用于吸附剂罐的压力释放机构的制作方法

用于吸附剂罐的压力释放机构


背景技术：

1.肾功能衰竭或部分肾功能衰竭的患者通常在血液透析(hd)治疗中心进行肾透析。健康时，肾脏维持身体内部水和矿物质(例如钠、钾、氯化物、钙、磷、镁和硫酸盐)的平衡。肾功能衰竭患者的血液和组织中往往会积聚大量多余的水和毒素(例如尿素、氨)，并且可能会出现严重的矿物质失衡。肾脏还作为内分泌系统的一部分发挥作用，产生激素促红细胞生成素以及其它激素。血液透析是替代肾功能的一种不完善的治疗方法，部分原因是它不能解决肾脏的内分泌功能。
2.在血液透析中，血液通过吸入针(或导管)从患者体内抽取，该吸入针(或导管)从特定通路部位(例如，手臂、大腿、锁骨下区域等)的动脉中抽取血液。然后，动脉血通常经由蠕动泵泵送通过体外管路，然后通过称为“透析器”的特殊过滤器。透析器旨在去除血液中的毒素，例如尿素、氮、钾和多余的水。当血液进入透析器时，它会分布成数以千计的小直径、稻草状、通常平行的纤维，这些纤维沿着透析器的长度延伸。每根纤维的壁由具有许多小孔的半透膜材料形成。透析液是一种化学物质和水的溶液，在该纤维网络外部的空间中流过透析器，并且通常以与血液流动相反的方向(即逆流)流动。当透析液流过透析器时，它会浸透并包围纤维。纤维膜中的这些孔足够大，可以通过水和水载杂质，包括矿物质、尿素和其它小分子，但不足以通过红细胞。因此，新鲜的透析液通过跨膜的扩散积聚多余的杂质，并且由于跨膜的静水压力差(即，由于血液中的静水压力高于透析液)，还通过超滤(uf)过程收集多余的水。
3.在这个过程中，血液中相对较大的细胞和较大的蛋白质的体积保留在纤维内，以便再循环回体内。用过的透析液通过输出管路与多余的流体和毒素一起离开透析器，从而清洁流过透析器的血液和红细胞体积。清洁的、透析过的血液然后通过管路和针(或导管)流出透析器，回到患者体内(例如，在相同的通路部位进入相邻的静脉)。有时，沿体外血流回路提供肝素滴注或泵，以防止血液透析期间红细胞凝结。
4.传统的透析系统提供有一定体积的透析液，该透析液通过透析器，然后用过的透析液(例如流出物)被引导到排放袋、收集容器或进入治疗中心的管道系统(例如水槽或马桶)。应当理解，大量的透析液(例如，400-600l/治疗)可以在治疗期间通过透析器。然而，一些透析系统可以实施透析液再生系统，其中使用过的透析液被泵送通过可称为吸附剂罐或吸附剂柱的罐式过滤器，以经由吸附毒素/废物、离子交换或催化转化来清洁透析液，使得过滤后的透析液可以与附加的电解质混合并通过透析器再循环。这种透析液再生系统可以显著减少治疗所需的透析液量。
5.吸附剂罐是一种可更换的部件，当废物或毒素在过滤介质中积聚时，必须定期更换。吸附剂罐通常具有连接到透析系统的管路的入口端口和出口端口。在与透析系统断开后，流体可能会留在吸附剂罐中。此外，过滤介质和流体在断开后可以继续反应并产生气体。如果入口端口和出口端口保持打开以使此类气体能够从吸附剂罐中逸出，那么流体也可能从吸附剂罐中泄漏出来，从而导致生物危害废物的容纳问题。因此，当管路与罐断开时，入口端口和出口端口通常是密封的。然而，继续在吸附剂罐内积聚的废气会在吸附剂罐
内建立压力，直至吸附剂罐破裂。


技术实现要素：

6.在一个示例性实施例中，本公开提供了一种用于在透析系统中使用的吸附剂罐。所述吸附剂罐包括：罐体，其包括入口端口和出口端口；以及至少一个压力释放帽，其耦接到入口端口和出口端口中的一个或多个。所述压力释放帽配置为在罐体内的压力超过阈值压力时打开从入口端口或出口端口到罐体的外部环境的流体路径。
