对相关申请的引用
本申请要求2008年1月31日提交的美国临时申请no.61/024,976、2008年4月8日提交的美国非临时专利申请no.12/099687、2008年4月8日提交的美国非临时专利申请no.12/099715、2008年4月8日提交的美国非临时专利申请no.12/099717、2008年4月8日提交的美国非临时专利申请no.12/099725、2008年4月8日提交的美国非临时专利申请no.12/099,728的优先权和权益，其全部内容在此引为参考。
总的来说，本发明涉及用于离体器官护理的系统、方法和装置。更具体来说，本发明在各种不同的实施方案中涉及了便携式装置，用于在生理或接近生理条件下护理、评估离体肺或一对肺，并向其施加治疗性措施。
背景技术：
当前的器官保存技术典型地包括将器官低温储存在冰上的化学保藏溶液中。这些技术利用了各种不同的溶液，其中没有任何一种足以保护器官免于局部缺血造成的损伤。当打算将器官从供体移植到受体时，这种损伤是特别不希望有的。
离体器官的有效生理保存，与常规方法相比将提供重要的好处。例如，生理离体保存将允许对收获的器官进行更仔细的监控、功能测试、评估和治疗。这将反过来允许更早检测并可能修复收获的器官中的缺陷，进一步降低移植后器官失效的可能性。执行和评估对器官的简单修复的能力，也将允许保留许多具有较小缺陷的器官，而当前的移植技术需要将它们丢弃。这在收获肺时是极其重要的，因为即使在收获前在供体体内时，肺也容易损害。
此外，可以获得器官与特定受体之间的更有效的匹配，进一步降低最终器官排斥的可能性。当前的移植技术主要依赖于匹配供体和受体的血型，它本身是器官是否将被受体排斥的相对不可靠的指标。用于器官相容性的更优选的测试是人类白细胞抗原(hla)匹配测试，但是当前的冷缺血性器官保存方法预先排除了这种测试的使用，该测试通常可能需要12个小时或以上的时间才能完成。
使用常规方法时，由局部缺血造成的损伤随着器官离体维持的时间产度而增加。例如，肺在变得不可用于移植之前典型地可以离体保存仅仅约6到约8小时。心脏在变得不可用于移植之前典型地可以离体保存仅仅约4到约6小时。这些相对短的时间长度限制了能够从给定供体位点到达的受体的数量，从而限制了收获的器官的受体库。然而，即使在时限内，器官也可能严重受损。重要的问题是损伤可能不具有任何可观察到的迹象。因此，不理想的器官可能被移植，导致移植后器官功能障碍或其他损伤。因此，需要开发能够延长器官可以在健康状态下离体保存的时间的技术。这样的技术将降低移植后器官失效的风险，并扩大潜在的供体和受体库。
延长时间并且可靠的离体器官护理在器官移植范围之外也将提供益处。例如，典型情况下，患者的身体作为整体与许多具体器官相比，能够耐受的化学、生物和放射疗法的水平低得多。离体器官护理系统将允许将器官从体内取出并分离状态下处理，降低了身体其他部分受损的风险。
综上所述，用于离体护理器官的改进的系统、方法和装置是有需求的。
技术实现要素：
本发明在各种不同实施方案中，通过提供与便携式离体器官护理有关的改进的系统、方法、溶液和装置，致力于解决现有技术状态中的不足之处。
总的来说，一方面，本发明的特征是一种肺护理系统，所述系统包括：包含便携式底盘的便携式多用途模块，单用途一次性模块，包含：适用于将单用途一次性模块与多用途模块相偶联、用于与多用途模块进行电-机械互操作的接口；以及肺室组件，其具有用于允许灌注流体流入肺的第一个接口，用于允许肺用换气气体换气的第二个接口，以及用于允许灌注流体从肺流出的第三个接口，肺室组件包含用于携带灌注流体从肺流出的双重排液系统，双重排液系统包含用于引导一部分灌注流体流向灌注流体气体含量传感器的测量排液管，以及用于接受剩余部分灌注流体流的主排液管。在一个实施方案中，肺护理系统包括用于将灌注流体从肺室组件排出的排液系统，排液系统包括测量导管和主排液导管，测量导管进一步将灌注流体流导向适用于测量灌注流体气体含量的传感器。
其他实施方案包括一种或多种下述特征。双重排液管包含用于接收灌注流体流的容器，来自容器的溢流流向主排液管。系统包含用于循环灌注流体的泵，用于使肺用具有预定组成的气体换气的换气系统。气体包含氧气、二氧化碳。便携式多用途模块包含肺控制台，用于为一次性模块提供至少一种电、气动和机械控制；肺控制台包括用于控制肺换气的换气控制器，并包括用于启动风箱引起气体流入肺的机械致动器。肺控制台气动控制系统控制一次性模块中与肺相连的换气气体回路中的一个或多个阀。气动控制系统控制至少一个用于切断肺与风箱之间的流动的风箱阀，用于使换气气体换气的泄压阀，以及用于将气体引入换气气体回路的翼阀。换气控制器选择氧合气体、脱氧合气体和维持气体之一作为用于对肺换气的气体。氧合气体是空气或含有25％到100％之间的氧气的气体。脱氧合气体由二氧化碳和氮气构成，维持气体由氧气、二氧化碳和氮气构成。在一个实施方案中，脱氧合气体是约6％二氧化碳和约94％氮气，维持气体是约12％氧气、约5.5％二氧化碳和约82.5％氮气。多用途模块包括灌注流体控制器，它可以控制灌注流体中的气体、例如氧气的含量水平。灌注流体控制器通过例如控制进入气体交换器的气体流来控制灌注流体气体成分，所述气体交换器在气体流与灌注流体之间交换气体。流入气体交换器的气体是从灌注流体去除氧气的脱氧合气体。多用途监测器包括用于显示肺箱系统的状态的监测器；状态包括与进入肺和流出肺的灌注流体的氧含量有关的信息。它也显示换气气体压和肺动脉压的实时追踪。
总的来说，另一方面，本发明的特征是一种肺护理模块，包含：单用途一次性模块，其包括适用于与多用途模块连接的接口，和肺室组件，其具有用于允许灌注流体流入肺的第一个接口和用于允许肺用换气气体换气的第二个接口；以及用于将灌注流体流从肺室组件排出的排液系统，排液系统包括测量导管和主排液导管，测量导管将灌注流体流进一步导向适用于测量灌注流体气体含量的传感器。
其他实施方案包括一种或多种下列特征。模块包括用于使肺用维持气体、评估气体和氧合气体例如空气中的一种换气的系统。系统可以被配置成引起肺重新呼吸一定体积的气体。换气系统使肺用具有约12％氧气、约5.5％二氧化碳和约82.5％氮气的组成的维持气体进行换气。肺通过使用机械致动风箱来进行换气。换气系统还包括用于导入维持气体流的翼阀和用于排出过量气体的泄压阀。通往肺的第二个接口包含气管套管，它具有用于插入气管的插入部分和用于与换气气体回路相连的接头部分。通往肺的第一个接口包括肺动脉套管，它包含用于插入肺动脉的插入部分和用于与灌注流体回路相连的接头部分。它还包含压力换能器接头，在接头部分的腔内靠近插入管处限定了一个开口，用于将压力换能器定位于灌注流体进入肺的入口点附近。压力换能器接头还提供了用于对压力换能器进行远处排气的通道。
总的来说，另一方面，本发明的特征是一种肺室组件，包含：具有底面和壁的外壳，底面包含至少一个外壳排液管；用于支撑肺的支撑面，支撑面限定了排液管和排液通道，通往用于将灌注流体排出肺的排液管；可开启盖，提供了与外壳的壁的可密封连接；用于允许灌注流体流入肺的第一个接口；用于允许对肺换气的第二个接口；以及用于允许灌注流体流离开肺的第三个接口。
其他实施方案包括一种或多种下列特征。外壳包括用于携带灌注流体流离开肺的排液系统，排液系统包含用于将一部分灌注流体流导向灌注流体气体含量传感器的测量排液管和用于接收剩余部分灌注流体流的主排液管。排液系统具有用于收集离开肺进入池的灌注流体流的区域，所述池为测量排液管进液，测量排液管的排液能力低于灌注流体流出肺的流速。从该区域溢流的灌注流体流流向主排液管。在某些实施方案中，排液系统还包含部分围绕测量排液管的壁，壁部分阻断了灌注流体从测量排液管流向主排液管，壁促进了在测量排液管上方形成灌注流体的池。肺室的外壳限定了开口，为肺动脉套管、肺动脉压力换能器导管和气管套管通过外壳提供了密封通道。在某些实施方案中，灌注流体通过暴露的左心房袖流出肺并流入排液系统。在其他实施方案中，流出肺的灌注流体经密封连接通往左心房套管，所述左心房套管与携带灌注流体离开肺的导管相连。一部分灌注流体流经过氧含量传感器，剩余部分流往储液器。
总的来说，另一方面，本发明的特征是一种用于评估肺的方法，包括：将肺安置在离体灌注回路中；使灌注流体循环经过肺，流体通过肺动脉接口进入肺并通过左心房接口离开肺；通过使换气气体流经气管接口，对肺进行换气；使灌注流体脱氧合，直到在灌注流体中达到预定的第一个氧含量值；通过用氧合气体对肺换气使灌注流体重新氧合，直到在灌注流体中达到预定的第二个氧含量值；以及根据肺使灌注流体中的氧含量水平从第一个氧含量值变化到第二个氧含量值所花费的时间，来确定肺的状况。
其他实施方案包括一种或多种下列特征。通过用包含二氧化碳和氮气、例如约5.5％二氧化碳和约94.5％氮气的换气气体对肺换气，使灌注流体脱氧合。通过使灌注流体循环经过气体交换装置对灌注流体进行脱氧合，气体交换装置与包含二氧化碳和氮气的换气气体流体连通，气体交换装置通过换气气体与灌注流体之间的气体交换来改变灌注流体中氧气的组成。预定的第一个氧含量值对应于约73％的血红细胞饱和度。氧合气体是空气或含有约25％到约100％之间的氧气的空气。预定的第二个氧含量值对应于约93％的血红细胞饱和度。灌注流体以约每分钟1.5升的速度流动，被加热器加温到接近生理的温度水平。灌注流体由全血或血液制品、例如部分去除白细胞或部分去除血小板的血液构成。在灌注期间，各种不同的治疗药物经灌注流体、或通过气管接口使用喷雾器或支气管镜投送到肺。灌注流体中的氧气水平使用测定流体中的血红细胞饱和度的脉冲式氧含量计来测量。
总的来说，另一方面，本发明的特征是一种离体保存肺的方法，包括：使灌注流体循环经过肺，流体通过肺动脉接口进入肺并通过左心房接口离开肺；通过气管接口，通过使系留体积的换气气体在肺与可变体积的室之间来回流动，对肺进行换气；以及向系留气体体积中引入附加体积的换气气体并从系留体积中排出过量的换气气体，来维持换气气体的预定组成并维持系留气体体积的最小气体压力。
其他实施方案包括一种或多种下列特征。换气气体包括氧气、二氧化碳和惰性气体例如氮气的组合物。灌注流体达到对应于换气气体的预定组成的平衡水平。换气气体的预定组成包含约5-20％的氧气和约2-10％的二氧化碳。灌注流体的气体含量达到平衡水平，平衡水平具有约88％-98％的血红蛋白饱和水平。
换气气体的预定组成包含约12％氧气和约5.5％二氧化碳。进入肺的灌注流体的血红蛋白饱和水平达到约90-95％的平衡水平，离开肺的灌注流体的血红蛋白饱和水平达到约90-95％的平衡水平。进入肺的灌注流体的氧含量低于生理水平，离开肺的灌注流体的氧含量高于生理水平。在某些实施方案中使用了下面的参数：换气气体的添加流是每分钟约400-600ml；系留体积是约400-1200ml；系留体积的最小气体压力是约4-8cm水柱；换气气体的最大压力是约12-22cm水柱。过量的换气气体通过与系留体积相通的泄压阀排出。可变体积室是风箱；对风箱加压导致换气气体流入肺。肺动脉接口包含肺动脉套管，肺动脉套管的一部分插入到肺的肺动脉中。灌注流体通过肺的暴露的左心房袖、或通过左心房袖与左心房套管之间的密封或半密封连接流出肺。气管接口包括气管套管，气管套管的一部分插入到肺的气管中。方法包括测量流入肺的灌注流体中的第一个氧含量水平和流出肺的灌注流体中的第二个氧含量水平。氧测量包括测量灌注流体中至少一个血红蛋白氧饱和度水平，以及流入肺和流出肺的灌注流体中的氧气分压。灌注流体包括血液制品，可以向肺投送治疗药物。肺中换气气体与灌注流体之间的气体交换，导致灌注流体中一种或多种气体例如氧气和二氧化碳的水平达到平衡值。当用平衡水平的气体维持时，肺可以保存约3-24小时的时间。
