人工肾脏的制作方法

人工肾脏


技术实现要素：

1.本公开涉及一种可移植或可穿戴的低轮廓人工肾脏包壳，该人 工肾脏具有径向血流模式。该包壳为圆柱形、卵形或其他非角形(例如，非 矩形或非立方形)。夹有过滤板的内部空间具有复杂的血流控制翅片或管 道，以在圆形过滤板上提供附加的血流控制和血液分布。控制血液侧和透析 液侧之间的压力分布(压力差)以确保压力差不会对过滤板造成损坏(例 如，不可逆的断裂或变形)。
2.该设计提供了一个兼容的光滑外部形状和小型低轮廓紧凑设 计，用于可移植肾脏的应用。径向血流模式与真实肾脏中的血流模式非常相 似，在该血流模式中从小区域中的单根动脉源流入大区域并将血液均匀分布 在过滤器上。
3.提供本发明内容以便以简化的形式介绍以下在具体实施方式中 进一步描述的概念的选集。本发明内容并非旨在标识出要求保护的主题内容 的关键特征或必要特征，亦非旨在限定要求保护的主题内容的范围。通过阅 读下面的具体实施方式，这些以及各种其他特性和优点将是显而易见的。
附图说明
4.根据以下描述结合附图阅读的各种实现方式的具体实施方式， 最好地理解所描述的技术。
5.图1是肾脏的示意图。
6.图2是常规矩形肾脏滤血器的示意图。
7.图3是圆形肾脏过滤器的示意图。
8.图4a是人工肾脏低轮廓包壳的立体视图，图4b是图4a的包壳的 横截面视图。
9.图5是示例肾脏过滤器的示意图。
10.图6是多个肾脏过滤器单元的示例的示意图。
11.图7是多个肾脏过滤器单元的另一个示例的示意图。
12.图8a是示例肾脏过滤器的横截面视图，图8b是替代示例肾脏过 滤器的横截面视图。
13.图9是过滤器腔室分布的图示。
具体实施方式
14.迄今为止，可穿戴和可植入的人工肾脏包壳设计为直线形或正 方形，以容纳矩形滤血器。然而，具有尖角的方形包壳不适合可移植设备， 因为它们在移植时病人可能会感到不舒服或刺激。对于容纳在直线形包壳内 的矩形过滤器，血液从该设备的一端流向另一端，从滤血器上流过的血液从 单根动脉入口源开始均匀地流过表面过滤器。
15.然而，真实肾脏中的血流模式是血液从单根动脉进入然后在更 大区域内的毛细血管的分布上扇出。根据本公开，圆形或椭圆形平板过滤器 提供类似于真实肾脏的血流模式，从中央动脉源辐射到该过滤器外直径穿过 滤血器板。
16.本公开涉及一种可移植或可穿戴的肾脏包壳，该肾脏包壳为圆 柱形、卵形或其他非角形(例如，非矩形或非立方形)，该肾脏包壳具有圆 形或椭圆形滤血器,该圆形或椭圆形滤血器提供从内部中央动脉源径向向外 的血流模式。由于圆形过滤器设计的高效流动性，该包壳可以做成圆柱形和 低轮廓，从而形成非常适合可移植和可穿戴透析应用的紧凑包壳。
17.过滤板周围的区域可以具有复杂的血流控制翅片或管道，以在 圆形过滤板上提供附加血流控制和血液分布。
18.此外，控制滤血器的血液侧和透析液侧之间的压力分布(压力 差)确保了压力差不会对过滤板造成损坏(例如，不可逆的断裂或变形)。
19.在以下描述中，参考构成本文一部分的附图，并且在附图中通 过图示的方式示出了至少一个具体实现方式。以下描述提供了附加的具体实 现方式。应当理解，构想并且可以作出其他实现方式而不背离本公开的范围 或精神。因此，以下具体实施方式不应具有限制性的意义。然而本公开不限 于此，通过下文提供的示例的讨论，可以获得对本公开的各种方面的理解。
20.转到图1，示出了正常肾脏的医学图。当肾脏不可用或功能不再 正常时，可以使用本文所描述的各种包壳和滤血器来代替此类肾脏。图1示 出了单根动脉进入肾脏然后分成扇形排列的毛细血管。
21.图2示意性地示出了常规矩形滤血器。血液从第一端进入并且相 对线性地沿着过滤器的长度流向第二(相对)端。
22.图3示出了圆形滤血器和从中央孔径向向外的血流模式。此类从 中央区向外流向盘的外边缘的血流更接近于图1所示的自然肾脏的流动模 式。
23.诸如图3所示的圆形滤血器与诸如图4a所示的圆柱形包壳一起使 用，图4a是人工低轮廓包壳的圆柱形外部的立体视图。可以看到所有外部边 缘是圆的。
24.在一些实现方式中，圆柱形包壳具有低轮廓(甚至可以称为盘 (disk)或盘(disc))。如图4a所示，“低轮廓”是指厚度“th”尺寸小 于包壳的直径“d”。圆柱形包壳具有紧凑的配置。
25.如图4a所标识的，所示的通向圆柱的中央的两根管子中的一根 是血液输入(动脉)的连接处，第二管子用于输入透析液流(清洗液)。
26.图4b示出了包壳的横截面视图，显示了过滤器包壳的内部结 构、圆形过滤板(在该示例中为四个板)的放置、以及过滤板上从过滤板的 中央(内直径)到外直径的血流模式和透析液流模式。