7.在一个示例性实施例中，压力释放帽包括帽体和可变形的插入物，所述帽体具有形成在其中的凹部，该凹部允许流体流过凹部的第一端，所述可变形的插入物插入到凹部中。帽体包括设置在凹部的第二端处的表面，所述表面包括形成在其中的孔，可变形的插入物插入得邻近所述表面以防止流体在凹部的第一端和孔之间流动。在压缩状态下，可变形的插入物允许流体在凹部的第一端和孔之间流动。可变形的插入物可以由硅树脂材料形成。在一个实施例中，凹部是圆柱形的并且可变形的插入物是圆柱体，该圆柱体具有沿圆柱体的轴向长度形成的孔。所述孔在未压缩状态下关闭，所述孔在压缩状态下打开。所述孔配置成当凹部的第一端中的流体压力超过阈值压力时打开，使得流体压力将可变形的插入物压靠凹部的第二端处的表面。
8.在另一个示例性实施例中，入口端口和出口端口中的至少一个集成了公锥形连接，并且压力释放帽包括具有形成在其中的允许流体流过凹部的第一端的凹部的帽体。帽体包括设置在凹部的第二端处的凸表面，当帽体被拧入入口端口或出口端口中的一个时，所述凸表面接触并抵靠公锥形连接的顶表面而形成密封。在一个实施例中，所述凸表面的特征在于，在连接到形成在公锥形连接的顶表面中的孔的内部流体通路内的流体压力超过阈值压力时，所述表面与公锥形连接的顶表面分离，所述分离形成从内部流体通路通过公锥形连接的外表面和凹部的内表面之间的间隙到靠近帽体和入口端口或出口端口之间的螺纹接口的外部环境的流体路径。
附图说明
9.图1示出了根据一些实施例的在临床环境中进行血液透析的患者。
10.图2示出了根据一些实施例的用于透析系统的过滤系统。
11.图3示出了根据一个实施例的吸附剂罐。
12.图4是根据一个实施例的用于吸附剂罐的压力释放帽的等距视图。
13.图5示出了根据一个实施例的压力释放帽的前视图、俯视图和剖视图。
14.图6a和6b示出了根据一个实施例的压入帽体310的凹部中的可变形的插入物。
15.图7示出了根据一个实施例的被配置为作为双向阀操作的压力释放帽。
16.图8a和8b相应示出了根据另一个实施例的压力释放帽的前视图和剖视图。
17.图9a和9b示出了根据一些实施例的压力释放帽700的压力释放机构。
18.图10示出了根据一些实施例的集成到压力释放帽中的偏转特征。
具体实施方式
19.提供最佳透析治疗的一个挑战是治疗所需的无菌透析液的过滤或运输。透析治疗
设施可能需要安装昂贵的反渗透(ro)和去离子(di)过滤系统，以生产大量的ro/di过滤水，这些水与电解质或其它化学品混合，以提供被泵送通过透析器以清除患者血液中的废物和毒素的清洁透析液溶液。即使治疗设施不在现场生产透析液，也必须在治疗设施中运输和储存大量流体以用于多名患者。吸附剂罐可以显著减少治疗所需的流体量，从而减小过滤系统的尺寸，或者可以减少需要在治疗设施现场储存的透析液量。吸附剂罐也可用于患者家中的腹膜透析(pd)系统，以减少必须输送给患者的透析液的袋数。
20.本公开的示例性实施例提供了一种吸附剂罐，其防止流体泄漏，同时允许罐内的压力根据需要被释放。
21.在一个实施例中，本公开提供了一种用于与包括在透析系统中的吸附剂罐一起使用的压力释放帽。在一些实施例中，压力释放帽可以是可移除的。在其它实施例中，压力释放帽可以包括用于连接到透析系统的接口。在这样的实施例中，一旦安装在吸附剂罐上，压力释放帽在透析治疗期间保持附接到吸附剂罐的入口端口和/或出口端口。
22.在一个实施例中，压力释放帽包括形成在帽体中的凹部。可变形的插入物被压入凹部中。可变形的插入物包括形成在其中的孔，该孔在未压缩状态下关闭并且在压缩状态下打开。因此，当压力释放帽的凹部中的压力超过阈值压力时，孔被打开并且流体或气体可以通过压力释放帽中的孔从吸附剂罐中逸出。
23.在另一个实施例中，压力释放帽包括隔膜特征，该隔膜特征抵靠包括在罐体的入口端口或出口端口中的锥形特征而形成密封。当压力释放帽的凹部中的压力超过阈值压力时，隔膜特征会偏转以释放密封，从而允许流体或气体从压力释放帽的螺纹接口逸出。
