涉及器官移植用的低温机械灌注保存装置和方法。


背景技术：

2.器官移植是指将有活力的离体器官通过手术转移至患者体内。器官存储过程中温度必须控制在2-8℃的低温环境，传统的器官保存方法是静态冷保存。静态冷保存时间越长，术后移植物功能延迟恢复发生率越高，此外，静态冷保存方式难以对离体器官进行客观评估。与静态冷保存相比，对离体器官的低温机械灌注能够显著降低移植物功能延迟恢复的发生率，有益于提高移植器官的长期存活率，同时，机械灌注参数可辅助评估移植器官质量，有利于离体的充分利用。器官灌注转运箱就是移植用离体器官转运、保存和低温机械灌注的设备，器官灌注转运能够延长离体器官的储存时间、评估离体器官的质量、降低术后dgf(移植器官功能延迟恢复)发生率，现已广泛应用。例如，美国lsi公司推出的lifeport肾脏灌注运转箱是临床上使用最广泛的低温机械灌注类产品，已在中国、美国、欧洲三大市场取得注册证且销售。
3.通常，灌注液在灌注前，需要被冷却到合适的低温。以lifeport肾脏灌注运转箱为例，其灌注液温度安全主要通过控制冰盒温度来实现。冰盒上设有热电阻式传感器来检测冰盒温度，通常控制系统对冰盒温度设置0-8℃的温度范围，当冰盒温度低于0℃或高于8℃，则设备不能正常运行。但上述灌注液温度控制方法存在一定的风险，由于采用的是检测冰盒温度，而不是直接检测灌注液的温度，所以如果将冷却不到位的灌注液装入带有冰盒的灌注设备中，离体器官会在高于理想温度的状态下被灌注约半小时或更长时间后，灌注液才能被冰盒冷却到合适的温度，这会对离体器官造成不可逆的损伤。
4.灌注液预冷不到位可能还与取出冰箱后保存条件有限有关，当运转箱设备内的灌注液温度过高时，设备依靠物理冰盒给灌注液降温的效率太低，因为物理冰盒的主要作用是维持灌注液温度，这就需要医生等待灌注液温度低于8℃以后再安装离体器官并进行灌注，这个等待的时间可能超过1小时，在手术过程中显然没有这么长的等待时间，现有运转箱设备缺少快速降温的机制。
5.器官灌注转运箱依靠填装5.5kg冰水混合物的物理冰盒维持灌注液的低温环境，所以在使用前必须准备至少4.5kg碎冰和1kg冰水用来填装物理冰盒，当同时灌注几个肾脏时，需要很多的时间准备足够的碎冰和冰水，并需要在灌注前进行逐个填装，这个过程较为繁杂。
6.器官灌注转运箱具有评估离体器官质量的作用，通过灌注阻力、流量参数的变化和最终的结果开评估离体肾脏的质量，所以灌注流量和阻力的准确性通常会影响临床评估。器官灌注转运箱利用计算蠕动泵每分钟的转速来获得流量参数，阻力由压力传感器的检测压力和流量计算所得。当蠕动泵异常时，如固定器松动、泵管脱落均会造成蠕动泵单周泵出的固定流量发生变化(如变小)，为了达到设定压力，蠕动泵必须提高转速，在同样的设
定压力下会形成一个虚高的假流量，假流量代入计算又会形成一个虚低的假阻力，由于现有的运转箱设备只依靠蠕动泵转速计算流量，因此无法识别流量的准确性，也无法发出流量不准确提示，虚假的流量和阻力通常会误导临床判断。
7.灌注液在进入离体器官时，应避免夹带气泡进入器官，因此通常需要使灌注液事先经过气泡捕捉器去除气泡。气泡捕捉器可以通过顶端的循环口排出管路中的气泡。。在循环过程中，循环口打开，以便从灌注液路径中清除空气或其它气体。从现在的各种低温机械灌注类产品的应用实践来看，仍存在气泡捕捉器中的气泡继续向下游流动并且进入器官的风险。
8.总的来说，现有的器官灌注转运箱在使用的便捷性、灌注安全性、数据准确性等方面仍存在改进空间。


技术实现要素：

9.本发明提供一种低温机械灌注保存装置，提高了灌注温度检测的准确性和灌注安全。
10.本发明采取的技术方案如下：