附图说明
下面的图描述了本发明的说明性实施方案，其中类似的参考编码指称类似的元件。这些描述的实施方案可能不是按比例绘制，并应该被理解为是对本发明的说明而不是限制。
图1a-1b是所述便携式器官护理系统的实施方案的示意图。图1b显示了肺灌注模块与气体相关的部件。
图2是所述实施方案的肺灌注回路的示意图。
图3是根据所述实施方案，在维持模式下器官护理系统的气体环路的示意图。
图4是根据所述实施方案，在评估模式下器官护理系统的气体环路的示意图。
图5a-5b是根据所述实施方案的肺通气器气动回路的示意图。
图6是根据所述实施方案，显示了在整个呼吸周期中肺内典型压力波形的图。
图7a-7e显示了根据所述实施方案的气管套管的例子。
图8a-8f显示了根据所述实施方案的肺动脉套管的例子。
图9a-9f显示了图8a-8f中说明的肺动脉套管的侧视图。
图10是左心房套管的图解。
图11是根据所述实施方案，在维持模式下器官护理系统监测器的屏幕抓图。
图12是根据所述实施方案，在维持模式下器官护理系统监测器的屏幕抓图，显示了配置菜单的维护表单。
图13是根据所述实施方案，在连续评估模式下器官护理系统监测器的屏幕抓图。
图14是根据所述实施方案，在顺序评估模式的脱氧合子方式下器官护理系统监测器的屏幕抓图。
图15是根据所述实施方案器官护理系统监测器的屏幕抓图，显示了用于顺序评估子方式设置的配置菜单。
图16是根据所述实施方案，在顺序评估模式的约束子方式下器官护理系统监测器的屏幕抓图。
图17是根据所述实施方案，在顺序评估模式的氧合子方式下器官护理系统监测器的屏幕抓图。
图18是根据所述实施方案器官护理系统监测器的屏幕抓图，显示了用于评估表单的配置菜单。
图19是根据所述实施方案器官护理系统监测器的屏幕抓图，显示了用于通气器设置的配置菜单。
图20是根据所述实施方案器官护理系统监测器的屏幕抓图，显示了用于肺表单的配置菜单。
图21是根据所述实施方案器官护理系统监测器的屏幕抓图，显示了用于系统表单的配置菜单。
图22是根据所述实施方案的器官护理系统的图解，从距离前视图45度绘制。
图23是根据所述实施方案的器官护理系统的侧视图。
图24是根据所述实施方案的器官护理系统的前视图。
图25是根据所述实施方案的器官护理系统的图解，其中侧面板被除去。
图26是根据所述实施方案的器官护理系统的图解，其中肺灌注模块被除去。
图27是根据所述实施方案的肺灌注模块的图解。
图28是根据所述实施方案的肺室的部件分解图。
图29是根据所述实施方案的肺室的肺支撑面、外壳和前盖的图解。
图30是根据所述实施方案的肺室的肺支撑面、外壳和前盖的图解，显示了气管套管和pa套管。
图31是流程图，显示了根据所述实施方案，在将肺放置到器官护理系统中之前，在肺供体位点进行的步骤。
图32是流程图，显示了根据所述实施方案，在将肺从供体位点运输到受体位点的过程中进行的步骤。
图33是流程图，显示了根据所述实施方案，在肺受体位点进行的从器官护理系统取出肺并将它们移植到受体中的步骤。
图34是流程图，显示了在离体肺的连续评估过程中进行的步骤。
图35是流程图，显示了在离体肺的顺序评估过程中进行的步骤。
详细描述
正如在简述中所述，总的来说，所述实施方案提供了特别是在便携式离体环境中进行肺离体护理的改进的方法。器官护理系统通过使灌注流体循环通过肺的血管系统，同时使肺重新呼吸具有空气的约一半氧气的特制气体，将肺维持在平衡状态。灌注流体经插入到肺动脉(pa)中的套管进入pa进行循环。在流过肺后，灌注流体从开放的、未插管的左心房(la)流出肺，排液到储液器中。泵将流体从储液器抽出，使其流过加热器和气体交换器，并返回到插有套管的pa中。在所述实施方案中，灌注流体源自于供体血液。在可替选实施方案中，灌注流体是基于血液制品的、基于合成的血液代用品的、血液制品和血液代用品的混合物或源自于来自血库的血液。
所述实施方案能够使肺离体维持较长时间，例如3-24小时或以上。这种较长的离体维持时间扩大了供体肺的潜在受体库，使供体与受体之间的地理距离变得不那么重要。较长的离体维持时间也提供了在供体器官与器官受体之间进行更好的遗传和hla匹配所需的时间，增加了有利结果的可能性。将器官维持在接近生理的功能条件下的能力，也使临床医生能够离体评估器官的功能，并鉴定受损的器官。这在肺的情况下是特别有价值的，因为作为供体死亡原因的直接或间接的结果，肺经常受损。因此，即使是新收获的肺也可能是有损伤的。对收获的器官进行迅速评估的能力，能够使外科医生确定肺的质量，如果存在损伤，可以确定问题的性质。然后外科医生对是丢弃肺还是对肺实施治疗做出决定。治疗可以包括复原方法、移除或分拣出肺受损区域、吸取分泌物、烧灼出血血管和给予放射治疗。在从收获到移植的几个阶段对肺评估以及如果需要的话提供治疗的能力，极大提高了肺移植成功的总体可能性。在某些情况下，改进的评估能力和较长的维持时间，能够使医学操作人员对具有较少缺陷的供体器官进行物理修复。增加的离体器官维持时间也能够使器官从患者取出、在离体孤立状态下治疗、然后放回到患者体内。这样的治疗可以包括但不限于药物治疗、气体疗法、外科手术治疗、化学、生物、基因和/或放射治疗。
下面将按照下述次序描述肺护理系统。首先，给出了说明性器官护理系统的部件的概述。其次，讨论系统的说明性操作，从准备肺和将其安放在系统中开始。第三，描述了用于维持肺的系统的使用。然后在第四和第五部分中描述评估肺的两种方法——连续评估模式和顺序评估模式。第六，描述了肺通气器气动回路的功能。第七，显示了肺维持和评估过程中示例性的器官护理系统用户界面和系统显示。第八，描述了器官护理系统和所选部件的说明性实施方案。在第九部分中，描述了使用器官护理系统的说明性模型。
器官护理系统的概述
图1是框图，显示了适用于保存和治疗肺的器官护理系统(ocs)1000的主要部件。器官护理系统包括永久性的多用途非一次性部分-ocs肺控制台101，以及单用途一次性部分-肺灌注模块400，后者与身体肺直接接触，以及通过肺的气体和流体。多用途ocs肺控制台101包括四个部件：ocs控制台100，肺控制台模块200，ocs监测器300，以及用于测量液流(114)和灌注流体氧气和血细胞比容水平的探头(116，118)。在所述实施方案中，ocs1000是自给的、可移动的便携式单元，可以容易地由一个人使用轮子在平表面上运输操纵，或者例如当装入交通工具时由两个人抬起。当装载有器官和灌注流体时，ocs1000重量约为70-100磅，优选为约80磅。
ocs控制台100为系统提供了操作、温度和电力控制服务。在制造过程中，ocs控制台100被改造成适合与ocs肺控制台模块200一起使用。可替选地，ocs控制台100可以改造成适合与适用于保存肺之外的其他器官例如心脏、肝脏或肾脏的模块一起使用。ocs控制台100包括主处理器102，它在所述实施方案中是freescalemx1，用于提供系统控制和处理数据。主处理器102将软件分配到系统中的其他处理器，包括肺控制台模块控制器202、加热器控制器104、ocs监测器处理器302和泵控制器(未显示)。它也管理数据，例如从液流传感器114、压力传感器115和氧传感器116、118接收的数据。
加热器控制器104在所述实施方案中是pic微控制器，控制灌注流体的加热。压力换能器223测量罐221中内部维持气体的压力，以便可以测定残余气体的量。调节器222将气体罐压力转换到25mmhg，以用于系统中。内部维持气体罐221含有混合物，它被设计成在下面描述的维持模式过程中，提供足以维持肺组织的氧气。在所述实施方案中，维持气体由12％氧气、5.5％二氧化碳和82.5％氮气构成。在某些实施方案中，ocs控制台100还包含在肺评估过程中使用的内部脱氧合气体罐、调节器和压力换能器(未显示)。评估模式在后面的部分中描述。
对于肺的保存来说特异性的(与其他器官相反的)功能由肺控制台模块200控制。肺控制台模块200通过数据、电力和气体接头与ocs控制台100相连。数据接头将ocs控制台100上的主处理器与肺控制台模块控制器202相连，这在所述实施方案中在pic微控制器上执行。电力接头将ocs控制台的电力控制模块106与电力转换器218相连，后者反过来以适合的电压向肺控制台模块200中的电动部件供电。气体接头从维持气体调节器222通向气体选择开关216，后者选择流入肺的是维持气体还是脱氧合气体。在所述实施方案中，脱氧合气体罐501位于ocs100外部，维持气体罐221位于ocs控制台100内部。在可替选实施方案中，ocs控制台100也包含内部脱氧合气体罐。在另一个可替选实施方案中，附加的外部维持气体罐221为ocs控制台内部的维持气体罐补充气体。外部气体罐可以在供体位点、受体位点供给，或者可以在运输肺的交通工具中填充。因为外部罐不需要容纳在ocs肺控制台101的受限体积中，因此它们可以更大，可以为ocs1000的较小的内部气体罐的有限气体储备补充气体。
控制器202通过控制阀、气体选择开关216和通气器214，管理维持和评估气体的释放，从而在维持模式中执行肺的保存，或在一种评估模式下评估肺。血液气体电磁阀204控制流入血液气体交换器402的气体量。气道压力传感器206对肺404的气道中的压力取样，所述气道压力传感器206通过隔离膜408检测。泄压阀致动器207是气动控制的，控制泄压阀412。气动控制由孔口节流器的充气或放气以阻断或开放被控制的空气通路来进行。这种控制方法允许在肺控制台模块200中的控制系统与肺灌注模块400中的换气气体环路之间的完全隔离。气动控制208控制泄压阀207和风箱阀致动器210。肺控制台模块200的气动控制电路在下面详细描述。翼阀212控制气体投送到肺404的气道。通气器214是具有引起风箱418收缩和扩张的致动器臂的机械装置，导致气体吸入和呼出肺404。
ocs监测器300通过按钮为用户提供了对ocs1000的控制，并显示来自系统传感器的、表明肺和ocs1000中各种不同子系统的状态的数据。监测器300是通用的，即它可用于任何器官。它包括监测器处理器302，用于运行控制监测器300的软件并将数据显示在lcd304上。在所述实施方案中，监测器处理器302是freescalemx1。各种不同的屏幕显示器的实例在下文涉及ocs1000的使用方式时描述。ocs监测器300包括4个用户控制按钮：菜单按钮306调出配置菜单；警报按钮308消除扬声器声音；泵按钮310控制循环泵；动作按钮312为某些器官特异性动作例如通气器控制、或系统动作例如向外部记忆卡存储对话文件提供访问。也可以包括其他控制装置，例如控制阀或选择项目的旋钮。
