用于工作流体与两种流体交换介质之间的质量传递的工作流体处理装置

技术领域

本公开总体上涉及工作流体处理装置。这种装置用于例如通过向工作流体添加物质或从所述工作流体中去除物质，或通过加热或冷却所述工作流体来改变工作流体的性质。

更具体地，本公开涉及体外血液处理装置，其被构造来在血液与流过体外血液处理装置的流体传输介质之间交换质量和/或能量。特别地，本公开涉及包括氧合器和热交换器的体外血液处理装置。

背景技术

用于处理工作流体诸如饮料、工业气体、液体化石燃料或体液，并且特别是血液的装置有许多形式。典型的示例是所谓的血液氧合器。

氧合器是体外气体交换装置，它使血液富含氧气。可在从心脏到身体器官的血液供应被中断的外科手术期间使用它们。其中可采用氧合器的手术的非限制性示例包括心肺转流手术、体外膜式氧合(ECMO)手术和泵辅助式肺保护(PALP)手术。

一般来说，氧合器可分成两大类，即所谓的“鼓泡式氧合器”和“膜式氧合器”。鼓泡式氧合器的使用已随着时间大大减少了，因为它们往往会损伤血细胞和血浆蛋白。

膜式氧合器引导血流与半透膜的表面接触，CO

大多目前可用的CPB和ECMO系统都涉及各种外部部件和附件，包括例如根据操作设置和患者的需要连接到氧合器的管道回路的热交换器、血液浓缩器、气泡检测器、输液和样品单元以及泵。

这些CPB系统和ECMO系统的缺点是它们包括大量迥然不同的部件并涉及许多管道。

该缺点对于包括整体热交换装置的市售膜式氧合器来说不太突出。这种设备的一个示例在WO 90/04419中公开。该文件示出了在心脏手术中使用的集成血液加热和充氧装置，其包括定位在外部外壳中的中央导热芯。热交换芯具有形成有多个相邻定位的血液接收通道的外表面。所述装置还包括多孔中空纤维膜形式的透气膜，其装配在热交换芯的周围以覆盖血液接收通道。该膜允许CO

其公开的所有内容通过引用并入本文的文件US 2016/0000989 A1描述了一种二氧化碳去除系统，其以与氧合器类似的方式被构造但不意图主动地给患者血液充氧。所述系统包括两个腔室，各自装有中空纤维气体交换垫。

文件US 8,133,195 B2示出了包括氧合器、热交换器和血液过滤器的另一种体外血液处理设备。文件US 8,133,195 B2公开的所有内容通过引用并入本文。

另一类型的体外血液处理设备在DE 37 33 542 A1中公开。该文件的图10示出了一种用于热量和质量交换的具有模块化构造的装置，在所述装置中，热交换器模块与氧合器模块接合在一起以形成单个实体。所述装置可由一个或多个另外的模块，诸如例如血液浓缩器补充。

该设备的缺点是血液处理单元(热交换器、氧合器、血液浓缩器)串联布置在单独的模块中，所述模块借助于中间连接环彼此连接。这导致血液通路变窄和变宽，这与沿着装置的对应压力变化、高剪切应力和血细胞损伤相关联。当从一个模块转送到另一个模块时，血液离开第一模块的中空纤维，进入转送腔室，然后流入第二模块的中空纤维。从第一纤维到过渡腔室的流动横截面的相关联变宽，以及从过渡腔室到第二纤维的流动横截面的随后变窄导致对血液成分的不必要压力，从而可能会损伤这些血液成分。

文件WO 2019/166823 A1涉及一种具有供应气体分配布置的氧合器。

文件JP 2001-079083 A2描述了一种具有氧气添加区和一氧化氮添加区的人工肺装置。

文件WO 2019/035869 A1涉及一种双腔室气体交换器。

发明内容

综上所述，本公开的一个目的是提供一种具有高集成度的工作流体处理装置。

本公开的另一个目的是提供一种特别紧凑的工作流体处理装置。

本公开的另一个目的是提供一种多用途的工作流体处理装置，其允许根据期望的应用对工作流体进行不同和多种处理。

本公开的另一个目的是提供一种允许在工作流体与多种不同的流体交换介质之间进行质量交换的工作流体处理装置。

本公开的另一个目的是提供一种具有更温和的血液循环和更低的压降的紧凑的体外血液处理装置，其包括与热交换器集成的膜式氧合器以及能够进行质量交换的至少一个另外的血液处理组件，这大大地减轻了血细胞损伤。