11.一种低温机械灌注保存装置，包括用于放置待移植器官的器官盒、冷却剂容器、泵、过滤器、气泡捕捉器、传感器组件、电磁阀组件和控制显示单元，其中传感器组件包括气泡传感器、压力传感器、流量传感器、温度传感器；
12.冷却剂容器围绕设置于器官盒外周，冷却剂容器侧边设有开孔，开孔外侧面设有检测器官盒内的灌注液的温度传感器；
13.气泡捕捉器包括三个口，分别为进液口，灌注出口和循环出口，气泡捕捉器的底部竖立有隔板，隔板将气泡捕捉器分隔成多个相连通的腔室；
14.气泡捕捉器外装配半导体制冷元件；
15.灌注回路包括泵、过滤器、气泡捕捉器、主管路和灌注管路，泵、过滤器和气泡捕捉器依次通过主管路连接，气泡捕捉器的灌注出口与灌注管路连接，灌注管路上设有气泡传感器、压力传感器和流量传感器；
16.循环回路包括泵、过滤器、气泡捕捉器、主管路和循环管路，泵、过滤器和气泡捕捉器依次通过主管路连接，气泡捕捉器的循环出口与循环管路连接。
17.进一步地，灌注管路为y型管路，包括灌注主管路、灌注支路和循环支路，循环支路与循环管路通过接口连通。
18.进一步地，温度传感器为红外温度传感器，气泡传感器为超声波传感器，压力传感器为气体压力传感器。
19.进一步地，隔板高度占气泡捕捉器总高度的1/3-1/2。
20.进一步地，半导体制冷元件为帕尔贴制冷板，设置于气泡捕捉器的一个侧面上。
21.进一步地，包括物联网模块，用于将灌注实时数据上传到云端或移动终端。
22.进一步地，包括氧合器，设置于过滤器和气泡捕捉器之间，给液路提供氧气。
23.本发明也提供低温机械灌注保存装置的操作方法，其特征在于包括以下步骤：
24.步骤一、安装灌注回路和循环回路，填装灌注液，启动开机；
25.步骤二、设置灌注参数，启动循环模式，蠕动泵运转，使灌注液在主管路、过滤器、
气泡捕捉器和循环管路中循环；
26.步骤三、循环模式结束后，使用t型连接套管将离体器官连接至器官盒中，打开t型连接套管未连接末端盖帽，启动排气模式，蠕动泵运转，使灌注液通过主管路、过滤器、气泡捕捉器、灌注主管路和灌注支路，并从连接套管未连接末端流出，排出灌注管路的气泡；
27.步骤四、排气模式完成后，盖上连接套管未连接末端的盖帽，检测液路的密闭性；
28.步骤五、启动灌注模式，蠕动泵运转，使灌注液通过主管路、过滤器、气泡捕捉器、灌注主管路和灌注支路，进入离体器官动脉。
29.进一步地，在步骤五中，灌注主管路上的气泡传感器检测到灌注液中存在气泡，停止灌注模式，灌注液经循环支路、循环管路排出，直到气泡传感器不再检测到气泡，重新开始灌注模式。
30.进一步地，在步骤五中，当灌注支路上的流量传感器监测的流量与蠕动泵的泵入流量差异超过设定值，停止灌注模式，同时发出警告。
31.进一步地，在步骤五中，当灌注支路上的液路压力传感器监测的压力超过预定阈值，控制器控制蠕动泵减少流量供给。
32.进一步地，灌注参数包括压力、流量、温度和灌注时间。
33.与现有技术相比，本发明具备以下优点：
34.1、通过在靠近灌注液附近的冰盒上设置红外温度传感器，直接检测灌注液温度，确保温度适合的灌注液进入器官；同时在气泡捕捉器侧面设置半导体制冷元件，使温度超标的灌注液尽快冷却到设定温度范围，同样保证了灌注液的温度安全；
35.2、气泡捕捉器中设置隔板，能尽可能杜绝气泡进入灌注管路，保证了灌注安全；同时，整个灌注管路上只需要设置一个气泡传感器，减少了零部件；
36.3、在灌注管路上设有压力传感器和流量传感器，能实时监测灌注的稳定性，并及时发现设备故障；
37.4、具有物联网功能。
附图说明
38.图1为本发明第一实施例的灌注装置原理示意图；
39.图2为本发明第一实施例灌注装置的气泡捕捉器横截面透视图；
