專利名稱：體外輔助呼吸器的制作方法
體外輔助呼吸器聯(lián)邦政府資助的研究0001鑒于提供了美國陸軍部(the Department of the Army)授 予的基金號DAMD 17-02-1-0717和美國國家健康協(xié)會(the National Institutes of Health)授予的基金號ROl HL 70051 ，美國政府對本發(fā)明 具有付清全部款項的許可，并且在有限的情況下有權(quán)要求專利所有人 以合理的條款許可他人實施。相關(guān)申請的交叉參考0002本申請要求2005年4月21日提交的第60/673,885號美 國臨時申請和2005年6月8日提交的第60/688,809號美國臨時申請的 優(yōu)先權(quán)，在此引入其全部作為參考。
背景技術(shù)：
0003本發(fā)明涉及改進的靜脈-靜脈體外循環(huán)充氧器，本文被稱 為"體夕卜輔助呼吸器(paracorporeal respiratory assist lung)"或"PRAL 裝置"。更特別地，體外輔助呼吸器包括可變速的(振蕩)旋轉(zhuǎn)纖維束， 其具有提高的疏松度。另外，PRAL裝置可以被設(shè)計成使芯旋轉(zhuǎn)，其中 所述纖維束是靜止的，并且可進一步設(shè)計成包括在所述旋轉(zhuǎn)芯上的纖 維束。0004據(jù)報道，每年有350,000美國人死于肺癌，大部分是由于 急性呼吸窘迫綜合癥(Acute Respiratory Destress Syndrome (ARDS)) 和慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD))。最常見的治療方法是機械通風(fēng)，但是可進一步加重呼吸功能不全并且 可能引起嚴重的副作用，例如氣壓性損傷(barotrauma)和容量損傷 (volutmuma)。據(jù)進一步的報道，在手術(shù)期間，心-肺機器，其運用充氧器，在全世界每年被使用數(shù)十萬次。這樣的充氧器可被用于治療COPD和ARDS。然而，用在心-肺機器內(nèi)的充氧器的一個常見問題是 氧氣和二氧化碳低效的物質(zhì)傳遞(氣體交換)。0005給血液充氧的膜式充氧器的使用在本領(lǐng)域是已知的。一 種傳統(tǒng)的膜式充氧器使用了中空纖維束，其被保留在圓柱形的殼內(nèi)， 其中氧是以與血液相同的方向通過所述中空纖維被泵入的。該中空纖 維是由微孔膜組成，其對血液不具有滲透性而對氣體具有滲透性。當 靜脈血液流過該殼并與該中空纖維接觸時，發(fā)生氣體交換。根據(jù)擴散 定律，氧擴散穿過中空纖維壁，并且使與這些中空纖維接觸的靜脈血 富含氧。這種類型的膜式充氧器的缺點是在中空纖維周圍形成血液邊 界層，這延緩了對沒有直接與所述中空纖維接觸之血液的充氧。0006另一種己知類型的膜式充氧器包括移動充氧器的一個部 分，以提供血液流動的增強混合。在這種類型膜式充氧器中，血液流 通路徑和氧氣流通路徑被定位在轉(zhuǎn)子和定子之間，并且通過膜與隔片 被分隔開來。當轉(zhuǎn)子相對于定子轉(zhuǎn)動時，血流的混合發(fā)生，這就導(dǎo)致 打破了血液邊界層。盡管這樣的充氧器使得血液具有一定程度的混合， 但是這種混合可能會引起紅細胞的破壞。在這樣的充氧器的一個實施 方式中，含氧氣的圓柱形半滲透性的膜在殼內(nèi)被旋轉(zhuǎn)，使得血液接觸 且流過該膜，并且氧氣通過該旋轉(zhuǎn)膜被轉(zhuǎn)移到該血液中。這種膜式充 氧器被報道的一個問題是半滲透膜對氧氣和二氧化碳差的滲透性。0007還有另一種已知的膜式充氧器包括基本上縱向延伸的復(fù) 數(shù)個中空纖維膜，第一惰性纖維在它們之間間隔開、并且也是基本上 縱向延伸。第二惰性纖維一般橫向地向所述中空纖維延伸并且一般延 伸至其附近，所以含氧氣的氣體可以穿過所述中空纖維，并且血液可 以流過其外部以透過該膜進行氣體交換。第二惰性纖維可以形成緯線， 并且第一惰性纖維在每兩個中空纖維之間被間隔地放上一根，所以該 經(jīng)線是由以擺動方式穿過緯線的中空纖維和第一惰性纖維的交替纖維 組成的。該惰性纖維被公開為生物相容性的單絲聚合物，其提供了中空纖維的間隔，甚至產(chǎn)生了血膜。然而，這樣的充氧器沒有被設(shè)計用 于體外，其具有相對低的血液流速。0008因此，具有增強的氣體交換特性的體外充氧器是需要的 并且迄今為止是不可得到的，氣體交換特性的增強是由于可變速的旋 轉(zhuǎn)纖維束和/或該纖維束疏松度的提高，其具有高的氣體交換效率，并 且對血液成分的損傷最小。發(fā)明內(nèi)容0009本發(fā)明涉及改進的靜脈-靜脈體外循環(huán)充氧器，本文被稱 為"體夕卜輔助卩乎吸器(paracorporeal respiratory assist lung)"。該靜1^-靜脈人工肺可代替機械通風(fēng)療法而被用于慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD))病人，他們的血液中含有高 水平的二氧化碳分壓(PC02)。本發(fā)明的體外輔助呼吸器通過含有氣體 滲透性中空纖維(環(huán)形纖維束)的組件的旋轉(zhuǎn)，提供了積極的混合， 使得在血液恒速通過該裝置下提高了氣體交換。得知該纖維束的旋轉(zhuǎn) 增強了人工肺的氣體交換效率，例如二氧化碳(C02)的傳遞效率增加 了 200% (兩百個百分點)。已經(jīng)證實，血液流速在每分鐘0.5至l.O升 (1/min)的范圍內(nèi)時，C02的去除可達到每分鐘100-120毫升(ml/min)。 該旋轉(zhuǎn)纖維束提供血液流過壓頭低于30毫米汞柱(mmHg)的裝置的 自抽作用。己經(jīng)證實，通過改變環(huán)形纖維束的直徑或旋轉(zhuǎn)速度，可以 調(diào)整血液流過帶壓頭的裝置的自抽作用，其中自抽作用可以被調(diào)整以 適合該應(yīng)用。纖維束直徑高達4英寸的原型已經(jīng)產(chǎn)生高達100-300 mmHg的壓頭。因此，體外輔助呼吸器充當了泵/中空纖維膜集成的物 質(zhì)傳輸裝置。