具有用于加湿和冷凝物管理的微结构的医疗部件的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的夺叉引用
[0002] 本申请要求以下各者的权益：2013年3月14日提交的名称为"具有用于加湿 和冷凝物管理的微结构的医疗部件（MEDICAL COMPONENTS WITH MICROSTRUCTURES FOR HUMIDIFICATION AND CONDENSATE MANAGEMENT) " 的美国临时申请号 61/785, 895 ;2013 年6月25日提交的名称为"具有用于加湿和冷凝物管理的微结构的医疗部件（MEDICAL COMPONENTS WITH MICROSTRUCTURES FOR HUMIDIFICATION AND CONDENSATE MANAGEMENT)" 的国际申请号PCT/NZ2013/000113 ;以及2013年12月23日提交的"具有用于加湿和 冷凝物管理的微结构的医疗部件（MEDICAL COMPONENTS WITH MICROSTRUCTURES FOR HUMIDIFICATION AND CONDENSATE MANAGEMENT)"的美国临时申请号 61/920, 423,这些申请 中的每一者通过引用将其全文结合在此。
技术领域
[0003] 本披露总体上涉及适合于医疗用途的部件，并且更具体地涉及适合于向患者提供 加湿气体和/或从患者去除加湿气体的部件，例如在气道正压（PAP)、呼吸器、麻醉、通气 机、以及吹气系统中使用。
【背景技术】
[0004] 在医疗回路中，不同的部件运送到患者和来自患者的天然或人工加湿的气体。例 如，在PAP或辅助呼吸回路等的一些呼吸回路中，被患者吸入的气体通过吸气管从呼吸加 湿器被输送到患者接口，例如遮罩。作为另一个实例，管可以将加湿气体（通常为C0 2)输 送到吹气回路中的腹腔中。这可以有助于防止患者的内部器官的"脱水"，并且可以减少手 术后恢复所需要的时间量。
[0005] 在这些医疗应用中，这些气体优选地在具有接近饱和水平的湿度的条件下并且在 接近体温处（通常在33°C与37°C之间的温度处）被输送。冷凝或"凝雨"可以随着高湿度 气体冷却而在部件的内部表面上形成。仍然需要用于允许在医疗回路中改进湿度和冷凝物 管理的部件。因此，在此描述的某些部件和方法的目的在于改善现有技术系统的一个或多 个问题，或者至少为公众提供一种有用的选择。
【发明内容】
[0006] 在此在不同的实施例中披露了具有用于加湿和/或冷凝物管理的微结构的医疗 部件以及制造这些部件的方法。
[0007] 在至少一个实施例中，一种用于在医疗回路中使用的部件包括第一区，该第一区 在使用中接触液体；第二区，该第二区不同于该第一区；以及与该第一区和该第二区连通 的微结构化表面，该微结构化表面被配置成用于在使用中将液体从该第一区芯吸到该第二 区，其中该微结构化表面包括具有小于约n /2弧度的平衡接触角的基底。
[0008] 在不同的实施例中，该前述部件具有以下特性中的一者、一些、或全部，以及在本 披露中的其他地方所描述的特性。
[0009] 该第二区在使用中可以被暴露于更高速率的空气，而该第一区在使用中可以暴露 于更低速率的空气。该第二区可以被配置成与热源连通。该微结构化表面可以被配置成与 热源连通。该微结构化表面可以包括总体上平行的微通道。
[0010] 该微结构化表面可以包括总体上倒置梯形结构，这些倒置梯形结构各自包括具有 类似尺寸的第一脊和第二脊，该第一脊和该第二脊从该表面突出并且界定在其间的第一通 道。该第一脊和第二脊的高度可以在约30和约200 ym的范围中。
[0011] 这些总体上倒置梯形结构可以包括在该第一通道内并且邻近该第一脊的第二通 道和在该第一通道内并且邻近该第二脊的第三通道，该第二通道和该第三通道具有类似尺 寸并且从该第一通道凹陷。该第二通道和第三通道的深度可以在约5和约10 ym的范围中。 该第一通道的高度可以在比该第二通道和该第三通道的深度高约2倍和约5倍的范围中。 该第一通道的高度可以在比该第二通道和该第三通道的深度高约2倍和约3倍的范围中。 该第一通道的高度可以在比该第二通道和该第三通道的深度高约3倍和约5倍的范围中。 该第一通道的高度可以在比该第二通道和该第三通道的深度高约3倍和约5倍的范围中。
