一种用于动物的ECMO实验装置及其方法

一种用于动物的ecmo实验装置及其方法
技术领域
1.本技术涉及医疗体外循环装置技术领域，具体为一种用于动物的ecmo实验装置及其方法。


背景技术：

2.体外膜肺氧合(extracorporeal membrane oxygenation，ecmo)是体外循环技术在临床使用上的延伸和扩展，其本质是一种人工心肺机，通过全部或者部分替代心脏和肺脏的功能以减轻患者本身心肺的压力，从而获得恢复时机的原理来达到治疗目的。
3.为了研究体外膜肺氧合技术，往往需要利用动物进行大量的实验。目前，常用的动物体外膜肺氧合研究装置，通常是将人用的体外膜肺氧合装置等比例缩小后应用于动物。但是，对于小型动物(例如：大鼠)来说，由于其全血量较少，且等比例缩小后的体外膜肺氧合装置缺少监测，稍有不慎则会导致小型动物死亡，实验失败，例如：在体外循环管路中，泵的输入端负压过大，易造成小型动物抽血过度或者血液稀释过度(详细原因见下文)而死亡。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种用于动物的ecmo实验装置及其方法，至少解决在体外循环管路中，由于泵的输入端负压过大，易造成小型动物抽血过度或者血液稀释过度而死亡的技术问题。
5.为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种用于动物的ecmo实验装置，包括：体外循环装置，所述体外循环装置包括：沿动物血液流动的方向，依次串联于体外循环管路中的第一动力泵和氧合器；监测和控制装置，至少用于监测所述体外循环管路中的血液压力，以及控制所述第一动力泵的输送量；所述监测和控制装置包括：第一压力传感器，所述第一压力传感器用于监测所述第一动力泵输入端的血液压力。
6.本技术方案中优选的，所述监测和控制装置还包括：第二压力传感器和第三压力传感器；其中，所述第二压力传感器用于监测所述氧合器输入端的血液压力，所述第三压力传感器用于监测所述氧合器输出端的血液压力；所述监测和控制装置还包括：第四压力传感器，所述第四压力传感器用于监测所述体外循环管路输出端的血液压力。
7.本技术方案中优选的，所述监测和控制装置还用于，监测所述体外循环管路中的血氧饱和度；所述监测和控制装置还包括：第一血氧传感器和第二血氧传感器；其中，所述第一血氧传感器用于监测所述体外循环管路输入端的血氧饱和度，所述第二血氧传感器用于监测所述体外循环管路输出端的血氧饱和度；所述体外循环装置还包括：换热器；所述监测和控制装置还用于，监测所述体外循环管路中的血液温度和控制所述换热器；所述监测和控制装置还包括：温度传感器，所述温度传感器用于监测所述换热器输出端的血液温度。
8.本技术方案中优选的，所述监测和控制装置还用于，监测所述体外循环管路中的气泡；所述监测和控制装置还包括：气泡传感器，所述气泡传感器用于监测所述体外循环管
路输出端的气泡；所述体外循环装置还包括：除气泡件，所述除气泡件用于除去所述体外循环管路中的气泡。
9.本技术方案中优选的，所述除气泡件包括负压腔体和控制阀：所述负压腔体内具有负压，所述负压腔体通过所述控制阀与所述体外循环管路相连通；所述控制阀，用于打开或者关闭所述负压腔体与所述体外循环管路的连通。
10.本技术方案中优选的，所述监测和控制装置还包括：信号面板，各个传感器与所述信号面板电性连接；控制面板，用于设定所述体外循环装置的各项控制参数；显示面板，用于显示实验动物的各项生理参数或者实验参数；安装面板，用于排布安装所述体外循环管路；所述体外循环装置还包括：第二动力泵和吸附柱；其中，所述第二动力泵和所述吸附柱相串联，所述第二动力泵与所述氧合器相并联，所述吸附柱与所述氧合器相并联。
