一种用于离体器官的注氧灌注系统和操作方法与流程

1.本发明属于生物医疗仪器领域，具体涉及带有注氧功能的离体器官灌注系统和操作方法。


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。器官低温灌注保存箱就是移植用离体器官转运、保存和低温机械灌注的设备，器官低温灌注保存能够延长离体器官的储存时间、评估离体器官的质量、降低术后移植物功能延迟恢复发生率，现已广泛应用。
3.离体器官在被灌注液灌注时，通常需要将灌注液中的氧浓度保持在一定水平，这样能支持离休器官的有氧代谢，增加抗氧化物，恢复线粒体功能，从而降低延迟功能恢复。而缺氧代谢可能导致器官细胞发生厌氧活动，从而导致毒性分子如自由基氧物质、炎性细胞因子和乳酸盐的释放和堆积，恶化了缺血和再灌注损伤。因此目前市面上的灌注设备通常带有充氧装置，充氧装置设置能在灌注液在灌注回路中循环时将氧气添加到灌注液中。目前离体器官注氧灌注设备主要是使用液态氧气瓶作为供氧装置，在使用前需要用在机器配合的氧气瓶充氧后才可使用，由于液态医用氧的运输分装的环节，从而增加了不安全隐患，而且氧气罐体积小，储存氧量有限，在灌注过程中会有氧气耗尽的风险而影响灌注效果。因此，需要提供一种更为便捷、安全的灌注液供氧方式。


