气体递送系统的制作方法

气体递送系统
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2019年3月25日提交的美国临时申请号62/823,297的优先权，所述临时申请的全部内容在此以引用方式并入。
技术领域
3.本公开总体上涉及将治疗性气体递送到所抽取血液的系统和方法。在至少一个实例中，本公开涉及将氙气治疗性地递送到有再灌注损伤风险的患者的所抽取血液的系统和方法。


背景技术：

4.再灌注损伤包括在缺氧一段时间后血液供应回到组织时的组织损害。再灌注损伤可发生在例如中风、心脏骤停和/或创伤性脑损伤之后。惰性气体诸如氙和/或氩可帮助减少再灌注损伤造成的损害。
附图说明
5.现在将参考附图仅通过实例来描述本技术的实现方式，其中：
6.图1是根据本公开的将治疗性一氧化氮递送到患者的系统的图；
7.图2a是系统的示例性构型的图；
8.图2b是系统的另一示例性构型的图；
9.图2c是系统的另一示例性构型的图；
10.图3是将治疗性一氧化氮递送到患者的示例性系统的图；
11.图4是示例性控制器的框图；并且
12.图5是预防或抑制患者的再灌注损伤的示例性方法的流程图。
具体实施方式
13.将了解，为了图示简单和清楚起见，在适当的情况下，已经在不同图当中重复附图标号以指示对应或类似元件。另外，阐述了众多具体细节，以便提供对本文所述的实例的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将理解，可在没有这些具体细节的情况下实践本文所述的实例。在其他情况下，没有详细描述方法、程序和部件，以免混淆所描述的相关有关特征。而且，所述描述不应被视为限制本文所述的实施方案的范围。图式未必按比例绘制，并且某些部分的比例可能被夸大以更好地例示本公开的细节和特征。
14.现在将呈现适用于整个以上公开内容的若干定义。术语“联接”被定义为连接，无论是直接连接还是通过中间部件间接连接，并且未必限于物理连接。连接可使得对象永久地连接或可释放地连接。术语“基本上”被定义为实质上符合特定尺寸、形状或基本上所修饰的其他词，使得部件不需要是精确的。例如，“基本上圆柱形”意指对象类似于圆柱体，但与真正的圆柱体可能有一个或多个偏差。术语“包括”、“包含”和“具有”在本公开中可互换
使用。术语“包括”、“包含”和“具有”意味着包括但未必限于如此描述的事物。
15.本文公开一种将一种或多种治疗性气体诸如氙气递送到局部缺血的患者的气体递送系统。治疗性气体可直接递送到血液中，而不是通过肺引入气体。肺在处理气体方面效率低下，使得未处理的气体中可能存在浪费。而且，处理的气体的量无法一致地预测，因此将气体直接递送/溶解到血液中并且绕过肺可更准确地确保血液中的气体的浓度。
16.另外，为了通过吸入从肺引入气体，必须对患者进行插管和/或镇静。通过绕过肺并且将气体直接递送到血流中，患者可保持清醒和/或不插管，并且可在门诊环境中接受治疗。例如，如果患者经历了使人衰弱的事件诸如中风、心脏骤停和/或创伤性脑损伤，则患者可能经历了一段组织缺氧的时间。当血液供应在缺氧一段时间后返回到组织时，可能发生再灌注损伤，从而导致有害影响。
17.氙气的引入已被证明可减少再灌注损伤造成的损害。在一些实例中，还可将惰性气体诸如氩引入受试者体内以帮助减少再灌注损伤造成的损害。另外，在一些实例中，如果患者无法充分呼吸，则可将氧引入血液中。为了更有效地将一种或多种治疗性气体引入患者体内，可利用气体递送系统将治疗性气体直接递送到患者的血流中。
18.气体递送系统可与患者一起利用，如例如图1所示。气体递送系统100可操作来将一种或多种治疗性气体递送(例如，溶解)到患者10。例如，气体递送系统100可将治疗性氙气、氩气和/或氧气递送到患者10，例如，可能遭受再灌注损伤的患者。治疗性气体可溶解到血液中。气体递送系统100可包括患者连接器101，所述患者连接器101与患者10连接并且可操作来抽取血液和/或将血液注入患者10体内。在一些实例中，患者连接器101可包括第一导管102和第二导管104。第一导管102和第二导管104可以是例如套管。第一导管102和第二导管104可插入患者10的循环系统中。