ocs肺控制台101包括探头，用于测量循环灌注介质250、在本文中也称为灌注流体和灌注液的特性。流动探头114测量灌注流体250通过系统的流动速度。在所述实施方案中，流动探头114放置在灌注液管线中，其头部朝向肺动脉。压力传感器115测量灌注流体250进入肺位点处的肺动脉压力。两个氧饱和度传感器116和118探测在回路的动脉、即氧合一侧和回路的静脉、即脱氧合一侧中灌注流体250中的氧气量。
肺灌注模块400与流过肺404的气体和流体回路直接接触。因此，必需将它与ocs1000的其余部分隔离开，以便与器官发生接触的组织或流体永远不会与ocs肺控制台101发生接触。通过将它与ocs肺控制台101只经过单向气体管线、或经过用于气动控制的隔离的控制气体、或通过机械致动器(用于风箱)连接，实现了这一点。整个肺灌注模块400、包括整个系统所有与组织和血液接触的表面，是一次性使用的，在每个新的肺放置到ocs1000中时更换。所有与组织和血液接触的表面是一次性使用的肺灌注模块400的一部分，使用廉价的可以容易地灭菌的生物相容材料从注模部件制造。肺灌注模块400的形状和尺寸适合与ocs控制台100偶联。肺灌注模块与ocs控制台之间的偶联可以包括互锁机械装置，或将灌注模块紧固到ocs控制台上或将灌注模块相对于ocs控制台维持在所需位置上的其他机械装置。在所述实施方案中，肺灌注模块使用机械铰链和扣钩装置容易地连接到ocs控制台100上或从其上拆下，正如在下面涉及图22时描述的。它也通过插入式电和光学接头相连。
肺灌注模块400包括由通气器214驱动的风箱418。通气器214使用机械致动器臂压缩和释放风箱418。压缩风箱导致气体被肺404吸入；释放风箱使其膨胀并允许气体被肺呼出。机械致动器在压缩风箱418中移动的距离决定了潮气量，即肺404吸入的气体体积。流入和流出肺的气体经过气体过滤器410，它防止肺产生的任何流体进入气体环路。
为了确保肺灌注模块400换气环路中气体的隔离，肺灌注模块400与ocs肺控制台101之间所有的肺气体接头都包含防止气体流回到ocs肺模块101中的膜。气动控制的气体接头不需要隔离膜，例如来自泄压阀致动器207和风箱阀致动器的气体接头不需要隔离膜，因为该气体不与器官相接触。只允许流入肺灌注模块的单向气体流动阀自动与换气环路中的气体隔离；这样的阀包括翼阀212和血液气体电磁阀204。气道压力传感器206通过隔离膜408对气体管线压力取样，该隔离膜防止了任何向ocs肺控制台101返回的气体的交换。
灌注模块400包括血液气体交换器402，它包括能够使气体灌入灌注液流的灌注液/气体交换膜。灌注液通过肺404与气体交换器402之间的回路406和407循环。器官室支撑肺404，并以便于准确测量动脉氧含量水平的方式将灌注液从左心房传输出肺。灌注回路和器官室的详细描述在下文提供。
灌注模块400还包括泄压阀412，它为待呼出到外部的气体提供受控释放，用于降低通气器气体环路内的气体压力。风箱阀414控制气体流入或流出肺。止回阀416是单向阀，允许外部空气被抽入到换气系统中。风箱418膨胀和收缩；当通气器系统在重新呼吸方式下使用时，风箱在膨胀和收缩时与肺交换基本上固定体积的气体。
图2显示了肺灌注回路。回路完全容纳(housed)在肺灌注模块中，其所有部件都是一次性的。灌注流体250在灌注回路中循环，在通过肺404的血管系统之前经过肺灌注模块的各种不同部件。泵226使灌注流体250绕着肺灌注回路流动。它从储液器224接收灌注流体250，并将溶液泵送通过弹性变形室(compliancechamber)228至加热器230。弹性变形室228是管路的挠性部分，用于减轻泵226的脉动性质。加热器230恢复灌注流体250在流体循环过程中损失到环境中的热。在所述实施方案中，加热器将灌注流体250维持在30-37℃的生理温度或其附近，优选在约34℃。在经过加热器230后，灌注流体250流入气体交换器402。与肺相似，气体交换器402能够通过可透气体的中空纤维膜在气体与灌注流体250之间交换气体。但是，气体交换器具有约1平方米的有效气体交换表面积，仅仅是50-100平方米的肺有效交换面积的一部分。因此，气体交换器402与肺相比仅具有有限的气体交换能力。血液气体电磁阀204调节进入气体交换器402的气体的供应量。供应给气体交换器的气体的组成由ocs所处方式所决定，将在下文详细描述。例如，当ocs1000处于顺序评估模式时，在顺序评估循环的脱氧合阶段中向气体交换器供应脱氧合气体500。在通过气体交换器402后，灌注流体250经过流速探头114、压力探头115和灌注液氧气探头116。我们将来自氧气探头116的读数称为svo2，因为它度量了灌注流体250在即将进入肺前其中的氧气，这与静脉血氧气类似。取样/注射端口236便于在灌注流体250即将到达肺前取出样品或注入化学物质。然后灌注溶液通过插有套管的肺动脉232进入肺404。
肺动脉(pa)套管将灌注回路与肺404的血管系统相连。图8a-8f中显示了几种肺动脉(pa)套管的示例性实施方案。参考图8a，单个pa套管802具有用于插入到单个pa中的单个插入管804，用于在pa分支到两个肺之前的位点处为pa插入套管。为了将套管连到肺动脉上，将插入管804插入pa中，并使用缝线将pa紧固在管上。套管802的插入管804与接头部分805相连，用于将插入管804定位在适合于无应力连接到肺404的肺动脉上的角度和位置。接头部分805连接到主管部分808，后者与灌注流体回路相连。图9a是pa套管802的侧视图，显示了插入管804与接头部分805之间的角度；在所述实施方案中，角度在约15°到30°之间，优选为约22.5°。
参考8b-8f，双重pa套管810、820、830、840和850各具有两个插入管812、814、822、824、832、834、842、844和852、854，每对管分别在套管810、820、830、840和850中与套管的主轴成30、45、60、75和90°角。每个管在肋状物处直径为约0.5到0.72英寸，在插入管体上直径为约0.4到0.62英寸。不同的角度为外科医生提供了对套管的选择，以最好地适应供体肺的解剖学。参考图8b，一对插入管812和814以y形构型与接头部分815相连。正如在图9b中最清楚显示的，接头部分815相对于主管818成一定角度；角度被选择为便于插入管812和814插入到肺404的肺动脉中。在所述实施方案中，角度在15到30°之间，优选为约22.5°。参考图9c-9f，在接头部分825、835、845、855与它们相应的主管828、838、848和858之间，显示了类似的15到30°之间、优选为约22.5°的角。具有带有以各种不同预定角度分开的分支末端的pa套管的可替选方案，是可以弯曲以适应供体肺血管的角度的可延展性pa套管。
现在描述制造pa套管的材料。在单一pa套管802的说明性实施方案中，插入部分804具有聚碳酸酯尖头，接头部分805和主管部分808由氨酯(urethane)管线制成。在可替选实施方案中，插入管804、接头部分805和主管部分808都由硬度在50shorea到90shorea之间的有机硅、优选硬度为80shorea的有机硅的单块有机硅制成。同样地，对于双重pa套管来说，双重pa套管810、820、830、840和850各自的主管818、828、838、848、858和接头部分815、825、835、845、855可以由氨酯制成，插入管812、814、822、824、832、834、842、844、852和854可以由聚碳酸酯制成。在可替选实施方案中，整个双重管pa套管，即双重插入管、接头部分和主管，都由单块80shorea的有机硅(silicone)制成。有机硅构造的优点在于它软得足以为肺血管用缝线系紧在套管接头上提供良好的支点和紧固。此外，有机硅在与肺pa连接时可以容易地切成所需长度。此外，有机硅允许整个套管制成单块，因为它能够模制成复杂形状。套管的整合构造消除了分离的套管部件之间的过渡，这种过渡可能在灌注流体250中产生不想要的湍流、引入杂质或在分离部件之间的结合处引起渗漏。此外，整合构造只需要模制单个零件，这降低了成本并增加了套管的可靠性。
每个pa套管的接头部分也包括用于连接灌注液压力传感器115的接头。再次参考图8a-8f和9a-9f，pa套管802、810、820、830、840和850分别包括压力换能器接头806、816、826、836、846和856。接头用于允许将灌注液压力传感器放置在正确位置，正好位于灌注液流减慢的肺入口位点处，压力读数不被bernoulli流动压力所扭曲。压力换能器接头也为压力传感器115的远程排气提供通道，帮助确保压力读数的准确性。
在通过肺后，灌注液从左心房流出肺，在将肺从供体外植期间左心房的一部分随着肺一起取出。因为左心房组织在将肺移植到受体的过程中用作连接区，因此重要的是尽可能保持它不被扰动并健康。因此，在所述实施方案中，左心房袖没有套管，允许循环的灌注液从开放的左心房和左心房袖排出。
在可替选实施方案中，左心房袖套有笼状套管1002，如图10中所示。在该实施方案中，所有la血管放置在套管内；然后将多余的la组织绕在套管周围。la套管1002的笼状结构1004被设计成保持左心房开放并且不阻塞任何肺静脉，从而帮助降低组织健康受损的风险。在套管内部，从肺静脉流出的灌注液收集在管1006中，并进料到灌注液储液器。接头1008提供了压力换能器的连接点，该压力换能器可以放置在套管1002内部，并测量灌注液压力。
使用“溢流杯”技术允许在新排出的流体与储液器中的其他灌注液进行混合之前对其取样，流出肺的灌注液收集在双重排液系统中。所有流出肺的液流被导向小杯，所述小杯给测量排液管供液。该排液能力受到使用小直径管的限制。灌注液离开肺的流速超过测量排液管的能力。过量的血液从该小杯溢流，被导向主排液管并进而导向池。测量排液管将没有气泡的新排出的灌注液流导向第二个氧气探头118，以获得被称为sao2的动脉氧气水平的准确读数。在通过第二个取样/注射端口234后，灌注溶液完成其循环并返回到储液器224。只有在其中左心房袖未插套管的配置中，双重排液系统才是需要的。但是，如果左心房袖插有套管，例如带有下面描述的笼状套管，双重排液系统则是不需要的，因为新排出的无气泡的灌注液实心液柱流出插套管的左心房袖。
在所述实施方案中，灌注流体250由供体血液添加肝素、胰岛素、维生素和抗生素构成。葡聚糖用于调整胶体渗透压、血细胞比容水平和ph。
下面的部分描述如何使用ocs1000保存和评估肺。仪器使用前部分描述了在将肺连接到ocs之前，准备ocs1000和肺的初始步骤。维持模式部分描述了如何使用ocs保存肺。评估模式部分描述了评估肺状况的两种方式——连续方式和顺序方式。
仪器使用前