根据本公开的一个方面，提供了一种用于工作流体与第一流体交换介质之间的质量传递、以及用于所述同一工作流体与不同于所述第一流体交换介质的第二流体交换介质之间的质量传递的工作流体处理装置，其中所述工作流体处理装置包括：

-共有的第一流体交换介质入口，所述第一流体交换介质入口允许所述第一流体交换介质进入所述工作流体处理装置；

-共有的第二流体交换介质入口，所述第二流体交换介质入口与所述第一流体交换介质入口流体地分开，并且允许所述第二流体交换介质进入所述工作流体处理装置；以及

-集成的工作流体处理腔室，其中所述腔室包括

●工作流体入口；

●工作流体出口；

●第一质量传递导管的第一导管组，所述第一导管组设置在所述工作流体入口与所述工作流体出口之间，所述第一导管组具有

■入口端，所述入口端接收进入所述第一导管组中的所述第一流体交换介质；以及

■出口端，所述出口端从所述第一导管组排出用过的第一流体交换介质，

其中所述第一导管组在所述第一流体交换介质流过所述第一导管组时执行第一物质与所述工作流体的质量传递；以及

●第二质量传递导管的第二导管组，所述第二导管组设置在所述工作流体入口与所述工作流体出口之间，所述第二导管组具有

■入口端，所述入口端接收进入所述第二导管组中的所述第二流体交换介质；以及

■出口端，所述出口端用于从所述第二导管组排出用过的第二流体交换介质，

其中所述第二导管组在所述第二流体交换介质流过所述第二导管组时执行第二物质与所述工作流体的质量传递；

其中

-所述第一流体交换介质入口连接到所述第一导管组的所述入口端，以便将所述第一流体交换介质共同传送到所有所述第一导管组的第一质量传递导管中；

-所述第二流体交换介质入口连接到所述第二导管组的所述入口端，以便将所述第二流体交换介质共同传送到所有所述第二导管组的第二质量传递导管中；

-所述第一导管组和所述第二导管组布置在所述腔室中位于所述工作流体入口与所述工作流体出口之间，使得所述工作流体在从所述工作流体入口行进到所述腔室中、然后穿过所述腔室、然后经由所述工作流体出口流出所述腔室时，围绕所述第一导管组的第一质量传递导管和所述第二导管组的第二质量传递导管流动；并且

-贯穿所述腔室的整个体积存在大体上均匀的导管分布，使得所述工作流体的流动横截面贯穿所述腔室基本上保持恒定。

由于贯穿所述工作流体处理腔室的恒定流动横截面，所述工作流体以非常顺畅的方式循环通过所述装置。此外，因为所有导管组共同位于同一单个工作流体处理腔室内，所以本公开的装置非常紧凑。

在一个实施方案中，所述第一质量传递导管和所述第二质量传递导管可以是中空半透膜纤维。

在一个实施方案中，构成所述半透膜纤维的半透膜可以是不透液的并且是

-被开放微孔穿过以增加跨所述膜的质量传递的穿孔膜；或

-包括无孔层以防止长期膜润湿的扩散膜。

在一个实施方案中，构成所述第一质量传递导管的所述半透膜可以是穿孔膜，并且构成所述第二质量传递导管的所述半透膜可以是扩散膜。

在一个实施方案中，所述工作流体处理装置还可包括连接到所述第一导管组和所述第二导管组的所述出口端的单个共用流体交换介质出口，以便接收所述用过的第一流体交换介质和所述用过的第二流体交换介质。

在一个实施方案中，所述工作流体处理装置还可包括连接到所述第一导管组的所述出口端的接收所述用过的第一流体交换介质的第一流体交换介质出口，以及连接到所述第二导管组的所述出口端的接收所述用过的第二流体交换介质的第二流体交换介质出口，其中所述第二流体交换介质出口可与所述第一流体交换介质出口流体地分开。

在一个实施方案中，所述工作流体在行进穿过所述装置时可顺序地流过所述第一导管组和所述第二导管组。

在一个实施方案中，在操作中，所述工作流体的第一部分可流过所述第一导管组，并且所述工作流体的不同于所述第一部分的第二部分可并行地流过所述第二导管组。

在一个实施方案中，所述第一导管组和所述第二导管组可一起构成形成工作流体流动体积的交错的第一质量传递导管和第二质量传递导管。

在一个实施方案中，所述第一导管组和所述第二导管组可彼此上下叠置。

在一个实施方案中，所述第一导管组和所述第二导管组中的每一者可构成一束中空半透膜纤维。

在一个实施方案中，每个纤维束可以是一个或多个分层纤维垫的组合体。

在一个实施方案中，所述第一导管组和所述第二导管组可形成一个或多个立方形叠置式纤维垫。

在一个实施方案中，所述第一导管组可限定第一流体交换介质流动方向，并且所述第二导管组可限定第二流体交换介质流动方向，并且所述第一流动方向和所述第二流动方向可被设定为相对于彼此成90°角。

