基于离心式血浆分离技术的全肝型生物人工肝系统

1.本技术涉及人工肝技术领域，尤其涉及一种基于离心式血浆分离技术的全肝型生物人工肝系统。


背景技术：

2.人工肝支持系统(artificial liver support system，alss)是一种肝衰竭救治的重要方法，其是基于肝脏具有强大的自我再生修复能力，通过引入体外的机械、理化或生物装置，清除有害物质，补充人体必需的物质，改善患者内环境，暂时替代肝脏的部分功能，为肝衰竭患者肝细胞修复再生创造条件，也为等待肝移植供体创造时间。目前的人工肝主要分为两大类，即单纯使用机械、理化装置的非生物型人工肝，以及包含有细胞或全肝等生物装置(称为生物反应器)的生物型人工肝。
3.其中，生物型人工肝是以生物装置作为核心的人工肝系统，常见的包括细胞型生物人工肝和全肝型人工肝，但是细胞型生物人工肝即以游离细胞作为生物反应器件，依靠一定数量的单个细胞的生物功能，发挥代谢、转化、解毒、合成等功能，达到救治肝衰竭患者的作用。此外，细胞型生物人工肝与天然体内肝脏相比，在细胞数量、三维结构、内外环境上尚有一定差距。并且，目前市场上具备多种复杂血液净化治疗模式的人工肝设备，均采用以中空纤维管过滤器进行膜式分浆，膜式分浆是基于中空纤维管的膜式血浆分离器，在分浆过程中容易造成血细胞破碎导致堵管、人工肝治疗计划外中止，且分离效率较低。


技术实现要素：

4.本技术的目的旨在提供一种基于离心式血浆分离的全肝型人工肝系统，其具有分离效率高、且能防止血细胞破碎而导致堵管情况发生的优点。
5.为了实现上述目的，本技术提供以下技术方案：
6.一种基于离心式血浆分离技术的全肝型生物人工肝系统，至少包括以下依次连接的分管路：血浆输入分管路、第一分浆管路、供氧分管路、生物净化管路、第二分浆管路及返浆分管路；其中，
7.所述血浆输入分管路的上游末端设定为血液输入端；
8.所述第一分浆管路至少包括第一离心式血浆分离器，所述第一离心式血浆分离器包括可旋转的分离腔室，所述分离腔室设有第一血液入口、第一血细胞出口及第一血浆出口，所述第一血细胞出口和第一血浆出口分设于所述分离腔室的外壁和内壁；
9.所述供氧分管路与第一离心式血浆分离器的第一血浆出口连接，所述生物净化管路包括全肝型生物反应器，所述供氧分管路、生物净化管路及第二分浆管路三者连接构成人造血循环通路，经过所述第一离心式血浆分离器分离后的血浆进入到全肝型生物反应器的灌注量为60～80ml/min；
10.所述返浆分管路与第二分浆管路连接且其下游末端设定为血液输出端。
11.进一步设置：所述分离腔室内置有离心泵以用于驱动分离腔室转动。
12.进一步设置：所述第一离心式血浆分离器位于其血液入口处设置蠕动泵。
13.进一步设置：所述供氧分管路包括人造血输入端、氧合器及输送泵，所述第二分浆管路包括第二血浆分离器，所述第二血浆分离器包括第二血液入口、第二血浆出口及第二血细胞出口，所述第二血液入口与所述生物净化管路连接，所述第二血浆出口连接至所述供氧分管路。
14.进一步设置：所述供氧分管路还包括温度调节器。
15.进一步设置：所述全肝型生物反应器包括全肝灌注腔室及全肝，所述全肝灌注腔室内设有其中一端与所述全肝连接的肝动脉接管、门静脉接管、下腔静脉接管和胆总管接管，所述肝动脉接管和所述门静脉接管的另一端与所述供氧分管路连接，所述下腔静脉接管与所述第二血浆管路的入口连接，所述胆总管接管连接有胆汁回收装置。
16.进一步设置：所述细胞灌注组件包括细胞灌注腔，所述细胞灌注腔内设有用于将其划分为内腔及外腔的半透膜，所述外腔接种干细胞，所述内腔入口与所述供氧分管路连接，其出口与第二分浆管路连接。
17.进一步设置：所述返浆分管路包括血液混合器，所述血液混合器的输入端与所述第一血细胞出口、第二血浆出口连接，其输出端为血液输出端。
18.进一步设置：所述第二血浆出口与所述血液混合器之间设有血浆均质器，并且所述血浆均质器与第二血浆出口之间设置温度调节器。
19.相比现有技术，本技术的方案具有以下优点：