11.本技术方案中优选的，所述安装面板包括：安装板；至少一个第一限位块，各个第一限位块用于与所述安装板相连接；与各个第一限位块一一对应的第二限位块，第二限位块用于与对应的第一限位块相连接，并与第一限位块形成限位孔，所述限位孔用于限制所述体外循环管路产生径向位移。
12.基于上述的用于动物的ecmo实验装置，本技术还提出一种用于动物的ecmo实验方法，该方法包括：基于监测和控制装置，获取体外循环装置中实验动物的各项生理参数或者实验参数；以及，基于所述实验动物的各项生理参数或者实验参数，调整所述体外循环装置，或者调整所述体外循环装置所对应的控制参数；所述基于监测和控制装置，获取体外循环装置中实验动物的各项生理参数或者实验参数；以及，基于所述实验动物的各项生理参数或者实验参数，调整所述体外循环装置，或者调整所述体外循环装置所对应的控制参数，包括：基于第一压力传感器，获取第一动力泵输入端的第一血液压力；若所述第一血液压力小于第一阈值，则减小所述第一动力泵的输送量；若所述第一血液压力大于第二阈值，则增大所述第一动力泵的输送量。
13.本技术方案中优选的，所述基于监测和控制装置，获取体外循环装置中实验动物的各项生理参数或者实验参数；以及，基于所述实验动物的各项生理参数或者实验参数，调整所述体外循环装置，或者调整所述体外循环装置所对应的控制参数，还包括：基于第二压力传感器，获取氧合器输入端的第二血液压力；基于第三压力传感器，获取氧合器输出端的第三血液压力；若所述第二血液压力与所述第三血液压力的比值大于第三阈值，则更换氧合器；所述基于监测和控制装置，获取体外循环装置中实验动物的各项生理参数或者实验参数；以及，基于所述实验动物的各项生理参数或者实验参数，调整所述体外循环装置，或者调整所述体外循环装置所对应的控制参数，还包括：基于第一血氧传感器，获取体外循环管路输入端的第一血氧饱和度；基于第二血氧传感器，获取体外循环管路输出端的第二血氧饱和度；获取血氧饱和度差值，所述血氧饱和度差值等于第二血氧饱和度减去第一血氧饱和度；若所述血氧饱和度差值小于第四阈值，则增大氧合器的通气量，若所述血氧饱和度差值大于第五阈值，则减小氧合器的通气量。
14.本技术方案中优选的，所述基于监测和控制装置，获取体外循环装置中实验动物的各项生理参数或者实验参数；以及，基于所述实验动物的各项生理参数或者实验参数，调整所述体外循环装置，或者调整所述体外循环装置所对应的控制参数，还包括：基于气泡传感器，获取所述体外循环管路中是否具有气泡；若所述体外循环管路中具有气泡，则打开控
制阀，以使负压腔体与所述体外循环管路相连通，吸取所述体外循环管路中的气泡。
15.与现有技术相比，本技术的有益效果是：
16.该用于动物的ecmo实验装置或者方法，均是针对于小型动物来设计的，其至少能够基于第一压力传感器来监测第一动力泵输入端的血液压力，基于所述血液压力，进行相关操控，能够有效的避免在体外循环管路中，第一动力泵的输入端负压过大，而导致小型动物抽血过度或者血液稀释过度而死亡的现象发生。
附图说明
17.图1为本技术实施例中一种体外循环装置的结构示意图；
18.图2为本技术实施例中又一种体外循环装置的结构示意图；
19.图3为本技术实施例中操控平台的示意图；
20.图4为本技术实施例中监测和控制装置的示意图；
21.图5为本技术实施例中一种限位件的示意图；
22.图6为图5中限位件的爆炸图；
23.图7为本技术实施例中一种除气泡件的示意图；
24.图8为图7中除气泡件的剖视图；
25.图9为图8中a部分的放大图。
