一種應用於無心跳供體肺保存的無創氣管內降溫裝置的製作方法

2023-12-10 15:46:37 1

專利名稱：一種應用於無心跳供體肺保存的無創氣管內降溫裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於輔助醫療器件技術領域，具體涉及一種應用於無心跳供體肺移植、肺保存的氣管內降溫裝置，尤其是在供體確認授權開胸取肺之前，所能提供的無創的氣管內降溫裝置。
背景技術：
終末期肺部疾病的唯一有效治療方法是肺移植手術。目前臨床肺移植手術數量增加較少，停滯不前，主要原因是腦死亡供體(有心跳供體，heart heating donor, HBD)嚴重短缺，因此廣大學者把目光投向無心跳供體(non heart heating donor, NHBD)的研究。然而，HBD存在心臟跳動供血，NHBD供體則相反，無心臟供血，存在不同程度的熱缺血損傷，隨著時間的推移而漸漸失去功能，不適合再進行肺移植手術。熱缺血損傷時間長短決定供 肺質量的好壞，儘快進行肺臟的降溫、縮短熱缺血時間是肺臟保存的必要措施。醫生在得到家屬同意、授權之前無法開胸取肺、進行有創的操作，因此在心跳停止至開胸取肺這段時間內，如何在不違反倫理的前提下無創降溫、減輕熱缺血損傷的肺保護措施至關重要，成為NHBD肺移植的關鍵。肺臟向上通過氣管與外界相通，向下通過逐漸變細的支氣管形成樹枝樣結構，終末端細支氣管膨大形成成肺泡，支氣管樹枝樣結構及肺泡共同構成了肺實質。外界氣體通過氣管進入到肺實質內，到達終末端肺泡，在此處進行人體的血氧交換，完成呼吸的生理作用。肺臟是一個特殊器官，因為肺實質細胞的存活並不單純依賴於循環灌注供氧，還可以利用肺泡內氧進行細胞自我呼吸；機體死亡後，肺組織仍能存活一定時間，這是它與其他器官不同的地方，也是氣管內通氣肺保存的理論基礎。低溫是器官保存的必要措施，可降低細胞代謝，酶活性和能耗，減緩細胞死亡，減輕熱缺血損傷。因此，無創地應用氣管內通氣結合低溫進行NHBD供體肺保護的措施受到了學者關注，但是既往研究發現氣管內吹入低溫的氣體降溫幅度極其有限，無法有效減輕熱缺血損傷。原因可能是由於氣管、肺組織與氣體之間的比熱不均，而且冷空氣，尤其是幹的氣體在支氣管樹內會被迅速回暖，因此需要改變這一類型的通氣方式，弱化比熱不均，達到快速降溫的目的。如何在不違反倫理的前提下弱化氣管、肺組織與氣體之間的比熱不均，無創、迅速的降低氣管內及肺臟的溫度成為NHBD供肺質量好壞的關鍵，因此，亟待一種可以同時實現上述要求的降溫保護裝置，減輕熱缺血損傷，提高供肺質量。

發明內容
本發明的目的在於提供一種能夠減輕NHBD供肺熱缺血損傷，保證供肺質量的應用於無心跳供體肺保存的無創氣管內降溫裝置。本發明提供的應用於無心跳供體肺保存的無創氣管內降溫裝置，通過氣管內低溫通氣合併低溫肺保存液體在氣管內的輸入，弱化氣管、肺組織與氣體之間的比熱不均，達到快速降低氣管內及肺臟溫度的目的，從而減輕NHBD供肺熱缺血損傷，保證供肺質量。其系統結構如圖I所示。該裝置由第一電磁閥1，第二電磁閥2，微型隔膜泵3，第一半導體製冷模塊4，第二半導體製冷模塊5，肺保存液體水箱6，循環冷卻水水箱7，散熱盤管8，風機9，循環水溫度控制器10，循環水泵11構成；分為3個系統低溫通氣系統、低溫肺保存液體供給系統和散熱系統；其中
第二半導體製冷模塊5構成低溫通氣系統，外界高壓氣源提供的氣體，通過管道進入半導體製冷模塊5，得到低溫氣體；低溫氣體經過半導體製冷模塊5的出口 13進入到氣管內，實現對氣管內低溫通氣；
肺保存液體水箱6連接第一電磁閥1，再依次連接微型隔膜泵3及第一半導體製冷模塊4，第一半導體製冷模塊4設有出口 12 ;第二電磁閥2設置在微型隔膜泵3之前，與第一電磁閥I並聯，第二電磁閥2另一端通環境大氣；以上組成低溫肺保存液體供給系統；肺保存液體水箱6提供肺保存液體，通過第一電磁閥I和第二電磁閥2調控後，再依次進入微型隔膜泵3及第一半導體製冷模塊4，得到低溫肺保存液體；該低溫肺保存液體通過第一半導體製冷模塊4的出口 12輸入到氣管內，實現對氣管內低溫肺保存液體的供給；·