19.由于肺的呼吸率和效率可能存在可变性，因此可能难以通过吸入将恒定治疗量的治疗性气体递送到患者10。另外，溶解在血液中的气体可能会被患者呼出和/或被组织吸收，因此血液中的治疗性气体的浓度可能不一致。因此，绕过肺40可更好地确保将治疗量的治疗性气体溶解在血液中并且递送到患者10。为了绕过肺40，如图1所例示，第一导管102可插入右心房18中以将血液从患者10泵送通过气体递送系统100。在使流体通过气体递送系统100之后，可将溶解有一种或多种治疗性气体的流体泵送回到患者体内。第二导管104可插入主动脉30中，使得将血液从心脏12泵出到患者10的其余部分。
20.图2a至图3例示与患者10流体连接的气体递送系统100的构型的不同实例。虽然图2a至图3将气体递送系统100的部件例示为分离且独立的部件，但是在至少一个实例中，气体递送系统100的部件中的至少一者可包含在一个或多个外壳(未示出)内。在一些实例中，气体递送系统100的部件中的一个或多个能够可移除地联接在气体递送系统100内以允许容易的更换和/或清洁。
21.气体递送系统100可包括泵106和气体输送单元108。气体输送单元108可操作来将治疗量的一种或多种治疗性气体溶解在流体诸如血液中。例如，气体输送单元108可能够操作来将治疗量的氙气递送到血液。在至少一个实例中，血液中的溶解氙的治疗量可以是血液中的氧的溶解量的约两倍。在另一实例中，血液中的氙的分压可以是氧的分压(pao2)的约两倍。在一些实例中，气体输送单元108还可将预定量的氧气递送到血液。在一些实例中，气体输送单元108可包括气体交换膜109，通过气体交换膜109，可交换气体可交换和/或将
其递送到血液。在一些实例中，气体输送单元108可包括在体外膜氧合(ecmo)系统中。在一些实例中，气体输送单元108可包括在门诊ecmo系统中。泵106可操作来将流体从患者10泵送通过气体传输单元108并且返回到患者10。在至少一个实例中，泵106可以是离心泵。第一导管102可与泵106和气体输送单元108流体连通并且可操作来插入患者10体内以抽取血液。第二导管104可与泵106和气体输送单元108流体连通并且可操作来插入患者10体内，使得将血液回注到患者10体内。
22.如图2a至图2c所例示，第一导管102和第二导管104可插入患者10体内。虽然图2a至图2c例示示例性构型，但是系统100不限于所例示的构型。另外，可根据情形和/或患者来调节构型。例如，婴儿可能需要与成人不同的构型。门诊环境也可能需要与医院环境中不同的构型。
23.在至少一个实例中，第一导管102可插入患者10的静脉中并且与静脉流体连通，并且第二导管可插入患者10的动脉中并且与动脉流体连通。如图2a所例示，第一导管102插入下腔静脉中，并且第二导管104可插入右心房中。如图2b所例示，第一导管102可插入下腔静脉中，并且第二导管104可插入主动脉中。在其他实例中，第一导管102可插入动脉中，并且第二导管104可插入静脉中。如图2c所例示，第一导管102可插入主动脉中，并且第二导管104可插入下腔静脉中如图2c所例示，气体递送系统100可不包括泵106，而是依靠心脏12来将流体泵送通过气体递送系统100。在至少一个实例中，第一导管102和/或第二导管104可通过股静脉和/或股动脉插入患者10体内。在一些实例中，第一导管102和/或第二导管104可通过颈静脉插入患者10体内。
