流体再生的系统与方法

专利名称：流体再生的系统与方法
流体再生的系统与方法发明领域本发明涉及一种用于流体再生的方法与系统，其用于能够从血 液中去除可溶性产物的血液净化系统，此系统被构造成能够永久性 地与病人相连接，并且是便携式的，以使病人可以随身携带。系统 尤其旨在从肾功能衰弱或无肾功能的病人的血液中去除代谢物。发明背景通常，用透析来治疗肾功能衰弱或无肾功能的病人。比如，每2天可进行4小时的血液透析。在血液透析期间，病人的血液在离体 回路中循环，并通过具有半透膜的透析器，半透膜的一侧与血液有 接触。半透膜的另一侧与具有特定成分的透析流体接触。诸如脲与 肌酸酐等代谢物可以从血液通过膜到达透析流体，这由浓度梯度所驱动的扩散来实现。其它溶解物，诸如碳酸氢盐，则以其它路径从 透析流体通过膜到达血液，比如用来中和病人的酸化。流体通过膜 被从病人血液中去除。通常，透析流体在治疗后就会丢弃。在透析 治疗的四个小时中，经常会用去几百升的透析液。这种治疗通常在 透析中心，并在专业人员的监护下进行。最近，已经生产出家用的透析机，其中，出于安全的原因，通 常需要另一个人来帮助病人。在线监护使得从医院来控制与指导操 作变的可能。这种家中的透析被越来越多地使用。家中的透析治疗 可以每天进行，或甚至一天进行两次透析。传统血液透析的缺点，如上所述，是代谢物会在两次治疗间积 聚，且体内体液中的脲与肌酸酐(例如)的浓度变化剧烈。而且，病人 还不能清除两次治疗间多余的流体，这导致病人在治疗间的体重变 化达到比如4kg。在这种情况下，每次治疗时，4升流体可以从病人身体去除。物质浓度的变化和流体负荷可能对病人造成伤害，因而 更连续的血液透析治疗是很有优势的。因此，需要这样一种血液透析治疗手段，其可以连续实施，这 意味着，透析系统必须是便携式的，以使病人可以过上正常的生活。这种便携式的血液透析仪器在例如US 4 269 708中有描述。仪 器包括透析器，其通过传统的针管或导液管连接到病人。透析器也 连接到透析回路(dislysis circuit),透析回路具有用于干净透析液体的 容器，干净透析液体大约有10升。需要意识到，透析设备是相当重 的，但是还是可能携带它的，比如背包式的。可以连接较小的容器， 以临时性地降低重量。装置还包括过滤器用来去除有毒成份，诸如 活性炭过滤器。流体在超滤过程中被从血液中分离出，并直接丟弃 到接受器。然而，根据US 4 269 708的仪器由于太重而不方便一直 携带。因此，需要这样一种透析系统，其较小且可以连续地连接到 病人。系统应所述是可携带的且不太重。发明的公开本发明的目的在于，提供流体再生的方法和系统，以用于连续 使用的血液净化中，且其足够地轻以能够日常携带。在第一方面，提供有用于流体再生的系统，流体包括在隔室内， 并通过膜接触血液，和/或净支从血液中过滤出来，此系统包括用来 从所述隔室到过滤装置提供所述流体的装置，过滤装置基本上从所 述流体只过滤出水，以提供浓缩流体；用来去除至少部分所述浓缩 流体的装置；和用来把未去除部分和所述水作为所述再生流体返回 到所述隔室，和/或直接把它们返回到血液的装置。所述过滤装置的 浓缩流体可以用至少3比1的比率浓缩，例如10比1或15比1。在一个实施例中，隔室可能是病人腹腔，而所述膜可能是腹腔 中的腹膜。
系统还可包括离析过滤器(separating filter),其连接到所述过滤 装置的滞留液出口(retentate outlet),因而，所述离析装置的滞留流体 (retentate fluid)会返回到所述隔室，而所述离析装置的透过流体则被 作为废液从系统去除。离析过滤器可以是包括至少两个离析膜的过 滤系统。在实施例中，系统可能包括第一泵，其用于从所述隔室到所 述过滤装置传递所述流体；第二泵，其用来从所述过滤装置到所述 离析过滤器传递滞留流体；和第三泵，其用于从离析过滤器到接受 器传递作为废液的透过流体。可选地，系统可能包括第一泵，其 用于从隔室到所述过滤装置传递所述流体；第二调节阀，其用于从 所述过滤装置到所述离析过滤器传递滞留流体；和第三泵，其用于 从所述离析过滤器到接受器传递作为废液的透过流体。在另 一实施例中，系统可能包括设置于包括所述膜和隔室的血 液回路中的端口，所述端口被连接，用来传输至少部分所述再生流 体在进入所述隔室之前进入血液回路，称为前稀释(predilution)。可 选地，所述端口可以被连接，用来传递至少部分所述再生流体在进 入所述隔室之后进入血液回路，称为后稀释(postdilution)。