在从供体取出肺后，将气管套管插入气管中，以在肺灌注模块400的气体回路与肺之间提供连接机构。图7a-7e显示了一组示例性气管套管。参考图7a，套管700包括气管插入部分704，使用缆线捆扎或通过其他机构将气管紧固在其上。在所述实施方案中，插入部分704长约0.8英寸。套管700的底层优选由聚碳酸酯或另外的硬质可注模生物相容塑料、例如丙烯酸类物、聚酯、k-树脂、尼龙、聚乙烯或聚丙烯构成。插入部分704上方的覆盖层优选由软质有机硅橡胶构成；用于覆盖层的可替选材料是其他软质生物相容的挤出或可模制材料，例如聚氨酯、热塑性弹性体和其他橡胶材料。气管连接部分704附近是挠性部分706，它优选由聚氨酯或上面列出的适用于插入部分覆盖层的其他生物相容材料之一构成。插入部分704及其覆盖层和挠性部分706是可注模的，有机硅覆盖层覆盖模制在底层部分上。在可替选实施方案中，有机硅覆盖层单独地模制或挤压和拉伸在底层上。
在插入到气管中的插入部分704的末端是肋状物703；肋状物帮助将插入部分704紧固在气管内的插入位置，并用围绕气管放置的缆线捆扎紧。在插入部分704的相反末端，其直径比插入部分704的底层部分直径大大约0.2英寸的第二个肋状物705，用作有机硅覆盖层的限位器和气管的限位器。肋状物705之后是长约0.5英寸的倒钩管接头，具有成一定角度的倒钩以固定直径0.5英寸的管。在通向肺ocs的肺室接头710的底部部件，具有第二个长约0.5英寸的倒钩管接头，具有成一定角度的倒钩以固定直径0.5英寸的管。
挠性部分706可以被夹住，以封闭进出肺404的空气流。例如，夹住区段706被用于在外植后和连接到ocs的气体回前维持肺404的静态膨胀。静态膨胀用于防止肺萎陷以及由此对肺泡的损伤。在静态(static)膨胀中，肺膨胀到约20厘米水柱的压力。然后在挠性区段706处夹住气管套管。
在挠性区段706离气管插入部分最远的末端附近，套管700包括锁紧螺母，用于将套管紧固到肺室。锁紧螺母708安置在套管的阶形部分上。在锁紧螺母708附近，有0.7英寸长的15mm接头710，用于将套管连接到标准通气器接头，所述标准通气器接头将肺与ocs的气体回路相连。气管套管被设计成适应于根据供体尺寸具有不同气管直径的供体肺。图7a显示了气管套管700，具有0.9英寸的插入部分尖头直径702。在图7b、7c、7d和7e中，显示了分别具有0.85、0.80、0.75和0.70英寸的插入部分724、744、764和784的插入部分尖头直径722、742、762、782的套管。为了适应于来自某些供体的肺，可能需要插入部分直径小于0.7英寸或大于0.9英寸的套管。
在接受肺之前，将ocs灌注回路用供体血液、打底灌注溶液和药物进行打底。然后将该灌注液循环并加温。在该阶段中，气体交换器402建立起对应于维持模式的血液气体。这通过设置气体选择器开关216以允许维持气体流入气体交换器，并通过占空系数调节气体交换器阀204以提供维持气体通过气体交换器的低平均流速，来实现。气体在气体交换器中的交换导致循环的灌注液与维持气体达到平衡，建立起所需的维持灌注液的o2和co2气体水平。灌注液的ph通过co2水平控制。这些预备性步骤确保当肺装备在ocs上时，灌注液已经达到维持气体水平，这有助于加速肺向维持模式的过渡。
维持模式
维持模式将肺置于安全稳定的条件下，以允许它们保存较长的一段时间。通过将肺置于与含有满足肺代谢要求的氧气和控制血液ph的二氧化碳的气体的平衡状态下，维持气体满足了肺细胞的需求。肺中的氧气消耗如此之低，使得每次呼吸可以基本上循环利用，极大地减少了新鲜气体的消耗体积。因为一般来说需要将捐赠的器官运输到受体所在的不同地点，减少支持肺所需的气体量并从而增加系统的便携性，是明显有益的。
当肺放置在器官室内时，气管套管与放置在暂停方式下的系统气体管线相连。在暂停方式下，风箱418处于完全扩展状态，即准备执行第一次肺吸气。取下气管套管上的夹子，使肺和气体管线中的压力平衡。然后开始吸气。
图3是维持模式中ocs的运行示意图。在维持模式中，通气器系统将系留体积的气体在肺与风箱之间来回移动，使肺重新呼吸气体。此外，少量维持气体220在每次呼吸期间通过阀212慢慢进入换气回路。过量的气体通过泄压阀从回路排出，以便防止压力逐渐增加并维持系统中的理想最低气体压力。在所述实施方案中，维持气体220由约9-15％氧气、优选约12％氧气、约4-7％二氧化碳、优选约5.5％二氧化碳，余量为氮气组成。
维持气体220的组成包括约为空气中一半量的氧气，维持灌注流体250中接近生理ph水平的量的二氧化碳。在维持模式中，在维持气体220与灌注气体水平之间实现平衡。在这种平衡中，在进入肺404的灌注流体250中的氧气水平即静脉水平pvo2与离开肺404的水平即动脉水平pao2之间，仅存在小的差异。维持气体220的组成被选择成获得与生理血液气体水平偏离尽可能小的灌注液氧气水平。太高的氧含量导致远高于生理水平的静脉氧气含量；相反，太低的氧含量导致远低于生理水平的动脉氧气水平。优选的维持气体组成是这些水平之间的折中，在灌注流体250中获得了大约在生理静脉与动脉水平之间的中点处的平衡动脉和静脉氧气水平。约12％的优选氧气成分也提供了超过服务于肺代谢需求的足够氧气。此外，12％氧气含量接近于呼吸空气的健康肺的肺泡中的氧气含量，这是因为由沿着进入肺的气道的气体交换导致气管中的氧气水平与肺泡中的水平之间存在梯度。在维持模式中，当重新呼吸维持气体时，这种梯度在肺404的情况下不存在，整个肺中的氧气水平约为12％。
开始时，当肺第一次与ocs气体管线连接时，气体环路充满空气，没有维持气体。因此，肺起初用空气换气。当维持气体逐渐流入，过量气体被释放时，气体环路中的气体组成很快改变到维持气体的组成。
在维持模式中，设置气体选择器阀216(图1)以选择维持气体罐221。在维持模式中，气体交换器阀204总是关闭，因为气体交换器402没有使用。风箱阀414总是打开的，以维持风箱与肺之间的气体交换。参考图3，被动止回阀416在吸入条件下允许空气进入回路，但是在维持模式过程中保持关闭，因为换气回路总是具有正压力。
在每个维持模式周期开始时，风箱418位于完全打开位置，肺处于其最小体积。在循环过程中，风箱418压缩，驱动气体进入肺。肺扩张以容纳该气体体积，导致压力升高。当已投送指定体积的气体时，在开始周期的呼气部分之前，风箱418暂停一段指定的平台期。在呼气过程中，风箱418返回其原始的完全扩展状态，肺放松。在由指定呼吸速率设定的间隔时间后，开始下一轮换气周期。在每个周期的吸气阶段中风箱418压缩的程度，由用户指定的潮气量决定，典型在400到1200ml之间。
图6显示了每个换气周期的典型呼吸压力波形650。在周期开始时，压力设定为呼气末正压(peep)值652，它约为5cm水柱。当风箱在周期的吸气部分654中压缩时，压力增加到峰值压力656，并在周期的平台部分658中保持在峰值压力。在所述实施方案中，峰值压力约为20cm水柱。在周期的呼气部分660中，压力降低，直到它在周期结束时达到所需peep水平。完整换气周期的持续时间662由用户选定的呼吸率设定，典型约为6秒。
在每个维持模式换气周期中还发生两个其他事件。在吸气阶段654期间，翼阀212暂时地打开，允许特定体积的已校准维持气体进入回路。晚些时候，在呼气阶段660结束时，泄压阀412暂时地打开，以将过量气体排出到外部空气中，直到达到所需peep。翼阀212和泄压阀412的打开在图6中分别用迹线664和666显示。
维持气体进入换气环路的平均流速由用户指定，典型为500ml/min。在每分钟10次呼吸的换气速率下，翼阀212每个周期允许50ml维持气体进入回路。当以典型的600ml的潮气量换气时，在每个周期中注入的维持气体量仅为潮气量的约10％，因此对任何给定的换气周期仅有少量影响。维持气体的流速通常设定在保持气体环路中的气体组成接近于维持气体水平所需的最低水平上，尽管肺的代谢倾向于降低氧气水平和增加co2水平。维持气体的注入也用于维持系统中的所需peep水平。从肺和呼吸设备泄露的气体量也影响注入的维持气体量。
因为肺的代谢活性低，它需要很少的氧气支持，并仅产生少量二氧化碳。因此肺自身的代谢对换气气体和灌注液气体的组成仅有少量影响。因为维持气体在每个换气周期过程中被注入气体管线，换气气体和灌注液气体的组成快速达到相同的组成，即维持气体的组成。一旦发生这种情况，肺就处于与维持气体平衡的状态下。在平衡状态下，灌注液氧气水平达到稳态值。sao2稳态水平在约93-95％的范围内，略低于生理水平。相应的稳态svo2水平在约90-91％的范围内，高于生理水平。因此，在维持模式中，跨过肺的灌注流体250中的饱和度水平之间的差异低于生理差异。较高的svo2部分是由于身体组织不存在脱氧合效应，这发生在生理情况下。较低的sao2水平部分由肺用仅具有空气的约一半氧含量的维持气体的换气引起。
在维持模式换气的改良中，系统缩短了风箱的压缩冲程以说明由翼阀212所贡献的气体体积，以便维持投送到肺的精确和恒定的潮气量。
评估模式–连续
图4是显示执行肺评估所涉及的各种不同部件的示意图。在连续方式评估中，系统通过将空气吸入肺并在灌注流体返回肺之前除去灌注液的氧气，来模拟身体过程。在体内，氧气的去除通过组织实现；在ocs中，它通过脱氧合气体流过气体交换器来实现。连续方式的评估通过测量肺能够使血液重新氧合的能力，来测试肺的气体交换能力。这种测量通过测量静脉和动脉血氧水平来进行。连续评估模式下肺性能的评分，将在下面进一步讨论。
图34是流程图，显示了执行肺连续评估所涉及的关键步骤。在步骤3402中，脱氧合气体流过气体交换器402。这通过使用气体选择器开关216，将其设定为选择脱氧合气体500，并通过打开气体交换器阀204以将气体交换器402与脱氧合气体供应源相连来实现。在所述实施方案中，脱氧合气体由4-7％co2，优选为6％co2，其余部分是氮气组成。在该方式下，翼阀212保持关闭。在步骤3404中，使用风箱418使肺用空气或另外的换气气体换气，风箱在每个周期的吸气阶段中将空气或其他换气气体的新鲜呼吸投送到肺。
图6显示了连续方式换气周期中的气体压力情况和阀设置。当周期开始时，风箱418处于完全打开位置，肺处于其最小体积，压力处于peep水平652。在吸气阶段654中，风箱阀414被打开668，风箱压缩，驱动气体进入肺。肺扩张以容纳气体，并伴有压力升高。当风箱418已投送指定量的气体，系统暂停一段用户指定的平台时间658(也称为停留时间)，然后开始周期的呼气阶段660。在呼气过程中，通过关闭风箱阀414、670封住风箱与肺之间的连接。在回路的肺一侧，将泄压阀412打开672以从肺排出气体，直到达到peep水平，这时泄压阀412关闭674。同时，风箱418扩张到完全伸展位置。这在风箱一侧产生了吸力，吸力通过被动止回阀416释放，被动止回阀416使外部空气填充风箱，为下一轮吸气周期做准备。下一轮换气周期开始的时间由用户指定的呼吸率决定。因此，风箱阀414和泄压阀412在每个周期过程中的协同驱动，导致肺用新鲜空气的连续换气。
在可替选实施方案中，在吸气阶段654结束时平台期658之前，风箱阀414关闭。这允许在吸气阶段后立即开始风箱扩张。
可以向止回阀416入口供应空气之外的气体。事实上，可以提供任何所需组成的气体。例如，气体可以从在医院中提供富氧的普通气体输送装置来提供。这样的装置可以标准的50％或100％氧气水平供应换气气体。