0010根據(jù)本發(fā)明，對體外輔助呼吸器改進的一方面是包括環(huán) 形圓柱狀中空纖維膜器件，該器件以迅速可變的速度進行旋轉(zhuǎn)。流體 被導(dǎo)入該器件中心并且徑向流過該纖維束。在旋轉(zhuǎn)致動器(通常為電 動機)作用下，該纖維束以迅速變化的速度進行旋轉(zhuǎn)。己經(jīng)證實，當 該纖維束的旋轉(zhuǎn)速度被迅速改變時，本發(fā)明提高了物質(zhì)傳遞。舉例來說，將振蕩或者擺動(oscillations)引入到中空纖維束的穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)中， 提高了該器件的物質(zhì)轉(zhuǎn)移效率，同時維持了其抽送能力(pumping capabilities )。0011根據(jù)本發(fā)明，對體外輔助呼吸器改進的另一方面是包括 增加了該旋轉(zhuǎn)纖維束的疏松度(porosity)。該增加的疏松度提供更多的 流體流過該纖維束，因此增加了該器件整體的物質(zhì)傳遞效率。該纖維 束額外的疏松度是通過幾種可能的途徑產(chǎn)生的，包括但不限于，使用 隔離物在纖維層之間產(chǎn)生空隙，在該纖維墊子中每隔一個纖維除去一 根，以及使用更小直徑的纖維。另外，支撐線也可從纖維織物中去除， 并且體外輔助呼吸器可以被設(shè)計，以致集流管相對更近，以使該纖維 束"蓬松(puffout)"。0012本發(fā)明進一步的方面包括體外輔助呼吸器，其具有以下特征*帶有經(jīng)皮套管的體外靜脈-靜脈體系*被插入到血流的靜脈循環(huán)中*由旋轉(zhuǎn)纖維束驅(qū)動的血流的自抽吸作用*在血液到達肺之前，去除C02并且供應(yīng)02參在血流速度低于每分鐘一升下，進行氣體交換*使中空纖維束旋轉(zhuǎn)以增強氣體交換*旋轉(zhuǎn)環(huán)形纖維束促使經(jīng)過纖維表面的流速增加*靜止的芯和外殼在纖維束上產(chǎn)生流體剪切*血液路徑允許旋轉(zhuǎn)束抽出流體*緊密有效的中空纖維組件從外部磨損0013本發(fā)明所述的體外輔助呼吸器另外的特征包括:*可變的旋轉(zhuǎn)增強了氣體交換 *該纖維束的疏松度可變*對于維持呼吸來說血流在500-700 mL/min*小的雙內(nèi)腔套管(14-16French (法蘭西標度))*該纖維束的活性表面積小于0.50平方米(m2)*血流速度在每分鐘0.5至1.0升時，CO2的去除為100-120ml/min* C02的去除不依賴于天然肺的功能容量0014本發(fā)明的一個實施方式包括體外輔助呼吸器，其具有含 有流體入口、流體出口、氣體入口和氣體出口的殼。該PRAL裝置包 括多個管式氣體滲透性纖維膜，其被配置以形成纖維束，該纖維束被 置在殼內(nèi)，并且與氣體入口和氣體出口相連且進行流體交換，其中第 一間隙設(shè)計在該殼和該纖維束之間。該裝置進一步包括靜止的芯，其 被置在該纖維束內(nèi)，其中第二間隙被設(shè)計在該芯和該纖維束之間。該 PRAL裝置可以被設(shè)計使該纖維束旋轉(zhuǎn)，其中該殼、纖維束和芯被設(shè)計 使得進入流體入口的流體流過纖維束且進入該流體出口 。0015本發(fā)明所述的體外輔助呼吸器的可選實施方式包括含有 流體入口、流體出口、氣體入口和氣體出口的殼。該PRAL裝置包括 多個管式氣體滲透性纖維膜，其被配置以形成纖維束，該纖維束被置 在殼內(nèi)，并且與氣體入口和氣體出口相連且進行流體交換，其中第一 間隙設(shè)計在該殼和該纖維束之間。該裝置被設(shè)計具有被置在該纖維束 內(nèi)的芯，其中第二間隙被設(shè)計在該芯和該纖維束之間。該裝置可以包 括使該芯旋轉(zhuǎn)的機構(gòu)，其中該殼、纖維束和芯被設(shè)計使得進入流體入 口的流體流過纖維束且進入該流體出口。該PRAL裝置可進一步被設(shè) 計，以在第二間隙內(nèi)產(chǎn)生湍流并且在第二間隙內(nèi)產(chǎn)生多個泰勒旋渦 (Taylor vortex)。另外，該纖維束被設(shè)計具有疏松度，其允許流體均 勻流過該纖維束。更進一步地，該PRAL裝置可被設(shè)計，因而第一間 隙和第二間隙被設(shè)計使得穿過該纖維束的流體流動得以優(yōu)化。0016從下面的詳細描述和附圖中，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點 將變得明顯，其舉例闡明了本發(fā)明的特征。


0017圖1描述了本發(fā)明所述的體外輔助呼吸器的在體布置。0018圖2A-2C描述本發(fā)明所述的體外輔助呼吸器一個實施方 式的幾個視圖。0019圖3A-3D描述本發(fā)明所述的體外輔助呼吸器可選實施方 式的幾個視圖。0020圖4A和4B是本發(fā)明所述的體外輔助呼吸器的示意圖， 其顯示了旋轉(zhuǎn)束。0021圖5A-5P描述本發(fā)明所述的體外輔助呼吸器可選實施方 式的幾個視圖。0022圖6描述本發(fā)明所述的體外輔助呼吸器的可選實施方式。0023圖7描述本發(fā)明所述的體外輔助呼吸器的可選實施方式。0024圖8A-8D描述本發(fā)明所述的體外輔助呼吸器可選實施方 式的幾個視圖。0025圖9顯示本發(fā)明所述的體外輔助呼吸器可選實施方式的 的示意圖，其具有磁力驅(qū)動機構(gòu)。0026圖IOA和IOB描述本發(fā)明所述的體外輔助呼吸器的可選 實施方式。0027圖11是圖IO所示體外輔助呼吸器的橫截面圖。0028圖12A和12B是圖11所示體外輔助呼吸器的示意圖。0029圖13顯示本發(fā)明所述的體外輔助呼吸器可選實施方式的 示意圖。0030圖14是本發(fā)明所述體系的方框圖。0031圖15顯示本發(fā)明所述的體外輔助呼吸器可選實施方式的 橫截面圖，其具有磁力驅(qū)動機構(gòu)。0032圖16A和16B是根據(jù)本發(fā)明所述的籠式機構(gòu)，適合于使 用所述纖維束。0033圖17A、 17B顯示具有間隔的纖維墊示意圖，其用于本 發(fā)明所述的體外輔助呼吸器。0034圖18是根據(jù)本發(fā)明的體系所述的一個方框圖。0035圖19是根據(jù)本發(fā)明的體系所述的一個方框圖。0036圖20是本發(fā)明所述的體外輔助呼吸器的一個實施方式所 達到的氣體交換速率的圖示。0037圖21是本發(fā)明所述的體外輔助呼吸器的一個實施方式所 達到的氣體交換速率的圖示。0038圖22是本發(fā)明所述的體外輔助呼吸器的一個實施方式所 達到的血流(抽吸能力)的圖示。0039圖23是基于纖維束疏松度的模型預(yù)測圖示。0040圖24和25是本發(fā)明所述的體外輔助呼吸器中該纖維束 可變的疏松度所達到的二氧化碳去除和血流(抽送能力)的圖示。0041圖26是通過該纖維束的血流模型(FEMLAB)的圖示。
