具有湍流混合室、回流补偿器的流体路径装置组的制作方法
【专利说明】具有湍流混合室、回流补偿器的流体路径装置组
[0001]发明背景发明领域
[0002]在此描述的本发明涉及医用流体递送应用，并且具体地涉及用于使用流体路径装置组将一种或多种医用流体递送到患者的系统，该流体路径装置组具有湍流混合室、回流补偿器、和/或气泡捕捉器。
[0003]相关领域说明
[0004]在许多医学诊断和治疗程序中，执业医师(如内科医师)给患者注入流体。近年来，已经开发了用于流体(例如造影溶液(通常简称为“造影剂”))的加压注入的多种注入器致动的针筒以及动力注入器用于在例如血管造影、计算机断层扫描(CT)、超声检查和NMR/MRI程序中使用。通常，这些动力注入器被设计成以预置流率递送预置量的造影剂。
[0005]血管造影术用于检测和治疗血管中的异常或限制。在血管造影程序中，血管结构的放射摄影影像是通过使用经由导管注入的放射摄影用造影液而获得的。与造影剂注入其中的静脉或动脉流体连接的血管结构填充有造影剂。通过感兴趣区域的X射线被造影剂吸收，从而形成包含造影剂的血管结构的放射摄影轮廓或影像。所得图像可以显示在例如监测器上并且被记录。
[0006]在典型的血管造影程序中，执业医师将心导管放置到静脉或动脉中。导管连接到手动式造影剂注入机构或自动式造影剂注入机构。典型的手动式造影剂注入机构包括与导管连接处于流体连接的针筒。流体路径还包括例如造影剂源、冲洗液(通常是盐水)来源以及用来测量患者血压的压力换能器。在典型的系统中，造影剂来源通过阀(例如三通旋塞阀)连接到流体路径。盐水来源和压力换能器也可以通过另外的阀(同样例如旋塞阀)连接到流体路径。手动式造影剂注入机构的操作者控制针筒以及每一个阀，以将盐水或造影剂抽入针筒中并且通过导管连接将造影剂或盐水注入患者。
[0007]自动造影剂注入机构通常包括连接到一个或多个动力注入器(具有例如动力线性致动器)的针筒。通常，操作者进入动力注入器的电子控制系统中对每者设置固定的造影剂和盐水量和固定的注入速率。相比这种手动式装置的成功使用取决于对装置进行操作的执业医师的技能的手动式设备而言，自动式造影剂注入机构提供了改进的控制。如在手动系统中，从自动式造影剂注入机构到患者的流体路径包括例如造影剂来源、冲洗液(通常是盐水)来源以及用来测量患者血压的压力换能器。造影剂来源通过阀(例如三通旋塞阀)连接到流体路径。盐水来源和压力换能器也可以通过另外的阀(同样例如旋塞阀)连接到流体路径。
[0008]当注入造影剂和冲洗液时，理想的是将这两种流体在注入该患者之前良好混合。然而，因为造影剂和冲洗液典型地具有不同比重和粘度，使用已知混合阀(例如T-或Y-形接合件或三通旋塞阀)，这两种溶液可能不被彻底混合。结果是，当造影剂和冲洗液混合不得当时，由荧光成像设备得到的图像可能是不均匀的，由此使得血管难以清楚成像。在现有技术中，国际申请公开号WO 2011/125303披露了用于混合两种类型的流体的混合装置。该混合装置包括第一流入口和与该第一流入口相切的第二流入口，以在该第一和第二流体接触时产生旋拧流。该混合室具有向着排放口连续变窄的圆锥形状。然而，当引入小量的造影剂和冲洗溶液时和/或当注入持续期很短时，现有溶液常常不足以促进流体的彻底混合。此外，这种现有混合装置不补偿该造影剂或冲洗液的回流。
[0009]已知多流体注入器的另一个问题是在注入时发生流体回流，其中粘性第一流体以比粘性更小的第二流体更高的比率注入。在这样的情景中，在建立均匀流体流动之前，以更高比率注入的粘性更大的第一流体的流体压力作用于以更低比率注入的粘性更小的第二流体的流体压力，以迫使该第二流体逆转所希望的流动方向。在注入之后，压力均衡，并且该流体注入系统达到稳态运作，其中第一和第二注入流体以所希望的比率注入。然而，在小量注入中，稳态操作不能在注入过程完成并且完全量的第一和第二流体被递送之前实现。因此，即使第一和第二流体的所希望比率可以是80%第一注入流体比20%第二注入流体，但归因于第一流体的回流，实际比率可能更高。这个问题随着注入压力的增加而进一步复杂化。利用在含有该第一和第二注入流体的针筒下游的止回阀，仅防止针筒被回流污染，并不解决最终混合比的准确度。
