输液用热交换器以及盒的制作方法

专利名称：输液用热交换器以及盒的制作方法
技术领域：
本发明关注加温输入病人身体中的液体而不会通过暴露给升高的温度而损害液体，还 防止向病人的身体中引入空气。
背景技术：
治疗病人所需的液体通常必须储存在相对于病人体温比较凉到冷的温度中。这种通常 的冷藏储存对于将液体保藏在使液体的功能和完整性被保持的状态中是必要的。诸如血液 和其它体液的液体被典型地储存在2 20摄氏度范围的低体温的温度。因此，当向病人身 体中输入液体时，通常需要将液体加热到适当的温度，不仅为了防止病人体温的急剧下降， 还为了确保被输入的液体能如需要的起作用。众所周知，向病人身体中注射冰冷的液体会 引起病人身体中传导的热源损失，通常会由于过快的冷却或冷却到可以发生生理损害的温 度而将病人置于更危险的境地。
然而，在对液体加热或加温中，必须小心以确保加热本身不会引起进一步的并发症。 例如，如果血液暴露在高于45摄氏度的温度中，可以发生血液细胞的溶血，破坏或严重 的退化。同样的，如果液体被加热的过高并被输入病人身体中，可以发生由于暴露给过度 温度而导致的诸如烧伤或其它这样的伤疤。加热大量形式的液体通常需要应用极强烈的热 源从而可以在任何等级的时间效率上对全部液体进行加热。同样的，^长时间的对液体加 热可导致材料对引起污染的危险环境的暴露增加。
将液体输入病人体中需要可调的流速，从而可以根据需要将合适量的液体提供给病 人。液体传递方法和对液体适当且有效地加热的结合对于将液体适当的传递给病人是至关 紧要的。现有技术包括了在液体输入病人体中时对其加温的系统。这些系统中对液体加热 的方法具有多样性并且可以通过对流和传导来实现。引起临床问题的系统的一个例子通过 与诸如水的被加热液体的暴露对输进病人体中的液体进行加热。这些系统通常很麻烦，需 要对其频繁的清洗，并且会通过引入附加的物质一加热液体来污染临床环境。这种系统通 常在诸如水的液体中放置管道，然后被加热，被传递给病人的液体经过管道从而提高了被 输入的液体的温度。这种系统对消毒的环境是有害的并且可能不会被适当的运输。此外， 这些系统还有很大的规模，它们需要相当大的能量加热相当长的时间来达到那样的温度， 或者在引入冷的物体(如冷冻液体的袋子)时达到停滞。
此外，在某些液体的输入过程中，使液体更热或更冷有利于调整病人体温。同样非常 有利的是具有可调的内嵌的液体加温系统从而可以调节合适的温度。在大量的或突然出颈L 的液体损失的场合，通常有必要将特别大量的液体输入病人的身体中。在这种情况下，传 统的液体加热系统常常会由于因为必须快速加热液体而将液体暴露在损害液体的温度从 而使液体处于危险中。现有技术在很大程度上还没有解决这类问题，从而迫切需要更好的 内嵌液体输入器。
当液体输入病人身体中时，不能将空气引入病人身体中同样至关紧要。空气或气泡引 入病人身体会导致非常有害的影响。如果空气积聚在病人的血管中导致心律不齐，中风或 肺部梗塞，则会产生气栓。这些可能疾病的任一种都有生命威胁，因此在注射大量身体中 液体的情况下这些情况需要被最小化。因此非常重要的是在身体中液体输入过程中，注射 系统中两者的空气的监控都发生从而防止将空气引入病人的身体中。
试图对输入身体中的液体加温的现有技术的设备常常会遭受特定的问题。例如，授权 给安德森等人(Anderson et al.)的美国专利号3， 590， 215的专利中描述的加热系统 使用了当液体流过系统时液体遇到不同区域的加热。特别地，在安德森等人(Anderson et al.)描述的加热元件或元件减少了对从液体进入热交换器的最高温度到液体流出热交换 器的最低温度的液体加温的材料的热量。这种结构不仅在流速改变时使得液体温度的调节 变得困难，还冒着将液体与高于液体应该暴露温度的温度暴露并损害液体的危险。
同样的，在安德森等人中描述的蛇形液体的流径引起了大部分热交换器系统中看到的 典型的层状的流动。例如，在福特等人的美国专利号为5245693的专利描述了与它的宽度 相比更长和与它的深度相比更宽的蛇形流动型态。非扰动的流径需要将附加的热能引入液 体系统中，从而将液体系统的温度均匀地增加到想得到的温度。

发明内容
本发明是在输液过程中提高输进病人身体中液体温度的一种系统。这种加热系统还被 称为内嵌加热输液系统。本发明还用于在输液系统中提高空气监控来防止将空气引入接受 输液的病人身体中。本发明还提供用于一种系统泵，该系统泵为适合于大流量输液需要和 目的而提供可变流速。
根据本发明的一次性盒为输进病人身体中的液体提供了有效的热能传递。该盒可以进