在另一个实施例中，系统可能包括离析过滤器，其连接在所述 隔室和所述过滤装置之间，因而所述过滤装置的滞留流体会返回所 述隔室，而所述过滤装置的透过流体被传递到所述过滤装置以进行 浓缩并作为废液从系统中去除。在还有一个实施例中，系统可能包括超滤过滤器，其连接到所 述过滤装置的滞留液出口 ，所述超滤过滤器的透过液(permeate)被返 回到所述隔室，而所述超滤过滤器的滞留液(retentate)被传递到所述 过滤装置以浓缩。直接设置在所述过滤装置进口前的每个泵都可以 是大功率泵，其设置成能够提供足够的压力，以基本上只传递水通 过过滤装置的膜。阀可以连接到所述离析过滤器的滞留液出口，以 引导出口流体到所述超滤过滤器和/或到所迷隔室。循环泵可能设置 在所述离析过滤器、所述超滤过滤器和所述过滤装置中任何一 个的 进口与滞留液出口之间，以增加流体在每个过滤器的所述膜上面的 切向流率。在另一方面，提供了一种方法用以再生流体，流体包括在隔室 内，且通过膜与血液接触，且/或从血液中过滤出，这种方法包括如下步骤通过过滤装置浓缩所述流体，以形成浓缩流体和基本上只 含水的透过流体；把所述透过流体返回到所述隔室，且/或直接返回 到血液；并且把至少部分所述浓缩流体作为废液去除。从上述的 一个或几个方面和实施例中，可以得到一些优点减少透对斤时间；重利用透析液；给予病人更多的自由；提高诊所与工作人员的利用率；降低成本；操作筒单；结构简单；可以由通用部件容易地获得； 不需要特殊的或复杂的维护； 连续的治疗使得病人感觉更舒适。附图简要说明通过下面参考附图的对本发明实施例的描述，本发明更多的目 的、特点和优势将会变的显而易见，其中

图1是本发明一个实施例的示意图， 图2是另一实施例的示意图，显示了所谓的前稀释， 图3是另一实施例的示意图，显示了所谓的后稀释， 图4是另一实施例的示意图，图5是另一实施例的示意图，其中该实施例具有泵和离析过滤器，
图6是另一实施例的示意图，其中该实施例具有旋转反渗透过滤器，图7是另一实施例的示意图，图8是另一实施例的示意图，其中该实施例带有多个离析过滤器， 图9是另一实施例的示意图，其中该实施例带有添加物质， 图10-12是多个实施例的示意图，其中该实施例利用了病人腹膜 和反渗透过滤器，图13是另一实施例的示意图，其中该实施例具有纳米过滤器， 图14是另一实施例的示意图，其中该实施例具有超滤器， 图15是另一实施例的示意图，其中该实施例具有泵系统。实施例的详细描述图1所示的是血液净化流体再生系统的一个实施例。系统包括 血液过滤器7，其为超滤器或透析器，包括血液隔室7a和透析液隔 室(dialysate compartment)7c,它们由半透膜7b隔开。在血液隔室7a 中，血液通过血液回路1进行循环，如箭头la所示。透析液(dmlysate) 或透析流体(dmlysis fluid)则在透析液隔室7c中循环，如箭头4a所示， 通常沿血液流的反方向。血液回路1可以包括第一针或第一导液管，其连接到进口管线 lb,和第二针或第二导液管，其连接到出口管线lc。针或导液管可 以插入到由系统治疗的哺乳动物的一条或多条血管中。针可能被插 入到设置在病人手臂上的瘘管中。可选的是，导液管可以被插入到 病人合适的动脉和/或静脉中。在第 一导液管4皮插入动脉中和第二导 液管插入静脉的情况下，动脉与静脉之间的压差可以驱动血液回路 中的血液。血液回路可以是如图1所示的离体回路。然而，在特定 实施例中，透析器可以通过外科手术或者不同程度永久性地插入病 人体内。泵可以驱动血液进入离体回路。可以使用血液透析中常用 的安全装置，诸如气阱腔、压力监测器等。
在膜7b的透析液隔室7c上，透析流体或透析液如箭头4a所示 循环。在膜上会发生如虚线箭头7d所示的离子交换。离子与物质的 传输由膜上的浓度梯度所驱动，通常是从血液到透析液。也有少量 流体如实线箭头7e所示地传输通过膜。血液回路中的流体流可以与 透析液隔室中的流体流是反向的，但是以相同方向流动也是可能的。当物质传输过膜时，就会在隔室7a中的血液和隔室7c中的透 析液之间，产生这些物质的浓度平衡。只有那些足够小以通过膜的 物质才会被平衡，而血液中尺寸比膜的小孔(pore)大的分子和细胞就 保留在了血液中。如果膜7b具有大约50000D的尺寸阻挡极限，那 么所有小于它的离子和物质都会通过膜，而白蛋白和大于它的分子 和细胞将会保留在膜的血液侧。透析液回路(dialysate circuit)4还包括第二过滤器9。透析液从隔 室7c进入第二过滤器的第一隔室9a。