26.图中：100、监测和控制装置；120、信号面板；121、第一血氧传感器；122、第二血氧传感器；123、第一压力传感器；124、第二压力传感器；125、第三压力传感器；126、第四压力传感器；127、气泡传感器；128、温度传感器；130、显示面板；140、安装面板；141、第一限位块；142、第二限位块；143、限位孔；144、螺栓孔；145、磁体；200、操作平台；300、体外循环装置；310、采血件；320、储液件；330、第一动力泵；340、氧合器；350、第二动力泵；360、吸附柱；370、除气泡件；371、负压腔体；372、抽气管；373、第一连接管；374、控制阀；375、第二连接管；376、伺服电机；377、阀芯；377a、第一连接口；377b、第二连接口；377c、第三连接口；380、回血件；390、换热器。
具体实施方式
27.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
28.需要说明的是，在本技术的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件所必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
29.此外，应当理解，为了便于描述，附图中所示出的各个部件的尺寸并不按照实际的比例关系绘制，例如某些层的厚度或宽度可以相对于其他层有所夸大。
30.应注意的是，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义或说明，则在随后的附图的说明中将不需要再对其进行进一步的具体讨
论和描述。
31.在了解本技术之前，需要清楚的是，现有技术中，体外膜肺氧合装置主要包括：血管内插管、连接管、动力泵、氧合器等部分。其中，利用动力泵代替人工心脏，用氧合器代替人工肺，而血管内插管和连接管等共同组成体外循环管路。其原理为：首先，通过动力泵将人体血液输送至氧合器；然后，血液在氧合器当中进行气体交换；最后，再将携带氧气的血液输送回人体，从而实现患者的体外呼吸与循环，以维持患者生命。
32.如图1至图3所示，本技术提供一种技术方案：一种用于动物的ecmo实验装置包括：
33.体外循环装置300，体外循环装置300包括：沿动物血液流动的方向，依次串联于体外循环管路中的第一动力泵330和氧合器340。
34.需要清楚的是，在本技术中体外循环装置300是至少由第一动力泵330、氧合器340和体外循环管路共同构成的。由上文可知，第一动力泵330主要是用于代替心脏驱动血液循环，因此，容易联想到的是，在本技术中第一动力泵330可以是任意能够驱动液体的泵，下文中的第二动力泵350亦是如此，例如：轴流泵、蠕动泵或者扇叶泵等。同时，在本技术中氧合器340可以是市面上任意常见的氧合器，在此不做任何限制。
35.监测和控制装置100至少用于，监测体外循环管路中的血液压力和控制第一动力泵330的输送量。
36.需要清楚的是，通过监测体外循环管路中的血液压力可以有效的清楚体外循环装置300中各个部件端口的血液压力情况，从而基于各个部件端口的血液压力情况，对该部件的工作状态及时进行调整，防止操作不当导致小型动物死亡。而在本技术中，控制第一动力泵330的输送量也是易于实现的，例如：现有技术中，基于变频器，手动调节第一动力泵330的输送量；当然，也可以通过plc，基于变频器，自动调节第一动力泵330的输送量。
37.需要清楚的是，在本技术的一个实施例中，如图1和图2所示，体外循环装置300还包括：采血件310和回血件380，其中，采血件310用于用于使动物的抽血血管和体外循环管路的输入端相连通。而回血件380用于使动物的回血血管和体外循环管路的输出端相连通。也即，采血件310和回血件380均需要插入动物的体内。因此，容易联想到的是，在本技术的实施例中，采血件310和回血件380可以是任意医疗上用于插入动物体内进行采血或者输血的器件。例如：采血针、血管内插管、蝶翼针、头皮针、双翼针或者直针头等，在此不做一一赘述。同时，在本技术的其他实施例当中，也可以将采血件310和回血件380设计为一体式装置。例如：双腔静脉插管等。