一步确保有害量的空气不会被引入病人的身体中。


图1是根据本发明的一次性盒的内部元件的正视图2a显示了根据本发明的一次性盒的不同方位(接近被移走的一次性盒的盖子)； 图2b显示了接近泵壳的本发明的一个实施例的一次性盒的侧面； 图2c显示了带有体现了本发明一个方面的暴露的压盘的泵壳； 图3显示了热交换器的一半的一一复数个散热片；
图4是人工挖空的热交换器的截面图，显示了根据本发明一个实施例的液体流径；
图5是根据本发明的防气阀的外形图6是根据本发明的防气阀的横截面图7显示了充满根据本发明的热交换器的液体的形状；
图8显示了本发明的一个实施例的一次性盒。
具体实施例方式
本发明设想了一种在液体输入病人身体中使用的一次性热交换盒。 一次性热交换盒可 拆卸的连接到输液泵装置上，输液泵装置不仅提供所需的能力或动力给被输入的液体的热 量，还提供流量产生泵和机械装置用于监控和调节输液系统的细节方面。在发明参考的描
述中将会涉及图1-8所示的实施例，其中同样的数字用来指定相同的部件。图1和2a-c 描述了本发明目前最佳的实施例，并且它们不应被看成是限制。
本发明的一个实施例是一种一次性输液盒，包括热交换器，热交换器具有上部和下部， 以及由第一和第二复数个重叠散热片定义的内部热交换区，产生基本均匀的流径深度，其 中每个散热片高和宽的比例至少为1: 2，因此液体通过下部端口进入热交换器的下部，在 流过热交换区之前充满了跨越热交换区宽度的下部流动腔(flow cavity),并且从热交换 器的上部的上端口流出。
一次性输液盒可以进一步包括防气阀(air-trap),防气阀具有上部，下部和内表面， 用于接收来自热交换器的液体，防气阀还进一步包括液体流动干扰器(disrupter)和用 于排放来自防气阀的空气并且防止空气通过防气阀的排放机构。本实施例的一次性盒的散
热片的高度和宽度的比率可以从1: 2至!jl: 50，较好的比率是从l: 4至ljl: 25，最好的 比率是从l: 5到1: 10。本实施例中的散热片的高度可以从0.25英寸到1英寸。
本实施例的一次性盒的流径深度和散热片高度的比率可以从大约0.01到大约1: 1。 本实施例的热交换区的流径的深度可以从大约0.01英寸到大约0.25英寸。此外，在相同 复数个散热片内的第一和第二散热片之间的距离可以从大约0.25英寸到大约0.5英寸。 同样的，本发明的热交换器可以包括固定在一起的两个对称单元，单一的单元，或者包括 固定在一起的至少两个单元。
本实施例的一次性输液系统的防气阔可以是圆柱形的，其中防气阀比其宽度更高。本 实施例的防气阀进一步包括从防气阀下部内表面延伸出的液体流动干扰器。此外，排放机 构可以利用超声检测机构来监控防气阀中的液体量。同样的，当防气阀中的液体量增长到 预定的水平时，本实施例中的排放机构可以利用相互合作的液体输出端的阀和空气输出端 的阀来推动空气流出空气输出端。当本发明中的防气阀的垂直轴移动到45度吋，防气阀 可以有效的移除空气。
在本发明的另一个实施例中， 一次性输液盒可以包括热交换器，该热交换器包括由包 含线性流程短段(short segments)的封闭均匀的弯曲流径(tortious flow path)组成， 形成液体带，线性流程段的宽度比长度更大，用于增强和热交换器内表面的暴露，并且通 过非层状的流动与液体混合来增强液体内的热传递。
本实施例的一次性输液盒可以进一步包括圆柱形的防气阀，用来移除来自一次性盒的 空气，防气阀包括上部和下部，并且进一步包括液体输入端，液体输出端，空气输出端和 液体流动干扰器，其中防气阀形成涡流液体并且液体流动干扰器在液体输出端形成压力 差，用于使液体流出防气阀。
本实施例的盒可以具有流程短段的长度和弯曲流径宽度的比率从大约l: 2到1: 50，
较好的比率是从l: 4至U1: 25，更好的比率是从l: 5至U 1: 10。在本实施例中，弯曲流
径短段的长度可以从大约0.25英寸到大约1英寸。同样的，弯曲流径的深度和流程短段 的长度的比率可以从大约0.01到1: 1，特定的深度可以从大约0.01英寸到0.25英寸。
本发明的热交换器可以通过至少一个复数个散热片形成弯曲流径。在复数个散热片 内，第一和第二散热片之间的距离可以从大约0. 25英寸到大约0. 5英寸。
本实施例的防气阀的液体流动干扰器可以从防气阀的内部延伸。此外，排放机构可以 利用超声检测击鼓来监控液体高度。同样的，当防气阀内的液体量增加时，排放机构可以 利用相互合作的液体输出端的阀和空气输出端的阀来推动空气流出空气输出端。同样，排 放机构的阀可以通过包含在可逆的连接到盒上的泵壳内的监控机构来控制。