过滤器9设置成反渗透过滤器 即RO过滤器，这意味着，流体经过进口 9d到达笫一隔室9a进入过 滤器，并作为滞留流体经过出口 9e离开过滤器，或作为透过流体经 过出口 9f离开过滤器，后一种情况发生在流体通过过滤器膜9c之后， 如箭头9g所示。过滤器膜是带有很小的小孔的膜，基本上只有水可 以通过它。滞留液通过出口 9e到达离析过滤器13的进口 13d,离析过滤器 13具有第一隔室13a、膜13b和第二隔室13c。从RO过滤器9而来 的滞留液经过进口 13d进入离析过滤器13，而第三过滤器的滞留液 经过出口 13e离开第三过滤器，且其透过液经过出口 13f离开第三过 滤器。透过液在接受器19中被收集。过滤器13中的膜13b可以具 有这样的小孔尺寸，其可以阻挡大于脲分子与肌酸肝分子的分子。 因此，透过液包括水和较小的分子，诸如脲分子、肌酸酐分子、Na+、 K+、 CT+等，可能还有一些葡萄糖。过滤器13的滞留液和过滤器9的透过液经过管线12 ^皮返回到 透析器7。透析流体在透析回路4中由下文中将更加详细介绍的、合
适的泵或节流阀(throttle)或阀(valve)来驱动与控制。根据图1的透析回路的运行如下血液中的代谢物与其它小物 质和/或离子通过血液过滤器7的膜7b进入透析流体，如箭头7d所 示。透析流体循环进入RO过滤器9,其中基本上只有水可以通过滤 过膜9c，以浓缩表现为处于第一腔或隔室9a中的滞留液的透析流体 滞留液。浓缩透析流体或滞留液会传递到离析过滤器13，其中部分 浓缩透析流体会通过滤过膜，并离开系统到达接受器19。在离析过 滤器中，只有比膜的尺寸阻挡极限更小的离子才能从系统中去除。 离析过滤器中的剩余浓缩透析液或滞留液与在RO过滤器9被离析的 水一起混合，并返回到透析器7。以这种方式，进入透析液隔室7c 的透析液具有较低含量的、已经由过滤器13所离析的脲和肌酸酐(和 其它小离子)。因此如箭头7d所示，脲和肌酸酐被从血液传输到了透 析液。诸如磷酸盐的其它离子或其它较大物质就没有被离析过滤器13 去除，并留在了透析液回路中。因此对这些4交大物质而言，在血液 与透析液之间就不存浓度梯度，所以它们会留存在血液中。通过从系统去除一定量的流体到接受器19，相应量流体就从血 液中取出，如箭头le所示。逸种流体可能为每日约1.5升，这相当 于健康人排出的正常尿液量。由于系统是封闭的，系统将是可以自 动调节的。这种被去除的流体可称作为人造尿液。上述系统的优点在于，它可以使在回路中使用很小量的透析流 体成为可能，这个量处于几升或甚至小于一升的级别。而且，不需 要新的透析流体，而是可以再生循环流体，诸如恒定再生。过滤器 可以较小，因为它们被连续使用。例如，透析器或血液过滤器可以具有0.11112或更小的有效表面， RO过滤器可以具有0.005m2或更小的有效表面，而离析过滤器可以 具有0.051112或更小的有效表面。血液流率可以小于50毫升/分钟，诸如小于20毫升/分钟。因此，整个系统将会很小，并方便病人一直携带。如上所述， 系统的优点在于，它是基本上连续的系统，其可以一直或间断地运 行，这取决于病人的选择。可能病人出于某些原因想在晚上关掉系统。参考图1所介绍的实施例运行起来如同标准的透析系统，这样 的标准透析系统利用扩散来从血液传输代谢物到透析液，并利用离析与浓缩来从透析液中将代谢物分离到接受器19。而且，透析液的 浓缩发生在离析过滤器之前的RO过滤器中。在另一实施例中，如图2所示，透析液回路作为血过滤系统而 设置。在这种情况下，第一过滤器l'作为超滤器而运行。这意味着， 血液进入透析液与血液隔室7a',流体通过过滤器的膜7b'进入第二隔 室7c'。如前所述，流体通过回^各4,并在进入超滤器7'之前返回血 液。在这种情况下，血液在进入超滤器7'前稀释，这称作前稀释。在如图3所示的另一个实施例中，用血液的后稀释来实现血液的血过滤。运行方式如上所述，只是血液在超滤器r之后纟皮稀释。图4所示的是与图1实施例不同的另一实施例，其中第三过滤 器由阀25代替，其设置在RO过滤器9的滞留液出口中。阀25把出 口流分成第一部分和第二部分，其中笫一部分被引导到接受器19而 第二部分与作为RO过滤器9滤出液(filtrate)的水混合返回到透析器 7。在其它方面，它的运行与前面介绍的一样。图4实施例中透析器7的膜7b可以是这样的膜，其具有比前面 实施例中更小的小孔尺寸，只有小于此尺寸的物质与离子才能通过， 例如小于1000D。图5所示的是根据图1的实施例，其包括用来运行透析回路4 中的流的泵。