当脱氧合气体正流过气体交换器402并且肺正用空气换气时，灌注液循环通过肺和气体交换器，如图34的步骤3406中所示。当在连续方式下评估肺时，为了接近生理条件，希望向肺供应具有与身体相似的氧气水平的静脉灌注流体。气体交换器402具有有限的气体交换能力，并且在3-4l/min的生理血液流速下，当血液正循环经过肺并在那里连续地重新氧合时，它不能从血液中除去足够的氧气，以便将饱和度水平降低到对应于身体的水平。因此，为了使气体交换器402在静脉血中实现氧气的生理水平，将流速降低到约1.5l/min。在可替选实施方案中，使用介于1.5l/min与生理流速3-4l/min之间的流速，对于进入肺的静脉血来说具有相应较高的氧气水平。在所述实施方案中，在血液进入肺时的近似生理血液气体水平为一方面，与生理流速为另一方面之间，存在折衷。这种折衷可以通过增加系统的气体交换能力来减少或消除。在一种方法中，在肺灌注回路中使用串联或并联的多个气体交换器。在另一种方法中，通过给气体交换器装备较大的气体交换表面增加了它的气体交换能力。
典型情况下，在肺已保持在维持模式下之后直接进行连续方式评估。下面的可替选实施方案加速了从维持向连续方式评估的切换。最初，在维持模式下，风箱418含有全部体积的维持气体，它在正常情况下将在几个空气换气周期过程中被冲走。另一种方法是进行吹扫操作，用空气替换风箱418中的全部内含物。在吹扫过程中，风箱阀414打开，风箱418以缓慢速度完全压缩。在该压缩过程中。泄压阀412被主动控制以将压力维持在接近peep水平。在该压缩循环结束时，风箱阀414关闭，风箱418完全扩张，从止回阀416用新鲜空气填充其整个体积。可以进行一个或多个吹扫循环以彻底建立起新的气体组成。
一旦系统处于稳态，如图34步骤3408中所示，测量进入肺和离开肺的灌注液氧气水平值。也可以获取灌注液样品，以证实氧气水平并确定灌注流体的其他成分。在连续评估模式中，通过测定肺在每次呼吸中能够向灌注液转移多少氧气，用户评估了肺的气体交换能力。这种评估是基于进入肺和离开肺的灌注液中氧气水平的测量值(3410)。使用各种不同参数，例如与肺换气的气体中氧气的分数对评估进行校正。气体交换能力的标准度量是以毫米汞柱计的血液中氧气分压pao2与吸入氧气分数值fio2之间的比率。在正常的静息人体中，该比率是100/.21＝450。比率低于300表明肺受损，比率低于200表明急性呼吸窘迫综合征(ards)。但是，为了使这种度量在ocs中作为评估工具有效，需要几种归一化调整。一种关键的调整是对血液在进入肺之间的脱氧合水平pvo2。一般来说，由于气体交换器有限的脱氧合能力，pvo2水平在ocs中比在人体中更高。因此，对于给定的肺气体交换能力来说，预计在ocs的连续评估模式中的肺具有比体内更高的pao2。
肺气体交换能力的另一种度量是进入肺的血液的氧气水平pvo2与离开肺的血液的氧气水平pao2之间的差值。在正常人体中，pvo2水平约为40mmhg，pao2约为100mmhg，除去和进入氧气水平之间的差值为60mmhg。在ocs上，pvo2水平可以是60mmhg，健康肺可能达到115mmhg的pao2，pao2–pvo2值为55mmhg，接近于体内的相应值。
为了使测量的连续方式参数作为评估工具有效，需要几种归一化调整。这些调整是基于多种因素，例如换气参数、血细胞比容水平、血液流速、肺容积、海拔高度和温度。
顺序评估模式
顺序评估模式是评估肺气体交换能力的第二种方法。在该方式中，肺接受深度静脉灌注液氧气水平，对它们进行了与连续评估模式不同的能力测试。
顺序评估包括三个阶段：脱氧合，保持和重新氧合。脱氧合阶段从系统的所有灌注液中除去氧气。在保持阶段后，肺将灌注液池重新氧合。它们达到重新氧合的速度是它们的气体交换能力的指示。图35显示了执行肺顺序评估所包括的重要步骤。
脱氧合阶段3502、3504用于降低灌注流体250的氧含量。这通过使用气体交换器402和肺404二者来实现。为了使气体交换器402对血液脱氧合，通过将气体选择器阀216设定到选择脱氧合气体并打开气体交换器法204，将脱氧合气体500通入其中。尽管气体交换器靠其自身能够使血液脱氧合，但通过使用肺和通气器加速了这个过程。为了实现这一点，通气器被构造成作为循环换气器运行，如同在维持模式中(参见上文)，翼阀212将脱氧合气体500注入气体回路。在几个通气器循环内，气体回路中循环呼吸的气体符合脱氧合气体组成，即约6％co2和94％n2，肺对通过它们循环的灌注流体进行脱氧合。在效果上，肺被用作非常有效的气体交换器，帮助对灌注液池脱氧合。正如在图35步骤3504中所指出的，脱氧合阶段持续到灌注液氧气低于用户定义的阈值，这通常约为50-70％氧气，优选为约60％氧气。
在保持阶段3506中，通过关闭气体交换器阀204和翼阀212停止脱氧合过程，同时灌注液继续流过灌注回路。在该阶段过程中，允许灌注液池稳定到均匀的脱氧合水平。达到均匀所需要的时间可能取决于灌注液流速。在可替选实施方案中，监测动脉和静脉氧含量水平，保持阶段维持到水平随时间变得相等并恒定。在保持阶段期间，换气停止，或者可替选地，系统进行一次或多次吹扫循环(描述在上面的连续评估部分中)，为重新氧合阶段做准备。吹扫循环在这里发挥有用作用，因为气体回路中的气体正从脱氧合气体切换到空气，其极性相反，并且为了立即开始灌注流体的氧合，气体回路需要在一开始就充满空气。
在顺序评估模式的最后阶段中，通过用空气或另外的换气气体为肺换气(步骤3508)，对剥离氧气的灌注液池进行重新氧合。换气使用与上述用于连续评估相同的方法来进行，区别在于气体交换器阀204保持关闭。因此，在顺序评估模式的重新氧合阶段中，肺是灌注回路中唯一的气体交换源(步骤3510)。肺重新氧合灌注液池所花费的时间是肺气体交换能力的关键指标。测量到的重新氧合时间是灌注流体250从脱氧合状态达到由一个或两个脉冲式氧含量计探头116和118所测量(步骤3512)到的预定氧合水平所用的时间。在可替选实施方案中，从一个或多个取样端口234、236获取血样，并通过实验室血气分析仪测量饱和度水平。氧合阈值水平的饱和度设定在90％到100％的范围内，优选设定在93％。
由空气换气的肺使血液从脱氧合阈值水平重新氧合到氧合阈值水平花费的时间所度量的肺气体交换能力，提供了对肺状况的度量(步骤3514)。一般来说，健康的肺将能够在4-5次呼吸内使灌注液池重新氧合，这对应于顺序评估模式重新氧合时间在45到90秒范围内，典型约为1分钟。重新氧合时间作为评估工具的有效性，可能需要根据换气参数、血细胞比容、血液流速、肺容量和海拔高度进行归一化。
在顺序方式评估的可替选实施方案中，在氧合阶段中向止回阀416的入口供应空气之外的气体。例如，来自医院环境中提供含50％或100％氧气气体的装置的气体，可以提供换气气体。在这种情况下，重新氧合时间减少，为了确定肺的气体交换能力，重新氧合时间测量值需要进行适当校准。
在顺序评估模式期间评估肺气体交换能力的另一种方法是测量脱氧合阶段中肺使灌注流体250脱氧合的速度。肺在用脱氧合气体500进行换气时使灌注流体250脱氧合的效率，为肺的气体交换能力提供了指示。
顺序评估模式的优点在于可以使用3-4l/分钟的生理血液流速，这是因为在重新氧合过程中，气体交换仅通过肺进行。因为没有包含气体交换器，因此不需要限制血液流动。
肺通气器气动回路
肺通气器气动回路提供了控制风箱阀414和泄压阀412以控制各种不同换气方式的机构。它也控制气体流向血液气体交换器402和肺。气动控制提供了几种优点，包括以不同速度打开和关闭阀的能力，可以利用廉价、一次性导向阀的能力，将肺控制台模块200与携带暴露于肺的气体的阀隔离开的能力，并为一次性肺灌注模块400与控制台模块200的连接和拆卸提供了方便和模块化的接口。
在控制台模块控制器202上运行的软件控制气动控制模块208，它反过来控制泄压阀致动器207和风箱阀致动器210。图5a显示了肺控制台模块200中气动回路的部件以及回路如何与,肺灌注模块400相连。在图5a中，对应于图1上显示为气动控制模块208的部件用虚线标出。表1是所述实施方案的气动回路部件的名单。
表1
肺控制台模块200的气动回路经气体接头624、626与肺灌注模块400相连。图5b显示了接头624的前视图，显示了6腔接头，带有气体管线630、632、634、636和638，分别提供了与气体交换器402、循环呼吸气体回路、风箱阀414、泄压阀412和气路压力的连接。接头允许一次性肺灌注模块400与肺控制台模块200快速拆卸和连接。
维持气体220和脱氧合气体500分别通过接头604和602连接到气体选择器开关216。气体选择器开关216选择流过气体交换器阀204和翼阀212的气体。翼阀212的控制与换气周期同步；正如上面图6所述，阀在吸气阶段中打开，并保持打开一段长得足以获得所需平均气体流速的时间。流向气体交换器402的速度通过从阀216脉冲宽度调节控制阀204来控制。阀204和212分别使用孔口节流器205和213执行气体流速控制。
风箱阀414和泄压阀412都能执行高流速，例如1升/秒。在风箱阀414的情况下，高流速能力允许吸气和呼气过程中肺与风箱之间的不受限制的自由的气体流动。在泄压阀412的情况下，高流速能力允许肺向peep阀快速呼气。在所述实施方案中，风箱阀414和泄压阀412是可商购的高流速导向阀。向导向阀隔膜施加正压力使阀关闭；负压力使阀完全打开。
图5a的下部显示了对于风箱阀414和泄压阀412来说如何实现导向阀控制。空气泵612持续运行，提供了通过泵的近似恒定的空气流。泵通过入口过滤器606和止回阀608抽入环境空气。这种流动产生了跨过止回阀608的约1psi或70cm水柱的压力差，导致入口储液器610中的压力相对于环境压力为-70cm水柱的压力。入口储液器610和出口储液器614用于从往复式泵612过滤掉不均衡的压力波动。在流过出口储液器614后，空气泵612的出口流过第二个1psi止回阀616。因此，只要泄压阀致动器207向环境压力开放，出口储液器614中的压力将比环境高70cm水柱。
风箱阀414如下控制。风箱阀致动器210可以与入口储液器610或出口储液器614相连。为了打开风箱阀414，致动器210与-70cm水柱的入口储液器610相连。致动器210导致这种负压力通过气动线路634转移到风箱阀414的隔膜。隔膜上的负压力导致阀414打开。为了关闭风箱阀414，致动器210与+70cm水柱的出口储液器614相连，导致正压力施加到阀隔膜上，使阀关闭。
通过向阀的隔膜施加正压力来控制泄压阀412，但是在这种情况下，阀的可控导向气体压力被用于设置灌注模块气体回路中的peep。泄压阀412保持开放，并且只要换气环路中的压力高于阀的隔膜上的导向压力，换气环路中的气体就排向外部。当换气环路中的压力下降到低于导向压力时，泄压阀412关闭。因此，通过将导向压力设置到所需peep值，泄压阀允许气体从气体环路排出，直到压力下降到所需peep水平，然后泄压阀关闭。在可替选实施方案中，peep阀使用更高或更低的导向压力致动，以通过阀实现呼气速度。