第一電磁閥I、第二電磁閥2的設置是為了防止低溫肺保存液體噴入量過多而導致肺臟水腫，設置在微型隔膜泵3的前端。其中第一電磁閥I進口連接到低溫肺保存液體流路，第二電磁閥2連接氣體流路，兩個電磁閥的開閉由微電腦控制，每次確保只有二者之一為通路，只要控制兩者的開閉時間，就可以讓器官保護液供給量形成脈衝式控制，操作方便。微型隔膜泵3提供提供肺保存液體流動的動力支持，驅使肺保存液體流向半導體製冷模塊4，後者提供快速製冷，降溫後的低溫肺保存液體通過連接低溫肺保存液體出口12輸入到氣管內。循環冷卻水水箱7，散熱盤管8，風機9，循環水溫度控制器10，循環水泵11組成散熱系統；第一半導體製冷模塊4、第二半導體製冷模塊5分別通過相應管道連接到散熱系統，使2個半導體製冷模塊內產生的熱量散去，以確保兩個半導體製冷模塊持續低溫運轉，持續提供低溫氣體及低溫肺保存液體在氣管內的輸入。具體來說
循環冷卻水水箱7的左側依次與循環水溫控制器10及循環水泵11連接，然後再分別連接至第一半導體製冷模塊4和第二半導體製冷模塊5的熱端；循環冷卻水水箱7提供冷水源，循環水溫控制器10及循環水泵11分別提供溫度的可調控制及冷水流動的動力支持；在循環水箱7的右側與散熱盤管8的一端連接，通過散熱盤管8進行熱量交換，把熱量排出；散熱盤管8連接風機2，風機2可加速散熱；散熱盤管8的另一端分別與第一半導體製冷模塊4和第二半導體製冷模塊5的冷端連接，實現循環散熱。與現有技術相比，本發明具有如下優點和有益效果
本發明可以在無創操作前提下，提供高流量低溫氣體，同時氣管內輸入高壓低溫肺保存液體，降低熱交換係數，弱化比熱不均，能夠快速降低氣管內及肺臟溫度，減輕熱缺血損傷，提高供肺質量。本裝置還可以將保護性氣體或者液體藥物成分輸送到肺臟內部，協同對抗NHBD供肺熱缺血損傷。


圖I為裝置系統圖。
圖2為裝置電路圖。圖中標號1為第一電磁閥，2為第二電磁閥，3為微型隔膜泵，4為第一半導體製冷模塊，5為第二半導體製冷模塊，6為肺保存液體水箱，7為循環冷卻水水箱，8為散熱盤管，9為風機，10為循環水溫度控制器，11為循環水泵，12為低溫肺保存液體出口，13為低溫氣體出口。
具體實施例方式本發明將高流量氣體經過快速冷卻變成低溫氣體，並通過氣管直接送入肺部；與此同時，採用脈衝方式輸送少量肺保存液體與冷卻氣體一同進入肺部。這不僅有利增強肺內熱交換係數、弱化肺組織與氣體之間比熱不均，還可以保護肺內組織細胞的生物活性。本發明可在無創操作前提下，對NHBD供肺原位實施快速降溫，減輕熱缺血損傷，提高NHBD供
肺質量。
下面結合圖例詳細闡述本發明實施方式。如圖I所示為本發明裝置的系統原理示意圖。高壓氣源提供高流量氣體，經過第二半導體製冷模塊5進行快速冷卻，得到低溫氣體並且輸入到氣管內部；肺保存液體水箱6中的肺保存液體由微型隔膜泵3提供動力支持，輸送到第一半導體製冷模塊4內，在其內進行快速冷卻；第一半導體製冷模塊4連接低溫肺保存液體出口，延伸入氣管內部適當深度，以確保該液體隨低溫氣流進入到氣管、肺組織內；為防止保護液噴入量過多而導致水腫等問題，在微量泵前端裝配兩個電磁閥，每次確保只有二者之一為通路，只要控制兩者的開閉時間就可使得肺保存液體供給量形成脈衝式控制；低溫氣體伴隨氣管內輸入的低溫肺保存液體可以弱化比熱不均，降低熱交換係數，通過氣管、肺表面液體成分蒸髮帶走大量熱量，可以實現氣管、肺表面的快速降溫。為確保系統中第一半導體製冷模塊4、第二半導體製冷模塊5工作正常，本發明採用風冷和水冷相結合的方式，對半導體製冷模塊的熱端進行冷卻，即半導體製冷模塊4、5熱端的水冷盤管是由循環水箱7，經過循環水泵11進行換熱冷卻的，其冷卻水溫是由循環水溫控制器10進行監控的。