具體實施方式
0042本發(fā)明涉及改進的靜脈-靜脈體外循環(huán)充氧器，本文被稱 為"體夕卜輔助呼吸器(paracoiporeal respiratory assist lung)"或"PRAL 裝置"。本發(fā)明所述的體外輔助呼吸器包括旋轉(zhuǎn)的中空纖維膜束，其通 過降低血液流過該纖維所引起的邊界層現(xiàn)象增加了該裝置的氣體交換 效率。美國專利號5,830， 370 (Maloney等)、5，900，142 (Maloney等)、 6,106,776 (Borovetz等)、6,217,826 (Reeder等)、6,348,175 (Borovetz等)、 6,723,284 (Reeder等)和美國出版號2004/0219,061 (Reeder等)通過引用 被全部引入本文。0043已經(jīng)研發(fā)出本發(fā)明所述的體外輔助呼吸器，其適用于正 遭受急性肺衰竭和慢性肺疾病急性惡化的病人。該設(shè)計概念建立在以 前的充氧器的臨床成功之上，所述充氧器從病人的股動脈中取出血液， 通過商業(yè)可利用的膜式充氧器去除二氧化碳(co2)以及利用天然的動 脈-靜脈壓力梯度將該血液轉(zhuǎn)入該股靜脈中。本發(fā)明使用環(huán)狀旋轉(zhuǎn)中空 纖維膜束，以增加氣體交換并使該裝置泵出血液。增加的氣體交換使 其表面面積比目前商業(yè)上可利用的的膜式呼吸器低，并且該旋轉(zhuǎn)纖維 束的泵出能力使得血液流過只是插入到靜脈循環(huán)的經(jīng)皮膚雙內(nèi)腔套 管。0044血液充氧器內(nèi)氣體交換的主要局限性是流體沿著該纖維 膜的表面流動所產(chǎn)生的擴散邊界層。該纖維相對于該流體(血液)的 有效運動可有助于減少該邊界層。在此處所述的本發(fā)明中，該充氧器 的中空纖維被設(shè)計成環(huán)形束，其圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)。在環(huán)面上布置該中 空纖維使該旋轉(zhuǎn)充氧器區(qū)別于已知的旋轉(zhuǎn)盤式旋轉(zhuǎn)充氧器。在這樣的 環(huán)狀布置中，該纖維束的旋轉(zhuǎn)使纖維具有更均勻的線速度，因為所有 的纖維與該旋轉(zhuǎn)軸具有類似的距離。因此，本發(fā)明所述的體外輔助呼吸器，在比旋轉(zhuǎn)盤式充氧器低的旋轉(zhuǎn)速度下，可達到給定水平的氣體 交換。0045本發(fā)明所述的體外輔助呼吸器包括外殼，其中安裝有 纖維環(huán)；與軸相連的電動機，其使纖維環(huán)旋轉(zhuǎn)；以及封口和軸承，其 將流體路徑和氣體路徑分離。該近端和遠端集合管可以被設(shè)計帶有機 構(gòu)，例如葉片，以有利于新鮮血液的混合進入該旋轉(zhuǎn)纖維束。該流體(血液/水)流過該裝置的旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)的中心路經(jīng)，所述軸支撐該纖維。 隨著該流體路經(jīng)/纖維組件的旋轉(zhuǎn)，流過這些纖維的流體速度和氣體交 換可以通過控制該纖維束的旋轉(zhuǎn)速度進行調(diào)節(jié)。隨著該裝置的纖維環(huán) 被設(shè)計成與旋轉(zhuǎn)中心具有固定的距離，通過均勻使用所有的纖維，實 現(xiàn)了流過這些纖維的速度更一致，而不像盤式充氧器，其沿它們的表 面產(chǎn)生不同的速度。0046與目前的旋轉(zhuǎn)技術(shù)相比，本發(fā)明所述的體外輔助呼吸器 具有截然不同的優(yōu)點_使環(huán)狀纖維束旋轉(zhuǎn)，而不是靜止的纖維束；一使環(huán)狀纖維束旋轉(zhuǎn)而不是盤(靠近旋轉(zhuǎn)軸處，速度沒有變成零)；一旋轉(zhuǎn)可以是穩(wěn)定/不穩(wěn)定的(時間變化增加了物質(zhì)傳遞并且抽吸 處于中等穩(wěn)定值)；一環(huán)可以被制備成具有一系列疏松度(更高的疏松度引起更高的 氣體交換，而對泵送沒有顯著影響)；一該環(huán)可以是薄的束，其使得對環(huán)繞該束的靜止壁具有更大的剪 切滲透；一溶血不是由于該旋轉(zhuǎn)纖維自身(該裝置用多孔性不銹鋼籠裝 配，所述多孔性不銹鋼籠作為旋轉(zhuǎn)期間的支撐)；—己經(jīng)研發(fā)出各種技術(shù)以改變該纖維束的疏松度；一該纖維束的旋轉(zhuǎn)似乎使得該流動路經(jīng)更均勻，所以氣體交換不 受該流入/流出端口的設(shè)計或位置影響；一抽吸允許靜脈-靜脈經(jīng)皮膚的操作；和一由于該纖維束旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的C02的去除水平，可以實現(xiàn)呼吸透析 或低流速的C02去除。0047如圖1所示，體外輔助呼吸器(PRAL裝置)被配置有電 動機驅(qū)動28，其放置于病人25的身體外面。該PRAL裝置包括血流導(dǎo) 管21，其可被插到該病人的股靜脈27中?？蛇x地，該PRAL血液導(dǎo)管 可以通過該病人的頸靜脈29被插入。該PRAL血液導(dǎo)管21的近端45 可以通過病人腿上的切口 23或經(jīng)皮膚的入口被插入，以放入到股靜脈 里。該導(dǎo)管通過該病人的脈管系統(tǒng)引入到接近病人心臟的位置，以致 該遠端45靠近心臟，舉例來說在腔靜脈里或靠近腔靜脈。