38.还需要清楚的是，在某些特殊的情况下，例如：氧合器340产生血栓，或者回血件380未准确插入回血血管，而导致体外循环管路堵塞，使得体外循环管路中的血液无法回到小型动物体内，并且第一动力泵330还在进行抽血，进而导致小型动物被过度抽血。当小型动物体内长时间缺血时，易导致小型动物缺氧性休克或者失温而死亡。
39.在本技术的一个实施例中，为了解决上述因体外循环管路堵塞，而导致小型动物过度抽血，如图1和图2所示，体外循环装置300还包括：储液件320。储液件320用于储存血液稀释液，且储液件320与第一动力泵330的输入端相连通。需要清楚的是，本技术中的血液稀释液成分可以是现有技术公开的任意一种成分或者多种成分的组合，对血液稀释液的成分不做任何限制。具体的，在本技术中血液稀释液的成分包括但不仅限于生理盐水、治疗疾病的药剂和阻凝剂等。同时，在本技术中，储液件320可以是任意能够进行存储液体的容器，例
如：注射器和塑料袋等。当第一动力泵330的输入端负压过大时，储液件320的血液稀释液能够进入体外循环管路，以防止小型动物抽血过度而死亡。但是，但实际操作过程中由于实验持续时间较长，同时体外循环管路中的血液流速一般可到10至15ml/min。当引流不畅时，会使得大量的血液稀释液进入体外循环管路中造成小型动物血液过度稀释，影响小型动物组织和器官的代谢，而导致小型动物死亡。
40.因此，在本技术中，监测和控制装置100包括：第一压力传感器123，第一压力传感器123用于监测第一动力泵330输入端的血液压力。通过第一压力传感器123的设置，可以一定程度上解决上述弊端。例如：当体外循环管路中血液引流不畅，也即体外循环管路中产生堵塞，则第一压力传感器123能够监测出第一动力泵330输入端的血液负压过大，进而可以减小第一动力泵330的血液输送量或者停止第一动力泵330，以防止小型动物抽血过度或者血液稀释过度而死亡，直至体外循环管路中的故障排除。
41.需要清楚的是，在本技术的实施例中，第一压力传感器123与下文中的第二压力传感器124、第三压力传感器125和第四压力传感器126可以均相同。同时，对第一压力传感器123不做任何限制，其可以是任意能够测量液体压力的传感器。
42.由上文可知，在长时间的实验过程中，氧合器340会产生血栓，血栓会造成血液跨膜阻力增大，进而导致体外循环管路中血液引流不畅。同时，血栓还会导致血液在氧合器340换气效率变差，也会造成管路内部血液压力过大，管路崩开。因此，需要定期更换氧合器340，以保证实验成功。但是，目前用于动物的ecmo实验装置并无监测装置来指导何时更换氧合器340，只能够依靠实验人员的经验来进行操作。
43.为了解决上述的技术问题，如图1和图2所示，在本技术的一个实施例中，监测和控制装置100还包括：第二压力传感器124和第三压力传感器125；其中，第二压力传感器124用于监测氧合器340输入端的血液压力，第三压力传感器125用于监测氧合器340输出端的血液压力。当第二压力传感器124和第三压力传感器125之间的压力差过大，则说明体外循环管路中的血液进入氧合器340的阻力增大，需要更换氧合器340。
44.由上文可知，当回血件380未准确插入回血血管时，也会导致体外循环管路引流不畅。因此，如图1和图2所示，在本技术的另一个实施例中，监测和控制装置100还包括：第四压力传感器126，第四压力传感器126用于监测体外循环管路输出端的血液压力。当第四压力传感器126监测到血液压力较大时，则说明回血件380为准确插入回血血管需要调整插入位置或者插入方向。
