扩散装置

技术领域

本公开涉及一种具有改进的流动特性的扩散装置，该扩散装置诸如为血液氧合器或气体交换器。

背景技术

用作血液氧合器或气体交换器的扩散装置通常包括管状壳体(tubular casing)，该管状壳体具有中空纤维膜束，该中空纤维膜束以在由纤维腔形成的第一流动空间和在外部围绕膜的第二流动空间之间设置密封的方式设置在壳体中。与第二流动空间连接的血液流入的设计的一个问题是使液体均匀分布在中空纤维束的各个纤维之间，并避免在入口中形成死区(即，流速约为零的区域)。在这样的死区中会形成血凝块，并且在治疗结束之后，患者的一部分血液仍留在那里。当入口的直径小于纤维束的直径时，血流速度降低。因此，入口的设计对于确保装置的最佳运行尤为重要。

DE3711695A1公开了一种分配盖，该分配盖具有类似扩散器设计的旋转对称流道，用于血液或其成分的体外处理装置，长度小于流道长度的芯可以朝向流道的端部设置。流道的轮廓和芯的轮廓通过一个方程确定，这使得流道中的流动以不存在流动分离或死水区的方式被引导，实现在流道的整个长度上的流速线性延迟，并因此实现平均流速的二次降低。

US7871566B2教导了一种用于富集和/或去除液体中的物质的装置。该装置包括：膜模块，该膜模块基本上由同心元件组成并且具有分离元件，在该分离元件中携带有待富集和/或去除的物质，并由此使液体被带到分离元件外；驱动模块，包括驱动单元，该驱动单元用于驱动输送液体的输送元件，驱动模块具有径向磁力耦合器(radial magneticcoupling)，径向磁力耦合器用于位于内部的中心叶轮；输送模块，用于输送液体通过装置、容纳输送元件，由此驱动模块适于通过液密封闭件插入膜模块中和从膜模块移除；氧合器，具有外侧纤维束和内侧纤维束；以及电磁驱动单元，设置在外侧纤维束和内侧纤维束之间。

US8647569B1公开了一种具有环状圆柱形的中空纤维膜束的静脉-静脉体外氧合器，该纤维膜束以快速变化的速度旋转。血液被引入到装置的中心并且沿径向穿过纤维束。纤维束通过旋转致动器以快速变化的速度旋转。纤维束的旋转向血液提供离心动能，使装置具有泵送能力，并且可以产生泰勒涡流(Taylor vortexes)以增加质量传递(masstransfer)。纤维束的旋转增加了血液和中空纤维之间的相对速度并增加了质量传递。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种扩散装置，该装置内的血液流动更均匀，且没有血流速度接近零的区域(死区)。

根据本发明的一个方面，提供了一种具有改进的流动特性的扩散装置。该装置包括圆柱形(cylindrical，柱形、圆筒形)外壳、设置在外壳内的多个中空纤维膜、以及密封外壳的口部的端盖。

附图说明

图1示出了本公开的扩散装置的实施例的示意性局部剖视图；

图2示出了本公开的扩散装置的另一实施例的侧剖视图；

图3示出了提供本公开的扩散装置的实施例的血液通道(blood duct)的两个组成部的组件的侧视图和剖视图；

图4示出了用于提供本公开的扩散装置的实施例的血液通道的第一组成部的剖视图；

图5示出了用于提供本公开的扩散装置的实施例的血液通道的第二组成部的剖视图。

具体实施方式

本公开的扩散装置包括圆柱形外壳。在一个实施例中，圆柱形外壳提供设置在外壳的外壁上的血液出口。在另一实施例中，血液出口位于圆柱形外壳的与第一端盖相反的端部附近。在一个实施例中，圆柱形外壳由聚碳酸酯构成。

多个半渗透中空纤维膜设置在外壳内部，位于与外壳的内壁邻接的圆柱形壳(shell)内。

在一个实施例中，半渗透中空纤维膜是气体交换膜，即它们能透过诸如氧气和二氧化碳的气体，但不能透过液体。

在另一实施例中，半渗透中空纤维膜以缠绕在圆柱形芯上的中空纤维垫的形式设置。中空纤维垫形成与圆柱形外壳的内表面接触的圆柱形壳。中空纤维的端部是开放的，使得气流可以通过中空纤维的管腔(lumen)传导，即从外壳的一个口部传导到与该口部相对的口部。在扩散装置的运行期间，血液在中空纤维的外侧流动，气体可以双向透过中空纤维的壁。在装置的一个实施例中，由中空纤维的管腔形成的流动空间通过端壁与中空纤维的外侧上的流动空间隔开。在一个实施例中，端壁通过用聚氨酯树脂灌封纤维端部而形成。在树脂硬化之后，中空纤维的端部被切断以使中空纤维的管腔重新开放。