該PRAL血 液導(dǎo)管可以被設(shè)計具有雙腔，其一邊47為血液入口，第二邊46為血 液出口。將導(dǎo)管遠端開槽可能是有利的，這樣使得血液出口端46延伸 出血液入口開口 47的末端之外。0048現(xiàn)在談到圖2A、 2B和2C，本發(fā)明所述的體外輔助呼吸 器20的一個實施方式包括環(huán)繞靜止芯24的外殼22。旋轉(zhuǎn)纖維束26 被包含在外殼內(nèi)，并環(huán)繞著靜止芯。電動機驅(qū)動機構(gòu)28可操作地被連 接到體外輔助呼吸器的主殼上。該靜止芯包括含有血液入口端口 32的 主體30，其允許血液從該靜止芯擴散穿過該旋轉(zhuǎn)纖維束的纖維墊40。 該外殼進一步設(shè)計有血液出口端口 34，其沿著血液入口可以被連接到 套管(未顯示)上，所述套管被設(shè)計以插入到該病人的脈管系統(tǒng)里(圖 1)。該外殼進一步被設(shè)計有氣體入口管口 36和氣體出口管口 38，它們 與該旋轉(zhuǎn)纖維束的纖維墊發(fā)生流體交換。該纖維墊被固定地連接到支 撐機構(gòu)42上，所述支撐機構(gòu)被連接到驅(qū)動軸44上，所述驅(qū)動軸可操作性地連接到電動機驅(qū)動機構(gòu)上。該纖維墊的支撐驅(qū)動機構(gòu)可以被設(shè) 計成線狀或網(wǎng)孔狀籠(圖16A、 16B)或其它合適的實施方式，以增強 血液流動穿過該纖維束，同時將對血液成分的任何損害最小化，例如 限制溶血。0049現(xiàn)在談到圖3A、 3B、 3C和3D,本發(fā)明所述的體外輔助 呼吸器50包括中心的外殼52，其含有血液出口端口64。該外殼的第 一個末端部分54包括血液入口端口 62和氣體入口管口 66。該外殼的 第二個末端部分58包括氣體出口管口 68。該殼的第一和第二末端可以被設(shè)計有螺紋或其它機構(gòu)，以使該殼的末端緊固在該中心端上。旋轉(zhuǎn) 纖維束機構(gòu)56被設(shè)計置于該殼內(nèi)，并且包括支撐機構(gòu)(未顯示)，以 保留該纖維束同時允許血液從該殼的入口流過該纖維。該纖維束可以從環(huán)狀纖維墊60形成，所述環(huán)狀纖維墊60與氣體入口和氣體出口發(fā) 生流體交換。該旋轉(zhuǎn)纖維束機構(gòu)進一步包括驅(qū)動軸74，其可以被機械 地連接到電動機機構(gòu)(未顯示)上。該旋轉(zhuǎn)纖維束機構(gòu)可進一步被設(shè) 計有罐封72，以支持纖維墊的纖維末端。0050現(xiàn)在談到圖4A和4B，用于測試目的的體外輔助呼吸器 80—般設(shè)計有外殼82，其包圍著含有靜止芯84的旋轉(zhuǎn)纖維束86;被 布置有該纖維束和該殼。血液100通過該靜止芯的入口端92進入該裝 置。負載有氧氣的掃氣96進入旋轉(zhuǎn)纖維芯，以便氧氣和二氧化碳沿著 纖維束被交換進入血液和離開血液。該旋轉(zhuǎn)纖維束被設(shè)計有驅(qū)動軸 104，以使該纖維束相對于該靜止芯和外殼旋轉(zhuǎn)。關(guān)于圖20、 21和22， 使用本發(fā)明所述的體外輔助呼吸器，其實現(xiàn)(a)單位面積上(302的去 除增加133%; (b)單位面積上02的去除增加157。/。；和(c)在1500 rpm 下，相對于50mmHg，產(chǎn)生1 L/min (升/分鐘)的流動，包括的試驗 條件(i)測試流體為水或屠宰場里牛的血液；(ii)流體流速在750 ml/min; (iii)掃氣流速在6.5 l/min; (iv)回路溫度在37。C; (v)入口 處的pC02在45屮/—5mmHg; (vi)入口處02的飽和度在65%; (vii) 血液的血細胞比容在35%;和(viii)血液的血紅蛋白濃度在每分升為 12.1毫克(mg/dl)。0051當具有環(huán)形圓柱幾何形狀的中空纖維膜束被旋轉(zhuǎn)時，該 束可起到泵的作用。然而，該束中的流體在纖維旋轉(zhuǎn)運動中明顯地被 夾帶(纖維與流體之間的相對速度變?yōu)榱?，因此旋轉(zhuǎn)沒有增加纖維束 的物質(zhì)傳遞效率，至多厚了幾層而已。中空纖維膜束可以被振蕩(擺 動(oscillated))以減少流體夾帶現(xiàn)象，因為振蕩妨礙流體的速度達到 纖維的速度。本發(fā)明的一個方面是在中空纖維束的穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)中引入 振蕩，以增加物質(zhì)傳遞效率同時保持其抽吸容量。10052如圖18和19所示，本發(fā)明所述的體外輔助呼吸器充當 泵/中空纖維膜集成的物質(zhì)傳遞裝置，并且當該纖維束的旋轉(zhuǎn)速度被迅 速改變時，表現(xiàn)出物質(zhì)傳遞的提高。為了提高體外輔助呼吸器所能達 到的氣體交換性能，該纖維束的各種旋轉(zhuǎn)模式可以被應(yīng)用，例如穩(wěn)態(tài) 旋轉(zhuǎn)、不穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)、純振蕩旋轉(zhuǎn)和其它時間依賴型的旋轉(zhuǎn)。正如本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員所將理解的，已知的和將被研發(fā)的氣體滲透性纖維可 被用于本發(fā)明，例如目前在血液充氧器中所用的中空微孔性聚丙烯纖 維和氣體滲透性纖維。該氣體滲透性纖維可包括氣體滲透性聚合物涂 層，并且可以結(jié)合有非凝血酶原組分。0053該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置可包括與該纖維束連接的電動機。氧氣 流過該中空纖維，并且流體(例如，水或血液)可通過內(nèi)部擴散器被 引入該纖維束。密封和軸承將氣體和流體路徑分開，并且允許該纖維 束在外部電動機的作用下被旋轉(zhuǎn)。無電刷直流伺服電動機可以控制該 中空纖維膜束的運動。體外輔助呼吸器的使用者可以用與控制器相連 的計算機設(shè)定振蕩的頻率和振幅。該控制器發(fā)出執(zhí)行輸入運動的驅(qū)動 信號，同時從電動機中接受反饋并且對速度作出調(diào)整。