為儘可能保證循環水箱7的水溫較小，在循環水進入水箱前，採用風機9吹散熱盤管8表面，進行輔助降溫。為了滿足不同工況和臨床需求，兩個半導體製冷模塊分別採用微電腦獨立控制程序，其具體參數可以相對獨立工作。本裝置通過高壓氣源提供高流量的空氣，可以合併不同流量的氧氣及其他保護性氣體共同混合；本裝置可以在肺保存液體水箱內添加各種藥物成分，同時輸送到氣管、肺臟內部，更好的發揮藥物的作用。根據本發明裝置的具體結構和功能作用，本技術領域的人員可以設計相應的電氣原理圖。圖2為本發明的電氣原理圖例子。本裝置在不違反倫理及無創操作的前提下使得氣管、肺臟內部表面液體成分蒸髮帶走大量熱量，可以實現氣管、肺臟的快速降溫，減輕了熱缺血損傷，保證了 NHBD供肺質量，有利於臨床肺移植手術的廣泛開展。
權利要求
1.一種應用於無心跳供體肺保存的無創氣管內降溫裝置，其特徵在於該裝置由第一電磁閥(I)、第二電磁閥(2)、微型隔膜泵(3)、第一半導體製冷模塊(4)、第二半導體製冷模塊(5)、肺保存液體水箱(6)、循環冷卻水水箱(7)、散熱盤管(8)、風機(9)、循環水溫度控制器(10)和循環水泵(11)構成；分為3個系統低溫通氣系統、低溫肺保存液體供給系統和散熱系統；其中 第二半導體製冷模塊(5)構成低溫通氣系統，外界高壓氣源提供的氣體，通過管道進入半導體製冷模塊(5)，得到低溫氣體；低溫氣體經過半導體製冷模塊(5)的出口(13)輸入到氣管內，實現對氣管內進行低溫通氣； 肺保存液體水箱(6)連接第一電磁閥(I)，再依次連接微型隔膜泵(3)及第一半導體製冷模塊(4);第二電磁閥(2)設置在微型隔膜泵(3)之前，與第一電磁閥(I)並聯，第二電磁閥(2)另一端通環境大氣；以上組成低溫肺保存液體供給系統；肺保存液體水箱(6)提供肺保存液體，通過第一電磁閥(I)和第二電磁閥(2)調控後，再依次進入微型隔膜泵(3)及第一半導體製冷模塊(4)，得到低溫肺保存液體；該低溫肺保存液體通過第一半導體製冷模塊(4)的出口(12)輸入到氣管內，實現對氣管內低溫肺保存液體的供給； 循環冷卻水水箱(7)、散熱盤管(8)、風機(9)、循環水溫度控制器(10)和循環水泵(11)組成散熱系統；循環冷卻水水箱(7)的左側依次與循環水溫控制器(10)及循環水泵(11)連接，然後再分別連接至第一半導體製冷模塊(4)和第二半導體製冷模塊(5)的熱端；循環冷卻水水箱(7 )提供冷水源，循環水溫控制器(10 )及循環水泵(11)分別提供溫度的可調控制及冷水流動的動力支持；在循環水箱(7)的右側與散熱盤管(8)的一端連接，通過散熱盤管(8)進行熱量交換，把熱量排出；風機(2)用於加速散熱；散熱盤管(8)的另一端分別與第一半導體製冷模塊(4)和第二半導體製冷模塊(5)的冷端連接,實現對兩個製冷模塊的循環·散熱。
全文摘要
本發明屬於輔助醫療器件技術領域，具體為一種應用於無心跳供體肺保存的無創氣管內降溫裝置。該裝置由兩個電磁閥、微型隔膜泵、兩個半導體製冷模塊、肺保存液體水箱、冷卻水水箱、散熱盤管、風機、水溫度控制器和水泵構成，並分為3個系統低溫通氣系統、低溫肺保存液體供給系統和散熱系統；低溫通氣系統實現對實現對氣管內進行低溫通氣，低溫肺保存液體供給系統實現對氣管內低溫肺保存液體的供給，散熱系統實現對實現對兩個製冷模塊的循環散熱。本發明可以在無創操作前提下，提供高流量低溫氣體，同時氣管內輸入高壓低溫肺保存液體，降低熱交換係數，弱化比熱不均，能夠快速降低氣管內及肺臟溫度，減輕熱缺血損傷，提高供肺質量。
文檔編號A61F7/12GK102935023SQ20121040248
公開日2013年2月20日 申請日期2012年10月22日 優先權日2012年10月22日
發明者趙曉剛, 胥義, 姜格寧 申請人:同濟大學附屬上海市肺科醫院, 上海理工大學