通过使用线性步进电机618与泄压阀致动器207中的可变孔口阀相结合，实现了泄压阀412中导向压力的可变控制。步进电机618控制可变孔口阀开口的尺寸。孔口的开口越小，空气流的阻力越大，从空气泵612逃逸到环境空气中的空气流越少，止回阀616和泄压阀致动器207之间的压力越高。该压力经气动线路636传送到泄压阀412。这能够使处理器获得泄压阀导向压力与peep之间的经验校正关系。实际导向压力通过释放导向泄压阀压力传感器620测量；这由肺控制台模块处理器202监控，该处理器也从气路压力传感器206接收气路压力的测量值。在可替选实施方案中，通过将实际导向压力与所需导向压力进行比较并改变步进电机位置以使它们平衡，导向压力测量值被用于控制导向压力。
系统信息显示和系统监控
ocs监测器300是用于系操作人员的主要输入和输出接口。lcd304显示了灌注溶液和气体环路的实时测量值和所需的衍生值。它也显示其他ocs子系统的状态，例如电池水平和气体罐水平。显示在ocslcd显示器402上的信息的本质将在下面解释。据此，然后对相应于维持模式、连续评估模式和顺序评估模式的屏幕抓图进行描述。
图11是lcd304的示例性屏幕抓图；所述屏幕抓图对应于维持模式。lcd304包括显示区1102，显示了通过气路压力传感器206测量的肺入口处换气压力的实时描记图1104。显示还包括换气压力读数的数值1106、1108；分子1106是压力峰值，它是在整个换气周期中取样的最大压力。分母1108是最后一次呼吸周期的peep值，它是在呼气时间结束时、即就在下一轮吸气开始之前通过对气路压力取样而得到的。因为peep被定义为就在呼吸周期结束时的压力，它不必对应于周期中的最小压力。如果例如系统在试图达到设定peep值时冲高或冲低，在系统中可能出现较低压力。附加的数值1110、1112和1114显示了配置的设定点(sp)值，即由用户选择的值。这些值的显示帮助用户将显示的呼吸压力实际值与配置的所需值进行比较。值1110显示了pawp的设定点值，它是呼吸压力的绝对压力上限或强制限值。一般来说，换气压力波形在所有时间低于pawp限值。正如上面描述的，peep设定点1112对应于呼吸周期结束时，在呼气完成后并就在下一轮吸气压力上升段开始之前的所需呼吸压力。值1114显示了i：e，它是与吸气和呼气相关的呼吸周期时间的比例。吸气时间段包括对应于气体流入肺的吸气时间、即吸气上升段654(图6)，以及平台时间658。因此i：e＝(吸气时间+平台时间)：呼气时间。系统从配置的吸气时间、平台时间和呼吸率推导i：e值。
lcd304的显示区域1116显示了通过压力传感器115测量的肺动脉压(pap)的实时描记图1118。还显示了pap数值，它们显示了关键值的快照：峰值或收缩压1120，谷值或舒张压1122，以及在肺动脉进入肺处的平均灌注液压力1124。
在下方显示区域1126中，显示了pap的时间平均图1128，以及显示了平均pap值的数值1130。对显示在lcd304上的内容的选择，在操作人员的控制之下。图12显示了配置菜单1202和所选的维护表单1204。在这种方式下，操作人员可以选择显示在每个中间表区1116和底部表区1126的信息。上部图框1102也可以配置(未显示)。配置菜单维护表单也提供了设置通过翼阀212的维持气体220的平均流速的能力，以及控制灌注液温度的能力。肺通气器的其他参数也可以通过维护表单菜单进行控制。
lcd304显示了许多其他数值，为系统用户提供了肺状况和ocs参数的快照。显示值1160显示了通过流速传感器114测量的灌注液进入肺404的肺部流(pf)。显示值1162显示了肺部血管阻力(pvr)，它是由肺404向灌注液流施加的阻力的度量。一般来说，较低的pvr值是优选的，因为它指示了对通过肺404的血管系统的灌注液流动的较少限制。在所述实施方案中，pvr的优选值在200到400达因的范围内。显示值1164显示了通过氧气传感器116测量到的灌注流体250的静脉饱和血红蛋白含量svo2。同样地，显示值1166显示了通过氧气传感器118测量到的灌注流体250的动脉饱和血红蛋白含量sao2。在某些实施方案中，指示svo2和sao2警报的图标分别显示在显示值1164和1166附近，向操作人员发出任一饱和血红蛋白值是否下降到低于操作人员预设的阈值的信号。这样的警报可以对任何测量、计算或显示的参数实施。显示值1168显示了灌注流体250的血细胞比容(hct)水平，以及任选的，如果hct水平1168下降到低于操作人员预设的阈值，hct警报指示器用于向操作人员发出信号。显示值1170指示从加热器组件230流走的灌注流体250的温度(temp)1170。显示值1170也可以包含temp警报指示器，它对temp1170在操作人员预设范围之外作出响应发出信号。也显示了由操作人员选定的温度设定点1171。显示区1172显示了通过气管接口1024投送到肺404的气体的换气速度的数值读数，单位为每分钟呼吸次数(bpm)。bpm值从一个或多个输入推导出来，包括来自气路压力传感器206的读数。此外，显示了由操作人员选定的bpm设置点1173。显示值1174显示了潮气量(tv)，即每次吸气过程中流入肺404的气体体积。
lcd304进一步包括循环泵指示器1138，显示了系统的循环泵的状态。显示区1176显示了器官类型指示器1140，指示了哪种器官正被灌注，以及器官方式指示器1142，指示了正在使用哪种操作方式。例如，“m”用于指示维持模式。sd卡指示器1144显示了是否使用sd卡储存在器官灌注过程中收集的数据。显示区1146包括气体罐示意图1178，用图形显示了剩余的维持气体体积。显示区1146还包括一个或多个数值显示值1180，指示了气体供应源中的气体流速以及灌注过程中将气体投送到肺404的剩余时间。该剩余时间可以根据剩余气体体积和气体流速来计算。显示区1148显示了ocs控制台100的每块电池充电程度的图形显示1182。电池状态符号1184指示了其状态由图形显示1182所表示的电池被用于为ocs控制台100供电。显示区1150显示了为用户界面供电的电池的充电程度的图形显示1186。显示区1188标出ocs监测器300是否正以无线方式操作。
在其他实施方案中，显示屏304还显示了fio2和fico2浓度，它们分别为在气管入口处测量到的氧气和二氧化碳的分浓度。显示屏406可以附加地显示肺404的重量和弹性、通过肺1004循环的灌注流体250的ph、灌注流体250中气体成分的分压和peep水平的读数。
现在联系ocs1000的运行方式对ocs监测器lcd304上显示的信息进行描述。如上所述，图11显示了维持模式下的肺；图中显示的值将被取作示例。正如沿着左侧数据栏所显示的，灌注液的流速是1.46l/min，这是低于生理水平但足以营养肺的值。正如图中所示，svo2值1164是92.4％，sao2值1166是92.2％。这些水平对应于维持换气气体220与灌注液气体之间的平衡。动脉和静脉氧气水平之间的差由进入器官室的空气的氧合作用(倾向于增加sao2)和肺少量消耗的氧气(倾向于降低sao2)所引起。这些因素之间的平衡可以导致sao2高于或低于svo2。一般来说，一旦维持模式完全建立，灌注液在进出肺时的氧饱和度值稳定并彼此相等，误差在+/-5％范围内。当氧气被肺消耗时，它通过每次换气周期过程中经翼阀212滴流入维持气体220而连续替换。图1104显示了换气压力随时间的变化；当风箱将空气推入肺时，压力上升，并在呼气结束时减小到所述peep值。图显示了在最近的换气周期中的压力图；显示区1172显示了肺以每分钟10次呼吸的速率换气。图1118显示了对应于最近通气周期的实时pap。曲线显示了对应于循环泵226的脉冲的周期性峰。图1128显示了pap趋势。数值1170显示了灌注液温度被测量为是35.0℃，等于显示在数值显示值1171中的设定点值。选择这种亚生理温度水平是为了降低保存过程中肺404的代谢速率。较低代谢速率的一个优点是降低肺404对维持气体的需求，从而允许用有限体积的维持气体220将它们保存更长时间的能力。
图13是系统处于连续评估模式时ocs监测器lcd304的示例性屏幕抓图。呼吸图1302和数值1304与图11中为维持模式所显示的相似。但是，pap图1306和数值1308显示的平均压力为13mmhg，明显高于维持模式过程中相应的10mmhg压力。为了获得灌注流体通过肺的较高的流速，需要较高的压力，以便允许测试肺的气体交换能力。屏幕显示的流速1310为2.93升/分钟。在这种方式下，气体交换器402使灌注流体250脱氧合到svo2水平1312为82.3％。肺使用空气换气对血液重新氧合，获得了sao2水平1314为96.1％。血细胞比容水平1316是30％，灌注液温度1318维持在约37.1℃的生理值。呼吸率显示值1320显示了每分钟12次呼吸的速率，相当于静息人体的速率。潮气量显示值1322显示的值为700ml，良好地位于生理范围内。ocs状态显示1324显示了肺的图，指示了ocs1000正在保存肺，字母a和c指示了系统处于连续评估模式中。
在描述了对应于维持模式和连续评估模式的系统显示之后，我们现在描述如何将顺序评估模式的脱氧合、保持和氧合阶段显示在lcd304上。图14是系统处于脱氧合阶段时lcd304的示例性屏幕抓图。在该阶段中，脱氧合气体500通过气体交换器402并进入换气环路进入肺404。进入灌注流体250的氧气水平快速下降，因为氧气通过肺404和气体交换器402二者中的气体交换被移除。图1406和1408分别显示了在脱氧合阶段开始后的大约1分钟的时期中sao2和svo2的值。在该时间中，值从90左右降低到64.9％的sao2值和59.9％的svo2值，正如在图1406和1408的右端和数值显示值1412和1410中分别显示的。因此，可以快速获得远低于生理范围的灌注液饱和水平，特别是当肺404补充了气体交换器402的气体交换能力时。换气压力图1402和pap水平保持与连续评估模式的相似。系统状态显示1414用字母a、d指示了肺评估-脱氧合阶段。还显示了脱氧合终止阈值1416、氧合阶段下限阈值1418和氧化阶段上限阈值1420的用户设定值。
图15显示了用于设定顺序评估参数的示例性用户界面。通过按压ocs监测器300上的菜单键306选择配置模式1502。用户在顺序子方式设置菜单1504中输入和应用设置。列出的是用于保持时间1506的用户可设置的值，它是脱氧合阶段结束与氧合阶段开始之间的时间，以及脱氧合终止阈值1508，它是灌注流体250中氧含量的最低靶水平，即如果/当该水平达到时，系统停止脱氧合。用户也为氧合阶段中灌注液svo2的靶值氧合下限阈值1510和氧合阶段中灌注液svo2的靶值氧合上限阈值1512设定值。