在本输液盒的附加实施例中，设备可以包括至少一个压力监视器，用于监控一次性盒
内的液体压力，并包括气泡检测器，用于监控通过一次性盒的液体内的气泡的存在。
如图1描述的热交换器101包含在一次性盒100内。 一次性盒可拆卸的安装在泵系统
上从而一旦治疗完成， 一次性盒可以被拆除和丢弃。 一次性盒是设备齐全的， 一旦连接到
泵系统上，不需要调整和操作。液体通过使液体流出液体源的主要的流入管102进入一次 性盒内。液体进入主要流入管102并且继续流过作为流入压力监视器103( inflow pressure monitor)的第一 t型联结。流入压力监视器103与第一气室151流体连接。流入压力监 视器103在液体进入泵环104时确定液体流量的压力，允许对液体流量的适当调节。泵环 104与辊相互作用或者与泵系统分离。当与泵系统相互作用时，泵环104推动液体流过一 次性盒IOO。当液体离开泵环104时，它流过作为流出压力监视器105的第二t型联结。 流出压力监视器105在液体流出泵环104时确定液体的压力，从而调节液体通过一次性盒 100的流动。
然后液体通过热交换器下部的交换器进口端106进入热交换器101中。在液体流过由 热交换器101建立的扰动环境后，液体通过位于与交换器进口端106位置相对的热交换器 101上部的交换器出口端107流出。这里，输入液体经过了加温并且达到了想得到的温度。
液体通过交换器出口端107流出热交换器101，然后在防气阀110长轴的中点附近进 入防气阀110。液体流出防气阀110并且通过作为流出气泡检测器112的第三t型联结。 流出气泡检测器112确定是否有过量的空气渗透进系统中。如果液体经过流出气泡检测器 112时仍有不能接受量的空气留在液体中，则系统不允许将液体输入病人的身体中。如果 液体中不含空气，或含有可接受的最小量的空气，则液体经过流出气泡检测器并通过主要 流出管lll进入病人体中。
需要依照图3和4对热交换器101进行详细的描述。热交换器101可以由同一铸模的 两个半铸件形成，每个半铸膜都包含复数个散热片。第一个一半301包括交换器入口端106 和由一系列彼此隔开的散热片302组成的复数个散热片。除了特定大小的流动散热片303 之外，每个散热片302都有相同的大小并且互相等距离隔开。当液体通过交换器入口端106 进入热交换器101时，液体充满了由热交换器内表面和流动散热片303定义的的流动腔 304。在运转中，定位热交换器使得入口端所在的下部和出口端所在的上部以垂直形式定 位，从而推动液体克服重力向上流过热交换器。由于流动散热片303特殊的形状，液体在 通过热交换器101之前充满了流动腔304。
使用图4来描述液体通过热交换器101的流动，液体通过交换器入口端进入流动腔304 中。由于不同大小的流动散热片303,液体在上升到第一散热片之前首先充满了流动腔304。
这种预先的充满允许液体充满热交换器的宽度部分并且以宽的液体带流过散热片一与通 过长且窄的导管的层流相反。流动散热片303通过在流动散热片303和规则形状复数个散 热片的第一片之间形成薄流量间隔305来完成液体合适的扩散。然后液体向上流过交换器 入口端和交换器出口端之间的交换器长度部分。在液体上升时，它以浅却宽的液体带的波 浪形式流动。由热交换器形成的宽流，短线性轨迹的流动形成湍流，导致液体内分子循环 增加。当诸如管子的典型导管内的层流经历了导管中心部分的较高的分子"循环"时，热 交换器101中的湍流会提供不同分子的较多暴露给热交换器的内表面，因此能促进更有效 率的能量传递。
回到图3，热交换器的另一半可以由同一铸模形成，其中热交换器入口端106成为交 换器出口端。 一旦形成，两半铸件通过公知的方法安装在一起，这些方法包括但不局限于 螺钉、螺栓或其它机械方法，同样还有胶合、粘结或其它化学方法。如果使用了机械方法， 则固定调整片306可以用于收藏固定装置。
图4是热交换器的横截面图，进一步显示密封底座401，提供放置热交换器周围的封 口物的空间，来提高热交换器的不渗透性，例如O型环。应当注意的是当本实施例的热交 换器如上所述是由两半相同的铸件形成，热交换器还可以由单独铸件或多于两块的铸件形 成。然而为了制造的方便，这里描述的两块相同的铸件可以通过较小的代价达到合适的结 果。