因此，第一泵6连接在透析器7与RO过滤器9之间。 第二泵21连接在RO过滤器9与离析过滤器13之间。第三泵18连 接在离析过滤器13与接受器19之间。这些泵的运行(例如)如下。第三泵18被调节成，可以根据病人 的需要实现流体的特殊去除，以平衡输入流体，其中输入流体可以 是(例如)病人喝下的流体和包括在摄取食物中的流体。通常，可以从 病人身体中去除1升/天到2升/天的流体，这相当于大约1毫升/分钟。 因此，泵18被调节到1毫升/分钟。泵可以连续地驱动或间歇性地驱 动。必须调节泵21的流量为例如大约2毫升/分钟，使其大于泵18。 调节泵6以使在过滤器9中得到希望浓度的透析流体。如果希望的 是10倍浓缩度，就操作泵6,使其具有10倍于泵21的流率，即大 约20毫升/分钟。泵产生适合的压力，以传递18毫升/分钟的水通过 膜，和传递2毫升/分钟的滞留液到离析过滤器。由于过滤器9是只能通过水的反渗透过滤器，泵6需要产生高 压，例如大于10巴，比如大于25巴且有时还要更大。这由流自身 来调节。在反渗透膜中需要这么高的压力的原因是，那些被阻挡不 能通过膜9b的小离子会施加很高的渗透压，这需要由泵6来抵消， 以便使水通过反渗透膜9b。这也意味着，过滤器9必须构造成可以 承受这种技术上已知的高压。在图5所示实施例中，泵21与泵18可以由限制器或节流阀代 替，它们是可以调节的，以提供合适的压降。因此，可调式节流阀ll 可以用来代替泵21,以降低压力从例如25巴至1.5巴，如图6中所 示。限制器16可以用来代替泵18，并被调节，以使正常为大约1毫 升/分钟的流体传递进入接受器19。在这种情况下，在系统中唯一需 要的泵就是泵6,如图7所示。被高速转动的圆筒可以产生所需的高压，以传递水通过反渗透 膜9b。图6中所示的就是这样的实施例。膜9b被设置成圓筒形式， 其可以自由旋转，并由马达驱动(未示出)。透析液经过中部进口进入 圓筒，而滞留液经过圆筒另一端的中部出口传递出过滤器，如图6 中所示。圆筒设有多个扇24,其沿从进口到出口的纵向驱动流体。 在圆筒旋转时，透析液跟随圓筒旋转，并受到朝向膜的半透性壁向 外的力。离心力将会抵消相反的渗透压力，而水就会通过膜流出。 通过膜流出的水量由圆筒的旋转速度来调节。因此，圓筒旋转速度 可以控制过滤器9所需的浓缩比率。浓缩比率应该至少为三，例如 十或十五。滞留液穿出反渗透过滤器9,经过可调式节流阀11，到达离析过滤器13。通过离析过滤器的膜的透过液，经过泵18被去除 到接受器19。如前面一样，可以用节流阀代替泵18。调节浓缩比率，以得到所希望的代谢物去除。如果所去除代谢 物体积为每天1.5升，并应该每天去除750毫摩尔(mmole)的脲，RO 过滤器9的滞留液中的脲浓度应该为500mM。如果脲的血液浓度为 大约50mM，并且要获得透析器7膜上的脲的完全平衡，就应该使用 10的浓缩比率。对于其它的小溶解物，诸如NaCl和KC1也可以获 得相同的浓缩并去除。在现在这种情况下，假设血液中的NaCl浓度 为大约140mM,就会每天去除1.4摩尔(82g)的NaCl。对于血液中具 有浓度为大约4mM的KC1而言，每天要去除大约40毫摩尔(3g)。 这个量可以很容易地通过从食品摄取相应的量来代替。如果需要维 持血液中33mM的脲浓度，泵可以调节到产生15倍的浓缩比率。由 于浓缩过滤器是RO过滤器，滞留液中的所有物质都以相同比率浓 缩，因为只有水能通过RO过滤器的膜。每天去除的脲量取决于病人 的脲产生率，其取决于蛋白质的摄取与其它因素。装置需要设有电路，用来监测装置的运行。图7公开了图1中 的实施例，其设有中心操作装置5，其用来控制泵6以及可调式节流 阀11、 15、 16和图6中泵18的运行。而且，操作装置5可以包括 连接到透析器7的传感器，用来监测透析器7的血液隔室和透析液 隔室中的离子浓度。而且，所示泵2由可调节执行器3操作，用以 驱动血液回路中的血液。操作单元5也可以控制其它参数，比如跨 膜压力(transmembral pressure)和连接到病人的管线中的血压等。图8所示的是另一实施例，其基本上与图7实施例相应，除了 把离析过滤器用包括4个过滤器单元的过滤器系统来代替。每个过 滤器13A、 13B、 13C、 13D都设计用来通过特定类型的物质或离子。