20.1、在本技术的基于离心式血浆分离技术的全肝型生物人工肝系统中，采用离心式血浆分离器以将离心泵和蠕动泵相结合，利用离心式血浆分离器高速转动产生的离心力将输入离心式血浆分离器中的血液分离成血浆和血细胞，由于血液中血细胞的质量小于血浆的质量，则血液分浆过程中，血浆的离心现象比血细胞的更为明显，则血浆可由设置在离心式血浆分离器的分离腔室外壁上的血浆出口进行输出，而血细胞则由分离腔室内壁上的血细胞出口进行输出，其相对于现有采用基于中空纤维管结构的膜式分将其具有更高的分浆效率，并且能够降低分浆过程中对于血细胞的破坏，减少堵管情况的发生，能够提高全肝型人工肝系统开展治疗的完成率。
21.2、在本技术的基于离心式血浆分离技术的全肝型生物人工肝系统中，供氧分管路、生物净化管路及第二分浆管路三者连接构成人造血循环通路，使得人造血进入供氧分管路后能够在人造血循环通路中循环，不仅避免了人造血的损耗，节省成本，同时氧气随人造血在人造血循环通路中循环，能够为全肝型生物反应器提供充足的氧气，从而确保全肝型生物反应器的治疗效果。
22.3.在本技术的基于离心式血浆分离技术的全肝型生物人工肝系统中，采用离心式血浆分离器进行血浆分离的处理，减少了血细胞的破坏进而大幅减少离体肝脏中微血栓的形成，同时离心式血浆分离器具有较高的分离效率，使得经过离心式血浆分离器分离后的血浆进入全肝型反应器的灌注量满足预设60～80ml/min的目标值，常规膜式分浆法无法达到此标准，大大缓解了离体肝脏缺血再灌注存在的损伤问题，且充分地入肝灌注能让肝细胞达到更理想的活性。
23.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
24.本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
25.图1为本技术的全肝型生物人工肝系统的结构示意图；
26.图2为本技术的全肝型生物人工肝系统中离心式血浆分离器的结构示意图；
27.图3为本技术的全肝型生物人工肝系统中离心式血浆分离器中分离腔室的一个实施例中的示意图；
28.图4为本技术的全肝型生物人工肝系统中离心式血浆分离器中分离腔室的一个实施例中的示意图。
29.图中，1、血浆输入分管路；11、检测壶；2、第一分浆管路；21、第一离心式血浆分离器；211、分离腔室；212、第一血液入口；213、第一血细胞出口；214、第一血浆出口；215、蠕动泵；3、供氧分管路；31、人造血输入端；32、氧合器；33、输送泵；34、温度调节器；4、生物净化管路；41、全肝型生物反应器；411、全肝灌注腔室；412、全肝；5、第二分浆管路；51、第二离心式血浆分离器；511；第二血液入口；512、第二血浆出口；513、第二血细胞出口；52、动力泵；6、返浆分管路；61、血液混合器；62、血浆蠕动泵；63、温度调节器；64、血浆均质器；65、气泡检测器。
具体实施方式
30.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能解释为对本技术的限制。
31.请参见图1和图2，针对于现有采用中空纤维管的膜式血浆分离器易造成血细胞破碎、堵管的情况，本技术提供了一种基于离心式血浆分离技术的全肝型生物人工肝系统，其至少包括以下依次连接的分管路：血浆输入分管路1、第一分浆管路2、供氧分管路3、生物净化管路4、第二分浆管路5及返浆分管路6。
32.具体地，所述血浆输入分管路1的上游设定为血液输入端，所述血浆输入分管路1的下游末端与所述第一分浆管路2的入口连接，所述血浆输入分管路1中设有检测壶11，医护人员可通过所述检测壶11提取人体血液进行相关参数的测定。具体请参见图2，所述第一分浆管路2至少包括第一离心式血浆分离器21，所述第一离心式血浆分离器21包括具有第一血液入口212、第一血细胞出口213和第一血浆出口214的分离腔室211，所述分离腔室的横截面呈圆环状，所述第一血液入口212与所述血浆输入分管路1连接，且所述第一离心式血浆分离器21在所述第一血液入口212处设置蠕动泵215，以为血液流入到所述分离腔室211中提供动力。