在一个实施方案中，所述装置可以是圆柱形卷绕纤维垫装置。

在一个实施方案中，每个纤维束可具有环状或环形截面状的横截面，并且所述纤维束可围绕共同的中央纵向轴线套叠。

在一个实施方案中，每个纤维束中的纤维可具有开环形状。

在一个实施方案中，所有所述纤维束的纤维可围绕所述工作流体处理装置的共同的中央纵向轴线成环路。

在一个实施方案中，所述集成的工作流体处理腔室还可包括热交换导管的第三导管组，用于所述工作流体与热交换流体之间的热交换。

在一个实施方案中，所述装置可适用于将血液作为所述工作流体处理，其中所述第一导管组可适用于给所述血液充氧，并且所述第二导管组可适用于将一氧化氮输送到所述血液中。

在一个实施方案中，所述装置可适用于将血液作为所述工作流体处理，其中所述第一导管组可适用于给所述血液充氧，并且所述第二导管组可适用于将麻醉剂输送到所述血液中。

根据本公开的另一方面，提供了一种在心肺转流手术期间使用如上详细描述的工作流体处理装置来治疗患者的方法。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于患者血液与流体交换介质之间的质量和能量传递的体外血液处理装置，其中所述体外血液处理装置包括限定具有基本上恒定的横截面的内部血液流动腔体的外壳，并且所述血液流动腔体被构造成用于使血液在所述内部血液流动腔体的基本上整个体积上流动穿过，其中所述外壳容纳：

-第一质量传递组件，所述第一质量传递组件被构造来经由第一气体交换介质给所述患者血液充氧，所述第一质量传递组件包括将氧气传递到所述患者血液的气体传递导管的阵列，其中所述第一质量传递组件形成所述第一气体交换介质的第一气体回路；

-热交换组件，所述热交换组件被构造来用热能传递介质加热或冷却血液，所述热交换组件包括携载所述热能传递介质的热量传递导管的阵列；以及

-一个或多个另外的质量传递组件，所述一个或多个另外的质量传递组件被构造来在流体交换介质与所述患者血液之间提供质量传递，其中每个另外的质量传递组件包括用于一种或多种物质出/进所述患者血液的质量传递的质量传递导管的阵列；

其中每个另外的质量传递组件形成用于特定流体交换介质的不同于且独立于所述第一气体回路的单独的流体回路，

其中所述一个或多个另外的质量传递组件的阵列共同位于所述内部血液流动腔体内，使得流过所述内部血液流动腔体的血液基本上均匀地围绕所述第一质量传递组件、所述热交换组件和所述一个或多个另外的质量传递组件的所有导管流动，

其中所述第一质量传递组件、所述热交换组件和所述一个或多个另外的质量传递组件的阵列在所述内部血液流动腔体内相对于彼此布置，使得通过所述内部血液流动腔体的连续血液流动路径被限定，血液沿着所述路径流动并且被所有组件处理，

其中，所述连续血液流动路径在总体血液流动方向上具有在一端处的血液入口表面和在另一端处的血液出口表面，并且

其中从所述血液入口表面沿着所述血液流动路径到所述血液出口表面的总体血液流动方向基本上遵循直线。

在一个实施方案中，每个组件可包括连接到所述外壳的独立入口和独立出口，以用于分别将相应的流体交换介质引入所述独立组件中和从所述独立组件中去除。

在一个实施方案中，所述另外的质量传递组件中的至少一个可选自由被构造来将特定气体传递到所述患者血液中的流体传递组件组成的组，其中所述特定气体可选自由挥发性麻醉剂(例如异氟醚或七氟醚)、一氧化氮(NO)和一氧化氮与惰性气体的混合物组成的组。

在一个实施方案中，所述另外的质量传递组件中的至少一个可选自由被构造来将特定液体传递到所述患者血液中的流体传递组件组成的组，其中所述特定液体可选自由药物、缓冲剂以及酸或碱形式的pH控制剂组成的组。

在一个实施方案中，所述另外的质量传递组件中的至少一个可被构造来从所述血液中去除在所述血液中循环的血液化合物或成分，诸如血液电解质、血浆、抗体或内毒素，并且/或者所述其他质量传递组件中的至少一个可被构造成用于血液过滤和血液透析。