扩散装置包括密封外壳的第一口部的第一端盖。端盖包括用于将血液引入到外壳中的入口，入口沿轴向设置在第一端盖的中心。在一个实施例中，围绕入口设置适合标准血液管连接器的双头螺纹。端盖的内表面关于入口的纵轴线旋转对称。入口也与外壳的纵轴线同轴。在另一实施例中，端盖还包括用于从扩散装置排出气体(例如，包含二氧化碳的气体混合物)的出口。

扩散装置包括将入口连接到圆柱形壳的内周边的旋转对称的血液通道。血液通道由第一内表面和第二内表面限定。

第一内表面在直径增大的方向上包括：呈圆柱形式或截锥形式的第一部分，以及将圆柱形壳的第一部分和内周边连接的第二部分。第二部分呈环段(torus segment，隆凸段)形式，其中在圆柱形外壳的纵轴线与直线(A)之间的角α，其中直线(A)为：i)与纵轴线相交，ii)与第一部分和第二部分的交点相交，并且iii)与第二部分和圆柱形壳的内周边的交点相交。在本公开的扩散装置中，角α在55°至80°的范围内，并且直线(A)与第二部分的表面之间的垂直距离(a)的最大值在0.5mm-1mm的范围内。在本公开的扩散装置的一个实施例中，角α在70°-80°的范围内。在一个实施例中，5第二部分的曲率半径在18mm-21mm的范围内。

第二内表面跨越圆柱形壳的内周边、即第二内表面跨越由圆柱形壳限定的中空圆柱体的整个横截面。在本公开的扩散装置中，圆柱形外壳的纵轴线与直线(B)之间的角β在55°-80°的范围内，其中直线(B)为：i)在直线(B)与第二内表面相交的交点处与纵轴线相交，ii)与第二内表面和圆柱形壳的内周边的交点相交，并且直线(B)和第二内表面的表面之间的垂直距离(b)的最大值在0.5mm-1mm的范围内。在本公开的扩散装置的一个实施例中，角β在70°-80°的范围内。

在本公开的扩散装置中，圆柱形壳的内周边处的第一内表面和第二内表面之间的距离(d)在2mm-3mm的范围内；在第一内表面的第二部分和第二内表面之间的最小距离不小于1mm。在扩散装置的一个实施例中，最小距离为1.0mm。

在本公开的扩散装置的一个实施例中，垂直距离(a)的最大值为(0.5±0.05)mm；垂直距离(b)的最大值为(0.5±0.05)mm；并且第一内表面的第二部分与第二内表面之间的最小距离为(1±0.1)mm。

在本公开的扩散装置的一个实施例中，第二内表面的曲率半径在第二内表面的中心处小于与第一内表面的第二部分相对的曲率半径。在一个实施例中，与第一内表面的第二部分相对的曲率半径在22mm-26mm的范围内。在另一实施例中，第二内表面的中心处的曲率半径在2mm-4mm的范围内。

在本公开的扩散装置的一个实施例中，第一内表面的第一部分呈圆柱形式。在另一实施例中，第一内表面的第一部分呈具有在0.1°-2°的范围内的孔的截锥形式。

在本公开的扩散装置的一个实施例中，旋转对称的血液通道通过组装第一组成部和第二组成部来形成，该第一组成部的外表面提供血液通道的第一内表面，该第二组成部的外表面提供血液通道的第二内表面。

在一个实施例中，提供血液通道的第一内表面的第一组成部的外表面具有至少三个突起，并且提供血液通道的第二内表面的第二组成部的外表面具有对应的凹部。突起和对应的凹部被构造成在组装第一组成部和第二组成部时相互作用，并且确定在血液导管的第一内表面和第二内表面之间的间距。在另一实施例中，四个突起和四个对应的凹部均匀分布在部件的圆周上，即在0°、90°、180°和270°处。

在一个实施例中，提供血液通道的第一内表面的第一组成部的外表面具有至少三个凹部，提供血液通道的第二内表面的第二组成部的外表面具有对应的突起。凹部和对应的突起被构造为在组装第一组成部和第二组成部时相互作用，并且确定在血液通道的第一内表面和第二内表面之间的间距。

在本公开的扩散装置的一个实施例中，第一组成部和第二组成部由聚碳酸酯构成。

本公开的扩散装置的实施例还包括第二端盖，该第二端盖密封外壳的第二口部(即，与具有第一端盖的口部相反的口部)。第二端盖提供用于将气体(例如，空气或氧气)引入扩散装置的入口。

本公开的装置的外壳和端盖通常由透明聚合物制成，该透明聚合物例如为聚乙烯、聚丙烯、聚酯(如PET或PBT)、聚(甲基)丙烯酸甲酯、聚苯乙烯(HIPS)或聚碳酸酯。用于中空纤维膜的灌封材料通常是聚氨酯。在本发明的装置的一个实施例中，外壳和盖由聚碳酸酯制成，形成端壁的灌封材料由聚氨酯构成。