40.图3为本发明第二实施例的灌注装置原理示意图；
41.图4为本发明第二实施例的灌注装置的氧合器截面图；
42.图中，1-冰盒；2-泵；3、4、5-电磁阀；6-控制显示单元；8-1、8-2、8-3-主管路；9-半导体制冷元件；10-20μm过滤器；11-气泡捕捉器；12-循环管路；13-灌注主管路；14-灌注支路；15-循环支路；16-气泡传感器；17-压力传感器；18-流量传感器；19-氧合器；19-1-氧合器进气口、19-2-氧合器进液口、19-3-氧合器出液口、19-4-氧合器采样口、20-氧气瓶。
具体实施方式
43.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但是，下面描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其
他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.图1-3示出了低温机械灌注保存装置的一种实施方式，主要包括用于放置待移植器官的器官盒(未图示)、冰盒1、泵2、过滤器10、气泡捕捉器11、半导体制冷元件9、灌注回路、循环回路、传感器组件、电磁阀组件3、4、5、控制显示单元6，其中传感器组件包括气泡传感器16、压力传感器17、流量传感器18、温度传感器(未图示)。整个装置与外界环境隔热。
45.控制显示单元6包括外界指令输入模块、数据存储与分析模块、控制器和显示模块、警告单元和物联网模块。
46.外界指令输入模块可以提供电源开关、压力调整、灌注模式、循环模式等的输入。显示模块可以显示灌注参数(包括压力、流量、温度、灌注时间等)、器官信息、报警信息等。外界指令输入模块和显示模块可以集成在一个触摸显示屏上。
47.数据存储与分析模块将传感器的检测数值与预先设定的数值范围进行比较，并将比较结果反馈给控制器。控制器可以响应温度传感器检测数值的比较结果来选择灌注操作或循环操作、或控制半导体制冷元件的开启和停止；可以响应气泡传感器的数值来选择灌注操作或排气操作；可以基于流量传感器及泵的流量数值，在显示单元中提示漏液或泵异常；可以响应液路压力传感器的数值，控制泵的输出流量。
48.器官盒可以具有托架，器官布置于托架上，器官可以是人或动物的离体肾脏。器官盒和/或托架构造为允许灌注液浴形成在器官周围。器官盒构造为在运输、恢复、分析和存储期间提供不间断的无菌条件，同时与冰盒保持热传导。
49.器官盒被布置在具有凹部的冰盒1内，冰盒内可容纳诸如冰、冰水、盐水等的冷却介质，也可以采用其他任何合适的冷却介质，例如高分子相变凝胶材料。在使用中，器官布置在托架内，托架布置在器官盒内，器官盒布置在冰盒中，这样冰盒围绕在器官盒外周，使得器官盒温度维持在0-8℃低温环境中，冰盒为器官提供冷却而不直接接触器官。
50.冰盒1的侧面上方100mm位置开设有30mm的孔(未图示)，孔附近的外侧壁设置了一个红外温度传感器，可以通过孔直接检测处于冰盒内的器官盒内灌注液的温度，以提高温度传感器的实用性和准确性。检测温度记作t1，t1的温度范围是0-7℃，当t1低于0℃或高于7℃，装置不能进行灌注操作，只进行循环操作。
51.过滤器10用于过滤液路中的颗粒物，防止颗粒进入和堵塞装置的流通路径。颗粒物可以例如是由离体器官产生的脂肪颗粒或血液凝结物。过滤器可以是单个过滤器或多个孔径不同的过滤器的组合使用，此处采用外购来的1个20μm过滤器。
52.泵2可以是适合与器官的灌注结合的任何泵。合适的泵的示例可包括手动操作泵、离心泵和蠕动泵，此处采用外购来的75转速的直流电机蠕动泵。