24.气体递送系统100可通过在将氙气递送到血液前后连续监测血液内氙气的量来向患者提供一致的氙气递送。血液中的溶解氙气可被患者呼出和/或被组织吸收，因此血液中的治疗性气体的浓度可能不一致。因此，气体递送系统100可基于来自至少一个气体检测传感器的反馈自动调节在气体输送单元108中递送的氙气的量。在一些实例中，气体递送系统100可包括第一气体检测传感器110和/或第二气体检测传感器112。第一气体检测传感器110位于气体输送单元108的上游，使得第一气体检测传感器110沿着第一导管102设置在患者10与气体输送单元108之间。第一气体检测传感器110可操作来测量在穿过气体输送单元108之前血液中的治疗性气体的第一浓度。例如，第一气体检测传感器110可测量在由气体输送单元108进行气体递送之前来自患者10的血液中的氙的第一浓度。在一些实例中，第一气体检测传感器110可测量氙的溶解浓度。在至少一个实例中，如图2a至图3所示，第一气体检测传感器110可位于泵106的上游以确定被患者10排出的治疗性气体的量。在一些实例中，第一气体检测传感器110可位于泵106的下游但在气体输送单元108的上游，以便还考虑到可能由于泵106而从血液中排出的治疗性气体的量。在一些实例中，第一气体检测传感器110可位于泵106的上游，并且附加的传感器可位于泵106的下游和气体输送单元108的上游，使得可确定由于泵106而丢失的治疗性气体的量。可确定是否可能需要更换泵106和/或系统100内是否效率低下。
25.第二气体检测传感器112位于气体输送单元108的下游并且可操作来测量在穿过气体输送单元108之后流体中的治疗性气体的第二浓度。例如，第二气体检测传感器112可测量在穿过气体输送单元108之后血液中的氙的第二浓度。在一些实例中，第二气体检测传感器112可测量氙的溶解浓度。因此，第二气体检测传感器112可检测并确定递送到患者10
的氙的浓度。
26.测量血液中的附加气体可进一步告知用户患者的身体机能如何并且进一步告知对治疗性气体到患者的递送的调节。气体递送系统100还可包括可操作用于测量血液中的附加气体的浓度的附加气体检测传感器。例如，气体递送系统100可在沿着第一导管102或第二导管104的任何点处包括氧气检测传感器和/或二氧化碳气体检测传感器。在一些实例中，第一气体检测传感器110和/或第二气体检测传感器112还可操作来测量氧和/或二氧化碳的浓度。
27.气体递送系统100包括控制器400，其与泵106、气体输送单元108、第一气体检测传感器110和/或第二气体检测传感器112通信联接。在一些实例中，控制器400可通信地联接到任何附加气体检测传感器。将在图4中进一步详细论述控制器400的特征。控制器400可通过任何合适的有线或无线连接(例如，以太网、蓝牙、rfid和/或光纤电缆)与气体递送系统100的部件联接。在至少一个实例中，控制器400与气体递送系统100的部件一起包含外壳内。在一些实例中，控制器400可与气体递送系统100的部件分离并独立。
28.在至少一个实例中，控制器400可从第一气体检测传感器110接收治疗性气体的第一浓度。控制器400可从第二气体检测传感器112接收治疗性气体的第二浓度。控制器400将第一浓度与第二浓度进行比较，并且当第一浓度小于第二浓度时，控制器400可基于治疗性气体的第一浓度和治疗性气体的第二浓度来确定要由气体输送单元108递送到流体的治疗性气体的附加量。在一些实例中，控制器400可在没有任何人为交互或帮助的情况下自动确定治疗性气体的附加量。接着，当第一浓度小于第二浓度时，控制器400可调节气体输送单元108以将附加量的治疗性气体递送到血液，使得血液包括治疗量的治疗性气体。例如，氙的第二浓度可与要递送到血液的氙的期望和预定治疗量相关。由于氙气是稀有气体，人体不应代谢氙气，因此在首次将氙气递送到患者的血液之后，氙气的第一浓度应与氙气的第二浓度相同。然而，氙气可被患者呼出和/或被一些组织吸收。为了确保将正确量的氙递送到身体，当第一浓度小于第二浓度时，控制器400可确定所需的治疗性气体的附加量并且调节气体输送单元108以将附加量的氙气递送到血液。
29.在至少一个实例中，控制器400可根据来自第二气体检测传感器112的第二浓度来确定气体输送单元108是否将正确量的治疗性气体递送到了血液。例如，如果来自第二气体检测传感器112的第二浓度小于治疗量，则可能需要更换和/或重新校准气体输送单元108。在一些实例中，控制器400可增加流速和/或调节气体递送系统100以确保将期望量的治疗性气体递送到血液。