本发明的热交换器可以由任何数量的材料形成阳极氧化铝的铸件，铜，金或类似的 材料。本发明的热交换器中选择的材料必须有足够的热传导和散热能力，不但要确保在表 面合适的热分布，而且要确保热量传递到想要被加温的液体中。热力学显示对于同样热量 的两种材料，需要一定量的热能来改变单位质量的材料的温度，拥有更大质量的材料会更 有效的将热量传递到质量小的材料中。这种效率等级通常被理解为热电容一因为当向邻近 的材料传递能量时，拥有更大热电容(即质量)的材料会保留更多的热量足够大大提高第 二种材料温度而没有不必要的热量损失。通过例子来类推热交换器和输入液体之间的热量 交换，质量为1. 5千克的材料被加热到60摄氏度，并且被放置在与质量为0. 5千克，温 度为40摄氏度的材料的接近且直接接触的位置。当完成加热时，两种材料都达到了55摄 氏度的温度。存储在更热的成分中的能量通过它增加的质量允许在两种材料之间有更好的 热量交换。给定了本发明的特殊的需求，因此材料的选择不仅需要考虑到材料的质量，还 要考虑到材料的热力学性质。
图5显示了防气阀110和其连接导管的放大图。虽然防气阔被用特定外形描述，但本
领域的技术人员应该明白任何能在防气阀液体出口端反转液体流动方向的外形都可用于 监控和去除来自盒系统的空气。防气阀通常是圆柱形的，带有半球形的顶端501和平坦的 底部502。液体从大约位于防气阀长轴中间位置的防气阀入口端503进入防气阀110。来 自热交换器的液体进入防气阔110从而去除任何被留在或引入液体中的空气。被去除的空 气可能在被引入本发明之前来自无法排放的空气的液体源。加热液体还可能导致结合气体 释放气泡，如果允许气泡进入病人身体中就有害或甚至致命。液体通过位于防气阀底部502 的液体出口端505流出。
图6描述了防气阀110的截面图。在这幅图中，当防气阀入口端503与防气阔连接时 可以看见防气阀入口端503。防气阀入口端503对防气阀的内侧壁是光滑的并且位于防气 阀长轴中线外。相对于防气阀长轴中线的防气阀入口端503的位置使当液体充满并继续进 入防气阀时，被引入防气阀的液体能够以顺时针的方向流过圆柱形状的防气阀。这种流动 模式会在防气阀内产生涡流，推动空气向下朝向液体出口端。在防气阀的底部502布置接 近液体出口端505的流动干扰器601。流动干扰器可以从防气阀的内侧壁或防气阀的底部 502的内侧壁延伸。当顺时针流过防气阀的液体流经流动干扰器601时，在液体出口端505 产生压力差，使液体流出防气阀并且允许空气或气泡沿防气阀长轴向上流动。
回到图5，在进行输液时连续对防气阀内的液体水平进行监控。当防气阔110中的液 体水平下降到低于低水平传感器506时，位于液体出口端505上或附近的阀关闭。几乎在 位于液体出口端505上或附近的阀关闭的同一时间，位于空气出口端504上或附近的阀打 开。随着液体出口端505关闭，进入防气阀110的液体推动存在于防气阀中的任何空气沿 防气阀的长轴向上。因为空气出口端504是打开的，所以防气阀内的任何空气被推出防气 阀并进入图1所示的空气输出管108。当防气阀110中的液体水平上升到高于高水平传感 器507时，空气出口端504上的阀闭。几乎在空气出口端504上的阀关闭的同一时间， 液体出口端505上的阀再次打开。随着液体出口端505的打开，重新恢复通过主要流出管 lll流向病人的液体的流动。
本发明体现的防气阀可以具有变化倾斜度和方位的功能。由防气阀形成的汽缸高度在 3英寸到10英寸之间，较好的高度是3. 5英寸到7英寸之间，更好的高度是4英寸到6英 寸之间。防气阀汽缸的直径在0.5英寸到2英寸之间，较好的直径是0.625英寸到1.5英 寸之间，最好的直径是0. 75英寸到1. 25英寸之间。即使当防气阀的垂直轴倾斜到45度 时，当液体流过防气阀时，防气阀仍然能完全的去除液体中的空气。
如上所述，从加热元件向被加温液体的有效的热量传递会对本发明产生极大的影响。
本发明的宽且短的线性传播的流动模式的使用可供有非常大的接触面积的更大的湍流使 用。这里描述的接触面积是热交换器和流过的液体之间的接触面的面积。被作为液体带描 述的，流过根据本发明的热交换器的液体将沿着线性距离短段在非常短的线性距离流动， 但是会成比例地变宽。事实上，用于液体通过热交换器而形成的腔的宽度比长度更宽，并 且比深度更长，因此产生用于液体通过的弯曲带形状(tortious ribbon shape)。图7表 示了液体通过热交换器100的情况。图7中的液体流动首先被显示为充满作为液体入口 701 的交换器入口。然后液体充满作为液体腔702的流动腔。然后液体向上流经热交换器，首 先通过由作为第一限止流703的流动散热片形成的小间隙。应当注意的是由散热片高度定 义并表示流程短段的线性流距义小于流程的宽度w 。线性流距A和流程的宽度《的比率可
