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一種血液在曲面體容器內連續離心分離的方法.pdf

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一種 血液 曲面 容器 連續 離心 分離 方法
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摘要
申請專利號:

CN201210003593.8

申請日:

20120109

公開號:

CN103191475A

公開日:

20130710

當前法律狀態:

有效性:

有效

法律詳情:
IPC分類號: A61M1/02,A61M1/36 主分類號: A61M1/02,A61M1/36
申請人: 金衛醫療科技(上海)有限公司
發明人: 經建中,鄭佳敏,劉繼純,唐海波
地址: 201799 上海市青浦區外青松公路5800號A區
優先權: CN201210003593A
專利代理機構: 上海新天專利代理有限公司 代理人: 周濤
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210003593.8

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本發明涉及一種血液在曲面體容器內連續離心分離的方法,該方法是在一個容器內設有分離腔隙,該分離腔隙為曲面體結構,其內設置有一個分離軟袋,將血液注入該分離軟袋內,隨上述曲面體容器繞旋轉軸高速旋轉,利用離心力按密度大小分離出不同血液成分,血液連續離心分離過程在所述分離軟袋內完成,曲面體容器的旋轉方向與分離腔隙的展開方向相反。本發明的方法通過分離軟袋和曲面體容器的結合,來實現血液成分的連續離心分離,具有分離質量高和分離成本低的優點。

權利要求書

1.一種血液在曲面體容器內連續離心分離的方法,其特征在于,所述曲面體容器內設有分離腔隙,該曲面體容器繞旋轉軸高速旋轉,利用離心力將注入至所述分離腔隙內的血液按密度大小分離出不同成分;所述分離腔隙為包括有外壁和內壁的曲面體,該分離腔隙的外壁曲面在垂直于旋轉軸的平面上投影的曲線以極坐標表示如下:?????????????????????????????????????????????????其中,極坐標的極點O為旋轉軸與所述平面的交點,極坐標的極軸L為極點到曲線起始端方向的射線,極坐標角度的正方向為順時針方向,r為曲線上任意一點的極徑,R為曲線最遠端的極徑,θ為曲線起始端的極角,其值為本極坐標系的0度,θ為曲線與血漿分離因素臨界半徑F交點的極角,血漿分離因素臨界半徑F為轉速確定時單位時間內血漿分離所需最小離心半徑,θ為一個極角,其值為θ的1.5~3.5倍,θ為曲線最遠端的極角;在所述的分離腔隙內,[θ,θ)是血漿區,[θ,θ)是混沌區,[θ,θ]是血球區,b為血漿區的曲線系數,b為混沌區的曲線系數,b為血球區的曲線系數;所述分離容器的旋轉方向與分離腔隙的展開方向相反。2.根據權利要求1所述的一種血液在曲面體容器內連續離心分離的方法,其特征在于,所述的曲線系數是指曲線上任一點的極徑相對于極角的變化率。3.根據權利要求1所述的一種血液在曲面體容器內連續離心分離的方法,其特征在于,所述分離腔隙的展開方向是指:在所述曲線的血漿區內,有任意兩點p和q,其極角分別為θp和θq,對應的極徑分別為rp和rq,且θ≤θp<θq≤θ,同時rp

說明書

技術領域

????本發明涉及血液成分分離,特別是涉及到一種對血液進行連續離心分離,從而離心分離出血漿和血球等有形成分的方法。

背景技術

????無論是科學研究還是醫學臨床實踐或是工業生產,以及更多的場合,都需要將血液分離,如從全血分離出單一成分,通常使用離心法從血液中分離出各種單一成分,用于臨床治療、科學研究或制備原料等場合。最常見的是將全血通過離心分離系統分離出紅細胞、粒細胞、單核細胞、血小板和血漿,或將解凍后的冷凍紅細胞洗滌分離出紅細胞和洗滌液。