此外，所述分离腔室211内置有离心泵(图中未示意)，以用于驱使所述分离腔室211转动，从而将流入到所述分离腔室211内的血液进行离心分浆。同时，所述第一血细胞出口213和第一血浆出口214分设于所述分离腔室211的内壁和外壁。由于因为血细胞中有形成分(红细胞、白细胞、血小板等)和血浆的比重不同，在离心作用下，血细胞与血浆分离形成分层，并分别进入不同的管路中。已知血液中血细胞的质量小于血浆的质量，则血液分浆过程中，血浆的离心现象比血细胞的更明显，故将第一血细胞出口213设于分离腔室211内壁以用于输出血细胞，所述第一血浆出口214设于所述分离腔室211的外壁以用于输
出血浆。
33.本技术中的离心速度范围在2800～4000r/min之间，转速越快，越有利于分离，分浆效率高，但过快的转速会带来血细胞受损的问题，从而出现溶血等情况，因此本技术通过限定所述离心式血浆分离器的速度，在能够满足血细胞和血浆分离的情况下，又避免过快的转速导致血细胞破裂。
34.在一个优选的实施例中，请结合图3，所述分离腔室211呈螺旋结构设置，所述第一血液入口212设置在分离腔室的中间，第一血细胞出口213设于分离腔室211的顶部，第一血浆出口214则设于分离腔室211的底部，此时通过将离心速度控制在3000r/min，血细胞和血浆由于质量的不同，在转动产生的离心力作用下会发生分离，由于血细胞的质量小于血浆的质量，而螺旋结构的分离腔室存在有向上及向下的斜面，从而引起血细胞和血浆产生向上或向下的离心力，血细胞由于自身质量较小，通常在转速2000r/min的情况下即可实现分离，因此在远超其分离速度的3000r/min的转速下，血细胞受到的离心力能够与其自身的重力抵消而向上移动，从而可由设置在分离腔室211顶部的第一血细胞出口213以输出血细胞。血浆在其自身质量较大的情况下，其所产生的离心力无法抵消自身重力而向下移动至分离腔室211的底部，再通过第一血浆出口214以输出血浆。本实施例中将密度梯度离心的原理结合重力来将血液中的血细胞和血浆进行分层，分层效率高。
35.在另一个优选的实施例中，请结合图4，还可将所述分离腔室211的圆环结构的底部设置为由中心向四周倾斜向下的斜面，即所述分离腔室211的内壁底部高于其外壁底部，此时，第一血细胞出口213位于第一血浆出口214的上方，第一血液入口212位于分离腔室211的顶部，亦能达到良好的血细胞和血浆的分离效果。
36.本技术采用离心式血浆分离器将蠕动泵215和离心泵进行结合，分浆效率可达70％以上，较之现有的膜式分浆具有更高的分浆效率，且能够减少血细胞的破坏，降低堵管的发生率，确保血液净化的正常运行。
37.所述供氧分管路3与所述第一离心式血浆分离器21的第一血浆出口214连接，所述供氧分管路3包括依次设置的人造血输入端31、氧合器32和输送泵33，所述人造血输入端31设于供氧分管路3的上游并连接有人造血储存器34，人造血能够代替人血中用于输送氧气的血红蛋白，血红蛋白能够发挥携氧、供氧的作用，所述氧合器32能够为人工血提供氧气，所述供氧分管路3的下游与所述生物净化管路4的入口连接，经过氧合器32的人造血能够为后续的生物净化提供充足的氧，以保证生物净化能够持续稳定地发挥生物净化功能。此外，经过离心式血浆分离器分离后的血浆进入全肝型反应器的灌注量满足预设60～80ml/min的目标值，灌注效率高，充分地入肝灌注效率能让肝细胞达到更理想的活性。
38.进一步地，所述供氧分管路3上还设有温度调节器34，所述温度调节器34具备加热和冷却的功能，能够对导管内的流体进行温度调节，确保流体处于流动的状态，避免温度变化或底端温度引起流体物理性质及物理性质的变化。
39.所述生物净化管路4包括全肝型生物反应器41，所述全肝型生物反应器41包括全肝灌注腔室411及置于所述全肝灌注腔室411内的全肝42，所述全肝灌注腔室411内设有其中一端与所述全肝42连接的肝动脉接管、门静脉接管、下腔静脉接管和胆总管接管，所述肝动脉接管和所述门静脉接管的另一端与所述供氧分管路3连接，所述下腔静脉接管则与所述第二血浆管路的入口连接，所述胆总管接管连接有胆汁回收装置。利用所述全肝型生物