在一个实施方案中，所述另外的质量传递组件中的至少一个可被构造来测量所述患者血液中的气体的气体分压。

在一个实施方案中，所述质量传递导管和所述气体传递导管可以是中空纤维，并且所述质量传递导管和所述气体传递导管可具有微孔结构。

在一个实施方案中，每个组件入口可具有用于将所述相应的流体交换介质分配到所述组件的所述导管中的分配集管。

在一个实施方案中，所述中空纤维可具有可彼此间隔开并通过一层灌封材料彼此固定的开口端。

在一个实施方案中，所述灌封材料层可构成所述组件的入口板和出口板。

在一个实施方案中，每个组件入口可具有用于将所述相应的流体交换介质分配到所述组件的所述导管中的分配集管，并且所述入口板可布置在所述分配集管的底部处。

在一个实施方案中，所述中空纤维可以纤维垫的形式提供。

在一个实施方案中，所述两个不同组件的导管可被设定为彼此成90°角并且叠置成一摞。

在一个实施方案中，两个组件可配对到所述装置的一个腔室中，在所述腔室中，在所述血液流动的方向上，一个组件的导管与另一个组件的导管交替。

在一个实施方案中，所述组件可布置为同心环。

在一个实施方案中，所述组件可布置成环路并且彼此叠置。

在一个实施方案中，所述装置还可包括安装在所述外壳上的单个血液入口和单个血液出口，使得所述入口可将患者血液引入所述装置的所述内部血液流动腔体中，使得血液可在基本上垂直于所述流体交换介质的所述流动方向的方向上通过每个阵列。

在一个实施方案中，当不考虑所述组件的所述阵列时，所述内部血液流动腔体可没有任何内部分隔或缩窄。

在一个实施方案中，所述第一质量传递组件还可包括

i)气体入口，所述气体入口布置在所述外壳中，以用于允许富氧气体交换介质进入所述第一质量传递组件；以及

ii)气体出口，所述气体出口布置在所述外壳中，以用于从所述第一质量传递组件排出贫氧气体交换介质；并且

每个另外的质量传递组件还可包括：

i)专用且单独的流体入口，所述流体入口与所述气体入口不同并且布置在所述外壳中，以用于允许流体交换介质进入所述质量传递组件；以及

ii)专用且单独的流体出口，所述流体出口与所述气体出口不同并且布置在所述外壳中，以用于从所述质量传递组件排出流体交换介质。

本公开中使用的术语的定义提供如下：

-半透膜：允许某些颗粒穿过而其他颗粒不能穿过的膜；

-穿孔膜：被开放微孔穿过以增加跨所述膜的质量传递的半透膜。穿孔膜的壁具有在整个壁厚上延伸的许多孔。所述孔在所述膜壁的两侧上是开放的。穿孔膜是液体密封的。由于它对长期润湿的敏感性，穿孔膜通常仅用于短期应用诸如CPB中。它通常不适合长期使用，诸如ECMO疗法。穿孔膜的市售示例是由3M

-扩散膜：包括无孔层以防止长期膜润湿的半透膜。所述无孔层可采用外层皮肤的形式。气体可通过首先溶解到所述层的所述一侧上的层材料中，然后从所述层的所述另一侧上的层材料中漏出，跨所述无孔层转送。扩散膜是液体密封的。它特别地被设计用于长期使用，诸如ECMO疗法。扩散膜的市售示例是由3M

-热交换纤维：对工作流体诸如血液进行温度控制的流体密封纤维。不同于气体交换纤维由半透膜制成，热交换纤维由具有良好导热性质的流体密封材料制成。热交换纤维的市售示例是由3M