24.图1图示了使用传统血液透析系统12以及非侵入性光学血液监测器14进行血液透析治疗的患者10。典型的血液透析诊所将具有用于治疗患者的多个血液透析系统12，例如，按照周一-周三-周五时间表或周二-周四-周六时间表。虽然本公开的范围不限于位于诊所的特定数量的血液透析系统或特定类型的透析系统，但是血液透析系统12的一般操作有助于理解其中可以利用实施例的示例性环境。
25.输入针或导管16被插入患者10的通路部位、例如手臂中，并连接到体外管路18，体外管路18通向蠕动泵20，然后通向透析器或血液过滤器22。透析器22从患者的血液中去除毒素和多余的流体。经透析的血液通过体外管路24和返回针或导管26从透析器返回。尽管图1中没有显示，但在世界的一些地方，体外血流可以接受肝素滴注以防止凝结。多余的流体和毒素通过清洁的透析液去除，该透析液经由管路28提供给透析器22并经由管路30移除以进行处置。在美国，一次典型的血液透析治疗大约需要3到5个小时。
26.在一些实施例中，光学血液监测器14包括血液腔室32、光学血液传感器组件34和控制器35。血液腔室32优选地与透析器22上游的体外管路18成一直线。来自蠕动泵20的血液通过管路18流入血液腔室32。优选的传感器组件34包括发光二极管(led)光发射器，其发射基本上为810nm的光，这对于红细胞血红蛋白是等吸收的，发射基本上为1300nm的光，这对于水是等吸收的，并且发射基本上为660nm的光，这对于含氧血红蛋白是敏感的。血液腔室32包括透镜，使得传感器发射器和检测器可以观察流过血液腔室32的血液，并使用现有技术中公知的比率技术确定患者的实时血细胞比容值和氧饱和度值。
27.出于背景的目的，当典型的患者10到达血液透析诊所时，首先检查该患者，然后在诊所的秤上称重。然后患者坐在指定的血液透析椅上，临床医生将动脉和静脉针插入患者
的通路。该通路可以是人工分流管或已通过手术从动脉连接到静脉的天然瘘管。替代地，如前所述，可以通过导管进行连接。接下来，透析管线18、24预填充生理盐水并连接到患者。蠕动泵20缓慢启动并且生理盐水通过管线18、24以及透析器22被冲入患者10，同时动脉血被拉入透析回路。生理盐水倾向于润滑或启动系统以供血液通过。此外，由于盐水的密度低于血液，因此在开始血液透析过程之前，系统中的任何泄漏都会立即显现出来。在图1的示例性环境中，蠕动泵20被示为血液泵，并且透析液泵未示出。除了血液泵之外，可以在血液透析系统12中提供透析液泵。具有透析液泵和蠕动泵的系统的示例在例如美国专利8,597,505和美国专利8,137,553中进行了描述，这两个专利均以引用的方式全部并入本文。在其它实施方式中，透析液泵不是必需的并且透析液使用重力流动通过管路30。
28.图2示出了根据一些实施例的用于透析系统的过滤系统100。对于传统的透析系统，当流出物(例如，具有附加废物和毒素的透析液)通过管路30从透析器22中移除时，流出物被置于收集容器中或进入排出系统中。然而，在透析液再生透析系统中，流出物可以通过包含多层过滤介质(例如，112、114、116等)的吸附剂罐110过滤。过滤介质可以包括机械以及化学或生物过滤介质、例如聚砜、活性炭、沸石、离子交换树脂等。尽管在图2中示出了三层过滤介质，但吸附剂罐110的不同实施例可以包括不同数量或布置形式的过滤介质。
29.为了通过过滤介质，流出物在泵的压力下被泵送。在一些实施例中，附接到管路28的蠕动泵提供足够的压力来推动流出物通过过滤介质。在其它实施例中，管路30中的流出物被供应到另一个泵，这增加了流出物进入吸附剂罐110的压力。在通过透析器22的操作压力不足以推动流出物通过吸附剂罐110中的过滤介质的情况下，可能需要附加的泵，但是吸附剂罐110所需的操作压力对于透析器22来说可能太高。
30.在一些实施例中，离开吸附剂罐110的过滤后的流体不是干净的透析液，而仅仅是其中大部分毒素、废物或剩余电解质已被过滤介质去除和/或中和的处理过的废水。这种处理过的废水可能足以与新的电解质混合以产生新的透析液，新的透析液可以通过管路28被泵回透析器22。在一些实施例中，处理过的废水可通过附加的过滤器、例如紫外线(uv)过滤器以进行灭菌。在一些实施例中，处理过的废水被泵入收集容器，其中蠕动泵配置为从容器中抽取处理过的水并将处理过的水与浓缩的电解质溶液混合以便产生新的透析液。