30.作为安全量度，血液中的附加气体诸如氧和二氧化碳的量可用于确认气体递送系统100正在正常运行。在一个实例中，气体递送系统100还可包括与控制器400通信的自动截止阀。在至少一个实例中，控制器400可从附加气体检测传感器接收氧或二氧化碳的浓度。接着，控制器400可将氧或二氧化碳的浓度与由用户设定的氧或二氧化碳的阈值水平进行比较，并且如果氧或二氧化碳的浓度在阈值水平之外，则关闭自动截止阀。
31.图3例示示例性气体递送系统100，其包括如上论述的第一导管102、第二导管104、泵106、气体输送单元108、第一气体检测传感器110和/或第二气体检测传感器112。气体递送系统100可包括图3所例示的部件的任何组合。在一些实例中，气体递送系统100可包括ecmo系统。
32.桥13可流体连接第一导管102和第二导管104。桥13可包括一个或多个阀以准许或限制血液横穿桥13，从而绕过气体递送系统100的其余部分。设置在气体输送单元108上游的静脉饱和度监测器114可确定所抽取血液的氧饱和度。气囊118可控制从泵106对来自患者的血液的抽吸。当第一导管102阻塞例如大于数秒时，气囊118防止继续抽吸。第一压力监测器120可位于泵106的上游和气囊118的下游并且可监测第一导管102内的压力。滤血器116流体连接第一导管102和第二导管104，使得绕过泵106和/或气体输送单元108。血液可穿过滤血器116以去除废产物和水。第一导管102可形成一个或多个端口122，所述一个或多个端口122准许取出血液和/或将成分递送到血液中。例如，可通过端口122将肝素注入血液中。在一些实例中，可通过端口122取出样本。
33.气泡传感器124可位于气体输送单元108的下游并且可操作来检测血液中的空气泡。气泡传感器124可包括警报器以向用户发出在血液中检测到气泡的信号。警报器可以是音响警报器、视觉警报器和/或机械警报器诸如振动。第二压力监测器126可设置在气体输送单元108的下游并且可监测第二导管104内的压力。流量计128可测量并监测通过第二导管104到达患者10的血液流量。在至少一个实例中，流量计128可包括跨音速流量计。温度单元130可操作来测量、监测血液和/或将血液维持在预定温度。例如，温度单元130可包括温度交换系统，所述温度交换系统将热量输送到血液和/或从血液中去除热量，使得将血液维持在预定温度范围(例如，标准体温)内。
34.图4是示例性控制器400的框图。控制器400被配置来执行数据处理并且与气体递送系统100的一个或多个部件通信，例如如图1至图3所例示。在操作中，控制器400与以上论述的部件中的一个或多个通信并且还可被配置来与远程装置/系统通信。
35.如图所示，控制器400包括硬件和软件部件，诸如通过系统总线450互连的网络接口410、至少一个处理器420、传感器460和存储器440。一个或多个网络接口410可包括用于通过通信链路传达数据的机械、电气和信令回路，所述通信链路可包括有线或无线通信链路。网络接口410被配置来使用多种不同的通信协议来发射和/或接收数据，如本领域技术人员将理解的。
36.处理器420表示被配置来执行指令或逻辑以在井筒环境中执行任务的数字信号处理器(例如，微处理器、微控制器或固定逻辑处理器等)。处理器420可包括通用处理器、专用处理器(其中软件指令并入处理器中)、状态机、专用集成电路(asic)、可编程门阵列(pga)包括现场pga、单独部件、分布式处理器群组等。处理器420通常与共享或专用硬件(包括但不限于能够执行软件和硬件的硬件)协同操作。例如，处理器420可包括适于执行软件程序并操纵数据结构445的元件或逻辑，数据结构445可驻留在存储器440中。
37.传感器460(其可包括如本文所公开的第一气体检测传感器110和/或第二气体检测传感器112)通常与处理器420协同操作以执行测量，并且可包括专用处理器、检测器、发射器、接收器等。以此方式，传感器460可包括用于生成、发射、接收、检测、记录和/或采样磁场、地震活动和/或声波、温度、压力或其他参数的硬件/软件。