連續離心分離系統的工作原理是:上述系統的主要結構包括有離心機、輸液泵和控制器裝置;通過與輸液泵連接的輸液管路將血液引入離心機上分離鼓內的軟袋中,高速旋轉分離鼓,并帶動該軟袋同步高速旋轉,其內的血液受到離心力場的不同作用導致血漿和血球等有形成分作離心沉降運動,且按各自密度或比重或沉降系數的大小分層;當達到離心沉降平衡時,從徑向的圓周面至軸心由密度高到低富集排列形成同心圓狀的各單一成分層,然后利用輸液泵再將分離的單一成分層抽取出來。

血液單一成分在該系統中實現連續采集是通過密閉的軟管提供旋轉動力并起到連續輸入和抽出的作用,軟管的一端與分離鼓內的分離軟袋連通,隨分離鼓高速轉動,軟管的另一端固定在支架上,因此,軟管一端旋轉一端固定,其中間有一盤管結構來實現軟管解旋解纏,使得在旋轉狀態下可將全血輸入至旋轉的分離鼓內,并從旋轉的分離鼓內抽出血漿及血球等單一成分。分離鼓,即分離盤,與盤管結構相結合實現了血液連續離心分離。

現有技術中涉及到應用于血液連續離心分離設備上的分離盤和盤管結構的主要有美國專利US5360542。在該專利中,分離盤為一個圓筒形結構,稱為分離鼓,其內有一個圓筒形的腔隙,軟袋放在圓形腔隙內實現血液的離心分離;盤管結構包括有底架,可旋轉的頂部支架,頂部支架上懸吊分離鼓,一根軟管自機箱處固定穿過頂部支架側面的兩個軸承后伸入到分離鼓底部,其軟管的端部為一方形頭,伸入到分離鼓中心軸處的方形槽內。軟管為中空構造,其內有數根輸送管路,同時實現動力提供和液體輸送功能。基于上述的結構,動力使頂部支架旋轉,帶動軟管解旋而產生扭動力,并將此動力傳輸至分離鼓使之產生同向轉動,進而實現血液連續離心分離過程。

中國專利申請200710046991.7中披露了另外一種結構形式的分離盤。該專利中指出:多細胞成分混合液體分離系統上的分離盤,包括耐用的硬底盤和一次性使用的軟袋,硬底盤上是由內芯和底座組成的圓形盤,在內芯和底座之間形成一段繞該硬底盤圓心軸一周的、且首部和尾部不封閉的連續腔隙,軟袋為設有進、出液管的單腔結構,該軟袋可置入所述的腔隙中。由于所述的連續腔隙內各處的離心力不一致,因此在離心力持續作用下,混合液體各成分在軟袋內呈分段分布狀態,可以從上述分段內提取相應的單一成分。上述的內芯相當于所述的內分離筒、底座相當于所述的外分離筒。上述的硬底盤也即是分離盤。

無論是國外專利還是國內專利,都采用了分離盤加軟袋的方式,軟袋為一次性使用的耗材部件。這兩種形式的分離盤在實際使用過程中由于血液分離的設計思路不同,前者為同心圓設計,后者為非同心圓設計,后者的分離效率較前者有很大的提高。后者雖在硬底盤和分離軟袋的設計較為巧妙,且在實踐中有一定的效果,但仍然有改進設計的余地。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術存在的不足,提供一種新的血液連續離心分離的方法。本發明的方法旨在提高血液分離效率,實現連續離心分離,且降低分離成本,提高分離成分的質量。

為了達到上述發明目的,本發明提供的技術方案如下:

一種血液在曲面體容器內連續離心分離的方法,其特征在于,所述曲面體容器內設有分離腔隙,該曲面體容器繞旋轉軸高速旋轉,利用離心力將注入至所述分離腔隙內的血液按密度大小分離出不同成分;所述分離腔隙為包括有外壁和內壁的曲面體,該分離腔隙的外壁曲面在垂直于旋轉軸的平面上投影的曲線以極坐標表示如下:

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其中,極坐標的極點O為旋轉軸與所述平面的交點,極坐標的極軸L為極點到曲線起始端方向的射線,極坐標角度的正方向為順時針方向,r為曲線上任意一點的極徑,R為曲線最遠端的極徑,θ1為曲線起始端的極角,其值為本極坐標系的0度,θ2為曲線與血漿分離因素臨界半徑Fr交點的極角,血漿分離因素臨界半徑Fr為轉速確定時單位時間內血漿分離需最小離心半徑,θ3為一個極角,其值為θ2的1.5~3.5倍,θ4為曲線最遠端的極角;在所述的分離腔隙內,[θ1,θ2)是血漿區,[θ2,θ3)是混沌區,[θ3,θ4]是血球區,b1為血漿區的曲線系數,b2為混沌區的曲線系數,b3為血球區的曲線系數;所述分離容器的旋轉方向與分離腔隙的展開方向相反。

在本發明的血液在曲面體容器內連續離心分離的方法中,所述的曲線系數是指曲線上任一點的極徑相對于極角的變化率。

在本發明的血液在曲面體容器內連續離心分離的方法中,所述分離腔隙的展開方向是指:在所述曲線的血漿區內,有任意兩點p和q,其極角分別為θp和θq,對應的極徑分別為rp和rq,且θ1≤θp<θq≤θ2,同時rp<rq,點p沿著曲線軌跡運動到點q的方向為所述的曲線展開方向。

在本發明的血液在曲面體容器內連續離心分離的方法中,所述血液的連續離心分離過程具體包括如下步驟:

第一步,高速旋轉所述的曲面體容器,置于分離腔隙內的分離軟袋隨之高速旋轉,該分離軟袋的前部、中部、后部分別設有一個輸送液體的軟管,分離軟袋的前部位于分離腔隙內距離旋轉軸較近的近端,分離軟袋的中部位于分離腔隙的中部,分離軟袋的后部位于分離腔隙內距離旋轉軸較遠的遠端;

第二步,將血液通過位于分離軟袋中部的軟管注入到分離軟袋內,待全血充滿分離軟袋空間后,分離軟袋與分離腔隙緊密貼合形成與分離腔隙相接近的內部分離空間,血液在分離軟袋內受離心力持續作用下各種成分逐漸分段分區,血漿逐漸聚集在分離軟袋前部而形成一個血漿區,包含血球在內的有形成分逐漸聚集在分離軟袋后部而形成一個血球區,而分離軟袋的中部由于全血的持續輸入形成一個混沌區;

第三步,從設置在分離軟袋前部的軟管在血漿區抽出血漿,從設置在分離軟袋后部的軟管在血球區抽出包括血球在內的有形成分,同時從設置在分離軟袋中部的軟管持續輸入全血,通過控制輸入和抽出達到分離軟袋內容量的動態平衡,進而實現血液的連續離心分離。

基于上述發明內容,本發明對血液進行連續離心分離的方法中與現有技術中的方法相比具有如下技術效果:

本發明為了實現血液的連續高效離心分離,提出了曲面連續離心分離的概念,并基于該思想設計了一個適合連續離心分離的曲面體,上述的曲面體具體表現為一個分離盤里面的分離腔隙,在分離腔隙內設置一個與分離腔隙的內外壁相貼合的分離軟袋,并在分離軟袋上設置輸入和抽出液體的軟管,抽取不同成分的軟管布置于不同的分區內,再設置一個總的輸入管,將血液置于該軟袋內進行高速旋轉,在離心力的作用下,血液可在曲面構成的分離空間內按照密度不同進行分段分區,這樣即可通過輸入和抽出的動態平衡,實現血液分離的連續操作,提高血液的分離效率。