技术实现要素：

4.本发明提供一种带有注氧功能的离体器官灌注系统，注氧功能单元能实时、独立地制备氧并为灌注液供氧。
5.本发明采取的技术方案如下：
6.一种用于离体器官的注氧灌注系统，包括灌注回路、氧合器，其特征在于，还包括分子筛制氧单元，所述分子筛制氧单元将氧气供应到所述氧合器。
7.进一步地，所述分子筛制氧单元包括：
8.压缩机，用于将空气进行压缩形成压缩空气；
9.双吸附塔，用于将所述压缩空气中的氮气进行吸附；
10.控制阀，用于控制压缩空气进入双吸附塔的流向，实现压缩空气单次进入一个吸附塔并反砍另一个吸附塔，排除另一个吸附塔的废气。
11.进一步地，所述吸附塔呈交替工作模式。
12.进一步地，所述吸附塔的分子筛吸附剂为5a沸石，5a沸石的结构式为3/4cao
·
1/
4na2o
·
al2o3·
2sio2·
9/2h2o，孔径为5a，能吸附小于该孔径的任何分子，5a沸石选择吸附性高、吸附速度快、特别适用于变压吸附，可适应各种大小的制氧、制氢、制二氧化碳等气体变压吸附装置，是变压吸附行业中的精品
13.进一步地，所述分子筛制氧单元包括精滤塔。从分子筛塔出来的氧气进入精滤塔前会经过一个抗菌过滤器，抗菌过滤器的细菌过滤效率可达到99.9％，病毒过滤效率也可达到99.9％。经过抗菌过滤器后的气体进入精滤塔，精滤塔可以收集前端制备的高纯度和洁净度的氧气
14.进一步地，所述分子筛制氧单元包括氧气流量计，用于对所述分子筛制氧单元输出的氧气的流量进行调节。
15.本发明还提供一种注氧灌注系统的分子筛制氧单元的操作方法，包括以下步骤：
16.步骤一，控制器控制压缩机运转，空气经所述压缩机压缩后成为压缩空气；
17.步骤二，所述控制器控制控制阀动作，所述压缩空气进入第一个吸附塔发生氮气吸附，从所述第一个吸附塔流出的氧气一部分供给氧合器，另一部分进入第二个吸附塔，反吹所述第二个吸附塔。
18.进一步地，包括步骤三：当所述第一个吸附塔达到饱和，所述控制器控制所述控制阀动作，使所述压缩空气进入所述第二个吸附塔发生氮气吸附；从所述第二个吸附塔流出的氧气一部分供给氧合器，另一部分进入所述第一个吸附塔，反吹所述第一个吸附塔，当所述第二个吸附塔达到饱和，重新开始步骤二。
19.与现有技术相比，本发明具备以下优点：
20.本发明的器官机械灌注系统通过集成小型分子筛制氧单元，直接使用空气产生氧气，并将产生的氧气接入膜式氧合器从而实现氧气在灌注液的注入，可以实现随时、持续注氧，同时消除了运输氧气罐等带来的安全隐患。本发明的分子筛制氧单元能够控制氧气浓度和流量，从而实现针对不同状态器官对有氧灌注的各类灌注要求。
附图说明
21.图1为本发明的实施例示意图。
22.图2为本发明的分子筛制氧单元的结构示意图。
23.附图标记：
24.器官槽-10；灌注泵-21；氧合泵-22；过滤器-30；气泡捕捉器-40；气泡传感器-50；液路压力传感器-60；氧合器-70；分子筛塔-801；压缩机-802；精滤塔-803；控制系统-804；氧气供应泵-805；三通-806；旋转阀门-fa1、fa2、fb1、fb2；流动路径-110；注氧路径-120；吸附塔-a；吸附塔-b；中央控制单元-90。
具体实施方式
25.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。
26.图1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
官的器官槽10、灌注泵21和氧合泵22、过滤器30、气泡捕捉器40、气泡传感器50、液路压力传感器60、氧合器70、分子筛塔801、压缩机802、精滤塔803、中央控制单元90。
27.器官布置于器官槽内，器官可以是人或动物的离体肾脏。器官槽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。器官槽被布置在具有凹部的冰盒内(未图示)，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。在使用中，器官布置在器官槽内，器官槽布置在冰盒中，这样冰盒围绕在器官槽外周，使得器官槽温度维持在0-8℃低温环境中。
28.过滤器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。
29.灌注泵和氧合泵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，此处采用外购的蠕动泵。
30.气泡捕捉器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。
31.灌注回路包括流动路径110，器官槽10的灌注液入口通过管路与灌注泵21的一端连接，灌注泵的另一端通过管路与过滤器30的液体进口连接，过滤器30的液体出口通过管路与气泡捕捉器40的液体入口连接，气泡捕捉器40的液体流入离体器官动脉、从静脉流出并形成循环，形成灌注回路，实现离体器官的低温机械连续灌注。上述管路可以是合适的柔性流体导管。
32.位于气泡捕捉器的下游灌注管路周围还设有气泡传感器50，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。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。
33.灌注管路上设有液路压力传感器60。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。
34.装置还包括注氧路径120。器官槽10的灌注液经氧合泵22进入氧合器70，与来自分子筛塔801并经精滤塔803进一步处理的氧气氧合，加氧后的灌注液进入流动路径110。
35.本发明采用膜式氧合器，膜式氧合器采用中空纤维膜，向灌注液供氧并清除液体中的二氧化碳，氧合器需要以无菌、无热源状态提供。
36.图2示出了本发明的供氧单元的结构组成。
37.分子筛制氧单元包括分子筛塔801、压缩机802、精滤塔803、控制系统804、氧气供应泵805、旋转阀门fa1、fa2、fb1、fb2、三通806、流量计，其中分子筛塔801包括吸附塔a和吸附塔b。
38.吸附塔的工作原理如下：利用氮分子大于氧分子的特性，利用特制的分子筛把空气中的氧离分出来。首先，用压缩机迫使干燥的空气通过分子筛进入抽成真空的吸附塔中，
空气中的氮分子即被分子筛所吸附，得到纯度较高的氧气。经过一段时间，分子筛吸附的氮逐渐增多，吸附能力减弱，产出的氧气纯度下降，控制器控制旋转阀切换使压缩空气进入另一个分子筛塔，同时打开上一个分子筛塔的释压口，压力降低后分子筛会解吸附氮气，并由另一个分子筛中反推的氧气排除氮气等废气，然后重复上述过程。
39.吸附塔以沸石分子筛为吸附剂，利用充满微孔的沸石分子筛对空气中的氧和氮吸附容量不同的特性，优先吸附空气中二氧化碳、硫化物、氮气等有害气体，从而获取符合医用标准的高纯度的适合灌注系统携带的氧气。分子筛石通过填装后物理封装的方式封入筛体内部，装填量一般控制在筛体空腔的90％。
40.本实施例中，分子筛制氧单元的工作过程如下。
41.空气经过滤器进入压缩机802，压缩空气经旋转阀门进入吸附塔a或吸附塔b进行吸附分离，吸附塔a和吸附塔b中装填5a沸石。控制系统804控制旋转阀门改变吸附周期，以及分配进气和排气流动方向。以过程中一个循环为例，旋转阀门fa1、fa2打开，fb1、fb2关闭，压缩空气进入吸附塔a，此时，压缩空气中的氮气被吸附到吸附塔a内的分子筛中，氧气通过吸附塔a顶端三通806流出，一部分从b口流出，经过精滤塔803和流量计输出，并进入氧合器；一部分从c口流出，用于反吹处于解吸状态的吸附塔b，富氮的解吸气作为废气被排出。当吸附塔a中分子筛达到理论的吸附饱和临界状态时，此时控制系统804控制将旋转阀门fa1、fa2关闭，fb1、fb2打开，进气被切换到吸附塔b，同时对吸附塔a减压解吸。吸附塔b的工作过程同吸附塔a完全相同，二者交替工作提供连续的氧气供应。
42.本装置的分子筛制氧单元带有流量计，能提供氧气流量范围为1l/min～5l/min的流量输出，并提供满足yy/t 0298-1998中5.2的规定的浓度93％要求的氧气浓度。分子筛制氧单元的尺寸为40*15cm，可通过固定支架内嵌与低温灌注设备内部，不会影响低温灌注设备的外形。