53.气泡捕捉器11优选地分离可能被夹带在灌注液流中的气泡，防止这些气泡继续向下游并且进入离体器官。气泡捕捉器还可以作为灌注液快速制冷的热交换单元。气泡捕捉器一般为下部呈正方体上部呈三角体的形状，包括允许在循环或灌注期间排气的循环出口。该循环出口可连接到灌注液流动路径。在启动循环模式后，循环出口连接的循环管路打开，以便清除空气或其它气体。一旦气体从灌注液路径中被清除，则可关闭循环出口。循环出口可通过控制和显示单元中的控制器控制电磁阀来实现关闭。
54.在本实施例中，气泡捕捉器的设计容量为300ml，气泡捕捉器a口为进液口，b口为灌注出口，气泡捕捉器的底部中间位置处竖直设有一个隔板，高度占气泡捕捉器总高度的
1/3-1/2。灌注液进入气泡捕捉器腔体左侧，水位到达隔板顶端后流入腔体右侧，由于隔板的设置，灌注液中的气泡沿着隔板向上运动汇集至腔体顶端，即循环出口c。在循环模式下，a口和c口为打开状态，b口为关闭状态，灌注液从a口进入，从c口流出，带走管路中的气泡。灌注模式下，c口为关闭状态，a口和b口为打开状态，灌注液从a口进入，从b口流出，气泡汇聚到c口，装置每隔10分钟从灌注模式切换到循环模式，c口打开，气泡随灌注液从c口排出。位于气泡捕捉器的下游灌注管路周围还设有气泡传感器16，用于检测灌注液中是否还残留气泡。如果检测到气泡的存在，则停止灌注模式并切换到排气模式。气泡传感器可采用超声波气泡传感器，超声波气泡传感器可不接触灌注液，因此无需清洁且易于更换。
55.气泡捕捉器内设有温度传感器，位于窄边侧面(未图示)，检测气泡捕捉器中的灌注液温度，记作t2，t2的温度范围是0-8℃，当t2低于0℃或高于8℃，装置不能进行灌注操作。气泡捕捉器侧面装配一个半导体制冷元件9，可以是帕尔贴制冷片，半导体制冷元件可以改善当倒入器官盒中的灌注液温度高于8℃后的等待时间。当温度传感器感应到灌注液温度高于8℃且处于电源线供电模式时，设备提示进入循环模式，液体开始快速循环，同时控制器控制半导体制冷元件启动，制冷片贴着气泡捕捉器输出低温，使灌注液尽快降低到8℃以下。
56.灌注管路上设有流量传感器，用于检测流经管路的灌注液流量，流量传感器可以为超声波流量传感器。在管路中设置流量传感器，通过将流量传感器的检测数据与蠕动泵本身的流量数据相比较，能及时判断蠕动泵是否出现故障及灌注系统是否出现漏液情况，能改善仅依靠蠕动泵本身的流量数据导致因蠕动泵组件的变形、老化或故障引起的显示流量不准确问题，提高了灌注数据的准确性。
57.灌注管路上设有液路压力传感器17。液路压力传感器检测液路的实时压力并提供过压监测。在流经管路的灌注液压力超过预定阈值的情况，装置能自动停止和/或减小由泵提供的流量以防止损坏器官。
58.灌注回路包括蠕动泵2、主管路8-1、8-2和8-3、过滤器10、气泡捕捉器11、y型灌注管路，y型灌注管路包括灌注主管路13、灌注支路14和循环支路15，管路可以是合适的柔性流体导管。器官盒的灌注液入口通过主管路8-1与蠕动泵的一端连接，蠕动泵的另一端通过主管路8-2与过滤器10的液体进口连接，过滤器10的液体出口通过主管路8-3与气泡捕捉器11的液体入口连接，气泡捕捉器11的液体出口连接灌注主管路13、灌注支路14，灌注支路14的出液端伸入器官盒的灌注液液面下方，形成灌注回路。其中，灌注主管路13上设置有气泡传感器16，灌注支路14上设置有流量传感器18和液路压力传感器17，循环支路15与循环管路12连通。离体器官浸泡于器官盒内的低温灌注液中，装置中的蠕动泵能提供动力使低温灌注液从器官动脉进入、静脉流出并形成循环，实现离体器官的低温机械连续灌注。