27.可以利用各种其他流动配置和多组板配置。图5中的示例是血液 和透析液流过一对滤血器的示意图。在该配置中，血液和干净的透析液进入 平板过滤器的内直径中的包壳。首先，血液通过上腔室的顶部过滤器，并且 毒素通过顶部过滤板进入干净的透析液。血液继续流向外直径域，并返回到 下腔室，在该下腔室中，随着血液从外直径域流向内域，过滤功能继续通过 下过滤板。注意，反向流将执行相同的过滤功能，并且与血液和透析液的流 动方向或流动方向的任何组合无关。
28.图6是用于多个过滤器单元的血液和透析液流的示意图。该图示 出了以并行配置连接的多个过滤器单元。并行血流是指输入的血液直接连接 到每一个过滤器单元。作为参
考，图4b中的包壳具体是两单元包壳设计。然 而，包壳可以扩展到长度为“n”的多个过滤器单元，但代价是增加包壳高 度。
29.图7是用于多个过滤器单元的血液和透析液流的示意图。该图显 示了以用于从动脉流出的血液的串行流动配置和用于透析液流的串行流动配 置连接在一起的多个过滤器单元。在串联配置中，每一个过滤器单元都是菊 花链连接的，并且血液通过第一单元，然后通过第二单元等等，直到通过第 n单元。
30.注意，可以配置串行和并行血流模式和透析液流模式的任何组 合。当菊花链接多个过滤器单元在一起时，串行流动模式更容易实现。然 而，缺点是获得初始血液输入的第一单元的血压很可能会较高，在更高序数 的过滤器单元中血压降低，这是不可取的，因为需要高机械强度以支持与串 行设计的高操作压力相关联的较高机械压力。并行流动配置具有对第n过滤 器单元中的每一个相等的血液和透析液操作压力的优点。这以更复杂的包壳 设计为代价来容纳多个过滤器单元。
31.图8a示出了一个过滤器单元和包壳形状的横截面视图。在该设 计中，上腔室和下腔室的横截面是锥形的，使得垂直于血流方向的横截面积 (由具有白色轮廓的红色箭头所示)从内直径到外直径大致恒定，从而使过 滤板表面的血压大致均匀。实现过滤板上的均匀的压力的包壳设计简化过滤 器机械设计以抵抗断裂。例如，过滤器可以具有均匀的厚度和支撑间距。注 意，为了清楚起见，图8a中未示出透析液的流动方向。
32.图8b是一个过滤器单元和具有不对称的上腔室和下腔室尺寸的 包壳形状的横截面视图。在该设计中，上腔室和下腔室的横截面是锥形的 (如图8a所示)。然而，在该设计中，下腔室的总横截面积相对于上腔室增 加了定值，以保持上下表面之间大致相似的压力。这种具有不对称横截面积 以实现等压的策略可以用于有串行血液或透析液流动的区域。即使在上述并 行配置设计中，单个过滤器单元也由上腔室和下腔室之间的串行路径构成。
33.这里提到的包壳设计策略是通过设计大致均匀的横截面积(垂 直于血液和透析液的流动)来实现平板过滤器表面上和过滤板之间的均匀压 力。
34.过滤器从内直径到外直径的简单线性锥度形状可以用于大致保 持表面上的恒定压力。其他形状轮廓可以用于更精确地保持恒定压力分布， 诸如图9所示。
35.图9图形地示出了与滤血板的直径(例如，过滤板的内直径到外 直径)相关的腔室高度分布。在如图9所示的该示例特定示例中，id半径为 10mm，od半径为33.5mm。y轴表示腔室高度“h”，其具有非线性分布形 状，该分布形状遵循以下等式以保持恒定的流量横截面积：h＝r1/r，其中r 是过滤器上的径向位置，r1是过滤器的id半径。
36.综上所述，本文描述的是圆柱形、卵形或其他非角形(例如， 不是矩形或立方形)的可移植或可穿戴肾脏包壳，被配置为接收圆形或椭圆 形滤血器。圆形或椭圆形过滤器具有从内部中央动脉源径向向外的血流模 式。包壳中可能存在多个过滤器，以并行或串行方式配置。
37.上述说明书、示例提供了本发明的示例性实现方式的结构和使 用的完整描述。以上描述提供了附加的具体实现方式。应当理解，构想并且 可以作出其他实现方式而不背离本公开的范围或精神。因此，上述具体实施 方式不应具有限制性的意义。然而本公开不限于此，通过所提供的示例的讨 论，可以获得对本公开的各种方面的理解。
38.除非另有说明，所有表示特征尺寸、数量和物理属性的数字应 被理解为被术语“约”修改，无论术语“约”是否立即出现。因此，除非相 反地指明，否则前述数值参数是近似值，这些近似值可以根据利用本文中公 开的教导的本领域技术人员所寻求的期望性质而变化。
39.如本文中所使用的，单数形式“一(a)”、“一个(an)”和
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该(the)”包括具有复数指代物的实现方式，除非内容明确地另作规 定。如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“或”一般在其包括