31.图3示出了根据一个实施例的吸附剂罐200。吸附剂罐200包括罐体210，该罐体210可由诸如高密度聚乙烯(hdpe)的热塑性材料使用注塑成型技术形成。应当理解，在其它实施例中，罐体210可以由其它材料、例如聚氯乙烯(pvc)、聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)等形成。尽管通常不是为一次性应用而制造的，但罐体210也可以由诸如316系列不锈钢的金属制成。
32.在一个实施例中，吸附剂罐200包括入口端口212和出口端口214。入口端口212形成在罐体210的侧面。尽管入口端口212显示为靠近罐体210的底部并且出口端口214显示为靠近罐体210的顶部，但在其它实施例中，入口端口212和出口端口214的布置可以互换或者入口端口212和出口端口214都可以形成在罐体210的顶表面中。任何布置形式或数量的入口端口212或出口端口214被设想为在本公开的范围内。
33.可以理解的是，如图3所示，入口端口212和出口端口214被显示为与任何管路分离，并且帽附接到端口连接器。这种布置通常用于吸附剂罐200的储存或处置。在一些实施例中，帽包括锥形接口、例如标准iso594所描述的鲁尔连接器。例如，公鲁尔连接器形成在入口端口212和/或出口端口214中的每一个处或以其它方式附接到入口端口212和/或出口
端口214中的每一个处。然后可以通过将母鲁尔连接器附接到管路上来将管路附接到吸附剂罐200，使得管路可以容易地与罐连接或断开。帽然后还可以包括母鲁尔连接器，当断开连接时，该母鲁尔连接器可以容易地附接到端口的公鲁尔连接器。
34.应当理解，可以实施任何接口来将管路连接到吸附剂罐200，包括螺纹连接器和锥形、圆锥形接口。此外，所提供的帽可以被密封，使得当帽就位时流体或气体被密封在吸附剂罐200内部。在密封容器并将气体截留在容器内部时，如果允许容器内的气体膨胀，必须注意确保容器是安全的。当加热时或当吸附剂罐200中的流体的溶解组分之间的化学反应继续与过滤介质反应时，气体会膨胀。该问题的一种解决方案是在与吸附剂罐200一起使用的帽中构建压力释放机构。
35.图4是根据一个实施例的用于吸附剂罐的压力释放帽300的等距视图。如图4所示，压力释放帽包括其上形成有多个特征的帽体310。帽体310是大致圆柱形的，其主轴与流动通过帽体310的流体基本上是轴向的。孔312形成在帽体310的顶表面314中。此外，一对凸台316附接到帽体310的靠近顶表面314的外表面。每个凸台316在结构上由多个肋318加强。
36.螺纹接口320形成在帽体310的靠近帽体310的底表面322(在图4中不可见)的外表面上。螺纹接口包括围绕帽体310的周向不连续的螺纹。在一些实施例中，在围绕帽体310的周向的一个或多个位置处，螺纹被开槽或部分螺纹缺失。在其它实施例中，螺纹不包括槽或围绕帽体310的整个周向连续。螺纹接口320设计成与形成在吸附剂罐200的入口端口212或出口端口214中的对应螺纹接口匹配。
37.图5示出了根据实施例的压力释放帽300的前视图410、俯视图420和剖视图430。剖视图430示出了形成在帽体310内部的凹部330。凹部330的第一端靠近帽体310的底表面322，而凹部330的第二端靠近帽体310的顶表面314。流体可以从第一端穿过凹部到第二端并通过孔312离开帽体310。在一个实施例中，凹部330具有锥形或圆锥形形状，其被设计为与吸附剂罐200的入口端口212或出口端口214中的对应锥形特征形成密封。在另一个实施例中，凹部330是圆柱形的。