[0012] 甜平设此益优h在丨丨罟掸嵌姑抝的临思触角0满足以下等式：
[0013]
[0014] 其中X是该第一通道的底座的横截面宽度与从该第一通道的底座测量的这些脊 的横截面高度的比，并且巾是垂直轴与该第一脊或第二脊的一侧之间的角度。
[0015] 这些微通道可以总体上是方形的。这些微通道的临界接触角0可以满足以下等 式：
[0016]
[0017] 其中X代表这些方形通道的高宽比。这些微通道可以总体上是v型的。这些微通 道的临界接触角9可以满足以下等式：
[0018]
[0019] 其中0代表该v型的角度。该微结构化表面可以包括微柱。这些微柱可以具有实 质上相同的横截面尺寸。这些微柱中的至少一些可以具有与其他微柱不同的横截面尺寸。 该微结构化表面可以包括由微脊限定的倒置梯形。
[0020] 在不同的实施例中，该前述部件可以结合在遮罩中。该遮罩可以进一步包括与该 第二区连通的排放件。
[0021] 在不同的实施例中，该前述部件可以结合在管道中。该部件可以形成该管道的内 壁的至少一部分。该部件可以是在该管道的内腔中的插入物。该管道的壁可以被配置成与 热源连通。
[0022] 在至少一个实施例中，一种用于与医疗回路一起使用的部件包括储存部分，该储 存部分被配置成盛放液体；邻近该储存部分的蒸发器部分，该蒸发器部分被配置成促进该 液体的蒸发；以及微结构化表面，该微结构化表面被配置成将液体从该储存部分运送到该 蒸发器部分。
[0023] 在不同的实施例中，该前述部件具有以下特性中的一者、一些、或全部，以及在本 披露中的其他地方所描述的特性。
[0024] 该蒸发器部分可以是可加热的。该微结构化表面可以包括具有在接近该储存部分 处更低并且在接近该蒸发器部分处更高的高宽比的微通道，该高宽比沿着梯度增加。该微 结构化表面可以包括接近该储存部分总体上水平延伸的第一微通道，和接近该蒸发器部分 总体上垂直延伸的第二微通道，其中这些第一微通道被配置成将液体运送到这些第二微通 道。
[0025] 在不同的实施例中，该前述部件可以结合在遮罩中。
[0026] 在不同的实施例中，该前述部件可以结合在适合于与加湿器一起使用的加湿腔室 中。该部件可以形成该加湿腔室的内壁的至少一部分。该加湿腔室可以包括被配置成由该 加湿器的加热器底座加热的壁。该加湿腔室可以包括被配置成由不同于该加湿器的加热构 件加热的壁。该加湿腔室可以进一步包括布置在至少在接近该蒸发器部分的加湿腔室的壁 上或上方的绝缘件。
[0027] 该加湿腔室可以进一步包括至少一个内部导壁，该内部导壁被配置成引导气体在 该加湿腔室内的流动。该至少一个内部导壁包括多个导壁。该多个导壁可以被同心地安排。 流动通道可以被界定在该多个导壁中的相邻者之间。该多个导壁可以界定多个流动通道， 其中这些流动通道中的至少一些的大小相对于彼此变化。该导壁或这些导壁可以是总体上 U型并且在该加湿腔室的入口端口与出口端口之间延伸。该微结构化表面可以形成该导壁 或这些导壁的至少一部分。
[0028] 该加湿腔室可以进一步包括在该加湿腔室内的混合元件，该混合元件促进气相水 和液相水的混合。该混合元件响应于气体流过该加湿腔室可以是可移动的。该混合元件可 以是包括多个叶片的涡轮机。该部件可以包括该多个叶片中的至少一者。
[0029] 该加湿腔室可以进一步包括复式阀门安排，该复式阀门安排控制水通过入水口进 入该加湿腔室中，其中这些阀门中的至少一者不被浮子控制。第一阀门可以被浮子控制，而 第二阀门可以被包括水位传感器和阀门致动器的致动器安排控制。该第二阀门可以通常被 偏置到闭合位置并且可以由该阀门致动器移动到开放位置。
[0030] 该加湿腔室可以包括平坦壁，并且该水位传感器可以位于该平坦壁上。该入口端 口和该出口端口可以位于该平坦壁附近。
[0031] 在不同的实施例中，该前述部件可以结合在管道中。该微结构化表面可以形成该 管道的内壁的至少一部分。该微结构化表面可以被布置在该管道的内腔中的插入物上。该 管道的壁被配置成与热源连通。