38.存储器440包括可由处理器420寻址的多个存储位置，其用于存储与本文所述的实施方案相关联的软件程序和数据结构445。操作系统442(其部分通常可驻留在存储器440中并且由处理器420执行)尤其通过调用支持软件过程和/或服务444在控制器400上执行的操作来功能性地组织装置。这些软件过程和/或服务444可执行数据处理和与控制器400的通
信，如本文所述。应注意，虽然过程/服务444被示出为在集中式存储器440中，但一些实例允许在分布式计算网络中操作这些过程/服务。
39.对本领域技术人员来说将显而易见的是，其他处理器和存储器类型(包括各种计算机可读介质)可用于存储和执行与本文所述的流体通道评估技术有关的程序指令。而且，虽然描述例示各种过程，但是明确预期可将各种过程体现为其上编码有过程/服务444的部分的模块。以此方式，程序模块可编码在一个或多个有形计算机可读存储介质中，以用于诸如利用固定逻辑或可编程逻辑(例如，由处理器执行的软件/计算机指令)执行，并且任何处理器可以是可编程处理器、可编程数字逻辑诸如现场可编程门阵列、或包括固定数字逻辑的asic。总体上，任何处理逻辑可体现在处理器420或计算机可读介质中，所述计算机可读介质编码有用于由处理器420执行的指令，所述指令当由处理器执行时可操作来致使处理器执行本文所述的功能。
40.参考图5，呈现根据示例性实施方案的流程图。方法500通过实例提供，因为存在多种方式来执行所述方法。以下所描述的方法500可使用例如图1至图4所例示的构型来执行，并且在解释示例性方法500时参考这些图的各种元素。图5所示的每个框表示在示例性方法500中执行的一个或多个过程、方法或子例程。此外，所例示的框的次序仅是例示性的，并且框的次序可根据本公开改变。在不脱离本公开的情况下，可添加附加的框或可利用更少的框。
41.示例性方法500是防止或抑制患者再灌注损伤的方法。在至少一个实例中，患者可能患有局部缺血在一些实例中，患者可能是清醒的。在一些实例中，患者可能是未插管的。因此，就方法500而言，患者无需被插管和/或镇静。示例性方法500可开始于框502。
42.在框502处，从患者抽取血液。第一导管(例如，套管)可插入患者体内以抽取血液。在至少一个实例中，第一导管可插入患者的静脉中并且与静脉流体连通。可通过与第一导管流体连通的泵(例如，离心泵)抽取血液。
43.在框504处，将所抽取血液泵送通过气体输送单元。位于气体输送单元上游的第一气体检测传感器可测量在穿过气体输送单元之前血液中的氙的第一浓度。
44.在框506处，气体输送单元将治疗量的氙气递送到所抽取血液。在至少一个实例中，气体输送单元还可将预定量的氧气递送到血液。在一些实例中，当血液穿过气体交换膜时，气体输送单元可将一种或多种治疗性气体递送到血液。在一些实例中，气体输送单元可包括在体外膜氧合(ecmo)系统中。
45.位于气体输送单元下游的第二气体检测传感器可测量在穿过气体输送单元之后血液中的氙的第二浓度。第二浓度可对应于期望的氙的治疗量。控制器可与第一气体检测传感器、第二气体检测传感器、泵和/或气体输送单元通信联接。控制器可将第一浓度和第二浓度进行比较。当第一浓度小于第二浓度时，控制器可确定要递送到血液的氙气的附加量。接着，当第一浓度小于第二浓度时，控制器可调节气体输送单元以将附加量的氙递送到血液，使得血液包括治疗量的氙气。在至少一个实例中，控制器可在没有人为交互或帮助的情况下自动确定要递送到血液的氙气的附加量。
46.在框508处，将血液从气体输送单元泵送到患者。可将血液泵送通过第二导管，所述第二导管可插入患者体内以将血液注入患者体内。在至少一个实例中，第二导管可包括套管。在一些实例中，第二导管可插入患者的动脉中并且与动脉流体连通。在一些实例中，
温度单元可测量并调节血液的温度，使得将血液维持在预定温度。
47.以上示出并描述的公开内容仅仅是实例。尽管在前述描述中已经阐述本技术的众多特征和优点，连同本公开的结构和功能的细节，但本公开仅是例示性的，并且可在所附权利要求中使用的术语的广泛一般含义所指示的最大程度上在本公开的原理内在细节上、尤其就零件的形状、大小和布置而言作出改变。因此将了解，可在所附权利要求的范围内修改上述实例。