从而，过滤13A可以是传统过滤器，其具有大约100D的尺寸阻挡极 限，可以基本上通过脲与肌酸酐及更小的分子与离子。过滤器13B 可以是在其上具有电荷的过滤器，用以阻止离子通过过滤器，但允 许非带电粒子较容易地通过。过滤器13C的膜可以是主动传输某些 分子的膜，例如主动传输酸离子。过滤器13D可以包括具有其它性 质的膜。通过这些过滤器的组合，还可以得到更好的运行效果。过滤器13A-13D可以这样的顺序运行，即，如果其中一个过滤 器被污染或被阻塞了，就连接下一个。过滤器13A-13D也可以设置成串联的形式，而不是设置成并联 的形式。系统过滤器的膜可以细微:地调节，而使溶解物和不同尺寸的物质通过。在实施例中，血液膜只让小于大约1000D的物质/人血液通 过到达透析液。在另一实施例中，可以使用具有100D阻挡极限 (exclusion limit)的血液膜。然而，常常需要的是尺寸阻挡极限(size exclusion limit)在大于10000D到50000D之间的血液膜。通常地，需 要避免比50000D更大的尺寸阻挡极限，因为这会造成白蛋白从血液 丢失。RO过滤器的RO膜正常情况下只能够通过水。由身体产生的代谢物应该可以渗透过离析膜，但是重要的物质 和离子或溶解物会保留下来，以阻止把它们排出。其中一些代谢物 是脲和肌酸酐。这些产物本身并不被认为是有毒的，而是用作其它 分子的标记物，这些其它分子可能有毒且具有和脲与肌酸酐相同的 分子大小。由于代谢物由身体产生，并通常由肾排出，这种代谢物 会在身体中积聚，如果不以透析或其它方式去除的话。不应该被系统去除的产物有，比如Na+、 K+、 C++，磷酸盐、 葡萄糖等。要防止系统排出这些产物可能会比较困难。然而，这种 排出是可以抵消的，这通过有控制地向病人所摄取的食物中加入这 些物质来实现。 膜的尺寸阻挡极限可以是这样的血液膜可以是100D， IOOOD， 10000D或50000D，如上面讨论的，这取决于所希望的结果。RO膜 基本上只能通过水。有些RO膜也可以通过很少量的其它物质，诸如 钠离子，其在本系统中也是允许的。离析膜应该只可以通过大约为 100D的小溶解物。膜上的压降取决于膜小孔的孔隙比率(perforation ratio)。如果 使用的膜越密，可需要的压力越高以使系统运转。在上面提到的不同过滤器中的膜可以基于不同的方法来选择。 过滤器可以是本领域中常规的板式过滤器，螺旋过滤器或空心纤维 中的任意一种。膜材料可以是任何常规使用的材料，诸如纤维素基 材料(，聚酰胺，聚砜，聚醚砜，聚丙烯腈等。过滤器7可以被长时间使用，这是因为它可以被连续使用。随 着时间的推移，诸如粘附到表面的蛋白质之类的堆积物，会覆盖面 向血液的膜的内部。当这种污染物变的太多时，过滤器就需要更换。有一个特征在于，在透析液排到接受器19之前，在第二过滤器 9中将其浓缩。因此，就模仿了人体肾的运行，排出到接受器19的 流体就类似于尿液。另一特征在于，在系统运行期间，不需要额外的流体。流体被 循环并再生。流体中物质的浓缩:取决于系统的运行而进行，并由用 于系统中的相应的泵与膜控制。流体可以保持是无菌的，因为没有进行添加。只要系统启动， 就不需要进一 步的动作以保持无菌性。仪器只包括相对较小的装置，其可以包含在较小的壳体内，这 种壳体可容易地由病人携带。因此，可以连续使用系统，这意味着， 病人不用遭受血液中代谢物水平的变化，而这种事实会发生于通常 的透析治疗中。因而，身体将会积极反应，并能够抵抗肾功能的衰 退。系统也可以由那些仍然有一些剩余肾功能的病人使用，这会使
肾脏从它的部分正常运转中得到放松。因此，仍然部分地起作用的 肾的残余清除能力可以作为系统去除能力的补充。 一些迹象表明， 在被支持以去除部分代谢物的情况下，部分功能正常的肾可以运行 更长的时间，尤其是血液中的代谢物浓度水平变化不是相当大时。透析回路可以由不同的方式启动。 一种方法是在开始时引导无菌水进入系统。泵6运行的很十曼，以使过滤器7的透析隔室中的透析液与血液达到平衡。循环持续直到整个透析液达到与血液几乎相同的离子浓度。然后，通过增加泵6的压力与限制节流阀11来使RO 过滤器9工作，以使第二过滤器9中发生浓缩。最后，泵18运行， 以从系统去除适量的液体。可选的是，准备好特定离子浓度的透析流体，用来启动透析回 路。透析液可以是具有生理所需的盐和NaCl的分量的水。也可以加 入其它诸如KC1， NaHC03， CaCl2等物质。透析液可以被加热至接近体温。然而在某些实施例中，不需要加热。在图5所示实施例中，脲与肌酸酐以及小溶解物诸如Na+、 K+ 等都可以通过离析膜到达接受器19。然而，如果可能的话小溶解物 应该保留在透析回路中。然而，身体擅长使自身适应这种小溶解物 的不同的去除情况并且身体可以容易地在几天内适应这种情况。无 论如何，摄取的食物必须补充增加钠盐和钾盐。上面已经介绍了离体血液回路的实施例。如上所述，透析器也 可以设置在身体内部，并或多或少地永久性地连接到血管。一个可选的方法是，用茎膜(endogen membrane)来代替例如腹 膜的透析器。透析流体循环到与腹膜有接触，然后被再生。可以添 加葡萄糖或右旋糖普(Dextro)以提供给在腹膜透析中所明显已知的流 体去除。透析流体可以连续进入腹膜腔并被去除，以用于再生。这 种去除可以用两根导液管或用 一根双腔(dual-lumen)导液管来实现。例如透析液的流体被循环，并且离子交换发生在腹膜上。离子