[0032] 在至少一个实施例中，一种用于与加湿气体一起使用的医疗回路部件包括：界定 空间的壁，该空间在该壁内并且其中该壁的至少一部分包括一个表面，该表面包括在基底 中和该基底上的多个微结构，该基底具有带有小于约Ji/2弧度的平衡接触角的外表面，这 些微结构被配置成用于在使用中将液体从盛放液体水的第一区芯吸到被暴露于到患者或 来自该患者的一股空气流的第二区，并且这些微通道包括具有侧部分和低于该基底的外表 面的底部部分的第一微通道和具有高于该基底的该外表面的侧部分的第二微通道，其中这 些第二微通道的这些侧部分是由这些第一微通道周围或之间的脊形成。
[0033] 在不同的实施例中，该前述医疗回路具有以下特性中的一者、一些、或全部，以及 在本披露中的其他地方所描述的特性。
[0034] 这些微结构可以是总体上倒置梯形结构，这些倒置梯形结构各自包括具有类似尺 寸的第一脊和第二脊，该第一脊和该第二脊从该表面突出并且界定在其间的第一通道。该 第一脊和该第二脊的高度可以在约30和约40 ym的范围中。这些总体上倒置梯形结构可 以包括在该第一通道内并且邻近该第一脊的第二通道和在该第一通道内并且邻近该第二 脊的第三通道，该第二通道和该第三通道具有类似尺寸并且从该第一通道凹陷。该第二通 道和第三通道的深度可以在约5和约10 ym的范围中。该第一通道的高度可以在比该第二 通道和该第三通道的深度高约2倍和约5倍的范围中。该第一通道的高度可以在比该第二 通道和该第三通道的深度高约2倍和约3倍的范围中。该第一通道的高度可以在比该第二 通道和该第三通道的深度高约3倍和约5倍的范围中。该第一通道的高度可以在比该第二 通道和该第三通道的深度高约3倍和约5倍的范围中。
[0035] 这些总体上倒置梯形结构的临界接触角0可以满足以下等式：
[0036]
[0037] 其中X是该第一通道的底座的横截面宽度与从该第一通道的底座测量的这些脊 的横截面高度的比，并且巾是垂直轴与该第一脊或该第二脊的一侧之间的角度。
[0038] 这些第一微通道可以总体上是方形的。这些第一微通道的临界接触角0可以满 足以下等式：
[0039]
[0040] 其中X代表这些方形通道的高宽比。这些第一微通道可以总体上是v型的。这些 第一微通道的临界接触角0可以满足以下等式：
[0041 ]
[0042] 其中0代表该v型的角度。
[0043] 在一些实施例中，一种用于在医疗回路中使用的部件包括总体上水平的平坦微结 构化表面，该微结构化表面被配置成分散置于其上的液体。该微结构化表面可以被置于流 动气体路径中，并且液体分配器可以被配置成将该液体分配到该微结构化表面上。
[0044] 在不同的实施例中，该微结构化表面包括表面不规则物。
[0045] 在不同的实施例中，这些表面不规则物包括下组的至少一种，该组由以下各项组 成：颗粒、脊、凹槽、通道、和微粒。
[0046] 在不同的实施例中，该液体分配器包括至少一个滴管，该滴管被配置成将该液体 一次一滴地分配到该微结构化表面上。
[0047] 在不同的实施例中，该液体分配器包括以一定距离定位于该微结构化表面上方的 实质上平坦的板，该板包括多个孔洞，该液体通过这些孔洞能够落到下方的微结构化表面 上。
[0048] 在至少一个实施例中，用于与医疗回路一起使用的部件包括总体上水平的平坦微 结构化表面，该微结构化表面被配置成分散置于其上的液体，其中该微结构化表面被置于 流体气体路径中；和液体分配器，该液体分配器被配置成将该液体分配到该微结构化表面 上。
[0049] 在不同的实施例中，该前述部件具有以下特性中的一者、一些、或全部，以及在本 披露中的其他地方所描述的特性。
[0050] 该微结构化表面可以包括表面不规则物。这些表面不规则物可以包括下组的至少 一种，该组由以下各项组成：颗粒、脊、凹槽、通道、和微粒。该液体分配器可以包括至少一个 滴管，该滴管被配置成将该液体一次一滴地分配到该微结构化表面上。该液体分配器可以 包括以一定距离定位于该微结构化表面上方的基本上平坦的板，该板包括多个孔洞，该液 体通过这些孔洞能够落到下方的微结构化表面上。
[0051] 在至少一个实施例中，一种适用于与加湿器一起使用的加湿腔室包括外壁，该外 壁界定内部空间；和至少一个内部导壁，该内部导壁在该内部空间内并且被配置成引导气 体在该加湿腔室内的流动。