-均匀流动：贯穿所述流动具有恒定压力和流速的流体的层流；

-工作流体：用于执行某种类型的功能或工作的气体或液体。血液是一种类型的工作流体，因为它是用于在人体周围传输物质的液体；

-直线：如果流动的外边界在流动的整个相关区段上保持笔直，则工作流体具有遵循直线的总体流动方向；

-质量传递：质量传递是指将具有质量的物质(诸如气体(例如氧气、二氧化碳(CO

本公开的另一方面涉及一种心肺转流系统，诸如心肺机，其包括本公开的血液处理装置以及其他部件，诸如泵、气泡捕集器、动脉过滤器、气泡或其他传感器等。

附图说明

现在将参考附图仅通过非限制性示例来描述本公开，在附图中：

图1示出了使用双腔导管附接到患者的颈静脉的示例性血液处理装置；

图2示出了根据本公开的工作流体处理装置的第一非限制性实施方案；

图3是沿图2的线III-III的示意性横截面视图；

图4a至图4e示出了根据本公开的工作流体处理装置的第二非限制性实施方案；

图5以纵向截面示出了本公开的工作流体处理装置的第三非限制性实施方案；

图6a至图6b示出了根据本公开的工作流体处理装置的第四非限制性实施方案；

图7示意性地示出了本公开的用于对人血进行充氧、氮化和温度控制的工作流体处理装置；并且

图8示意性地示出了本公开的用于对人血进行充氧、氮化、温度控制和麻醉的另一工作流体处理装置。

具体实施方式

本公开涉及一种专用于工作流体与至少两种不同流体交换介质之间的质量传递的集成装置。该装置可用于从各类化学工程应用中的多种工作流体中去除物质或向其中添加物质。本公开的实施方案的优选应用是对人血的医学处理；然而，本公开的实施方案的应用扩展到人血以外的流体。

具体地，本公开涉及一种创新的体外血液治疗装置，其除了将氧气添加到患者的血流和对其进行温度控制以外，还可同时以最小侵入性方式安全有效地将另外的物质添加到血液或从所述血液中去除。在非限制性示例性实施方案中，所述装置适用于直接进入患者的血管系统。根据某些非限制性实施方案，体外血液处理装置被特别设计来在单程中将各种物质添加到患者血液流或从所述患者血液流中去除。所述装置可用于各种医疗外科应用，包括心肺转流手术、麻醉剂诸如异氟醚或七氟醚的输送、至患者血液中的一氧化氮的添加或血液pH值控制，仅举几个医疗外科应用。

图1例示了血液处理装置的示例性使用，所述血液处理装置由参考数字10标识。血液处理装置10经由管道12连接到患者1的血液回路。因此，患者血液绕过她的肺2并且改为在血液处理装置10中循环。血液处理装置10有效地用作人工肺，并且在例如手术治疗诸如心肺转流手术、ECMO手术或PALP手术期间给患者血液充氧。

血液处理装置10具有血液入口14和血液出口16。入口14和出口16都是血液处理装置10的外壳18的部分。

血液处理装置10具有内部血液流动腔体。内部血液流动腔体坐置于血液处理装置10的中心处。血液的质量和热量传递发生在内部血液流动腔体中。

图2示出了血液处理装置10的内部血液流动腔体20。内部血液流动腔体20由箱形框架22界定。框架22被细分为两个血液循环腔室24和26。血液从顶部28进入血液流动腔体20，通过两个腔室24、26转送，并在血液流动腔体20的底部30处离开血液流动腔体20。换言之，顶部28对应于腔体的血液入口，并且底部30对应于腔体的血液出口。这里，血液出口30与血液入口28相反定位。基于血液流动的方向，腔室24是顶部腔室并且腔室26是底部腔室。因此，血液流动腔体20被构造来使血液基本上在其整个体积上流动穿过。在该上下文中，基本上表示整个体积的10％以内。人们将注意到，内部血液流动腔体20的横截面基本上是恒定的。在该上下文中，基本上表示恒定横截面具有小于10％的变化。

除了内部血液流动腔体20之外，血液处理装置10包括第一质量传递组件32，其被构造来经由第一气体交换介质给患者血液充氧。还包括的是热交换组件34，其被构造成用于对循环通过血液处理装置10的患者血液进行温度控制。

血液处理装置10还具有两个另外的质量传递组件36和38。在本非限制性示例中，质量传递组件36被构造来将一氧化氮输送到患者血液。因此它可称为氮化器36。第二另一质量传递组件38例如可被构造成用于将挥发性麻醉剂输送到患者血液。因此它可称为麻醉剂输送组件38。

如图3示意性地示出，组件32、34、36和38中的每一者都包括携载流体交换介质的导管42a至42d的阵列40a至40d。氧合器阵列40a位于内部血液流动腔体20的顶部腔室24中。热量传递阵列40b也位于顶部腔室24中。氮化器阵列40c布置在腔体的底部腔室26中。麻醉剂输送阵列40d也布置在底部腔室26中。

所有组件40a至40d可由一叠垫层制成。在图2中所示的非限制性示例中，每叠由三个层或垫组成。每个单独的层或垫包括多个单独的导管42a至42d。如图2和图3所示，一个垫内的导管42彼此间隔开并且彼此平行地运行。

在图2和图3中所示的实施方案中，氧合器阵列40a的三个垫与热交换器阵列40b的三个垫互相交错。同样地，氮化器阵列40c的三个垫与麻醉剂输送阵列40d的三个垫互相交错。