附圖說明

圖1是本發明血液連續離心分離的方法中分離腔隙曲面的投影和旋轉方向的示意圖。

圖2是離心分離系統的結構示意圖。

圖3是本發明中分離盤的結構示意圖。

圖4是本發明中分離軟袋的展開結構示意圖。

圖5是本發明分離軟袋中血液剛進入分離空間的流向示意圖。

圖6是本發明分離軟袋中血液充滿分離空間前的流向示意圖。

圖7是本發明分離軟袋中血液充滿分離空間后的流向示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體的實施例來對本發明的血液連續離心分離的方法作進一步的詳細闡述,以求更為明晰地理解本發明的工作原理和工作流程,但不能以此來限制本發明的保護范圍。

本發明屬于一種血液連續離心分離的方法,為了便于說明,這里以全血中血漿的連續離心分離為例進行闡述。該方法的原理是將血液置于一個具有分離腔隙的分離容器中,通過高速旋轉該分離容器,從而將血液中血漿和其他有形成分分離開來。當然除了紅細胞和血漿分離以外,還可以用于血液中其他有形成分的分離。血液中密度相差最大為紅細胞和血漿,其中紅細胞的密度最大,血漿的密度最小,而且單一成分的血漿和紅細胞是醫學中需用量最大的血液成分。因此,對血液中的血漿進行連續離心分離是最為基礎、最為簡單的成分分離。

如果要實現連續和高效地分離出血液中高密度成分和低密度成分,首先要對離心分離容器進行創新性設計。本發明先在分離容器中設計出了一個分離腔隙,此腔隙的形狀為包括有外壁和內壁的曲面體,含此曲面體腔隙的分離容器稱為曲面體容器,通過該容器的應用可以達到血液成分高效連續離心分離的目的。上述分離腔隙的外壁曲面在垂直于旋轉軸的平面上投影的曲線以極坐標表示如下:?

其中,極坐標的極點O為旋轉軸與所述平面的交點,極坐標的極軸L為極點到曲線起始端方向的射線,極坐標角度的正方向為順時針方向,r為曲線上任意一點的極徑,R為曲線最遠端的極徑,θ1為曲線起始端的極角,其值為本極坐標系的0度,θ2為曲線與血漿分離因素臨界半徑Fr交點的極角,血漿分離因素臨界半徑Fr為轉速確定時單位時間內血漿分離所需最小離心半徑,θ3為一個極角,其值為θ2的1.5~3.5倍,θ4為曲線最遠端的極角;在所述的分離腔隙內,[θ1,θ2)是血漿區,[θ2,θ3)是混沌區,[θ3,θ4]是血球區,b1為血漿區的曲線系數,b2為混沌區的曲線系數,b3為血球區的曲線系數。由于投影曲線的表現形式為一個螺旋線,故用極徑、極角來定義其中的關鍵點。曲線系數是指曲線上任一點的極徑相對于極角的變化率。上述曲線的大致形狀如圖1所示,圖1是本發明血液連續離心分離的方法中分離腔隙曲面的投影示意圖。從曲面體容器的分離腔隙內抽出所需血液成分的同時,又不斷地補充全血,使分離腔隙內容量達到一個動態的平衡,進而實現本發明目的中的血液連續離心分離過程。

曲面體容器的結構包括有曲面體形式的分離腔隙,該容器設計為一個圓盤狀結構,稱之為分離盤。該分離盤包括有內分離筒1和外分離筒2兩個部分。內分離筒1可拆卸地固定于外分離筒2的內腔中,外分離筒2的內腔壁與內分離筒的外側壁之間留有一定的空隙,該空隙就是分離盤上的分離腔隙3,如圖3所示。在分離腔隙內容納有一次性使用的分離軟袋,血液連續離心分離的過程是在分離軟袋中進行。

上述外分離筒的內腔壁為包括有距中心旋轉軸線不同距離的近端和遠端,在所述的近端和遠端之間為一個曲面,這個曲面在垂直于旋轉軸的平面上的投影曲線用極坐標形式表示如下:

其中,極坐標的極點O為旋轉軸與所述平面的交點,極坐標的極軸L為極點到曲線起始端方向的射線,極坐標角度的正方向為順時針方向,r為曲線上任意一點的極徑,R為曲線最遠端的極徑,θ1為曲線起始端的極角,其值為本極坐標系的0度,θ2為曲線與血漿分離因素臨界半徑Fr交點的極角,血漿分離因素臨界半徑Fr為轉速確定時單位時間內血漿分離所需最小離心半徑,θ3為一個極角,其值為θ2的1.5~3.5倍,θ4為曲線最遠端的極角;在所述的分離腔隙內,[θ1,θ2)是血漿區,[θ2,θ3)是混沌區,[θ3,θ4]是血球區,b1為血漿區的曲線系數,b2為混沌區的曲線系數,b3為血球區的曲線系數。上述曲面就是作為分離腔隙外側壁的具體實現形式。

上述的內分離筒2和外分離筒1同軸組合形成一個整體如圖3所示的分離盤。一般情況下,內分離筒的外側壁和外分離筒的內腔壁可以設計為具有不同的曲面形式或相同的曲面形式,若為后者,在其內分離筒外側壁和外分離筒內腔壁之間形成一條厚度均勻的分離腔隙3。

在所述的連續曲面分離盤中的分離腔隙內放置了一個分離軟袋。當血液充盈分離軟袋時,所述分離軟袋的內側壁可緊貼內分離筒的外側壁,分離軟袋的外側壁可緊貼外分離筒的內腔壁,即在分離軟袋中形成一個與分離腔隙相接近的分離空間,血液的連續離心分離過程在此分離空間內完成。在分離盤中設置分離軟袋的目的在于可以多次使用分離盤以及一次性使用分離軟袋,以避免不同血液之間的污染,且便于提高分離效率和降低分離成本。

上述一次性使用的分離軟袋是一種帶有多個液體輸送管路的扁平袋狀結構,其結構如圖4所示,圖4是本發明中分離軟袋的展開結構示意圖。分離軟袋具體是由分離袋體和與袋體相連接的三條管路組成;其中,分離袋體為長方形的軟體塑料袋,其制作材質要滿足醫用塑料的標準。在分離袋體長邊的棱邊上設置有連通袋體內外的三條管路,分別位于分離軟袋的前部、中部、后部;其中,位于前部并伸入分離袋體內的管路所在的區域為分離腔隙中的血漿區,由于血漿的密度較小,在分離腔隙中處于距離旋轉軸最近的位置,故稱此管路為血漿管路4,用于從分離軟袋中抽取分離出的血漿;位于中部并伸入分離袋體內的管路所在的區域為分離腔隙中的混沌區,用于向離心分離袋中輸送全血,稱其為全血管路5;位于后部的管路連通并伸入到分離袋體內,由于血球的密度較大,在分離腔隙中處于距離旋轉軸最遠的位置,該管路所在的區域即為分離腔隙中的血球區,故稱此管路為血球管路6,用于從分離軟袋中抽取分離出的血球。

在應用本發明的連續離心分離方法時,血液從位于分離軟袋的中部連接的軟管即進血口進入到分離軟袋中,含有各種血液成分的全血逐漸充盈整個分離空間。在充盈過程中,受到離心力的持續作用,血漿與血球等有形成分逐漸分離,在分離空間中從近端的低離心力區到遠端的高離心力區,依次呈現為血漿、全血和血球等有形成分分段分區的分布狀態。分離空間中部聚集著大部分未分離全血稱為混沌區,分離空間近端的低離心力區域稱為血漿區,分離空間遠端的高離心力區域稱為血球區。

如果要達到上的分離效果,需要作為離心分離容器的分離盤在軟軸的帶動下高速旋轉。整個離心分離系統的結構以及運行原理在專利申請201020293871.4(一種差動離心分離系統)中已經說明,如圖2所示,此處不再贅述。分離盤需要在軟軸的帶動下繞著位于中心的旋轉軸高速旋轉,為血液的離心分離提供動力。軟軸伸入連接固定于位于分離盤中心的旋轉軸位置,帶動分離容器轉動,所述的血球管路、全血管路和血漿管路與軟軸內設計的輸液管連通,從而要求軟軸具備動力傳輸和液體傳輸的雙重功能。