以从l: 2至U: 50，较好的比率是从l: 4至U 1: 25，更好的比率是从l: 5至ljl: 10。线
性流距和流程宽度的比率形成了图7描述的带状流动模式。通过具有如此短的线性流动，
液体以比典型的长线性流动蛇形轨迹更湍流的方式流过热交换器。液体中湍流的引入避免 了可以产生蛇线流程的层状流动。与仅在液体流中间部分的分子相比较，这些不位于与接 触面直接接触的分子转换的比那些接触面上的分子更快，本发明形成的湍流向接触面暴露 了更多的分子从而允许用来增强热传递。同样的，这种湍流在流过热交换器的液体内的分 子之间形成了更多的接触。随着液体内分子间的更多的接触，更多热交换和热传递可以产 生马区动从交换器到被输送给病人的液体的有效的热量交换。
根据本发明制作的热交换器产生这个湍流路径并在液体流过散热片时保持这个湍流
路《5。如图3中描述的散热片形成流程的一半，用于液体跟随。热交换器同侧的散热片有 均匀的大小和间隔，即第一散热片307和第二散热片308之间的距离与热交换器的整个跨 度是相同的。为了包括流过热交换器的液体的热量传递的目的，相同复数个散热片的第一 和第二散热片之间的距离可以从0. 25英寸到0. 5英寸，较好的距离是从0. 35英寸到0. 45 英寸，最佳的距离是0.37英寸到0.43英寸。在一半的热交换器上的散热片的长度规定了 线'性流动距离。散热片的长度可以从大约0.25英寸到1英寸，较好的长度从0.5英寸到 0.8英寸，最佳的距离从0.6英寸到0.7英寸。流程还包括深度元件，该深度原件由第一 复数个散热片顶部和第二复数个散热片的两个散热片之间的谷之间的间距形成的。流程的 深度可以从O.Ol英寸到0.25英寸，较好的深度从0.03英寸到0. 125英寸，最佳的深度 从0. 04英寸到0.110英寸。散热片的宽度可以从3英寸到6英寸，较好的宽度从3. 5英 寸到5英寸，最佳的宽度从4英寸到4.5英寸。
对热交换器的热量传递发生在热交换器的暴露部分，即这个部分没有被隐蔽或包含在
一次性盒内。热交换器的平板801在图8中是可见的，它从一次性盒100的壳体802中暴 露出来。 一次性盒100通过第一安装区域803和第二安装区域804可拆卸的连接到泵系统 中。安装区域允许一次性盒安全的和紧密的固定到泵系统上。非常重要的是热交换器的平 板801要位于尽可能接近加热元件或工作台的位置。同样重要和困难的是确保热交换器的 平板801均匀的接近加热元件或工作台。即使是公知的平滑材料，在处理固体时，当从微 观水平考虑时也几乎不能完全的和固体接触。因此，平板801应当尽可能的均匀和光滑， 从而获得与加热元件或工作台尽可能多的接触的表面区域。与加热元件或工作台接触的平 板801的表面区域可以从大约20平方英寸到大约100平方英寸，较好的表面区域从大约 25平方英寸到大约50平方英寸，最佳的表面区域从大约30平方英寸到大约45平方英寸。 同样的，如果当平板801和加热元件或工作台的表面都不平滑时，就必须增加施加到一次 性盒上的压力，使平板801与加热元件或工作台紧密的接触。如果平板801和加热元件或 工作台被直接彼此紧靠着布置，则认为在两表面之间存在空气接触。因为当表面非常接近 并且在平板801上施加压力以将两平面压在一起时，表面之间仍然会存在间隙。因此可能 通过在与热交换器的平板801接触的加热元件或工作台的表面涂上一层热衬垫，热衬垫能 使用比空气热传导性更好的材料适合和填充平面间空间，并允许使用更合理的接触压力来 减小这些间歇。如果在热交换器的平板801和加热元件或工作台之间采用空气作为接触媒 介，则必须对系统施加更大的压力来达到有效的热能传递。使用比空气具有更好热传导性 的材料来填充间隙允许使用施加在接触表面上的更小的和更合理的压力来建立系统。
例子
本发明的输液系统如图2a-c所示，图2a显示了移去一半外罩的一次性盒。为了定位 的目的，在图中右手部分的延伸出外罩201的防气阀IIO可见。 一次性的外罩由坚固的聚 合材料制成。图2b显示与图2c中显示的泵壳250接触的一次性盒的侧面。同样为了定位， 在图2b中显示的防气阀110在图中左手部分从外罩201延伸出去。将与泵系统的工作台 接触的热交换器101的暴露表面225在图2b中显示出来。图2c显示包含与泵环相互工作 的滚子泵的泵壳。图2c还显示了向热交换器提供热能的包含在一次性盒内的平板275。本 例子中所有的元件都互相流体连接。