0054在本發(fā)明進一步的實施方式中，體外輔助呼吸器被設(shè)計 以增加該旋轉(zhuǎn)纖維束的疏松度。增加的疏松度提供更多流體流過該纖 維束，因此增加了該裝置整體的物質(zhì)傳遞效率。該纖維束額外的疏松 度是通過幾種可能的途徑產(chǎn)生的，包括但不限于，使用取間隔的構(gòu)件 在纖維層之間產(chǎn)生空隙，在該墊中每隔一個纖維除去一根，以及使用 更小直徑的纖維。另外，支撐線也可從纖維織物中去除，并且體外輔 助呼吸器可以被設(shè)計，所以集合管相對更近以使該纖維束"蓬松(puff out)"。0055如圖17A和17B所示，通過將薄條的氈浸泡在聚氨酯或 其它合適材料里，間隔可以穿過纖維墊被放置。根據(jù)本發(fā)明，當該纖 維墊被巻起來時，該氈也和它一起被巻起，其然后隨著粘合劑變干而 硬化。于是該經(jīng)過干燥的氈，在該纖維之間就產(chǎn)生額外的空隙。然而，該氈所接觸處的纖維表面積，沒有被包括在體外輔助呼吸器的可操作 表面積里?？蛇x地，通過在該纖維墊中每隔一個纖維拿去一根，該纖 維墊就被留下許多開放的空間，其只含有緯線而沒有纖維。雖然纖維 的未變化的總表面積和數(shù)目可以是相同的，但是這些纖維間隔更大， 因此產(chǎn)生"蓬松狀的束"。此外，外徑減少的氣體滲透性纖維，也可以 被用于產(chǎn)生疏松度更高的裝置。該纖維束更高的疏松度是由于纖維密 度的降低，即較小外徑的纖維墊中纖維的密度，小于含有較大外徑 纖維的纖維墊。在只有緯線存在的情況下具有更多開放的空間，所述 情況與每隔一根纖維去除一根纖維情況下的纖維束的設(shè)計類似。0056在相對低的靜脈-靜脈血液流速下(500-1000 ml/min)，本 發(fā)明所述的體外輔助呼吸器實現(xiàn)了顯著的C02去除(100-120 ml/min)， 而不需要單獨的泵。圖23-25表明纖維束疏松度，對體外輔助呼吸器 的氣體交換和抽吸性能的影響。制造兩種原型的體外輔助呼吸裝置， 纖維束疏松度為0.43和0.83;但是在其他方面類似，膜表面積分別為 0.42平方米(m2)禾n0.50m2。該裝置用水作為測試流體，當在3 1/min 時，測試流動環(huán)路中的氣體交換。具有較高束疏松度(higher bundle porosity)的體外輔助呼吸器，在1500 rpm下，實現(xiàn)的0)2去除為173 ml/min/m2 ;與之相比，具有較低束疏松度的原型為190 ml/min/m2。 在牛血液的情況下，具有較高的束疏松度的體外輔助呼吸器，在1500 rpm下，在血液流速僅為750ml/min時，達到182 ml/min/m2的C02去 除速度。在水中進行一個單獨的泵測試，以水作為測試流體，在0.75 1/min的流速下，在1500 RPM下，具有較高疏松度(higher porosity) 的纖維束產(chǎn)生67mmHg;與之相比，具有較低疏松度的纖維束僅為52 mmHg。具有增加的疏松度的纖維束是在氣體交換目標的十個百分點內(nèi) (10%)，而且抽吸能力與通過小于20 Fr的經(jīng)皮膚套管產(chǎn)生750 ml/min 的血流相一致。0057現(xiàn)在談到圖5A至5P，該PRAL裝置的一個實施方式包 括含有上部524和下部522的外殼520。該PRAL裝置500的上部包括 血液入口 530和氣體出口 545。該殼的下部包括氣體入口 540和血液出口端口 535。該PRAL裝置的這種實施方式包括具有外部驅(qū)動連接接頭 525的旋轉(zhuǎn)纖維束。如圖5D所示，該驅(qū)動機構(gòu)525被連接到內(nèi)部聯(lián)結(jié) 器527，其可以退出而到達纖維束550。該PRAL裝置包括靜止芯560， 其被設(shè)計帶有內(nèi)腔或血液導(dǎo)管，內(nèi)腔或血液導(dǎo)管具有外端532和內(nèi)端 534。該血液導(dǎo)管的內(nèi)端被連接到葉輪器件570上，所述葉輪器件包括 多個弓形臂572，其有助于將血流導(dǎo)入該纖維束550。該PRAL裝置被 設(shè)計有環(huán)形空間590，其位于旋轉(zhuǎn)纖維束550和外殼520之間。血流， 其從入口 530開始，并且從葉片570流入纖維束550和間隙590，流出 端口 535。掃氣，例如充氧空氣，從入口 540進入該PRAL裝置，流經(jīng) 該纖維束550，其中二氧化碳和氧氣與血液進行交換，載有二氧化碳的 氣體從該PRAL裝置的上部524中的端口 545離去。該PRAL裝置的 上部部分進一步設(shè)計有保持裝置565，其將芯560和血液導(dǎo)管530緊固 在殼520內(nèi)。0058現(xiàn)在談到圖6，該PRAL裝置的一個可選實施方式600 包括外殼620，外殼620帶有血液和流體入口 630;以及流體出口 635 經(jīng)過該入口、經(jīng)過導(dǎo)管632，所述導(dǎo)管分叉成第一導(dǎo)管634和第二導(dǎo)管 636，它們將血液導(dǎo)入纖維束650。該纖維束被連接到驅(qū)動機構(gòu)625上， 所述驅(qū)動機構(gòu)與電動機驅(qū)動628相連。多個密封機構(gòu)690被包括在內(nèi)， 以將旋轉(zhuǎn)纖維束和血流與氣體路徑分開。氣體通過與該纖維束相連的 入口 640進入該系統(tǒng)，并且從氣體出口 645排出，其間與該纖維束650進行流體交換。0059現(xiàn)在談到圖7，該PRAL裝置的可選實施方式700包括帶 有血液和流體入口 730的外殼720，以及流體出口 735經(jīng)過該入口、經(jīng) 過導(dǎo)管732，導(dǎo)管732將血液導(dǎo)入纖維束750。該纖維束被連接到驅(qū)動 機構(gòu)725上，所述驅(qū)動機構(gòu)與電動機驅(qū)動728相連。多個密封機構(gòu)790 被包括，以將旋轉(zhuǎn)纖維束和血流，與氣體路徑分開。在與該纖維束750 進行流體交換期間，氣體通過與該纖維束相連的入口 740進入該系統(tǒng)， 并且從氣體出口 745排出。