反应器41进血浆净化，可以利用全肝42来模拟人体体内肝脏，具有良好的分解、解毒以及生物合成等作用，能清除血浆中各种代谢元素和致病因子，从而达到治疗的目的。
40.此外，在其他实施例中，本技术的生物净化管路4可采用模块化设计，通过将生物净化管路4中的导管与生物反应器之间的接头设置为可拆卸连接接头，并可控性地接入软件，从而可将全肝型生物反应器更换为细胞型生物反应器或过滤器等，从而能够在同一人工肝平台上实现不同功能，以进一步拓展人工肝系统的功能，适用于不同的使用场景。
41.经过生物净化后的人造血和血浆的混合流体进入所述第二分浆管路5，所述第二分浆管路5包括具有第二血液入口511、第二血浆出口512及第二血细胞出口513的第二离心式血浆分离器51，所述第二血液入口511与所述生物净化管路4连接，其第二血浆出口512与所述返浆分管路6连接，其第二血细胞出口513与所述供氧分管路3连接。第二分浆管路5亦采用离心式血浆分离器，其结构与第一离心式血浆分离器21相同；能够将人造血和血浆的混合流体中的人造血和血浆分离，分离后的人造血回流到所述供氧分管路3以使肝脏脱落细胞和人造血重新进入到生物净化分管路，且所述第二血细胞出口513连接于所述人造血接入端与所述氧合器32之间，提高人造血的使用效率。所述第二血浆出口512处设有动力泵52，使得分离的净化后的血浆则流入到所述返浆分管路6中。
42.此外，本技术的供氧分管路、生物净化管路及第二分浆管路三者连接构成人造血循环通路，即人造血可在人造血循环通路内进行循环，以使循环中的人造血能够充分携氧，能够满足生物净化管路中全肝型生物反应器的供氧需求，避免出现氧气不足的情况导致全肝型生物反应器中的全肝衰竭，确保全肝型生物反应器的正常运行。
43.所述返浆分管路6的下游末端设定为血液输出端，其包括血液混合器且在所述第二血浆出口512与所述血液混合器61之间设有血浆蠕动泵62，以为净化后的血浆流向所述血液混合器61提供动力。
44.所述返浆分管路6在所述血液混合器61的上游亦设有温度调节器63，所述温度调节器63具备加热和制冷的功能，使得由所述第二分浆管路5流入的血浆温度调整到适应反应、人体温度适宜范围或者保持流体稳定且利于流动的状态，避免温度变化或者极端温度引起血浆的物理性质和化学性质的变化。另外，需要说明的是，在本实施例中，所述温度调节器63可以通过改变布设数量及位置，能够实现本技术人工肝系统的全部或部分区域的精细化、区域化温度调节。
45.在所述温度调节器63与所述血液混合器61之间还设有血浆均质器64，血浆在所述温度调节器63调节温度后容易发生分层、浑浊、沉淀等物理性质、化学性质的改变，通过在温度调节器63后接血浆均质器64可在进行全血混合之前对血浆进行均质，以提高全血混合的质量。
46.所述血液混合器61的输出端连接有气泡检测器65，通过所述气泡检测器65及时检测全血中的气泡，以避免全血中携带气泡进入人体而造成空气栓塞。则在所述空气检测器检测到空气气泡时，需要及时采取相应措施，防止危害发生。
47.本技术的基于离心式血浆分离技术的全肝型生物人工肝系统以离心式血浆分离器作为血液分浆工具，该离心式血浆分离器将离心泵和蠕动泵相结合，对比于现有的膜式分浆器，其具有更高的分浆效率，能够减少对血细胞的破坏，降低堵管的情况发生，确保人工肝系统的安全和顺利。且本技术的人工肝系统采用模块化设计，通过软件控制，使得具备
不同生物净化功能的模组能够在同一人工肝下平台上实现，从而实现一机多模的多功能拓展。此外，采用离心式血浆分离器进行血浆分离的处理，减少了血细胞的破坏进而大幅减少离体肝脏中微血栓的形成，同时离心式血浆分离器具有较高的分离效率，使得经过离心式血浆分离器分离后的血浆进入全肝型反应器的灌注量满足预设60～80ml/min的目标值，常规膜式分浆法无法达到此标准，大大缓解了离体肝脏缺血再灌注存在的损伤问题，且充分地入肝灌注能让肝细胞达到更理想的活性。