[0010]虽然手动式和自动式注入器在医学领域中是已知的，但是在医学领域内仍然需要改进的具有促进被引入混合室中的两种或更多种流体的湍流混合的流体路径的流体递送系统。另外，医学领域内还希望有改进的具有如下流体路径的流体传输装置组，该流体路径带有适配成彻底流体混合的混合装置。而且，医学领域仍然需要用于在例如血管造影术、计算机断层摄影术、超声检查和NMR/MRI的医疗程序中向患者供应流体的改进的医疗装置和系统。
[0011]发明概述
[0012]虽然此处详细描述了混流装置的不同实施例，一个实施例可以包括具有与远端相对的近端的壳体、在该壳体近端提供的用于接收第一注入流体的第一流体端口、以及在该壳体近端提供的用于接收第二注入流体的第二流体端口。可以在壳体内近端与远端之间安置混合室，该混合室与该第一和第二流体端口处于流体连通，用于混合该第一和第二注入流体。可以在该壳体远端提供第三流体端口，并且该第三流体端口与该混合室处于流体连通，用于排出该第一和第二注入流体的混合溶液。可以在该混合室内安置用于促进该第一和第二注入流体的湍流混合的湍流诱导构件。该混流装置可以包括用于接收第三注入流体的第三流体端口。该第一流体端口和该第二流体端口可以基本上平行于该壳体的纵轴。该第一流体端口和该第二流体端口可以径向偏移自该壳体的纵轴。
[0013]根据另一个实施例，该湍流诱导构件可以包括具有至少一个偏转构件的流动分散装置，该至少一个偏转构件延伸出该第一和第二流体端口中一个的至少一部分，该至少一个偏转构件用于使该第一注入流体或该第二注入流体的流体流动从基本上纵向的方向偏转到具有径向分量的方向。该湍流诱导构件可以包括两个偏转构件，其中该第一偏转构件延伸出该第一流体端口的至少一部分，用于使该第一注入流体相对于该混合室的纵轴径向向外偏转，并且其中该第二偏转构件延伸出该第二流体端口的至少一部分，用于使该第二注入流体相对于该混合室的纵轴径向向外偏转。
[0014]根据另一个实施例，该湍流诱导构件可以包括具有多个旋转叶片的至少一个涡轮叶轮，这些旋转叶片定向为基本上垂直于流体流动穿过该混合室的方向，该至少一个涡轮叶轮相对于该混合室的纵轴是可旋转的，用于在该混合室内散射该第一和第二注入流体。
[0015]根据另一个实施例，该湍流诱导构件可以包括多个混合球，这些混合球的直径大于该第一、第二、以及第三流体端口中最小的直径，并且其中这些混合球在该混合室内随着该第一和第二注入流体摇动。
[0016]根据另一个实施例，该湍流诱导构件可以包括具有安置在该混合室的至少一部分内的多个开孔元件的多孔过滤器。
[0017]根据另一个实施例，该湍流诱导构件可以包括在径向方向上跨过该混合室的一部分安置的盘，该盘具有从该盘的外部圆周径向向内延伸的多个凹陷以及延伸穿过该盘的中心部分的至少一个开口。
[0018]根据另一个实施例，该湍流诱导构件可以包括固定在该混合室内的管状插入件和基本上平行于流体流动穿过该混合室的方向延伸跨过该管状插入件的内部的至少一个水翼元件。该至少一个水翼元件可以具有朝向该近端的前缘、朝向该远端的后缘、在该前缘和该后缘之间延伸的上弦、以及在该前缘和该后缘之间延伸的相对该上弦的下弦。
[0019]根据另一个实施例，该湍流诱导构件可以包括相对于该壳体固定以限定该混合室的多个管状流动分散构件，这多个流动分散构件中的每一个具有从这些流动分散构件的内部侧壁径向向内延伸的多个翼。该多个翼可以围绕每一个流动分散构件的内部圆周被等间距间隔开，并且其中邻近的流动分散构件被径向地对齐，使得一个流动分散构件的多个翼相对于另一个流动分散构件的多个翼有角度地偏移。
[0020]根据另一个实施例，该湍流诱导构件可以包括延伸穿过该混合室的两个正弦流体路径，并且其中这两个正弦路径在该混合室内的多个相交点相交。
[0021]在另一个实施例中，该壳体可以具有在围绕该近端与远端之间该壳体的外周边延伸的接缝处连接在一起的第一部分和第二部分。该接缝可以包括提供在该第一部分和该第二部分中的一个上的凸起和在该第一部分和该第二部分的另一个上的用于接收该槽内的凸起的对应槽。该混合室可以具有螺旋侧壁。