這種特定的實施方式進一步包括位于該旋 轉(zhuǎn)纖維束750內(nèi)部的靜止芯760。0060現(xiàn)在談到的圖8是根據(jù)本發(fā)明所述的PRAL裝置的可選 實施方式800。該PRAL裝置包括外殼820，其含有緊固到主體820上 的下部822和上部824。該裝置的上部包括與導(dǎo)管832相連的血液入口 830，所述導(dǎo)管832具有遠端834，起到將血流提供給中心的芯860的 作用，以及包括葉輪870。血流流過旋轉(zhuǎn)纖維束850，其中旋轉(zhuǎn)纖維束 850被連接到驅(qū)動機構(gòu)825上。氣體通過氣體入口端540進入，流經(jīng)該 殼的下部822以及氣體出口 845，所述氣體入口端540與纖維氣束850 進行流體交換。小的環(huán)狀間隙890位于旋轉(zhuǎn)纖維束850和該裝置800 的外殼820之間。各種密封和其它機構(gòu)被用于將氣流與血流隔開。類 似地，螺釘和其它機構(gòu)被用于緊固該殼的各個部分。此外，各種密封 和軸承被用于允許驅(qū)動機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)芯在該殼內(nèi)自由移動。0061現(xiàn)在談到圖9，根據(jù)本發(fā)明所述的PRAL裝置的可選實施 方式900包括用于使中心處的芯進行旋轉(zhuǎn)的磁力聯(lián)軸器。該PRAL 裝置包括含有下部922和上部924的殼920。該上部包括血液入口導(dǎo)管 930，其連接到血液分配葉片970上，所述血液分配葉片被并入到旋轉(zhuǎn) 芯960內(nèi)。該主體922的下部包括密封和軸承980以及銷軸或其它機 構(gòu)982，以使該旋轉(zhuǎn)芯被支撐在該外殼內(nèi)。該PRAL裝置的這種實施方 式包括靜止的纖維束950，其含有氣體入口 940和氣體出口 945。血液 從入口 930流入內(nèi)部間隙922，經(jīng)過該束950，穿過重復(fù)循環(huán)間隙990， 并從血液出口端935流出。該旋轉(zhuǎn)芯和該外殼之間的內(nèi)部和循環(huán)間隙 允許箭頭996所示的重復(fù)循環(huán)或者漩渦作用。該旋轉(zhuǎn)芯通過緊固到旋 轉(zhuǎn)芯上的磁鐵984和986，通過磁力連接到外部裝置上。0062現(xiàn)在談到圖IOA和10B,該PRAL裝置的可選實施方式 IOOO可進一步設(shè)計有旋轉(zhuǎn)芯機構(gòu)。該PRAL裝置包括外殼體1020，其 含有下部1022和上部1024。電動機驅(qū)動機構(gòu)1025被設(shè)計在所述下部 的里邊。氣體入口 1040也被設(shè)計在該殼的下部上。靜止的纖維束1050 被置于該殼的主體1020內(nèi)，其被設(shè)計以接受旋轉(zhuǎn)塞繩1060 (rotating cord 1060)。各種密封和緊固器件1062、 1064、 1066和1068被顯示在圖10B中。0063現(xiàn)在談到圖11，該PARL裝置1100也被設(shè)計有旋轉(zhuǎn)芯機 構(gòu)和靜止纖維束。該裝置被設(shè)計有外殼1120，其含有下部1122和上部 1124，它們被緊固在一起，形成一個部件。該殼的下部包括電動機驅(qū) 動機構(gòu)1125，其可操作地被緊固到旋轉(zhuǎn)芯1160上。血液通過血液入口 端1130進入，從該部件的上部流到葉片1170上。血液從葉片流經(jīng)內(nèi) 部間隙1192，穿過靜止的纖維束1150，流到外部重復(fù)循環(huán)間隙1190 并流過血液出口端(未顯示)。氣體通過入口端1140進入纖維束，并 且在穿過纖維束流到設(shè)計在該PRAL裝置上部的出口 1145之后排出。 該氣體入口位于該PRAL殼1120的下部1122上。緊固到該殼的下部 之上的穩(wěn)定部件，包括軸承和密封，被設(shè)計以接受旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)1125。 其它各種密封和軸承可以被使用，以將氣流和血流分開、并且以防止 這些流體泄漏。0064現(xiàn)在談到圖12A和12B，顯示的是關(guān)于圖10和11所示 的PRAL裝置的部分剖開的俯視圖和仰視圖。如圖12A所示，血流被 導(dǎo)入葉片1170，其具有多個弓形的導(dǎo)流臂1172。血流繼續(xù)從葉片流到 內(nèi)部間隙1192，內(nèi)部間隙1192被置于旋轉(zhuǎn)芯1160和靜止纖維束1150 之間。該血流穿過靜止纖維束流到外部再循環(huán)間隙1192，并且從血液 出口端1135流出。0065圖26是在本發(fā)明所述的PRAL裝置的一個實施方式中所 發(fā)生的血流的FEMLAB CFD (計算流體力學(xué)(computational fluid dynamics))模擬。顯示的是關(guān)于PRAL裝置的情況的FEMNLAB模型 的縱向截面，所述PRAL裝置具有旋轉(zhuǎn)纖維束2650，旋轉(zhuǎn)纖維束2650 被置于靜止的內(nèi)殼2600和靜止的外殼2700之間。在外殼2700和纖維 束2650之間形成了第一外部間隙2690，并且在內(nèi)殼2600和纖維束2650 之間形成第二內(nèi)部間隙2692。環(huán)狀纖維束2650的旋轉(zhuǎn)，在該旋轉(zhuǎn)纖維 束2650和該靜止的外殼2700之間的外部間隙2690內(nèi)，產(chǎn)生了泰勒旋 渦2635 (Taylor vortices 2635)。旋渦2635，在外部間隙2690內(nèi)，引起了壓力變化2630。該壓力變化擾亂了纖維束2650內(nèi)部的血液流動模式 2620，使旋轉(zhuǎn)纖維和血流之間的相對速度增加，因此提高了氣體交換。 在該PRAL裝置的這種和其它實施方式中，在環(huán)狀纖維束2650 (旋轉(zhuǎn) 的或靜止的)和外殼2700之間的外部間隙2690的尺寸，存在優(yōu)選的 大小范圍。