阵列中的每一个的导管42a至42d具有特定的材料性质，使得它们适合于其专用任务。例如，所有导管42a至42d可以是中空纤维，但是氧合器组件、氮化器组件和麻醉剂输送组件中的传递导管42a、42c和42d可具有微孔结构以允许适当的质量传递，而形成热交换组件的导管42b的中空纤维必须是流体密封的。热交换组件34交换能量而不是质量，因此导管42b的纤维不具有微孔结构。在一个实施方案中，氧合器的氧气交换导管42a和氮化器的一氧化氮交换导管42c可由扩散膜制成以防止长期润湿。在一个实施方案中，麻醉剂输送导管42d可由适当地渗透挥发性麻醉剂的穿孔膜制成。

在图2中所示的实施方案中，氧合器组件32的导管42a和热交换器组件34的导管42b被设定为彼此成90°角。

同样地，氮化器36的导管42c和麻醉剂输送组件38的导管42d被设定为彼此成90°角。

一个组件的导管还可与另一个组件的导管被设定为不同于90°的角。

所有组件中的阵列40a至40d共同位于内部血液流动腔体20内。因此，由于各种组件32、34、36和38的构造的彼此对称性和空间效率，流过内部血液流动腔体20的血液基本上均匀地围绕所有组件的导管42a至42d流动。

阵列40a至40d在内部血液流动腔体20内相对于彼此布置，使得它们一起限定通过内部血液流动腔体20的血液可沿其流动的连续血液流动路径，从而在单程期间被所有组件32、34、36和38处理。

如图3所示，所述连续血液流动路径在一端处具有血液入口表面E并且在另一端处具有血液出口表面F，从血液入口表面E沿着血液流动路径到血液出口表面F的总体血液流动方向D基本上遵循直线。

如图2所示，组件32、34、36和38中的每一者具有专用且单独的流体入口44a至44d。这些组件32、34、36和38中的每一者还包括与流体入口相反的专用且单独的流体出口，其一个示例45在图4中示出。在所示的说明性示例中，入口和出口具有用于将相应的流体交换介质分配到组件的导管中的分配集管。组件32、34、36和38中的每一者为其流体交换介质形成单独的流体回路，其不同于并且独立于其他组件的流体回路。换言之，每个流体回路与所有其他流体回路分开，因此回路之间不存在流体交换介质的混合。

组件32、34、36、38的中空纤维42a至42d分别可通过一层灌封材料彼此固定。在这种情况下，灌封材料层可构成组件的入口板和出口板。在一种变体中，血液流动腔体20可由单个整体形成的中空立方形灌封封装。

人们将注意到，在图2中所示的非限制性示例中，内部血液流动腔体20在不考虑组件的阵列时没有任何内部分隔或缩窄。换言之，除了垂直于血液流动方向D定向的阵列40a至40d，血液流动腔体20内不存在内部分隔或缩窄。特别地，不存在定向于血液流动的方向D上的内部分隔或缩窄构件。

现在将简要地说明图1至图3中所示的血液处理装置10的操作。来自患者1的血液经由管道12在血液入口14处进入血液处理装置10。然后，它均匀地分布在入口表面E，并且遵循总体血液流动方向D，通过内部血液流动腔体20转送。这样做时，它经由氧合器导管42a富含氧气。它还经由流过热交换器导管42b的热能传递介质进行温度控制。已进行充氧和温度控制之后，血液离开第一腔室24并且到达第二腔室26。在第二腔室26中，血液经由氮化器导管40c富含一氧化氮。除此以外，麻醉气体经由麻醉剂输送导管40d扩散到血液中。然后，经过充氧、温度控制、氮化和携载麻醉剂的血液经由较低出口表面F离开内部血液流动腔体20。

在可替代实施方案中，氮化器布置在靠近入口表面E的第一腔室24中，使得一氧化氮在氧合器的血液入口处被输送到血液。

因此图1至图3中所示的血液处理装置10本质上可同时执行四种功能，也就是，为患者1提供其新陈代谢所需的氧气、将血液温度维持在生理水平、抑制血小板活性(粘附或结块)由于一氧化氮、以及对患者1进行麻醉以用于手术。