[0052] 在不同的实施例中，该前述加湿腔室具有以下特性中的一者、一些、或全部，以及 在本披露中的其他地方所描述的特性。
[0053] 该至少一个内部导壁可以包括多个导壁。该多个导壁可以被同心地安排。流动通 道可以被界定在该多个导壁中的相邻者之间。该多个导壁可以界定多个流动通道，其中这 些流动通道中的至少一些的大小相对于彼此变化。该导壁或这些导壁可以是总体上U型并 且在该加湿腔室的入口端口与出口端口之间延伸。微结构化表面可以形成该导壁或这些导 壁的至少一部分。该导壁或这些导壁可以被附接到该加湿腔室的顶壁上。
[0054] 该加湿腔室可以进一步包括在该加湿腔室内的混合元件，该混合元件促进气相水 和液相水的混合。
[0055] 在至少一个实施例中，一种适用于与加湿器一起使用的加湿腔室包括外壁，该外 壁界定内部空间；和在该加湿腔室内的混合元件，该混合元件促进气相水和液相水的混合。
[0056] 在不同的实施例中，该前述加湿腔室可以具有以下特性中的一者、一些、或全部， 以及在本披露中的其他地方所描述的特性。该混合元件响应于气体流过该加湿腔室可以是 可移动的。该混合元件可以是包括多个叶片的涡轮机。
[0057] 该加湿腔室可以进一步包括复式阀门安排，该复式阀门安排控制水通过入水口进 入该加湿腔室中，其中这些阀门中的至少一者不被浮子控制。第一阀门可以被浮子控制，而 第二阀门可以被包括水位传感器和阀门致动器的致动器安排控制。该第二阀门可以通常被 偏置到闭合位置并且可以由该阀门致动器移动到开放位置。
[0058] 该加湿腔室可以包括平坦壁，并且该水位传感器可以位于该平坦壁上。该入口端 口和该出口端口可以位于该平坦壁附近。
[0059] 该涡轮机的底面可以包括界定旋转轴的突部。该涡轮机可以包括底座，并且该多 个叶片可以是可连接到该底座上的。这些叶片可以是总体上或实质上平坦的。
[0060] 在至少一个实施例中，一种适用于与加湿器一起使用的加湿腔室包括外壁，该外 壁界定内部空间；入水口，该入水口允许水进入该内部空间；主阀，该主阀控制水通过该入 水口进入该加湿腔室中，其中该主阀是被浮子控制；以及次级阀，该次级阀控制水通过该入 水口进入该加湿腔室中，其中该次级阀不被浮子控制。
[0061] 在不同的实施例中，该前述加湿腔室具有以下特性中的一者、一些、或全部，以及 在本披露中的其他地方所描述的特性。该次级阀可以被包括水位传感器和阀门致动器的致 动器安排控制。该第二阀门可以通常被偏置到闭合位置并且可以由该阀门致动器移动到开 放位置。该第二阀门可以包括具有整体弹簧臂的阀体组件，这些整体弹簧臂通常将该阀体 组件偏置到该第二阀门的闭合位置。该加湿腔室可以包括平坦壁，并且该水位传感器可以 位于该平坦壁上。该入口端口和该出口端口可以位于该平坦壁附近。
[0062] 下面更加详细地描述这些和其他实施例。
【附图说明】
[0063] 现在将参见附图描述实施所披露的系统和方法的不同特征的示例实施例。附图和 相关联的描述被提供为用于展示实施例，而不限制本披露的范围。
[0064] 图1示出了结合一个或多个医用管、加湿腔室以及患者接口的医疗回路的示意 图。
[0065] 图2示出了示例管的平面图。
[0066] 图3A和3B示出了根据至少一个实施例的示例管的内部部件的第一和第二放大的 纵截面。
[0067] 图4示出了示例微结构的横截面。
[0068] 图5A示出了管的内部部件的前透视图。
[0069] 图5B示出了图5A的示出为前透视图的内部部件的第一放大部分。
[0070] 图6示出了管内的空气流速率和温度曲线的示意图。
[0071] 图7示出了示例加湿腔室的透视图。
[0072] 图8A示出了包括第一微结构配置的示例加湿腔室的透视图。
[0073] 图8B和8C示出了图8A中的微结构的第一和第二放大部分的前平面图。
[0074] 图8D示出了示例微结构的横截面。
[0075] 图9A示出了包括第二微结构配置的示例加湿腔室的透视图。
[0076] 图9B和9C不出了图9A中的微结构的第一和第二放大部分的前平面图。
[0077] 图9D示出了示例微结构的横截面。
[0078] 图10A示出了示例患者接口的前透视图。
[0079] 图10B示出了结合传导性细丝的示例患者接口的前平面图。