59.循环回路包括蠕动泵2、主管路8-1、8-2和8-3、过滤器10、气泡捕捉器11和循环管路12。器官盒的灌注液入口通过主管路8-1与蠕动泵2的一端连接，蠕动泵的另一端通过主管路8-2与过滤器10的液体进口连接，过滤器10的液体出口通过主管路8-3与气泡捕捉器11的液体入口连接，气泡捕捉器11的液体出口连接循环管路12的一端，循环管路12的另一端伸入器官盒的灌注液液面下方，形成循环回路。循环管路12上设有接口(未图示)，循环支路15通过接口与循环管路12连通。
60.1.循环模式
61.在循环模式下，控制器控制电磁阀3打开，电磁阀4和5关闭。蠕动泵2运转，使灌注液依次流经循环主管路8-1和8-2、过滤器10、主管路8-3、气泡捕捉器11和循环管路12，排除气泡。
62.2.灌注模式
63.在灌注模式下，控制器控制电磁阀5打开，电磁阀3和4关闭，蠕动泵2运转，使灌注液依次流经主管路8-1和8-2、过滤器10、主管路8-3、气泡捕捉器11、灌注主管路13和灌注支路14。
64.其中，当灌注主管路13上的气泡传感器16检测到流经灌注主管路13的灌注液中存在气泡，则控制器控制电磁阀5关闭，电磁阀4打开，灌注液经循环支路15和循环管路12排出，开启排气模式，直到气泡传感器不再检测到气泡，控制器控制电磁阀5打开，电磁阀4关闭，重新开始灌注模式。
65.灌注支路14上的流量传感器18监测流经灌注支路14的灌注液的流量b，同时蠕动泵2本身可以监测管路泵入流量a，当流量b小于a一定值时，推断管路中段漏液或者蠕动泵出现异常，控制器控制停止灌注模式，同时设备发出警告。
66.灌注支路14上的液路压力传感器17监测流经灌注支路14的灌注液的压力，当压力超过预定阈值的情况，控制器控制蠕动泵减少流量供给。
67.以下介绍低温机械灌注保存装置的操作方法，包括以下步骤：
68.步骤一、安装灌注回路和循环回路，填装灌注液，启动开机；
69.步骤二、通过设备上的控制显示单元设置压力、流量、温度和灌注时间等灌注参数，启动循环模式，蠕动泵运转，使灌注液在主管路、过滤器、气泡捕捉器和循环管路中循环；
70.步骤三、循环模式结束后，使用t型连接套管将离体器官连接至器官盒中，t型连接套管的其中两端分别连接器官动脉和灌注支路，打开连接套管未连接末端盖帽，启动排气模式，蠕动泵运转，使灌注液通过主管路、过滤器、气泡捕捉器、灌注主管路和灌注支路，并从连接套管未连接末端流出，排出灌注管路的气泡；
71.步骤四、排气模式结束后，盖上连接套管未连接末端的盖帽，检测液路的密闭性；
72.步骤五、启动灌注模式，蠕动泵运转，使灌注液通过主管路、过滤器、气泡捕捉器、灌注主管路和灌注支路，进入离体器官动脉；当灌注主管路上的气泡传感器检测到灌注液中存在气泡，停止灌注模式，灌注液经循环支路排出，直到气泡传感器不再检测到气泡，重新开始灌注模式；当灌注支路上的流量传感器监测的流量与蠕动泵的泵入流量差异超过设定的区间，停止灌注模式，同时发出警告；当灌注支路上的液路压力传感器监测的压力超过预定阈值，控制器控制蠕动泵减少流量供给。
73.图4示出了低温机械灌注保存装置的另一种实施方式，与第一种实施方式的区别在于，在流路中增加了氧合器19，氧合器设置于过滤器和气泡捕捉器之间。氧合器19上具有氧气进气口19-1、灌注液进液口19-2、灌注液出液口19-3和采样口19-4。氧气源可以是医院高压氧气、大型氧气瓶或者定制小型氧气瓶，此处采用氧气瓶20，同时配置一个气体流量计，精准控制氧气流量。
74.氧气通过氧合器的进气口19-1进入灌注液中，提高灌注液的氧含量。可以定期从采样口19-4中采出灌注液并检测其中的氧含量，当氧含量过低，则控制器控制气体流量计
提高氧气流量。