在该上下文中，这四个功能被解释为本质上是同时的，因为它们是通过血液流动的单程执行的。当然，根据本公开，组件32、34、36和38中的一者或多者可通过阻止流体交换介质从它的入口流入和从它的出口流出而选择性地禁用。例如，在血液处理装置10的操作期间，可使用阀门来切断富含一氧化氮的流体交换介质到氮化器36的流动，因此该组件没有将一氧化氮输送到流过血液流动腔体20的血液，而其他三个组件32、34和38正在操作中。在这种情况下，血液是充了氧的、温度控制的并具有挥发性麻醉剂。在另一个示例中，在血液处理装置10的操作期间，可使用单独的阀门来切断富含挥发性麻醉剂的流体交换介质到麻醉剂输送组件38的流动，因此该组件没有将挥发性麻醉剂输送到流过血液流动腔体20的血液，而其他三个组件32、34和36正在操作中。在这种情况下，血液是充了氧的、温度控制的和氮化的。当然，可操作血液处理装置10，使得仅组件32和34在操作中时，流过血液流动腔体20的血液是充了氧的和温度控制的。在这种情况下，使用这两个阀门来切断富含一氧化氮的流体交换介质到氮化器36的流动，并且同时切断富含挥发性麻醉剂的流体交换介质到麻醉剂输送组件38的流动。

现在转到图4a至图4e，描述了本公开的血液处理装置的第二非限制性实施方案。该血液处理装置50在许多方面类似于图1至图3的血液处理装置10。在下文中，将仅描述其不同之处。图4a是血液处理装置50的透视图，其中一些元件已被省略以提供装置的内部纤维垫的视图。图4b至图4e分别是血液处理装置50的前视图、后视图、俯视图和仰视图。

血液处理装置50包括具有分配集管的单个血液入口52。入口52以它将患者血液引入内部血液流动腔体20中的这种方式安装在外壳上，使得血液可在基本上垂直于流体交换介质的流动方向的方向上通过每个阵列。血液处理装置50还包括单个血液出口53。

与图1至图3的第一实施方案相比，在该血液处理装置50中，内部血液流动腔体20具有三个而不是两个腔室。两个另外的质量传递组件布置在第三腔室54中。这些另外的质量传递组件允许进一步的血液处理。例如，第三腔室54的这些另外的质量传递组件中的一个可为患者提供药物，而第三腔室54的这些另外的质量传递组件中的另一个可提供缓冲剂或其他pH控制剂。

本公开的原理不仅适用于叠置式纤维垫血液处理装置，诸如图1至图4中所示的一个。这些原理还可应用于卷绕纤维垫血液处理装置60。这种血液处理装置60在图5中示出。在该变体中，存在外热交换器组件62，接着是中间氧合器组件64，接着是内氮化器组件66。组件62、64和66中的每一者的流体交换介质分别经由单独的集管68a、68b和68c引入。三个组件成环状并以圆柱形的方式同心布置。内部血液流动腔体20从外组件62延伸到内组件66。内部血液流动腔体因此具有圆柱形环状。血液经由位于外热交换器组件62的外边缘处的入口表面E进入内部血液流动腔体20，径向地流过三个组件62、64和66并且经由位于内氮化器组件66的内边缘处的出口表面F离开内部血液流动腔体20。总体血液流动方向D再次遵循直线。可替代地，血液流动可以是相反的方向，这表示血液经由中心进入装置，然后朝向其外围径向地向外流动。

本公开的原理还可应用于第三种类型的体外血液处理装置，也就是螺旋金/圆柱形纤维环路血液处理装置。这种装置的典型示例在美国专利号5,236,665中示出，所述专利的内容整体并入本公开中。

根据一个示例性实施方案的圆柱形纤维环路血液处理装置70在图6a和图6b中例示。图6a是叠置螺旋式纤维布置的视图，并且图6b是容纳叠置式螺旋纤维布置的中空圆柱形套的视图。

血液处理装置70具有三个血液处理组件72、74和76。三个组件彼此上下叠置。每个组件包括携载流体交换介质的多个环路77a至77c。流体交换介质通过入口78a至78c进入其相应的组件72、74和76。然后，用过的流体交换介质经由为所有三个组件所共用的集管80离开其组件。例如，组件72可交换氧气并用作氧合器，组件74可交换一氧化氮并用作氮化器，并且组件76可交换麻醉剂并用作麻醉剂输送组件。当然，这些组件中的一个可代替用来控制温度并用作热交换器。内部血液流动腔体20对应于三个组件的环路所占据的体积。血液可从所述堆叠的顶部流动到底部或经由套筒状内部血液流动腔体20反向。血液流动腔体20由图6b中所示的套界定。再次，总体血液流动方向D遵循直线。

图7是本公开的又另一血液处理装置100的内部部件的立方形叠置式纤维垫设计的示意图。该装置100是顶部氮化隔室82、中间热交换器隔室84和底部充氧隔室86的组合。流过该装置的血液首先进入氮化隔室82，其中一氧化氮被添加到血液。随后，血液穿过热交换器84，其中血液的热温被调整到预定的目标值。最后，血液经过氧合器86，其中血液富含氧气。