在脱氧合方式后，系统进入保持阶段。图16是对应于保持阶段的示例性屏幕抓图。保持阶段的目的是允许灌注流体250中的氧气水平变得均匀。这种过程实现的程度可以在显示了灌注流体250中sao2和svo2的时间变化值的图1602和1604中看到。两个曲线的平台部分指示了饱和水平是恒定的，sao2和svo2图的接近性用于指示肺404每一侧上饱和水平的均匀性。数值显示值1608和1606分别指示了sao2和svo2的值。正如图16中显示的，进入保持阶段约1分钟的sao2和svo2测量值分别为58.9％和58.0％，即彼此非常接近。
在顺序评估模式的第三个阶段中，灌注流体250在用空气换气时被肺404重新氧合。肺的气体交换能力与灌注液池的完全重新氧合所花费的时间相关。图17是处于重新氧合方式中的系统的示例性屏幕抓图。图1702和1704显示了灌注流体250中sao2和svo2的时间变化值。朝向左侧，图显示了上面描述的脱氧合阶段中氧气水平最初的降低。图中间的曲线的平台部分对应于保持阶段，它持续了约1分钟。在图保持阶段曲线平台部分的右端，开始氧合方式。在切换到氧合方式后不久，图开始上升，这表示氧气气体交换经肺进入灌注流体250。图1702和1704以及数值显示值1708和1706显示了在进入氧合阶段约80秒后，sao2和svo2水平已经分别上升到94.6％和85.2％。在灌注流体250中达到用户选定的阈值氧合水平所花费的时间显示在数值显示值1710中。
现在描述用于配置ocs1000的附加屏幕。图18显示了配置菜单1202的评估表单1802。该屏幕能够使用户确定在中间图框1116、底部图框1126中显示何种信息，设定温度设定点1171，以及选择执行何种评估模式——顺序还是连续。表单1802也允许用户选择通气器设置菜单以及顺序评估子方式设置。
图19显示了通气器设置菜单1902。呼吸率1904选择每分钟换气周期的数量。潮气量1906确定每次呼吸中肺吸入的气体体积。吸气时间1908是吸气阶段的持续时间。峰值气路压力(pawp)1912是呼吸周期过程中允许的气体压力的最大值；它出现在气体被风箱418压入肺404时。peep1914控制呼气完成时肺中的压力。
图20显示了肺表单2002，它允许用户将肺方式2004设定到维持或评估，允许通气器控制2006被打开或关闭，并提供通往肺设置子菜单的链接2008。图21显示了系统表单2102，它允许用户设定时间和日期、语言并执行其他系统操作。其他配置表单和相关菜单可以在用户需求的基础上添加。
器官护理系统控制台模块
图22是ocs控制台100的总图，显示了半安装位置中的单次使用的一次性肺灌注模块。正如在图22中概括指示的，单次使用一次性肺灌注模块的尺寸和形状与ocs控制台100相配并与其相连。总的来说，装置与美国专利申请no.11/788,865中描述的器官护理系统具有相似的形式。可移除肺灌注模块400利用旋转装置插入到ocs控制台100中，所述旋转装置允许模块400如图22所示从前方滑入器官控制台模块，然后朝向装置的后部旋转。扣钩装置2202将肺灌注模块400紧固在位。在可替选实施方案中，肺灌注模块400的其他结构和接口被用于将模块与ocs100相连。当紧固在位时，电学和光学连接(未显示)在ocs控制台100与肺灌注模块400之间提供了电力和通讯。电学和光学连接的详细情况描述在2005年10月7日提交的美国专利申请11/246,013中，其说明书在此以其全文引为参考。肺灌注模块400的关键部件是器官室2204，它在下文详细描述。电池仓2206和维持气体罐220(未显示)位于ocs控制台100的底盘中。ocs控制台100受到可移除的面板例如前面板2208的保护。就在肺灌注模块下方是灌注液取样端口234和236。固定在ocs控制台100顶部的是ocs监测器300。
图23是ocs控制台100的侧视图。la取样端口234和pa取样端口236提供了用于取出灌注液样品或用于将化学物质注射到灌注流体250中的机构。维持气体罐调节器222和量具2304可以在ocs控制台100的底盘中看到。还可以看到单向进液阀2306，它附在储液器上并与灌注液泵的半球型罩相连。
其他的系统部件可以在前视图图24中看到。风箱418位于紧邻ocs控制台模块基座的上方，由与肺控制台模块200中的通气器装置214相连的机械致动器臂2402驱动。致动器臂2402的机械运动引起风箱418压缩和膨胀，这在呼吸周期中驱动气流进出肺404。气体交换器402位于风箱418上方。在所述实施方案中，气体交换器402是novalung氧合器。灌注液流体管线2404将流体泵226(未显示)和加热器230(未显示)相连。就在器官室2204下方，储液器224收集灌注流体，并通过排液管2408与泵226相连，用于通过系统再循环。
在图25中，忽略了ocs控制台100的壁，以便显示系统的其他内部部件。维持气体220储存在水平放置的柱体中，当需要时通过调节器222向系统供应维持气体220。肺灌注模块400被显示在垂直安装位置中。靠近风箱418是风箱驱动片2502，它与线性致动器2402(未显示)末端处的平面盘匹配。
图26是不带有一次性肺灌注模块400的ocs控制台100的图。可以看见通气器模块214和机械致动器臂2402。肺控制台模块200的其他部件(未显示)安装在沿着ocs控制台100的左侧壁固定的模块内。这些部件在图1中显示在肺控制台模块200内，包括控制台模块控制器202、气体交换器阀204、气道压力传感器206、泄压阀致动器207、气动控制模块208、风箱阀致动器210、翼阀212、通气器214、气体选择器开关216和功率变换器218。气动接头624提供了与匹配的肺灌注模块接头626的快速连接。这种方便的连接为气体交换器402、也为肺404与风箱418之间的气体环路提供了气体连接。接头624和626也在肺控制台模块200与肺灌注模块400之间提供了气动控制连接，以控制风箱阀414、泄压阀412，并接收空气传感器206的压力数据。
图27是肺灌注模块400的前视图。器官室2204包括可移除的盖子2820和外壳2802。取样端口、包括la取样端口234和pa取样端口236，可以在器官室2802下方看到。在图中也可以看到气体交换器402、风箱418和风箱板2502。
现在，我们描述灌注液的循环路径，首先结合图2，参照肺灌注模块400的部件进行描述。固定在器官室2204下方的是灌注液储液器224，用于储存灌注液250。灌注液流出，通过单向进液阀2306、管线2702和泵的半圆形罩2704进入泵226(未显示)。灌注液被泵过灌注液流体管线2404，通过弹性变形室228，然后进入灌注液加热器230。在通过加热器230后，灌注液通过连接管线2706进入气体交换器402。灌注液通过连接管线2708流出气体交换器402，进入与肺动脉的接口。流过肺并通过肺静脉和左心房流出后，灌注液如下所述从器官室2204的基座排走。这些排液管将灌注液进液到储液器224，在那里再一次开始循环。
在描述了ocs控制台100和肺灌注模块400之后，我们现在描述器官室2204。图28显示了器官室2204部件的分解图。器官室2204的基座2802被成型和放置在肺灌注模块400中，以便于灌注介质的排液。器官室2204有两个排液管，测量排液管2804和主排液管2806，后者接收来自测量排液管的溢流。测量排液管2804以约0.5l/min的速度排出灌注液，与1.5l/min到4l/min之间的灌注流体250通过肺404的流速相比相当低。测量排液管通往测量sao2值的氧气探头118，然后继续通往储液器224。主排液管2806不进行氧气测量而直接通往储液器224。氧气探头118在所述实施方案中是脉冲式氧含量计，不能获得灌注液氧气水平的精确测量，除非灌注流体250基本上不含空气泡。为了获得无气泡的灌注液柱，基座2802被成型成将从肺404排出的灌注流体250收集到池中，池集中在排液管2804上方。灌注液池允许空气泡在灌注液进入排液管2804之前消散。壁2808促进了在排液管2804上方形成池，它部分阻挡了灌注液从测量排液管2804流向主排液管2806，直到灌注液池大得足以确保泡从液流中消散。主排液管2806低于测量排液管2804，因此一旦灌注液从排液管2804周围的凹处溢流，它流到壁2808的周围，从主排液管2806排出。在双重排液系统的可替选实施方案中，使用了其他系统将灌注流体收集到向测量排液管进液的池中。在某些实施方案中，来自肺的液流被导向向测量排液管进液的容器、例如小杯中。杯子被灌注流体填充，过量的血液从杯子溢流并导向主排液管，从而流向储液器池。在这种实施方案中，通过形成灌注流体的小池，使气泡在灌注液流入测量排液管通往氧气传感器的路上之前能够从其中消散，杯子执行了与上述实施方案中的壁2808类似的功能。
肺404得到支撑面2810的支撑。支撑面被设计成支撑肺404而不施加过量的压力，同时使肺略微向下朝向下叶倾斜，以促进灌注液容易地排出。支撑面包括排液通道2812，用于收集和引导从肺404流出的灌注液，并将灌注液导向排液管2814，所述排液管2814将灌注液直接进液到用于测量排液管2804的血液池。为了对肺提供附加的支撑，肺404在放置于支撑面2810上时用聚氨酯包裹物(未显示)包裹。聚氨酯包裹物锚定肺404，帮助将肺保持在生理配置下，并防止支气管扭结和限制膨胀的总体积。包裹物为肺的外部通往与器官室2204的接口提供了光滑的表面，降低了器官室对肺404的任何部分施加过量压力、可能引起不希望的出血的风险。聚氨酯包裹物用一系列线标记，用于指示有多少体积被包裹。被包裹肺的所需体积可以通过肺尺寸与供体体重之间的经验关系来确定。聚氨酯包裹物具有一系列小孔，用于排出在肺404周围收集的灌注液。灌注液通过支撑面2810中的排液通道2812收集，所述通道将灌注液导向排液管2814。
器官室2204的顶部盖有可密封的盖子，包括前件(piece)2816、顶件(piece)2820、带有无菌披盖(drape)的内盖(未显示)和用于将前件2816密封到顶件2820上的密封件2818。在可替选实施方案中，器官室包括双重盖系统，与美国专利申请no.11/245,957中描述的心脏保存室中所公开的系统类似，该专利申请在此以其全文引为参考。双重盖系统包括外盖、中间盖、挠性膜和盖子与器官室壁之间的密封框。膜优选为透明的，允许医学操作人员通过膜间接地触摸/检查肺，或通过膜将超声探头施加到肺，并在同时维持室的无菌性。外盖在中间盖上方打开和关闭，并独立于中间盖。优选情况下，外盖是刚性的，足以保护肺404免于间接或直接的物理接触。外盖和室可以由任何适合的聚合物塑料，例如聚碳酸酯制成。
器官室加盖用于最小化灌注流体250与环境空气之间的气体交换，并帮助确保氧气探头测量到所需的氧气值，即对应于经la流出肺(sao2)和经pa进入肺(svo2)的灌注液的值。关闭器官室2204还用于减少从肺404的热损失。因为肺的大的表面积，热损失可能是相当大的。在肺运输过程中，当ocs1000可能放置在相对低温环境例如运输工具中时，或在户外当将ocs1000移入和移出运输工具时，热损失可能是重要问题。此外，在移植之前，ocs1000可能会暂时放置在医院保存区或手术室中，二者典型地都具有15-22℃范围内的温度。在这样的环境温度下，减少从器官室2204的热损失是重要的，以便允许加热器230维持35-37℃的所需灌注液(和肺)温度。将肺密封在器官室2204中，也帮助维持整个肺404温度的均匀性。