48.以上所述仅是本技术的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。

技术特征：
1.一种基于离心式血浆分离技术的全肝型生物人工肝系统，其特征在于，至少包括以下依次连接的分管路：血浆输入分管路、第一分浆管路、供氧分管路、生物净化管路、第二分浆管路及返浆分管路；其中，所述血浆输入分管路的上游末端设定为血液输入端；所述第一分浆管路至少包括第一离心式血浆分离器，所述第一离心式血浆分离器包括可旋转的分离腔室，所述分离腔室设有第一血液入口、第一血细胞出口及第一血浆出口，所述第一血细胞出口和第一血浆出口分设于所述分离腔室的内壁和外壁；所述供氧分管路与第一离心式血浆分离器的第一血浆出口连接，所述生物净化管路包括全肝型生物反应器，所述供氧分管路、生物净化管路及第二分浆管路三者连接构成人造血循环通路，经过所述第一离心式血浆分离器分离后的血浆进入到所述全肝型生物反应器的灌注量为60～80ml/min；所述返浆分管路与第二分浆管路连接且其下游末端设定为血液输出端。2.根据权利要求1所述的基于离心式血浆分离技术的全肝型生物人工肝系统，其特征在于，所述供氧分管路包括人造血输入端、氧合器及输送泵，所述第二分浆管路包括第二血浆分离器，所述第二血浆分离器包括第二血液入口、第二血浆出口及第二血细胞出口，所述第二血液入口与所述生物净化管路连接，所述第二血浆出口连接至所述供氧分管路。3.根据权利要求2所述的基于离心式血浆分离技术的全肝型生物人工肝系统，其特征在于，所述供氧分管路还包括温度调节器。4.根据权利要求1所述的基于离心式血浆分离技术的全肝型生物人工肝系统，其特征在于，所述第一离心式血浆分离器位于其血液入口处设置蠕动泵。5.根据权利要求1所述的基于离心式血浆分离技术的全肝型生物人工肝系统，其特征在于，所述全肝型生物反应器包括全肝灌注腔室及全肝，所述全肝灌注腔室内设有其中一端与所述全肝连接的肝动脉接管、门静脉接管、下腔静脉接管和胆总管接管，所述肝动脉接管和所述门静脉接管的另一端与所述供氧分管路连接，所述下腔静脉接管与所述第二血浆管路的入口连接，所述胆总管接管连接有胆汁回收装置。6.根据权利要求1所述的基于离心式血浆分离技术的全肝型生物人工肝系统，其特征在于，所述第二分浆管路包括具有第二血液入口、第二血浆出口及第二血细胞出口的第二离心式血浆分离器，所述第二血液入口与所述生物净化管路连接，其第二血浆出口与所述返浆分管路连接，其第二血细胞出口与所述供氧分管路连接。7.根据权利要求1所述的基于离心式血浆分离技术的全肝型生物人工肝系统，其特征在于，所述返浆分管路包括血液混合器，所述血液混合器的输入端与所述第一血细胞出口、第二血浆出口连接，其输出端为血液输出端。8.根据权利要求7所述的基于离心式血浆分离技术的全肝型生物人工肝系统，其特征在于，所述第二血浆出口与所述血液混合器之间设有血浆均质器，并且所述血浆均质器与第二血浆出口之间设置温度调节器。

技术总结
本申请提供一种采用离心式血浆分离技术的全肝型生物人工肝系统，其至少包括以下依次连接的分管路：血浆输入分管路、第一分浆管路、供氧分管路、生物净化管路、第二分浆管路及返浆分管路，所述第一分浆管路至少包括第一离心式血浆分离器，所述第一离心式血浆分离器包括可旋转的分离腔室，所述分离腔室设有第一血液入口、第一血细胞出口及第一血浆出口，所述第一血细胞出口和第一血浆出口分设于所述分离腔室的内壁和外壁。本申请利用离心泵旋转产生的离心力对血液进行分浆，相较于现有的采用基于中空纤维管结构的膜式分浆器具有更高的分浆效率，并且能够降低分浆过程中血细胞的破坏，减少堵管的情况发生，提高了全肝型人工肝系统开展治疗的完成率。系统开展治疗的完成率。系统开展治疗的完成率。


技术研发人员：钟克波 李阳 高毅 聂愉 蔡少如 庄嫚琪 蔡欣宏 冯淋 李彤
受保护的技术使用者：南方医科大学珠江医院
技术研发日：2023.07.27
技术公布日：2023/10/8