啮合手柄280允许用户利用从位于平板275附近的锁定壳285延伸出的箝位或其它锁 定装置来可逆的将一次性盒100安装到泵壳250上。当操作啮合手柄280时，包含在锁定 壳285内的箝位或锁定装置在位于热交换器101的暴露表面225附近的安装点210处延伸 并啮合一次性盒100。当啮合时，提供用于将热交换器101的暴露表面225连接到平板275 上的力从大约170磅到230磅， 一般使用的力为200磅。导电材料或银衬垫位于暴露表面 225和平板275之间，允许用于平板和热交换器之间的非常接近和均匀接触。作为银衬垫 选择的材料是由位于马萨诸塞州的沃本(Woburn) Chomerics提供的基于硅酮的衬垫 ChomericsT500 。银衬垫允许用于比空气接触媒介更好的从平板275到热交换器101的 热量传递。在本例中，银衬垫的厚度大约为0.02英寸，允许有0.005英寸的误差并且覆 盖了整个平板。此外，在本例中与加热元件或工作台接触的平板801的表面区域大约为35 平方英寸。
对本例的目的来说，被输入病人体中的液体是血液。本例中体现的进入泵系统的液体 为20摄氏度。输液的速度为1000毫升/分钟。本例中包含在泵壳内的泵可以从10毫升/ 小时到1200毫升/分钟的速度抽取液体。
一旦啮合了盒，包含在泵壳内的转动泵将会对泵环104施加泵压，使液体从液体源经 盒以1000ml/min的速度充分输液。再次参考图1，血液被抽进主要流入管102中并继续流 过作为流入压力监视器103的第一 t型联结。流入压力监视器103与第一气室151流体连 接。流入压力监视器103在血液进入泵环104时确定血液流量的压力，允许用于血液流量 的适当调节。
如果液体留在一次性盒内但不向病人的方向流动，则流入压力监视器监控负压。如果 液体源袋破损而液体仍留在盒中则可能发生这种情况。如果流入压力监视器103中的压力 小于lmmHg，则泵将会停止抽取。
当血液离开了泵环104时，它流过了作为流出压力监视器105的第二t型联结。流出 压力监视器105在血液流出泵环104时确定血液的压力，从而可以调节通过一次性盒100 的血液流量。流出压力监视器测量流过盒的液体的压力。这里压力监视器用于流量阻塞从 而当压力超过500mmHg时，泵会关闭以避免损坏。
然后血液通过交换器入口端106流入热交换器101中。本例中的热交换器101由图3 描述的两半铸件形成。两半铸件由相同的铸模形成，以致转化一块铸模并将两块铸件固定 在一起来形成热交换器。本例中形成热交换器的材料是阳极氧化铝。这种材料的使用通过 在热交换器和被加温的液体，血液之间形成大的质量差异来实现本发明的目的。阳极氧化 铝的热传导能力能使热能在热交换器上极好的分散。铝的阳极化处理的表面形成了生物学 的惰性表面来防止当血液或其它液体流过生物学的惰性表面时与它发生反应或被它吸收。 在本例中，处理血液，对材料表面蛋白质的吸收可能引发阶式凝固。被热交换器内表面吸 收的蛋白质，即使它们不会引发阶式凝固，也会退化和分离。 一旦从热交换器的表面分离，
这些退化的或变性的蛋白质会与包含在血液内的其它的蛋白质或细胞以有害的方式发生 反应。热交换器的阳极化处理的内表面因此防止当血液流过热交换器时对血液产生的损 害。
当使用根据本发明的盒时，从热交换器到被输入的液体的有效热交换会使温度适当的 升高而不会使液体暴露在45摄氏度或更高的温度下。热交换器的恒定的温度而不是血液 或液体暴露的区域不同温度能使向血液的热能的传递更有效率。在流速为1000ral/min下， 达到37摄氏度的液体输出温度意味着决不会使液体暴露在会对被输入液体有害的45摄氏 度的温度下。事实上，使用可向血液产生95% 96%热能传递效率的阳极氧化铝会使温度上 升17摄氏度。
一旦血液进入热交换器，在穿过全部热交换器之前血液充满了流动腔。血液首先充满 流动腔是由于由定义了流动腔的流动散热片形成的更窄的流动区域。通过形成如图7描述 的更小的流径用以流过第一散热片，血液在充满导致流过热交换器散热片的流动模式为宽 的带状形式的流动腔前不会穿过热交换器的长轴。
图2a-c中描述的热交换器的散热片间隔大约为0.4英寸。由两复数个散热片的间隔 形成的流程的深度大约为0.08英寸。散热片宽大约4.3英寸高大约0.62英寸。这将形成 线性流距对宽度的比率大约为1: 7。图3所示的散热片303比热交换器中的其余散热片宽。 流动散热片303增加的宽度在两半热交换器连接时在散热片上形成了更窄的流程。在本例 中，由流动散热片303形成的流程宽度大约为0.03英寸。已知本例中流过热交换器的血 液将会沿着最小阻力的路径流动，在血液流过流动散热片303前将会充满流动腔。然后血 液流过形成用于当流过热交换器时的血液的湍流模式的散热片。这种湍流确保了血液中更 多的分子对热交换器增加的暴露，因此提高了热量传递的效率。