与物质的传输由膜上的浓度梯度所驱动，通常是由血液到流体。也 有少量流体#皮反向传输过膜。当物质被传输过膜时，就在血液和流体间产生了这些物质浓度 的平衡。只有那些小到足够通过膜的物质才能被平衡，而那些具有 比膜的小孔尺寸大的分子就保留在血液中。图10所示的是一个系统的实施例，此系统特别适合于包含在 哺乳动物(例如需要治疗的人体)的腹膜腔内的流体的再生。腹膜液包 括渗透性活性剂，用于从血液通过腹膜分离出流体。这种活性剂可 以是葡萄糖，但是可选地也可以是右旋糖香或其它呈现渗透性活性或胶状渗透性(colloidal-osmotic)活性的分子。右旋糖苷分子可以产生 为具有不同的分子量。在此处上下文中，使用的右旋糖苷分子具有 大约40000D的分子量。这种分子很难被身体通过腹膜吸收，并可产 生基本的渗透效果，以导致将水抽吸到腹膜液(peritoneal flmd)。腹膜 液可能包括其它溶解物，诸如NaCl， KC1, CaC^等，如本领域中公 知的。由于右旋糖苷分子很緩慢地被身体吸收，在右旋糖香分子浓 度降低到一定水平时，就会发生了腹膜液的交换。这种交换可每天 或每周都发生。腹膜透析回路包括位于病人腹膜腔内的流体量，如隔室100所 示。图10中的再生系统能够再生这种流体。流体从隔室IO(M皮分离出，并且有部分流体通过旁if各管线111, 而部分流体则进入RO过滤器113内的第一隔室114a。过滤器113 设置成反渗透(RO)过滤器，这意味着，流体经过进口 113a进入过滤 器的第一隔室114b，并经过出口 113b作为滞留流体离开过滤器，或 者在通过箭头114所示的滤过膜后，经过出口 113c作为透过流体(水) 离开过滤器。此滤过膜是具有很小的小孔的膜，基本上只能通过水。 滞留流体在接受器115被收集。过滤器113的透过流体经过管线112返回到隔室100,即腹膜 腔。流体在再生回路中由适当的泵125、泵llla或节流阀驱动，在 下文将做进一 步的详细介绍。图10流体回路的运行如下血液中代谢物与其它小物质和/或 离子通过腹膜进入腹膜腔110中的流体。流体循环进入旁路管线111 或进入第二过滤器113，其比率由泵125结合如图10中所示的泵 llla、或如图11中所示的节流阀lllb、或如图12中所示泵lllc来 控制。循环进入RO过滤器的流体被浓缩，因为基本上只有水可以通 过RO膜114。浓缩流体或滞留流体被传递到接受器115。水分或RO 过滤器的透过液返回到腹膜腔110。以这种方式，进入腹膜腔110的 流体将会具有较低的、(尤其是)已由过滤器113离析的脲与肌酸酐的 含量。在另一实施例中，如图13所示，流体回路被设置成作为纳米 过滤处理。在这种情况下，离析过滤器116,纳米过滤器(NF)被置于 RO过滤器之前。这意味着，流体进入第一隔室117a,并通过过滤器 的膜117进入第二隔室117b。滞留液经过管线131被返回到腹膜腔 110，而透过液传递到RO过滤器113上以浓缩。只有具有比离析过 滤器的膜的尺寸阻挡极限更小的离子可以通过并到达RO过滤器上 部。这种过滤器的顺序也可以用于其它实施例。图13系统的运行如下流体循环进入离析过滤器116。部分流 体通过膜117,这由泵125和泵122控制，而且这部分流体作为透过 液进入RO过滤器，在其中被浓缩。包括所有不能通过离析膜的物质 和离子的其余部分或者说滞留液，经过管线131和管线112 ^皮返回 到腹膜腔。RO过滤器的浓缩流体或滞留液被传递到接受器115，而第二过 滤器的透过液则返回腹膜腔110。通过这种方式，进入腹膜腔110的 流体具有较降低的，尤其是脲与肌酸酐的含量，其已经由过滤器116 离析，并由过滤器113浓缩。离析膜的尺寸设定成，可以使滞留液包括渗透性活性剂(诸如葡 萄糖或右旋糖苷)的滞留液可以保留在回路中，而并不被排出到接受