間隙大小應(yīng)當正好足夠大，以滿足血液穿過外部間隙2690 直到所設(shè)計的裝置出口所產(chǎn)生的壓降，如此以致不會阻止穿過該環(huán)狀 纖維束2650的徑向血流建立起來相對均勻的分布。該間隙大小將視該 纖維束的滲透性(疏松度)和厚度而定。0066現(xiàn)在談到圖13，本發(fā)明所述的PRAL裝置的可選實施方 式，除了靜止纖維束之外，包括裝配有旋轉(zhuǎn)芯的纖維束。該PRAL裝 置包括具有下部1322和上部1324的殼1320。該上部包括血液入口導(dǎo) 管1330，血液入口導(dǎo)管1330連接到血液分配葉片1370上，所述血液 分配葉片被并入到旋轉(zhuǎn)芯1360內(nèi)。該主體1322的下部包括密封和軸 承1380以及銷軸或其它機構(gòu)1382，以使該旋轉(zhuǎn)芯被支持在該殼內(nèi)。該 PRAL裝置的這種實施方式包括靜止的纖維束1350，其含有氣體入口 1340和氣體出口 1345。血液從入口 1330流入內(nèi)部間隙1322，經(jīng)過束 1350，穿過回流間隙13卯(recirculation gap 1390)，并從血液出口端 1335流出。該旋轉(zhuǎn)芯和該外殼之間的內(nèi)部和循環(huán)間隙，允許循環(huán)或者 漩渦效應(yīng)。該旋轉(zhuǎn)芯通過緊固到該旋轉(zhuǎn)芯的磁鐵1384和1386，通過磁 力連接到外部裝置上。額外的導(dǎo)管1385被包括，使得氣體流入和流出 旋轉(zhuǎn)纖維束1355。0067現(xiàn)在談到圖14，顯示的是方框圖，描述了 PRAL裝置1400， 其配置具有用戶界面1420的電子計算機系統(tǒng)1410內(nèi)的控制器，其帶 有電池組和充電器1430以及交流-直流電源1435。該系統(tǒng)可進一步配 置有以太網(wǎng)(Ethernet)和其它的外部通訊器件1425， 1427。血液通 過入口管線1430進入該PRAL裝置，并且通過出口端1435流出進入 病人，其具有安全機構(gòu)，例如流動和氣泡檢測器。空氣入口 1440被提 供，并且可以連接到壁式氧氣供應(yīng)單元1442或氧氣罐1444，以向該裝 置補充氣體。加濕器和/或加熱器1475可以被插入到空氣入口和該PRAL裝置1400之間。掃氣排氣管線1445可以包括脫水器1446， 以及二氧化碳和氧氣分析儀1448。其它的閥和通風(fēng)機構(gòu)可被包括進來， 作為安全部件。舉例來說，真空泵1490可以被插入到PRAL裝置1400 與出口端1495之間，以充當安全機構(gòu)，如此以致該系統(tǒng)具有負壓， 使得不會在病人的脈管系統(tǒng)中產(chǎn)生氣泡。0068圖15描述了本發(fā)明的體外輔助呼吸器可選實施方式。該 PRAL裝置1500也設(shè)計有旋轉(zhuǎn)芯機構(gòu)和靜止纖維束。該裝置被設(shè)計有 外殼1520，其含有下部1522和上部1524，它們被緊固在一起，形成 一個單一部件。該殼的下部包括驅(qū)動機構(gòu)1580、 1582，其可操作地被 緊固到旋轉(zhuǎn)芯1560上。血液通過血液入口端1530進入，從該部件的 上部進入，傳送到葉輪1570上，其中葉輪1570具有多個輻1572。血 液從葉輪流經(jīng)內(nèi)部間隙1592，穿過靜止的纖維束1550，流過外部回流 循環(huán)間隙15卯并流出血液出口端(未顯示)。氣體通過入口端(未顯 示)進入該纖維束，并且在穿過該纖維束流到設(shè)計在該PRAL裝置上 部的出口 (未顯示)之后排出。該氣體入口位于PRAL殼1120的下部 1122上。該氣體入口位于PRAL殼1120的下部1122上。該裝置包括 磁體1584和1586，用于連接到外部驅(qū)動裝置上。其它各種密封和軸承 可以被使用，以將氣流和血流分開；并且以防這些流體泄漏。該磁體 和外殼可以被設(shè)計，使得該旋轉(zhuǎn)芯懸浮在該外殼的底部以上，因此降 低了該裝置內(nèi)的摩擦力。其它各種密封和軸承可以被使用以將氣流和 血流分開，并且以防止這些流體的泄漏。0069盡管本發(fā)明的特定形式已經(jīng)被闡述，但是對于本領(lǐng)域技 術(shù)人員來說，不背離本發(fā)明的發(fā)明概念可以進行各種改變，也是明顯 的。論及本發(fā)明與膜電極組件和燃料電池的一起使用，僅是舉例作為 參考，并且所述實施方式在各個方面將僅僅被認為是示例性的、并且 不具有限定性。本發(fā)明可以結(jié)合有其它特定的形式而具體化，而沒有 背離它的精神或者實質(zhì)性特點。因此，除了所附權(quán)利要求之外，沒有 意欲限定本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.體外輔助呼吸器，其包括外殼，其含有流體入口、流體出口、氣體入口和氣體出口；多個管式氣體滲透性纖維膜，其被配置以形成纖維束，所述纖維束被置于所述外殼內(nèi)，并且連接到所述氣體入口和所述氣體出口、且與它們發(fā)生流體交換，其中第一間隙設(shè)計在所述外殼和所述纖維束之間；靜止芯，其被置于所述纖維束內(nèi)，其中第二間隙被設(shè)計在所述芯和所述纖維束之間；和使所述纖維束旋轉(zhuǎn)的工具，其中所述外殼、纖維束和芯被設(shè)計，以使進入所述流體入口的流體穿過所述纖維束、并流入所述流體出口。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的體外輔助呼吸器，其中所述使所述纖維 束旋轉(zhuǎn)的工具在所述第一間隙內(nèi)產(chǎn)生湍流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的體外輔助呼吸器，其中所述使所述纖維 束旋轉(zhuǎn)的工具在所述第一間隙內(nèi)產(chǎn)生多個泰勒旋渦。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的體外輔助呼吸器，其中所述纖維束被設(shè) 計有疏松度，其允許均勻的流體流過所述纖維束。