38.图6a和6b示出了根据一个实施例的压入帽体310的凹部330中的可变形的插入物500。可变形的插入物500可以由弹性体材料、例如硅树脂或高密度泡沫形成。可变形的插入物500可具有形成于其中的孔510，其与可变形的插入物500的大致圆柱形形状同轴。如图6a所示，当可变形的插入物500处于未压缩状态时，孔510被关闭，从而防止流体从凹部330的第一侧流动到孔312。相反，如图6b所示，当可变形的插入物500处于压缩状态时，孔510打开，从而允许流体从凹部330的第一侧流动到孔312。
39.可变形的插入物500可以通过凹部330内的流体压力在凹部330的与顶表面314相反的第二端处抵靠帽体的内表面被压缩。可以通过控制基础树脂材料的选择、调整制造过程的加工参数(例如，固化时间、温度、压力等)以及调整插入物500、凹部330或者插入物500和凹部330两者的特征几何形状来调整使得孔510打开的阈值压力。通过在制造期间控制可变形的插入物500的特性，压力释放帽300被作为压力释放阀操作，当吸附剂罐200内的流体压力超过阈值压力时，该压力释放阀允许流体或气体从吸附剂罐200逸出。还应当理解，可以对应于不同的阈值压力制造不同的可变形的插入物，并且通过在帽体310中安装特定的可变形的插入物，可以为特定应用选择特定的阈值压力。
40.尽管压力释放帽300被设计为单向阀，用于将压力从吸附剂罐200的内部空间释放
到吸附剂罐200外部的外部环境，但可变形的插入物500的机构可以用作双向阀。图7示出了根据一个实施例的被配置为作为双向阀操作的压力释放帽600。压力释放帽600可以设计成半永久性地附接到吸附剂罐200的入口端口212或出口端口214。接口620可以形成为靠近帽体610中的孔612，其允许管路连接到压力释放帽600的顶部。如图7所示，接口620可以是螺纹接口。在一些实施例中，接口620包括公鲁尔连接器或母鲁尔连接器，并且管路可以相应地附接到对应的母鲁尔连接器或公鲁尔连接器。
41.如图7所示，附接到接口的连接器包括凸台630，该凸台630插入孔612中，使得凸台630将可变形的插入物500压靠在入口端口212或出口端口214的被插入到帽体610中的凹部630中的特征的表面上。通过机械地压缩可变形的插入物500，孔510被打开并允许流体双向流入或流出吸附剂罐200。当管路与接口断开连接时，可变形的插入物松弛以填充凹部中的空间并返回未压缩状态，再次充当压力释放阀以在流体压力超过阈值压力时将流体压力从吸附剂罐200的内部释放到外部环境中。
42.应当理解，这样的配置基本上将压力释放功能构建到吸附剂罐200的入口端口或出口端口中，并且不需要技术人员或护士在将管路与端口断开之后通过附接压力释放帽300来密封端口。尽管压力释放帽600被显示为螺纹连接到端口中，但也可以使用更永久的连接类型，例如使用粘合剂、塑料焊接或压配合来将压力释放帽600固定到端口。
43.图8a和8b相应地示出了根据另一个实施例的压力释放帽700的前视图750和剖视图760。压力释放帽700不被设计成包括可变形的插入物500以便提供压力释放机构。相反，压力释放帽700包括隔膜特征740，隔膜特征740与实施在吸附剂罐210的入口端口212或出口端口214中的锥形凸台的顶表面接合。
44.如图8a所示，压力释放帽700包括帽体710、螺纹接口720和由肋718支撑的一对凸台716。凹部730形成在帽体的顶表面中。隔膜特征740形成在凹部730的底表面处。应当理解，如本文所用的术语“顶”和“底”可以根据压力释放帽700的方向而颠倒，并且仅表示如图所示的相对方向。在一个实施例中，隔膜特征740可以形成为突出到凹部730中的凸表面。隔膜特征740可以由与帽体710相同的材料制成，并通过在注塑成型工艺期间形成该特征而集成在其中。在另一个实施例中，隔膜特征740可以是可以被压入凹部730中的单独部件。例如，隔膜特征740基本上可以是被压入凹部730中并且由薄金属材料形成的没有中心孔的贝勒维尔垫圈。