器115。因此，渗透性活性剂会尽可能长地被保留，这导致腹膜液更少地需要交换。腹膜液发挥(excert)其渗透活性，并在开始引导入腹 膜腔时，就从血液中分离出流体，因此在开始的几个小时中，其体 积会增加。然后部分取决于渗透性活性剂被吸收的事实，身体就慢 慢地又重新吸收流体。渗透性活性剂被吸收的越慢，腹膜液就能在 身体中保留的越长，以去除其它代谢物。根据这个实施例，由于这 些其它代谢物是连续被去除的，所以可以避免这些代谢物的血液浓 度波动。在其它实施例中，如图14所示，系统还包括超滤器118(UF), 其设置在离析过滤器和RO过滤器之间。从包括渗透性活性剂的离析 过滤器而来的滞留液，进入超滤器118的第一隔室119a，而流体通 过膜119进入第二隔室119b。透过液经过管线133返回隔室100, 而滞留液则传递到RO过滤器113。图14系统的运行如下流体循环入超滤器118。部分流体通过 膜119，而其量则由泵125、泵120和泵132控制，然后作为透过液 经过管线133返回到腹膜腔100。其余部分或滞留液^L传递进入RO 过滤器，在那里被浓缩。RO过滤器的浓缩流体或者说滞留液被传递 到接受器115,而RO过滤器的透过液返回到腹膜腔110。通过这种 方式，进入腹膜腔110的流体将具有较低的、(尤其)是已由过滤器118 离析的脲与肌酸酐的浓度。超滤器膜的尺寸设定为，渗透性活性剂可以通过它，但是被称 为中等分子的较大分子或物质却能保留下来。通过这种方式，中等 分子由泵120控制着排出到接受器115，而小分子由泵122控制着排 出。图15所示的是根据图14的实施例，其包括用来操纵流体回路 中的流的泵。由于高的反渗透压，RO过滤器必须在高压下运行，以便使得 只有水可以通过膜。在图15所示实施例中，压力放大器可以用来提 供高压，例如图15所示的活塞型压力放大器。这种压力放大器或泵包括活塞140,其在驱动側(朝向图15的 左侧)具有较小的面积，而在操作侧(朝向图15的右側)则有较大面积。 需要增压的流体通过止回阀142连接到小面积的液缸(cylinder)141， 并#_导入液缸141。当液缸^皮充满时，受压流体就:故施加到大面积的 液缸144上，其作用于所述活塞140,并促使小面积液缸141中的流 体经过另一止回阀143A人液缸中流出，而流体压力则以活塞面积比 被放大了 。受压流体也可以由系统中的泵而取得，例如图15中的泵125。 泵125上的压力(例如)通常可能约为3巴，并且活塞面积比可以为9, 以提供高达27巴的放大压力。在阀起作用时，阀121引导所述受压流体到活塞的大面积液缸 144，这导致小面积液缸中的流体以高27巴的压力^f皮排出。在液缸中的所有流体被排出后，阀121被翻转，在新流体进入 小液缸的同时，大面积液缸中的流体通过阀121减少，整个过程如 此重复。在不希望出现超滤时，节流阀124可以设置成，能够直4^从离 析过滤器重引导滞留流体经过管线134到达透析液回路。附加泵126、 127和128用来提高流体在相应的过滤器膜上的 切向流率，以抵消过滤器的阻塞。流体流动的方向可以为任何方向， 例如像分离过滤器116与泵126那样形成相反流向，或者像超滤器118 与泵127那样形成并行流向。可选的是，离体的系统可以间歇性地运行。系统没有酸度控制，其通常由肾来实现。因而，病人需要口服 摄入碳酸氢钠或类似物质。如果肾还具有剩余功能，这种功能可能 足够用来控制血液酸度。可选的是，系统可以提供把特定物质添加到透析回路的可能， 如图9中所示。这种添加物可以是碳酸氬钠。其它的添加物可以是 钠和钾离子。物质能够以高浓缩的形式被包含到接受器23中，它们可以由泵22注入透析回路。可选的是，这种物质也可以通过口服摄入。在腹膜透析的情况下，物质可以是渗透性活性剂，诸如葡萄糖或右旋糖苦。以上参考几个具有独立特征的实施例，对本发明作了介绍。然 而，这些特征也可以用与单个实施例的说明性介绍不同的方式组合。图1中的第三过滤器可以设置在RO过滤器之前，如图13中所示。 本发明不受限于所介绍的实施例，而只能以所附专利权利要求为准。
权利要求
1.一种用于流体再生的系统，所述流体包括在隔室内，并通过膜和血液接触和/或从血液中被过滤出，所述系统包括用于从所述隔室提供所述流体到过滤装置的装置，过滤装置从所述流体中基本上只过滤出水，以提供浓缩流体；用于去除至少部分所述浓缩流体的装置；和用于把未去除部分和所述水作为所述再生流体返回到所述隔室，且/或直接返回到血液的装置。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述过滤装置的所述 浓缩流体以至少3比1，例如10比1或15比1的比率而浓缩。