在離心分離容器上,分離盤的中心軸與分離盤底面有一個交點,該交點是軟軸和分離盤的連接點,也是分離盤轉動的動力來源點。當含有所有血液成分的全血從全血管路進入分離袋體內時,由于該分離袋體的內外側壁與分離盤的腔隙相貼合形成分離空間,即可以認為血液已進入了離心分離容器的分離腔隙內。在高速旋轉的分離空間內,由于受到離心力的持續作用,從全血管路進入到分離袋體內的全血會沿著分離袋體的內側壁向離心力較高的分離空間遠端流動和堆積,在該分離空間的遠端充滿后逐漸向分離空間的近端發展,如圖5所示,圖中箭頭7的指向為全血進入分離腔隙內的流動方向。

在全血堆積的過程中,堆積在分離空間最遠端的全血由于受到離心力的作用較大,全血中的各種成分開始分離,部分全血依照箭頭7所示方向朝分離腔隙的遠端擴散,部分全血則依照箭頭8所示方向朝分離腔隙的近端彌散。隨著離心力的持續作用,血漿和血球等有形成分逐漸加大分離,血球等有形成分分離后從分離空間遠端向中間的進血口堆積,血漿則從分離空間近端向中間的進血口堆積,當這二種堆積物在進血口附近相遇時,會出現混合界面,同時由于不斷注入的全血沖擊影響,此處的被分離出的單一成分與全血混合,形成混沌區。此時血液在分離軟袋內的狀態如圖6所示,圖中箭頭7為全血進入分離腔隙以后向分離腔隙遠端的流動方向,箭頭8則是在全血堆積至進血口后,進入的全血部分向分離腔隙近端流動的方向。

當全血的輸入充滿軟袋且血漿和血球等有形成分實現分離時,分離空間近端出現符合單采血漿標準的血漿,可從分離空間近端抽出血漿和從分離空間遠端抽出血球等有形成分,同時在進血口注入全血,全血輸入量為血球口和血漿口二端抽出量的總和,從而維持整個分離空間中液體的總體積不變,實現動態平衡。血液及其分離出來的各種成分此時在分離空間內的狀態如圖7所示,圖中箭頭7和箭頭8分別為全血進入分離軟袋時向分離腔隙遠近二端流動的方向,箭頭9則是位于分離腔隙近端的血漿通過血漿管路4抽出時的流動方向。

實施例1

本實施例中離心分離容器上由連續曲面體構成了分離腔隙,可以達到血液成分高效連續離心分離的目的。

上述曲線是曲面體在垂直于旋轉軸的平面上的投影曲線,極坐標的極點O為旋轉軸與投影平面的交點,極坐標的極軸L為極點到曲線起始端方向的射線,極坐標角度的正方向為順時針方向,r為曲線上任意一點的極徑,R=199mm,θ1=0度,θ2=90度,θ3=255度,θ4=380度;在分離腔隙內,[0o,90o)是血漿區,[90o,255o)是混沌區,[255o,380o]是血球區,b1=0.8,b2=0.4,b3=0.2。該分離容器的旋轉方向與分離腔隙的展開方向相反。

當全血充滿整個分離腔隙后,全血從進血口繼續輸入,血漿從血漿口持續抽出和血球等有形成分從血球口持續抽出,二者的流入量與流出量相等,使分離腔隙總體積保持平衡,從而達到連續分離血液的目的。

毫無疑問,本發明對血液連續離心分離的方法除了上述實施例中列舉的結構組成以及曲線形式外,還有可以有其他類似的結構組成和曲線形式。總而言之,本發明的保護范圍還包括其他對于本領域技術人員來說顯而易見的變換和替代。

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