[0080] 图11A示出了包括微结构的示例患者接口的后平面图。
[0081] 图11B示出了图11A中的微结构的放大部分的透视图。
[0082] 图11C示出了示例微结构的横截面。
[0083] 图11D示出了包括微结构的示例患者接口的后平面图。
[0084] 图12A示出了在未结合微结构的接口表面上的水滴形成的示意图。
[0085] 图12B示出了在结合微结构的接口表面上的水铺展的示意图。
[0086]图13示意性地展示了添加的热对来自微结构的蒸发的作用。
[0087] 图14是医用管的制造方法的示意图，该医用管包括进料斗、朝向模头的螺旋进料 机并且以波纹板乳机终止。
[0088] 图15是医用管件的螺旋成形制造方法的示意图。
[0089] 图16是用于在连续微通道中芯吸的示例条件的曲线图。
[0090] 图17示出了连续微结构的图像。
[0091] 图18A到18L示出了连续的和离散的微结构的图像。
[0092] 图19A展示了具有结合微结构的入口管的加湿腔室的透视图；图19B展示了用于 与该入口管一起使用的预加湿轴环的侧视平面图。
[0093] 图20展示了其中粗糙表面可以用来增强蒸发的实施例。
[0094] 图21展示了其中粗糙表面可以用来增强蒸发的另一个实施例。
[0095] 图22展示了表面上的一些微结构的不规则物。
[0096] 图23展示了包括蒸发叠片或蒸发塔的加湿腔室的实施例。
[0097] 图24A展示了包括倒置梯形微结构的表面。
[0098] 图24B是倒置梯形微结构中的毛细管填充长度与毛细管填充时间之间的关系的 图形表示。
[0099] 图25A展示了适用于在用于在平坦表面上形成微结构的方法中使用的装置。
[0100] 图25B和25C示出了适用于在图25A的装置中使用的切割刀片。
[0101] 图26A到26H展示了用于在平坦表面上形成微结构的方法。
[0102] 图27A到27F展示了用于在平坦表面上形成微结构的另一种方法。
[0103] 图28A到28D展示了用于在平坦表面上形成微结构的另一种方法。
[0104] 图29A到29C展示了倒置梯形微结构。
[0105] 图30A展示了微结构化薄板的示意图。
[0106] 图30B展示了用于在包括图30A的微结构化薄板的加湿腔室中使用的插入物的示 意图。
[0107] 图31展示了包括引导气体流过该加湿腔室的引导特征的加湿腔室。
[0108] 图32是图31的加湿腔室的部分截面图，该部分截面图展示了这些引导特征、复式 阀门安排以及用于该复式阀门安排的次级阀的致动器。
[0109] 图33是图31的加湿腔室的复式阀门安排的截面图。
[0110] 图34是包括涡轮机形式的混合元件的加湿腔室的示意俯视图。
[0111] 图35是图34的与该加湿腔室分离的涡轮机的透视图。
[0112] 图36是图34的涡轮机的侧视图，该侧视图展示了该涡轮机的底面上的摩擦力减 小特征。
[0113] 图37A示出了结合一个或多个医用管、加湿器管以及患者接口的医疗回路的示意 图。图37B和37C示出了示例加湿器管的侧视平面图和前平面图。
[0114] 贯穿这些附图，参见号被频繁再使用以指示所参见的（或类似的）元件之间的对 应。此外，每一参见号的第一个数字（或第一组数字）指示该元件第一次出现在其中的附 图。
【具体实施方式】
[0115] 以下详细说明披露了新的医疗回路部件和形成这些部件的方法，这些部件例如吹 气、麻醉、或呼吸回路部件。如上文所解释，这些部件包括用于加湿和/或冷凝物管理的微 结构。这些披露的微结构可以结合在许多种部件中，包括管（例如，吸气性呼吸管和呼气性 呼吸管以及在一种呼吸回路的不同元件之间的其他管件，这些元件例如通气机、加湿器、过 滤器、聚水器、样品管线、连接器、气体分析器，等等）、Y型连接器、导管接合器、加湿器、以 及患者接口（例如，用于覆盖鼻子和脸的遮罩、鼻罩、套管、鼻枕，等等）、浮子、探头、以及在 许多种医疗回路中的传感器。医疗回路是广义术语，并且对本领域的普通技术人员给出了 它的通常并且惯常的含义（也就是说，它不限于特殊或自定义的含义）。因此，医疗回路意 味着包括开放回路，例如某些CPAP系统，这些开放回路可以包括在通气机/送风机与患者 接口之间的单个吸气性呼吸管