现在将参考附图更详细地描述本公开的扩散装置。应当理解的是，附图并非旨在限制本公开的范围，而仅仅是对装置的优选实施例的说明。

图1示出了本公开中提出的扩散装置100的一实施例的局部剖视图。由于装置100关于装置100的纵轴线111旋转对称，所以在图1中仅示出了横截面的一半。如图1所示，装置100包括用于血液的入口131，该入口沿轴向设置在装置100的第一端盖130的中心。端盖130的内表面绕入口的纵轴线旋转对称，入口的纵轴线也是端盖130的纵轴线和外壳110的纵轴线111。入口131与外壳110的纵轴线111同轴。

多个半渗透中空纤维膜120设置在外壳110内部，位于与外壳110的内壁邻接的圆柱形壳内。圆柱形壳的内周边150限定出外壳110内的腔。

旋转对称的血液通道140将入口131连接到圆柱形壳的内周边150。血液通道140由第一内表面141和第二内表面145限定。

第一内表面141在直径增大的方向上包括第一部分142和第二部分143，第一部分呈截锥形式，第二部分将第一部分142和圆柱形壳的内周边150连接。第二部分143呈环段形式。圆柱形外壳110的纵轴线111与直线A之间的角α在55°-80°的范围内，其中直线A为：i)与纵轴线111相交，ii)与第一部分142和第二部分143的交点相交，并且iii)与第二部分143与圆柱形壳的内周边150的交点相交。直线A和第二部分143的表面之间的垂直距离a的最大值在0.5mm-1mm的范围内。

第二内表面145跨越圆柱形壳的内周边150。圆柱形外壳110的纵轴线111与直线B之间的角β在55°-80°的范围内，其中直线B为：i)在该直线与第二内表面145的交点处与纵轴线111相交，并且25ii)与第二内表面145和圆柱形壳的内周边150的交点相交。直线B与第二内表面145的表面之间的垂直距离b的最大值在0.5mm-1mm的范围内。

在圆柱形壳的内周边150处的第一内表面141和第二内表面145之间的距离d在2mm-3mm的范围内。第一内表面141的第二部分143与第二内表面145之间的最小距离不小于1mm。

图2示出了本公开的扩散装置100的另一实施例的剖视图。还示出了装置的放大细节图X和Y。圆柱形外壳110的口部分别由第一端盖130和第二端盖500覆盖。外壳110具有位于邻近第二端盖500的外壳的外壁上的血液入口115。第一端盖130具有血液入口131和气体出口132，第二端盖500具有气体入口501。中空纤维120设置在外壳110内，位于与外壳110的内壁表面接界的圆柱形壳内并且由周边150限定。端壁400将第一流动空间与第二流动空间隔开，其中第一流动空间由中空纤维120的管腔和由第二端盖500和第一端盖130限定的腔形成，第二流动空间由血液入口131、血液通道140和在圆形壳内的中空纤维120外部(即，在外壳110的内壁表面和周边150之间)的空间限定。由两个组成部301和302的组件形成的芯被设置在由周边150限定的腔中。组成部301具有四个凹部310，组成部302具有四个对应的突起311。突起311在芯组装时进入凹部310并且一起形成血液通道140、限定第一表面141的组成部301、以及限定血液通道140的第二表面145的组成部302。

图3示出了提供本公开扩散装置实施例中的血液通道140的两个组成部301和302的组件的侧视图和剖视图。组成部301具有四个凹部310，组成部302具有四个对应的突起311。突起311在芯组装时进入凹部310并且一起形成血液通道140。

图4示出了用于提供本公开的扩散装置的实施例的血液通道的第一组成部301的剖视图。组成部301的外表面141提供了血液通道的第一表面。表面141具有第一部分142和第二部分143。在所示的实施例中，第一部分142呈具有1°孔的截锥形式；并且第二部分143呈环段形式，曲率半径为19.5mm。组成部301具有四个凹部310，其被构造为与第二组成部的对应突起相互作用。

图5示出了用于提供本公开的扩散装置的实施例的血液通道的组成部302的剖视图和组成部302的放大细节图X。组成部302的外表面145提供了血液通道的第二表面。在所示的实施例中，表面145在其中心处的曲率半径小于在其周边处的曲率半径。表面145的中心处的曲率半径为3mm，而远离其中心的表面145的曲率半径为24mm。组成部302具有四个突起311，四个突起被构造为与第二组成部的对应突起相互作用。

附图标记列表

100 扩散装置

110 圆柱形外壳

111 圆柱形外壳的纵轴线

115 血液出口

120 中空纤维膜/圆柱形壳

130 第一端盖

131 血液入口

132 空气出口

140 血液通道

141 第一内表面

142 第一内表面的第一部分

143 第一内表面的第二部分

145 第二内表面

150 圆柱形壳的内周边

301 第一组成部

302 第二组成部

310 凹部

311 突起

400 端壁

500 第二端盖

501 空气入口