3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述隔室为病人的腹 腔，而所述膜是所述腹腔中的腹膜。
4. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括离析过滤器， 其连接到所述过滤装置的滞留液出口，因而，所述离析装置的滞留 流体纟皮返回到所述隔室，而所述离析装置的透过流体则作为废液而 从系统中去除。
5. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述离析过滤器是包 括至少两个离析膜的过滤系统。
6. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括 第一泵，其用于从所述隔室传递所述流体到所述过滤装置； 第二泵，其用于从所述过滤装置传递滞留流体到所述离析过滤器；和第三泵，其用于从所述离析过滤器传递作为废液的透过流体到接 受器。
7. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括 第一泵，其用于从所述隔室传递所述流体到所述过滤装置；第二调节阀，其用于从所述过滤装置传递滞留流体到所述离析过 滤器；和第三泵，其用于从所述离析过滤器传递作为废液的透过流体到接 受器。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其特征在于，还包括 端口，其设置于包括所述膜和隔室的血液回路中，所述端口纟皮连接，用来传递至少部分所述再生流体在进入所述隔室之前进入血液 回路，这称为前稀释。
9. 根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其特征在于，还包括 端口，其设置于包括所述膜和隔室的血液回路中，所述端口被连接，用来传递至少部分所述再生流体在进入所述隔室之后进入血液 回路，这称为后稀释。
10. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括离析过滤器， 其连接于所述隔室和所述过滤装置之间，因此，所述过滤装置的滞 留流体返回到所述隔室，而所述过滤装置的透过流体被传递到所述 过滤装置以便浓缩，并作为废液从系统中去除。
11. 根据权利要求10所述的系统，其特征在于，还包括 超滤过滤器，其连接到所述过滤装置的滞留液出口，所述超滤过滤器的透过液返回到所述隔室，而所述超滤过滤器的滞留液则被传 递到所述过滤装置以便浓缩。
12. 根据权利要求10至11中任一项所述的系统，其特征在于 每个直接设置于所述过滤装置进口之前的泵都是大功率泵，其设置成能够用来提供足够的压力，以使基本上只有水可以通过所述过 滤装置的膜。
13.
14. 根据权利要求11所述的系统，其特征在于，还包括阀，其连接到所述离析过滤器的滞留液出口，以把出口流体引 导到所述超滤过滤器和/或所述隔室。
15. 根据权利要求11至14中任一项所述的系统，其特征在于，还 包括 循环泵，其能够设置在所述离析过滤器、所述超滤过滤器和所述 过滤装置中任意一个的进口和滞留液出口之间，用于提高流体在每 个过滤器的所述膜上面的切向流率。
16. —种用于再生流体的方法，所述流体包括在隔室内，并通过膜 和血液接触和/或从血液中过滤出，其特征在于，包括如下步骤通过过滤装置浓缩所述流体，以形成浓缩流体和基本上只是水的 透过流体；把所述透过流体返回到所述隔室，和/或直接返回到血液；并且 把至少部分所述浓缩流体作为废液去除。
全文摘要
提供了一种包括血液回路的系统，血液回路包括膜，其设置于血液过滤器(7)中，在血液过滤器(7)中，血液接触所述膜的第一侧；此系统还包括透析回路，在透析回路中，透析流体与膜的另一侧接触，以便通过膜交换物质与离子以及水。透析流体从透析隔室循环通过RO过滤器(9)。透过流体，即水被返回到透析隔室。RO过滤器(9)的滞留流体通过离析过滤器(13)。滞留流体被返回到透析隔室，而透过流体则从透析回路作为废液去除到接受器(19)。滞留流体在RO过滤器中以至少3∶1的比率浓缩。
文档编号A61M1/16GK101155607SQ200680011204
公开日2008年4月2日 申请日期2006年2月16日 优先权日2005年2月16日
发明者A·沃勒纳斯, L·拉姆纳 申请人:特莱奥美德股份公司