45.图9a和9b示出了根据一些实施例的压力释放帽700的压力释放机构。如图9a所示，当流体压力低于阈值压力时，隔膜特征730抵靠入口端口或出口端口中的锥形特征780的顶表面782形成密封。如图9b所示，随着流体压力增加大于阈值压力，隔膜特征730偏转远离锥形特征780的顶表面782，从而释放密封。流体(或气体)然后可以在锥形特征和凹部730的内表面之间流动。流体能够围绕螺纹特征720流动并流出到外部环境中。在一些情况下，螺纹特征720紧靠对应配合螺纹孔的底表面或端口中的锥形特征的基部，因此，流体不能通过螺纹流出。在这种情况下，在螺纹接口720中形成的凹口742和/或槽可以允许绕过螺纹的流体流动通路。
46.图10示出了根据一些实施例的集成到压力释放帽700中的偏转特征810。应当理解，螺纹之间的高压和小孔可以用作使流体或气体以高速离开压力释放帽700的喷嘴。为了避免包含身体废物的流体的伤害或显著分散，偏转特征810可以集成到或以其它方式附接
到压力释放帽700。在一个实施例中，偏转特征810可以包括被压到帽体810上的弯曲垫圈。在其它实施例中，偏转特征810可以在注塑成型过程中作为模具的特征集成到帽体810中。在一些实施例中，偏转特征810可以包括放置在流体路径中的任何结构部件，用于将流体路径重新导向罐体210。
47.尽管图10中未显示，但也可以将偏转特征添加到压力释放帽300或压力释放帽600。偏转特征可以永久或半永久地附接到压力释放帽300。然而，在压力释放帽600的情况下，偏转特征可以包括可移除部件，当管路被移除时，该可移除部件可以与螺纹接口620接合。
48.在描述本发明的上下文中(尤其是在以下权利要求的上下文中)使用术语“一个”和“一种”以及“所述”和“至少一个”以及类似的指称应被解释为涵盖单数和复数，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。使用术语“至少一个”后跟一个或多个项目的列表(例如，“a和b中的至少一个”)应被解释为意指从所列项目(a或b)中选择一个项目或所列项目(a和b)中的两个或多个的任何组合，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。除非另有说明，否则术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”将被解释为开放式术语(即，意思是“包括但不限于”)。除非在本文中另有说明，否则本文中值范围的列举仅旨在用作单独引用落入该范围内的每个单独值的速记方法，并且每个单独的值被并入说明书中，就好像它在本文中被单独列举一样。除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否则本文所述的所有方法都可以以任何合适的顺序执行。本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地阐明本发明并且不对本发明的范围构成限制，除非另有声明。说明书中的任何语言都不应被解释为指示任何未要求保护的元件对于本发明的实践是必不可少的。
49.本文描述了本发明的优选实施例，包括发明人已知的用于实施本发明的最佳模式。那些优选实施例的变型对于本领域普通技术人员在阅读上述描述后会变得清楚易懂。发明人期望熟练的技术人员适当地采用这样的变型，并且发明人旨在以不同于本文特定描述的方式来实践本发明。因此，本发明包括在适用法律允许的情况下对所附权利要求中记载的主题的所有修改和等同物。此外，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否则本发明包括上述元件的所有可能变型的任何组合。