[0022]根据另一个实施例，该湍流诱导构件可以包括与该第一流体端口处于流体连通的第一弓形管以及与该第二流体端口处于流体连通的第二弓形管，其中该第一和第二弓形管向着该混合室的中心轴线径向向内弯曲，并且其中在该第一和第二弓形管之间的接合处的流体混合受到柯恩达效应的影响。
[0023]在另一个实施例中，流体路径装置组可以具有第一流体线，该第一流体线具有近端和远端，其中该第一流体线的近端与第一注入流体来源可流体连接。流体路径装置组还可包括第二流体线，该第二流体线具有近端和远端，其中该第二流体线的近端与第二注入流体来源可流体连接。混流装置可以与在该混流装置的近端处的第一和第二流体线的远端处于流体连通。该混流装置可以包括具有与远端相对的近端的壳体、在该壳体近端提供的用于接收第一注入流体的第一流体端口、以及在该壳体近端提供的用于接收第二注入流体的第二流体端口。可以在壳体内近端与远端之间安置混合室，该混合室与该第一和第二流体端口处于流体连通，用于混合该第一和第二注入流体。可以在该壳体远端提供第三流体端口，并且该第三流体端口与该混合室处于流体连通，用于排出该第一和第二注入流体的混合溶液。可以在该混合室内安置用于促进该第一和第二注入流体的湍流混合的湍流诱导构件。该混流装置可以包括用于接收第三注入流体的第三流体端口。
[0024]根据该流体路径装置组的另一个实施例，该湍流诱导构件可以包括具有至少一个偏转构件的流动分散装置，该至少一个偏转构件延伸出该第一和第二流体端口中一个的至少一部分，该至少一个偏转构件用于使该第一注入流体或该第二注入流体的流体流动从基本上纵向的方向偏转到具有径向分量的方向。该湍流诱导构件可以包括两个偏转构件，其中该第一偏转构件延伸出该第一流体端口的至少一部分，用于使该第一注入流体相对于该混合室的纵轴径向向外偏转，并且其中该第二偏转构件延伸出该第二流体端口的至少一部分，用于使该第二注入流体相对于该混合室的纵轴径向向外偏转。
[0025]根据该流体路径装置组的另一个实施例，该湍流诱导构件可以包括具有多个旋转叶片的至少一个涡轮叶轮，这些旋转叶片定向为基本上垂直于流体流动穿过该混合室的方向，该至少一个涡轮叶轮相对于该混合室的纵轴是可旋转的，用于在该混合室内散射该第一和第二注入流体。
[0026]根据该流体路径装置组的另一个实施例，该湍流诱导构件可以包括多个混合球，这些混合球的直径大于该第一、第二、以及第三流体端口中最小的直径，并且其中这些混合球在该混合室内随着该第一和第二注入流体摇动。
[0027]根据该流体路径装置组的另一个实施例，该湍流诱导构件可以包括具有安置在该混合室的至少一部分内的多个开孔元件的多孔过滤器。
[0028]根据该流体路径装置组的另一个实施例，该湍流诱导构件可以包括在径向方向上跨过该混合室的一部分安置的盘，该盘具有从该盘的外部圆周径向向内延伸的多个凹陷以及延伸穿过该盘的中心部分的至少一个开口。
[0029]根据该流体路径装置组的另一个实施例，该湍流诱导构件可以包括固定在该混合室内的管状插入件和基本上平行于流体流动穿过该混合室的方向延伸跨过该管状插入件的内部的至少一个水翼元件。该至少一个水翼元件可以具有朝向该近端的前缘、朝向该远端的后缘、在该前缘和该后缘之间延伸的上弦、以及在该前缘和该后缘之间延伸的相对该上弦的下弦。
[0030]根据该流体路径装置组的另一个实施例，该湍流诱导构件可以包括相对于该壳体固定以限定该混合室的多个管状流动分散构件，这多个流动分散构件中的每一个具有从这些流动分散构件的内部侧壁径向向内延伸的多个翼。该多个翼可以围绕每一个流动分散构件的内部圆周被等间距间隔开，并且其中邻近的流动分散构件被径向地对齐，使得一个流动分散构件的多个翼相对于另一个流动分散构件的多个翼有角度地偏移。
[0031]根据另一个实施例，该湍流诱导构件可以包括延伸穿过该混合室的两个正弦流体路径，并且其中这两个正弦路径在该混合室内的多个相交点相交。