一旦血液到达了热交换器的顶部，它就通过位与热交换器101的交换器入口端106相 反位置的交换器出口端107流出。这里，输液用液体经过了加温并达到了想得到的温度。 血液然后从防气阀110长轴的顶部和底部之间大约中部位置进入防气阀110。在本例中， 防气阀沿着它的长的垂直轴的长度大约为4.2英寸，直径大约l英寸。防气阀进气口503 位于离防气阀底部大约2.1英寸的位置(见图6)。当血液流过防气阀进气口时，当充满防 气阀时血液沿顺时针方向流动。这种血液的顺时针流动在防气阀中形成了液体的涡流。在 本例中从防气阀底部内表面向上延伸大约0.5英寸的液体流动干扰器601在液体出口端 505形成的足够的压差来推动血液流出并不带任何截留的空气。
在本例中空气可能通过某些方法留在血液中。通过当血液连接到泵系统用于输液时阻
止血液，本质是在连接到系统之前不能合适的净化血液源。同样，液体自身的加热也会导 致如果被输入病人体中有害的血液中存贮的气体的释放。
当防气阀110中的空气量增加时，本例中防气阔内的血液水平降低。当血液水平低于 本例中超声传感器的低水平传感器506时，液体出口端505上的阀关闭。当液体出口端505 上的阀关闭时，位于防气阀顶部的空气出口端504上的阀打开。这会增加推动空气流出空 气出口端504的防气阀中的血液量。超声传感器位于泵壳250上。超声传感器利用在低水 平传感器506和高水平传感器507上连接到防气阀上的硅按钮来监控防气阀内液体的水 平。当血液的水平上升到高于同样是超声传感器的高水平传感器507时，空气出口端504 的阀关闭。几乎在空气出口端的阀关闭的同时，液体出口端505的阀打开并且血液离开防 气阀进入病人体中。
在本例中，液体然后流过基于压力控制盒内整体流量的第三压力监视器。如果存在阻 塞，则压力开始升高，这种压力监视器将会尝试将压力保持在100到300mmHg之间可以接 受的范围内。如果在压力监视器中的压力升高超过500mmHg，则泵将会关闭。
然而，在本例中，在血液到达病人之前先流过流出气泡探测器112 (见图l)。流出气 泡探测器分析沿着其路径向病人传递的血液来确定防气阀从系统中移除了可能有害的空 气。用于本例的气泡检测器使用穿过管发送信号的超声传感器。任何存在于系统中的气泡 都会削弱信号。在检测到30到50;/L大小的气泡时，系统会关闭泵。这种系统能在最大流 速为1200ml/min下检测到这种大小的气泡。
权利要求
1.一种一次性输液盒，其特征在于，包括a.热交换器，该热交换器包括上部，下部以及由第一和第二复数个重叠的散热片定义的内部热交换区，所述热交换器产生几乎均匀的流程深度，其中每个散热片的高度和宽度比率为1∶2，因此，液体通过下端口进入所述热交换器的下部，并且在流经所述热交换区之前充满越过所述热交换区宽度的下部流动腔，并由所述热交换器上部的上端口流出；以及b.防气阀，该防气阀包括上部和下部，并包括内表面，所述防气阀接收来自包括液体流动干扰器的所述热交换器的液体，所述防气阀包括排放机构，该排放机构用于排放来自所述防气阀的空气和防止空气通过所述防气阀。
2. 如权利要求1所述的盒，其特征在于，所述散热片高度和宽度的比率从大约1:2到 1:50。
3. 如权利要求1所述的盒，其特征在于，所述散热片高度和宽度的比率从大约1:4到 1:25。
4. 如权利要求1所述的盒，其特征在于，所述散热片高度和宽度的比率从大约1:5到 1:10。
5. 如权利要求1所述的盒，其特征在于，所述散热片高度范围从大约0.25英寸到1 英寸。
6. 如权利要求1所述的盒，其特征在于，所述流程深度与所述散热片高度的比率从大 约0. 01到1:1。
7. 如权利要求1所述的盒，其特征在于，所述热交换区的流程的深度大约为0.01英 寸到O. 25英寸。
8. 如权利要求1所述的盒，其特征在于，所述相同复数个散热片内的第一和第二散热 片之间的距离从大约0. 25英寸到1英寸。
9. 如权利要求1所述的盒，其特征在于，所述热交换器由两个对称单元固定在一起而 形成。
10. 如权利要求1所述的盒，其特征在于，所述热交换器由单个单元形成。
11. 如权利要求1所述的盒，其特征在于，所述热交换器由至少两个单元固定在一起 而形成。
12. 如权利要求1所述的盒，其特征在于，所述防气阀是圆柱形。