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的體外輔助呼吸器，其中所述第一間隙和 第二間隙被設(shè)計，使得流體通過所述纖維束得到優(yōu)化。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的體外輔助呼吸器，其進一步包括用于改 變所述纖維束的旋轉(zhuǎn)速度的工具。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的體外輔助呼吸器，其進一步包括使所述 纖維束的旋轉(zhuǎn)方向振蕩的工具。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的體外輔助呼吸器，其進一步包括雙腔套 管，所述雙腔套管被設(shè)計以插入到病人的靜脈循環(huán)中，以向所述外殼的流體入口提供血流、并且從所述外殼的流體出口接受血流。
9. 體外輔助呼吸器，其包括外殼，其含有流體入口、流體出口、氣體入口和氣體出口；多個管式氣體滲透性纖維膜，其被配置以形成纖維束，所述纖維 束被置于所述外殼內(nèi)，并且連接到所述氣體入口和所述氣體出口且與 它們發(fā)生流體交換，其中第一間隙設(shè)計在所述外殼和所述纖維束之間；芯，其被置于所述纖維束內(nèi)，其中第二間隙被設(shè)計在所述芯和所 述纖維束之間；和使所述芯旋轉(zhuǎn)的工具，其中所述外殼、纖維束和芯被設(shè)計，以使 進入所述流體入口的流體穿過所述纖維束、并流入所述流體出口。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的體外輔助呼吸器，其中所述使該芯旋轉(zhuǎn) 的工具在所述第二間隙內(nèi)產(chǎn)生湍流。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的體外輔助呼吸器，其中所述使該纖維束旋轉(zhuǎn)的工具在所述第二間隙內(nèi)產(chǎn)生多個泰勒旋渦。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的體外輔助呼吸器，其中所述纖維束被設(shè)計有疏松度，允許均勻的流體流入所述纖維束。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的體外輔助呼吸器，其中所述第一間隙和 第二間隙被設(shè)計，使得流體通過所述纖維束得到優(yōu)化。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的體外輔助呼吸器，其進一步包括用于改 變所述纖維束的旋轉(zhuǎn)速度的工具。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的體外輔助呼吸器，其進一步包括使所述 纖維束的旋轉(zhuǎn)方向擺動的工具。
16. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的體外輔助呼吸器，其進一步包括雙腔套 管，所述雙腔套管被設(shè)計以插入到病人的靜脈循環(huán)中，以向所述外殼 的流體入口提供血流并且從所述外殼的流體出口接受血流。
17. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的體外輔助呼吸器，其中所述芯包括多個 管式氣體滲透性纖維膜。
18. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的體外輔助呼吸器，其進一步包括葉輪， 以與流體入口進行流體交換。
19. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的體外輔助呼吸器，其中使所述芯旋轉(zhuǎn)的 工具包括磁力聯(lián)軸器。
20. 體外輔助呼吸器，其包括-外殼，其含有血液入口、血液出口、氣體入口、氣體出口以及與 所述血液入口進行流體交換的葉輪；多個管式氣體滲透性纖維膜，其被配置以形成纖維束，所述纖維 束被置于所述外殼內(nèi)，并且連接到所述氣體入口和所述氣體出口且與 它們發(fā)生流體交換，其中第一間隙設(shè)計在所述外殼和所述纖維束之間；芯，其被置于所述纖維束內(nèi)，其中第二間隙被設(shè)計在所述芯和所 述纖維束之間；使所述芯旋轉(zhuǎn)的工具，其中所述外殼、纖維束和芯被設(shè)計，以使 進入所述流體入口的流體穿過所述纖維束并流入所述流體出口，并且 其中所述使所述芯旋轉(zhuǎn)的工具包括磁力聯(lián)軸器；和雙腔套管，其被設(shè)計以插入到病人的靜脈循環(huán)中，以向所述外殼 的血液入口提供血流并且從所述外殼的血液出口接受血流。
全文摘要
體外輔助呼吸器被設(shè)計成具有環(huán)形圓柱狀中空纖維膜(纖維束)，其以迅速變化的速度進行旋轉(zhuǎn)。流體(例如血液)被導(dǎo)入裝置的中心并且徑向通過纖維束。在旋轉(zhuǎn)致動器(例如電動機或磁力聯(lián)軸器)作用下，該纖維束以迅速變化的速度進行旋轉(zhuǎn)。該纖維束的旋轉(zhuǎn)給該流體提供了離心動能，使該裝置具有抽送能力，并且可以產(chǎn)生泰勒旋渦(Taylor vertex)，提高了物質(zhì)傳遞。該纖維束的旋轉(zhuǎn)增加了所述流體與所述中空纖維之間的相對速度，并且提高了所述物質(zhì)傳遞?？梢愿淖冊撝锌绽w維的疏松度，以增強氣體與血液之間的交換?？蛇x地，旋轉(zhuǎn)芯可以與靜止的纖維束一起使用。
文檔編號A61M1/16GK101262931SQ200680019791
公開日2008年9月10日 申請日期2006年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月21日
發(fā)明者B·C·麥克, B·J·弗蘭科夫斯基, M·羅森伯格, R·G·斯維特克, S·W·莫利, W·J·費德施皮爾 申請人:聯(lián)邦高等教育系統(tǒng)匹茲堡大學(xué);人工肺技術(shù)公司