图8是本公开的又另一血液处理装置200的内部部件的立方形叠置式纤维垫设计的示意图。该装置200是顶部氮化隔室82、中间麻醉隔室88和底部集成的热交换和充氧隔室90的组合。流过该装置的血液首先进入氮化隔室82，其中一氧化氮被添加到血液。随后，血液穿过麻醉器88，其中麻醉物质例如七氟醚被添加到血液。最后，血液经过底部隔室90，其中血液富含氧气并且同时温度得到调整。

本公开的血液处理装置还可用于以下用途中的一种或多种：

将特定的测试物质/测试质量(医疗应用不一定需要)以一定的浓度添加到流过第一质量传递组件的第一质量传递介质。测试物质被传递到血流中并且随后从血液重新扩散到流过第二质量传递组件(在下游，可能是血液出口之前最后的质量传递组件)的另一第二质量传递介质中。然后可测量第二质量传递介质中的测试物质的浓度。第二质量传递介质中的更高浓度的测试物质指示质量传递组件的质量交换性能更好。该性能测试可在体外血液处理程序开始时进行并稍后重复。通过比较测量结果，人们可检测到在程序期间的性能的改变。

以这种方式，可在不中断或干扰体外血液处理程序的情况下监测质量传递性能。因此可及早检测到性能下降(例如，由于质量传递组件的堵塞或结垢)。这允许采取纠正措施(诸如更换血液处理装置)以防止对患者的任何潜在的健康风险。

这可通过将特定抗原或生物制剂附着到质量交换纤维的表面来实现。例如，纤维的外表面可涂有抗原。流过血液处理装置的血液内存在的抗体然后将被固定化抗原捕获，从而导致抗体去除。以这种方式，可保护患者的组织免受有害的自身免疫反应。

在稳态条件下，在质量传递膜的一侧上的血液内的部分和总体气压与在质量传递膜的另一侧上的气体交换介质内的部分和总体气压之间存在平衡。该事实可用于通过以下过程测量血液内的气压：(a)对气体交换纤维施加真空，直到它们被完全抽空，(b)等待血液中的气体经由膜扩散到纤维的内腔中，直到膜的两侧上均存在压力平衡，以及(c)测量纤维内部的气压，从而测量血液内的气压。

血液处理装置还可包括由血液过滤膜制成的专用纤维。这些膜可用于通过血液透析从血液去除不需要的元素，诸如有毒物质，或可用于通过过滤(血液过滤/血液浓缩、血浆分离)将血液分成其不同的组分。在该应用中，通过过滤膜的质量传递由纤维膜两端的压差(跨膜压力或TMP)驱动，而不会削弱纤维外部的流体的静水压力。

此外，上述血液处理装置的实施方案提供了优于现有血液处理装置的一个或多个优点。一个优点是在一个装置内出于不同目的而在专用分段中使用不同的膜。例如，在气体的情况下，一种类型的微孔膜可用于传递挥发性麻醉剂，而扩散膜(不可渗透挥发性麻醉剂)用于长期充氧或CO2去除的目的。另一个优点是使用不同的质量交换介质使得由于采用不同的膜，气体和流体在一个装置内在不同分段中进行交换。这实现了某些实用功能，诸如内置血液浓缩器或血液透析器的功能。另一个优点是可在专用分段内吸收血液中的成分(抗体或毒素(内毒素))。另一个优点是可经由专用分段内的膜给药。另一个优点是可监测具有专用分段的装置内的质量交换性能。另一个优点是可测量专用分段内的血液的总体气压和部分气压。

虽然本公开提供了多个示例性实施方案，但本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可做出各种改变并且可用等效物取代示例性实施方案的元件。除此之外，在不脱离本公开的基本范围的情况下，可做出许多修改来使特定情形或材料适用于本公开的教导内容。因此，如所附权利要求所限定，意图本发明不限于本文所公开的任何特定实施方案，而是本发明将包括落在权利要求的范围内的所有实施方案。而且，已经在附图和说明书中公开了示例性实施方案，并且尽管已经采用特定的术语，但是除非另有说明，否则它们仅在一般和描述意义上使用并且不用于限制的目的。此外，术语“第一”、“第二”的使用等并不表示任何顺序或重要性，更确切地说，使用术语“第一”、“第二”等将一个元件与另一个元件区分开。此外，术语一个、一种等的使用并不表示对数量的限制，相反，表示存在至少一个所提及的项目，除非另外明确地指出。