[0032]在该流体路径装置组的另一个实施例中，该混流装置的壳体可以具有在围绕该近端与远端之间该壳体的外周边延伸的接缝处连接在一起的第一部分和第二部分。该接缝可以包括提供在该第一部分和该第二部分中的一个上的凸起和在该第一部分和该第二部分的另一个上的用于接收该槽内的凸起的对应槽。该混合室可以具有螺旋侧壁。
[0033]根据该流体路径装置组的另一个实施例，该湍流诱导构件可以包括与该第一流体端口处于流体连通的第一弓形管以及与该第二流体端口处于流体连通的第二弓形管，其中该第一和第二弓形管向着该混合室的中心轴线径向向内弯曲，并且其中在该第一和第二弓形管之间的接合处的流体混合受到柯恩达效应的影响。
[0034]在另一个实施例中，混合药物溶液的方法可以包括以下步骤:将第一注入流体递送到混流装置，将第二注入流体递送到该混流装置、在该混流装置的混合室内混合该第一和第二注入流体、并且从该混流装置递送该第一和第二注入流体的混合溶液。该混流装置的混合室可以包括用于促进该第一和第二注入流体的湍流混合的湍流诱导构件。
[0035]根据另一个实施例，在多流体递送系统中用于容量体积校正的方法可以包括:通过移动第一增压元件减小第一可扩张本体中的容积而增压具有第一注入流体的第一可扩张本体，并且通过移动第二增压元件减小第二可扩张本体中的体积而增压具有第二注入流体的第二可扩张本体。该方法可进一步包括相对于该第二增压元件的加速来控制该第一增压元件的加速，作为该第一和第二加压元件的相对速度和用于校正该第一和第二可扩张本体的体积扩张的容量校正因子的函数。该第一和第二增压元件的移动可以受算法的控制。该第一可扩张本体可被加压至第一压力，并且该第二可扩张本体可以被加压至第二压力。在一个实施例中，该第一压力可以高于该第二压力。该容量校正因子可以是该第一和第二可扩张本体的体积和该第一和第二可扩张本体内部的压力的函数。该第一增压构件的速度可能高于该第二增压构件的速度。
[0036]在另一个实施例中，在多流体递送系统中用于容量体积校正的方法可以包括以下步骤:通过以第一加速移动第一活塞减小第一针筒中的体积将具有第一注入流体的第一针筒增压至第一压力，并且通过以不同于该第一加速的第二加速移动第二活塞减小第二针筒中的体积将具有第二注入流体的第二针筒增压至该第一压力。该第一针筒和该第二针筒中的一个可以大于该第一针筒和该第二针筒中的另一个。相对于该第二活塞的加速，该第一活塞的加速可以是用于校正该第一和第二针筒的体积扩张的容量校正因子的函数。该容量校正因子可以是在该第一和第二针筒中的体积和该第一压力的函数。该方法可以进一步包括通过移动第三活塞减少在第三针筒中的体积将具有第三注入流体的第三针筒增压至该第一压力。
[0037]具有湍流混合室的流体路径装置组的这些和其他特征和特性，连同结构的相关元件的制造方法和功能以及零件的组合和制造的经济性，将在参考附图考虑以下描述和所附权利要求书后变得更明显，以上全部内容形成本说明书的一部分，其中相同参考号在不同图中表示对应部分。但应理解，附图仅出于解释和描述的目的，不是要限定本发明。如说明书和权利要求书中使用，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数个元件，除非上下文另有清楚规定。
[0038]附图简要说明
[0039]图1是根据一个实施例的流体递送系统的透视图。
[0040]图2是根据另一个实施例的流体递送系统的透视图。
[0041]图3是用于流体递送系统的流体路径的顶部透视图。
[0042]图4是根据第一实施例的混流装置的顶部透视图。
[0043]图5是图4中所示的混流装置的分解透视图。
[0044]图6A是图4中所示的该混流装置的沿着线A-A截取的截面视图。
[0045]图6B是图4中所示的该混流装置的沿着线B-B截取的截面视图。
[0046]图6C是图4中所示的该混流装置的沿着线C-C截取的截面视图。
[0047]图7是根据第二实施例的混流装置的分解透视图。
[0048]图8A是图7中所示的组装混流装置的沿着线A-A截取的截面视图。
[0049]图SB是图7中所示的组装混流装置的沿着线B-B截取的截面视图。
[0050]图SC是图7中所示的组装混流装置的