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和/或”的意义上采用，除非内容另外清楚地指示。
40.空间相关术语包括但不限于“底部”、“下”、“顶部”、
ꢀ“
上”、“下面”、“下方”、“上方”、“顶部上”、“上面”等，用于 便于描述以描述(多个)要素与另一个要素的空间关系。除了附图所描绘的 和本文所描述的特定方向之外，此类空间相关术语还涵盖设备的不同定向。 例如，如果附图所描绘的结构被反转或翻转，那么先前描述的在其他要素下 方或下面的部分将位于这些其他要素的上方或上面。
41.由于可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出本发明的 许多实现方式，因此本发明驻留在下文所附的权利要求中。此外，不同实现 方式的结构特征可以在又另一个实现方式中组合而不脱离所述权利要求。进一步的示例 示例1.一种人工肾脏，包括：环形滤血器，所述环形滤血器具有圆形或椭圆 形形状，所述滤血器具有中心轴；以及包壳，所述包壳具有对应于与所述中 心轴正交的所述滤血器的横截面形状，所述包壳进一步具有：内部容积，所 述内部容积用于在其中接收所述环形滤血器，入口，所述入口靠近所述中心 轴，所述入口流体地连接到所述内部容积以在其中接收血流；出口，所述出 口流体地连接到所述内部容积以从其中接收血流；以及第二出口，所述第二 出口流体地连接到所述内部容积以从其中接收毒素；并且其中所述入口流体 地连接到所述包壳中的第一腔室，并且所述出口流体地连接到所述包壳中的 第二腔室，所述第一腔室和所述第二腔室由所述环形滤血器隔开。示例2.如示例所述的人工肾脏，其特征在于，所述出口靠近所述中心轴。示例3.如示例1所述的人工肾脏，其特征在于，所述第一腔室和所述第二腔 室二者都具有从所述中心轴到所述包壳的外围逐渐变小的高度。示例4.如示例3所述的人工肾脏，其特征在于，所述第一腔室和所述第二腔 室彼此是对称的。示例5.如示例1所述的人工肾脏，其特征在于，所述包壳关于所述中心轴放 射状地对称。示例6.如示例1所述的人工肾脏，进一步包括靠近所述中心轴的第二入口， 所述第二入口流体地连接到所述内部容积以在其中接收透析液流。示例7.如示例6所述的人工肾脏，其特征在于，所述第二出口靠近所述中心 轴并且流体地连接到所述第二入口。示例8.如示例1所述的人工肾脏，包括以串行连接的多个环形滤血器对。示例9.如示例1所述的人工肾脏，包括以并行连接的多个环形滤血器对。示例10.一种人工肾脏，包括：环形滤血器，所述环形滤血器具有圆形或椭圆 形形状，所述环形滤血器具有内直径和外直径；以及包壳，所述包壳具有对 应于所述滤血器的形状，所述包壳具有用于在其中接收所述滤血器的内部容 积，所述人工肾脏具有所述环形
滤血器上从所述内直径到所述外直径的径向 血流路径。示例11.如示例10所述的人工肾脏，进一步包括血液入口，所述血液入口中 心地位于所述包壳中并且流体地连接到所述内部容积。示例12.如示例11所述的人工肾脏，进一步包括：透析液入口，所述透析液 入口中心地位于所述包壳中并且流体地连接到所述内部容积。示例13.如示例11所述的人工肾脏，其特征在于，所述血液入口流体地连接 到所述包壳中的第一腔室，并且血液出口流体地连接到所述包壳中的第二腔 室，所述第一腔室和所述第二腔室由所述环形滤血器隔开。示例14.如示例13所述的人工肾脏，其特征在于，所述血液出口靠近所述中 心轴。示例15.如示例13所述的人工肾脏，其特征在于，所述第一腔室和所述第二 腔室二者都具有从所述内直径到所述外直径逐渐变小的高度。示例16.如示例13所述的人工肾脏，包括以串行连接的多个环形滤血器对。示例17.如示例13所述的人工肾脏，包括以并行连接的多个环形滤血器对。示例18.一种过滤血液的方法，包括：提供具有环形滤血器的人工肾脏，所述 环形滤血器具有圆形或椭圆形形状，所述环形滤血器具有内直径和外直径； 以及使血液在所述环形滤血器上从所述内直径向所述外直径径向地流动。示例19.如示例18所述的方法，进一步包括使血液在第二环形滤血器上从所 述第二环形滤血器的外直径向所述第二环形滤血器的内直径径向地流动。示例20.如示例19所述的方法，进一步包括：经由靠近所述环形滤血器的所 述内直径的入口将血液输入所述人工肾脏；以及经由靠近所述第二环形滤血 器的所述内直径的出口将血液从所述人工肾脏中输出。