13. 如权利要求12所述的盒，其特征在于，所述防气阀的高度比宽度更高。
14. 如权利要求1所述的盒，其特征在于，所述液体流动干扰器从所述防气阀下部的 内表面延伸出来。
15. 如权利要求1所述的盒，其特征在于，所述排放机构利用超声探测装置来监控所 述防气阀中的液体量。
16. 如权利要求15所述的盒，其特征在于，当所述防气阀内的液体量增加到预定水平 时，所述排放机构使用协同工作的位于液体出口端的阀和位于空气出口端的阀来使空气排 出空气出口端。
17. 如权利要求1所述的盒，其特征在于，当所述防气阀垂直轴倾斜到45度时，所述 防气阀仍可以有效的排出空气。
18. 如权利要求1所述的盒，其特征在于，所述热交换器具有暴露在热元件的区域的 表面，大约30平方英寸到45平方英寸。
19. 如权利要求18所述的盒，其特征在于，所述表面区域基本平坦地穿过所述区域。
20. —种一次性注入盒，其特征在于，包括a. 热交换器，该热交换器包括封闭的均匀弯曲流径，所述流径包括线性流程的短段， ^f述热交换器产生液体带，宽度比所述线性流程段更大，用于增加暴露到所述热交换器内 表面；以及b. 用于去除液体中空气的圆柱形防气阀，该防气阀包括上部和下部，且进一步包括上 部液体入口端，下部液体出口端，上部空气出口端以及液体流动干扰器，其中所述防气阀 产生液体涡流，且所述液体流动干扰器在所述液体出口端形成压差以使液体流出所述防气 阀。
21. 如权利要求20所述的盒，其特征在于，所述弯曲流径短段的长度与流程宽度的比 率从大约1:2到1:50。
22. 如权利要求20所述的盒，其特征在于，所述弯曲流径短段的长度与流程宽度的比 率从大约1:4到1:25。
23. 如权利要求20所述的盒，其特征在于，所述弯曲流径短段的长度与流程宽度的比 率从大约1:5到1:10。
24. 如权利要求20所述的盒，其特征在于，所述弯曲流径短段的长度从大约0.25英 寸到1英寸。
25. 如权利要求20所述的盒，其特征在于，所述弯曲流径深度的深度与短段长度的比 率从大约O.Ol到1:1。
26. 如权利要求20所述的盒，其特征在于，所述热交换区的弯曲流径的深度从大约0. 01 英寸到大约O. 25英寸。
27. 如权利要求20所述的盒，其特征在于，所述弯曲流径由至少一个复数个散热片产生。
28. 如权利要求20所述的盒，其特征在于，所述复数个散热片内的第一和第二散热片 之间的距离从大约0. 25英寸到0. 5英寸。
29. 如权利要求20所述的盒，其特征在于，所述液体流动干扰器从所述防气阀的内表 面延伸出来。
30. 如权利要求20所述的盒，其特征在于，所述排放机构利用超声探测装置来监控液 体高度。
31. 如权利要求30所述的盒，其特征在于，当所述防气阀内的液体量增加时，所述排 放机构使用协同工作的位于所述液体出口端的阀和位于所述空气出口端的阀来使空气排 出所述空气出口端。
32. 如权利要求31所述的盒，其特征在于，所述排放机构的阀通过包含在与盒可逆安 装的泵壳内的监控装置控制。
33. 如权利要求20所述的盒，其特征在于，当所述防气阀垂直轴倾斜到45度时，所 述防气阀仍可以有效的排出空气。
34. 如权利要求20所述的盒，其特征在于，所述热交换器具有暴露在热元件的区域的 表面，大约30平方英寸到45平方英寸。
35. 如权利要求20所述的盒，其特征在于，所述表面区域基本平坦地穿过所述区域。
36. 如权利要求20所述的盒，其特征在于，进一步包括至少一个用于监控一次性盒内 液体压力的压力监视器。
37.如权利要求20所述的盒，其特征在于，进一步包括至少一个用于监控通过一次性 盒的液体内气泡存在的气泡检测器。
全文摘要
本发明涉及一种用于在输液发生时提高输进病人身体中液体温度的系统。本发明还设置用于改善在输液系统中空气的监控，这样防止向接受输液的病人身体中引入空气。本发明还设置用于为适合于大流量输入需要和目的而提供可变流速的系统泵。根据本发明的一次性盒为输进病人身体中的液体提供了有效的热能传递。该盒还可以确保有害的大量空气不会被引入病人的身体中。
文档编号A61F7/00GK101180016SQ200680016861
公开日2008年5月14日 申请日期2006年3月9日 优先权日2005年3月17日
发明者休·F·史密森三世, 布莱弗德·J·雷尼尔, 弗里得里克·J·约克, 杰弗瑞·W·杰瑞尔, 理查德·G·卡特列, 约翰·M·亚科尼斯, 约翰·M·克里斯腾森, 麦克尔·L·科尔兹 申请人:史密森卡特列生物医药有限公司