图29是器官室2204的右侧视图，其中取下了盖子以显示支撑面2810。灌注液排液通道2812和排液管2814携带灌注液通向外壳2802。还显示了用于连接到ocs1000气体环路的气管套管700和气管套管接头710。在气管套管700上方是pa套管850，具有成90°角的双重连接管852和854，如图8中所示。远端排气压力传感器115(未显示)与灌注液流在从pa套管进入肺404的入口点处，利用接头806、压力换能器导管2902和压力换能器缆线2904相连。在器官室2804的左侧视图-图30中，清楚地显示了气管套管700。气管套管700利用锁紧螺母708紧固到外壳2802的壁上。在锁紧螺母708附近，挠性的氨酯管线706伸入器官室2204的外壳2802中，通向覆盖有有机硅的接头704，所述接头704与气管相连。
使用模型
接下来参考图31和32描述使用上述用于肺移植的器官护理系统的示例性模型。
获得和准备用于插套管和运输的肺404的过程，从提供适合的器官供体的步骤3100开始。将器官供体带到捐献位点，随后接收和准备用于插套管和运输的供体肺404的过程向下进行到两条交叉的途径。途径主要包括准备ocs1000以接收供体肺404，然后通过ocs1000将肺404运输到受体位点。具体来说，途径3102包括给供体放血、停止供体的心脏和准备肺404用于将套管插在ocs1000中。具体来说，在放血步骤3104中，取出供体的血液并放在一边，以便它可用于在肺404维持在ocs1000上的过程中灌注肺404。在放出供体的血液后，在步骤3106中向供体的心脏注射心脏停搏液，以暂时停止其搏动，准备收获肺404。
在供体的心脏停止后，在步骤3108中向肺给药肺麻痹溶液，然后在步骤3110中将肺404从供体植出，并在步骤3112中准备装载到ocs1000上。
继续参考图31，在从供体身体植出肺404后，在步骤3124中，通过插入到肺室2204中，并在如上所述的适合的灌注流体或气体环路接口处插套管，将肺安装到ocs1000上。
按照其他说明性实施方案，肺404可以不使用心脏停搏从供体直接转移到ocs1000。在一个具体实施方案中，不用使供体的心脏停止就将供体的肺404取出，并随后安装在ocs1000中进行维持。
在经途径3102准备肺1004的过程中，通过途径3114的步骤准备ocs1000，以使它被打底并等待接受肺404，一旦肺404准备好就进行插管和运输。具体来说，在途径3114中通过一系列步骤准备ocs1000，所述步骤包括提供单次使用的肺灌注模块400(步骤3116)、用维持溶液对ocs1000打底(步骤3118)、从供体过滤血液并将其加入储液器224(步骤3120)，以及将灌注液在ocs1000中循环和加温(步骤3122)。在某些实施方案中，灌注流体250包括全血。在某些实施方案中，灌注流体250被部分或完全除去白细胞。在某些实施方案中，灌注流体250被部分或完全除去血小板，或包含血浆替代品并用红细胞装填。在某些实施方案中，灌注流体添加剂包括前列腺素e、前列环素、生物葡聚糖、异丙肾上腺素、依前列醇和一氧化氮，添加供体同时移除肾上腺素。添加剂一般可选自抗微生物剂、血管舒张剂和消炎药。添加剂可以经与储液器224相连的端口234、236或通过经喷雾器或支气管镜的气管套管700中的接口，投送到系统1000。
在步骤3126中，选择以维持模式运行ocs1000。维持模式已在上面详细描述。在步骤3126中在维持模式中达到平衡后，并且在被接受以运输到供体位点之前，在步骤3128中对安装好的肺404进行评估。ocs用户可以选择连续评估和/或顺序评估，二者都已在上文描述。
根据在步骤3128中进行的评估的结果和肺404的其他监控参数，在某些情况下，希望向肺404提供治疗和复原(步骤3130)。在供体肺中最经常发生的病理状况是萎陷或肺不张。使用ocs1000提供了大量肺不张的治疗方法。首先，可以使用叹气呼吸使肺404重新膨胀，即通过使肺404获取不同潮气量的呼吸。例如，在一种技术中，使肺404吸入具有高达约1000ml的潮气量的第一次呼吸，然后进行两次以上具有低至约100ml潮气量的较小的呼吸。第二种方法包括将peep水平调整到从约2cm水柱到15cm水柱的值之间。在第三种方法中，使用当肺404被放置到支撑面2810上时用于为肺提供支撑的聚氨酯包裹物，限制肺404的过度膨胀的区域。这种限制允许审慎地施加气体环路压力，以重新膨胀肺的萎陷区域。在第四种复原方法中，操纵i：e比率，这允许在压力平台658处(图6)花费的时间量增加，帮助肺重新膨胀而没有过量的峰值压力656和peep水平652。第五，简单地在支撑面2810上操作肺404以改变肺位置，可能是一种有效的复原方法。第六，通过使用支气管镜吸吮，除去气管中的肺分泌物和肺泡碎片。通过气管套管700与肺灌注模块400的气体回路管线之间的接口中的端口，将支气管镜插入肺404中。第七，通过在呼吸周期的吸气阶段中将表面活性剂、优选以气溶胶形式注入气体管线，进行表面活性剂吸入疗法。
另一种在供体肺中经常发现的病理状况是局部水肿，它可能发生在单个或多个肺叶中。在ocs1000上，水肿可以通过操纵peep水平、通过超滤增加胶体渗透压、和利用血管舒张剂和/或泵226的流速操纵灌注流体压力来治疗。
肺炎也是供体肺的另一种常见病理，可以通过将抗微生物剂直接注射到灌注流体250中、和/或通过经肺灌注模块400的通气器系统吸入药剂来应对。另一种肺炎复原技术是支气管-肺泡灌洗法。
支气管痉挛与上面讨论的病症相比发生的频率较低，在ocs1000上通过吸入支气管扩张剂来管理。任选地，使用支气管镜帮助将支气管扩张剂注入肺的气路。另一种病症是高pap；这通过向灌注流体250添加血管舒张剂来管理。
在某些情况下，操作人员可以对肺404执行外科手术或提供治疗剂或其他治疗，例如免疫抑制治疗、化疗、遗传测试或放疗。
一般来说，在进行复原时肺404置于维持模式下。评估步骤3128和复原步骤3130可以重复几次，并且如果需要可以持续长达几个小时的一段时间。目的是获得肺404的评估，表明肺足够健康以便接受用于运输到受体位点。一旦满足这一条件，ocs1000及其安装好的肺404，被装入运输工具运输到受体位点。
图32显示了从供体位点运输到受体位点的过程中ocs1000的示例性使用方式。在放置到运输工具中之前，ocs1000置于维持模式中(步骤3202)。然后将ocs1000放置在运输工具中并开始行程(步骤3204)。在一段时间间隔后，对肺进行评估(步骤3206)。第一次评估之前的时间间隔取决于在供体位点测定的肺404的状况、肺404的监控参数、以及旅途的预计持续时间。一般来说，肺404的状况越差，评估将越快进行。如果评估3206发现肺404状况不好，将进行治疗和复原(步骤3210)。在一段时间的复原后，进行另一次评估(步骤3206)。评估和复原的循环持续到评估步骤3206表明肺404高于某个健康阈值，然后将肺404返回维持模式3208。在某些实施方案中，在运输过程中不进行另外的评估或复原。在其他实施方案中，在运输过程中定期进行附加的评估以及如果需要的话、复原步骤。对于是否进行进一步评估的决定，由操作人员对肺404健康的全面评估以及ocs1000中评估气体的可利用性所支配。抵达受体位点(步骤3212)使行程结束。
对于执行何种形式评估的选择，由临床和技术考虑两者所决定。从临床角度来说，灌注流体250饱和度水平在连续评估中比在顺序评估中更接近生理血液饱和水平。另一方面，灌注流体流速在连续评估中仅为生理水平的约三分之一，在顺序评估中接近生理水平。从技术角度来说，评估方法的选择可能受到ocs中可用气体量的限制。在肺404从供体位点向受体位点运输的过程中，ocs1000以自足方式起作用。具体来说，它依赖于其自身内部的维持气体和脱氧合气体供应。在说明性的配置中，ocs1000具有200升脱氧合气体500储备。为了执行肺的单次顺序评估，需要约40升脱氧合气体。但是，如果肺健康不良，具有受损的气体交换能力，就需要超过40升脱氧合气体进行顺序评估，因为在脱氧合阶段中灌注液氧气水平降低到靶水平将花费较长时间。因此，脱氧合罐容量将行程中顺序评估的次数限制到最多5次，更通常情况下为4次或以下，取决于肺404的状况。另一方面，执行连续评估不需要在灌注流体250中获得任何靶脱氧合水平。相反，评估以固定的时间间隔运行，在此过程中脱氧合气体500以约10升/分钟的平均速度流过气体交换器402。在说明性例子中，连续评估运行2分钟，消耗总共约20升脱氧合气体500，即在顺序评估中消耗的约一半。因此，从技术观点来说，连续评估可能优于顺序评估。在给定行程中，ocs1000具有足够的气体允许最多5次顺序评估或10次连续评估，或按照下述方程的组合：40s+20c＝200，其中s是顺序评估的次数，c是连续评估的次数。
为了获得灌注液氧气水平的准确读数，通过脉冲式氧含量计116和118测量的灌注液柱应该不含气泡。正如上面描述的，双重排液系统2804和2806以及排液管2804上方的灌注液池帮助确保气泡不进入灌注液管线。但是，运输ocs1000的运输工具的运动可能引起足够的搅动，导致一些气泡排液到灌注液柱中。因此，在所述实施方案中，当评估进行时，运输工具停泊在水平区域。在其他实施方案中，肺室2204、肺外壳2802和双重排液系统被修改，以使系统对运动更有抗性，例如通过将血液池限制得更牢固，或通过将灌注液直接排液到管中。这样的修改可以允许即使当运输工具移动时也能进行精确的肺评估。
图33提供了当ocs1000位于受体位点时用于对肺404进行附加测试的示例性过程。ocs1000对肺404执行另一次评估(步骤3302)。在受体位点可以获得脱氧合气体的附加供应，它可以补充在从供体位点转移的过程中可能已经消耗的ocs的脱氧合气体500储备。如果肺404的状况不佳，进行治疗和复原(步骤3304)。在最后的评估步骤后，如果肺404被评估为处于适合于移植的状态，对肺404进行用于植入受体的准备工作。这包括暂停泵226以停止灌注流体250的流动(步骤3306)，以及任选地向肺404给药肺麻痹溶液，将ocs1000配置成适于取出肺。接下来，在步骤3308中，将肺404拔除套管并从肺室组件2204中取出。在步骤3310中，通过将肺404插入到受体的胸腔中，将各种不同的肺部连接缝合到它们在受体中适合的匹配连接上，将肺植入到受体患者中。在某些实施方案中，可以切除受体左心房的一部分，代之以与供体的肺静脉相连的一个或多个供体的左心房袖。在其他实施方案中，只取出两个肺中的一个，剩余肺继续在ocs上灌注和换气。
应该理解，尽管已经结合各种不同的说明性实施方案对本发明进行了描述，但上面的描述仅打算用于说明而不是限制本发明的范围，本发明的范围由权利要求书的范围定义。例如，根据本公开内容，可以实施各种不同的系统和/或方法而仍然在本发明的范围内。其他特点、优点和修改在权利要求书的范围内。本文引用的所有参考文献在此以其全文引为参考，并作为本申请的一部分。