45.需要清楚的是，当氧合器340产生血栓时，会影响血液在氧合器340中的换气效率。同时，小型动物ecmo体外转流不同于人体ecmo体外流转，例如：不同的实验条件或者二者氧合器340之间的差别，导致小型动物的氧气/血流比值和人类可能存在差异。此外，随着实验动物心肺功能逐渐恢复正常，需要逐渐降低氧合器340中的气体流量，避免过度通氧造成小型动物损伤，因此，在进行小型动物实验时，氧合器340气流的调节，需要凭借经验并结合血气结果，从而进行不断的调整。
46.在本技术一个具体的实施例中，以大鼠ecmo实验应用场景为例。通常大鼠ecmo实验现根据大鼠的心输出量设定体外血液流量，同时，基于体外血液流量，设定氧合器340中的气体流量，一段时间后通过动脉采血的方式，采集大鼠血液并进行血气分析，根据血气结果中的氧分压、二氧化碳分压以及氧饱和度评估氧合器340的气体流量是否需要调整。由于
上文中一系列的原因，导致实验时，需要根据实验的具体情况不间断调整实验条件，进而需要反复采集血液进行血气测定。对于体型较大的动物来说，反复采血对其影响相对较小。但是，对于大鼠来说，反复采血检测会进一步降低大鼠全血量，造成血液严重稀释。同时，频繁采血也会给大鼠带来感染的风险，不利于大鼠后续的实验或者观察。
47.为了解决上述技术问题，在本技术的一个具体的实施例中，监测和控制装置100还用于，监测体外循环管路中的血氧饱和度。监测和控制装置100还包括：第一血氧传感器121和第二血氧传感器122；其中，第一血氧传感器121用于监测体外循环管路输入端的血氧饱和度，第二血氧传感器122用于监测体外循环管路输出端的血氧饱和度。
48.需要清楚的是，在本技术的实施例中，第一血氧传感器121和第二血氧传感器122可以是市面上任意种能够检测血液中氧分压，和/或二氧化碳分压，和/或氧饱和度的设备。在本技术一个优选的实施例中，第一血氧传感器121和第二血氧传感器122均采用非侵入式的血氧传感器，例如：利用光学原理制造的血氧传感器。通过在体外循环管路的输入端和输出端设置非侵入式的血氧传感器，可以间接的评估大鼠体内氧合情况，当静脉血氧饱和度过高时表明存在过度的氧合，需要减少氧合器340的气体流量或降低气体中的氧气浓度。
49.需要清楚的是，为了使得本技术用于动物的ecmo实验装置能够适用于大多数的应用场景。在本技术的一个实施例中，如图1和图2所示，体外循环装置300还包括：换热器390。其中，换热器390的主要作用是，在某些实验中用于对动物的血液进行保温，防止血液温度过低或者过高而导致动物器官损坏或者死亡。监测和控制装置100还用于，监测体外循环管路中的血液温度和控制换热器390。需要清楚的是，在该实施例中，换热器390可以是任意型号的。监测和控制装置100还包括：温度传感器128，温度传感器128用于监测换热器390输出端的血液温度。通过温度传感器128实时的监测数据，可以调整换热器390，以使换热器390输出端的血液温度达到实验要求。
50.需要清楚的是，脓毒症一般会导致患者产生急性严重呼吸功能衰竭。同时，脓毒症患者会出现细胞因子风暴，后期会导致多种并发症，主要包括死亡率较高的急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome,ards)，其作为临床常见危重症，是全球icu患者死亡的主要原因，每年可导致全球1000万人死亡。而体外膜肺氧合支持为重症ards患者的救治带来转机。但是体外膜肺氧合只具有支持功能，能够为ards患者的治疗争取更多的时间，并不能治疗ards，且在支持过程中会由于体外介入而产生炎症反应等并发症。进而，市面上出现了在体外膜肺氧合装置中加入吸附柱360尝试对炎症因子进行清除新装置，也即，ecmo联合血液净化装置。在现有技术中，吸附柱360与第一动力泵330并联在体外循环管路中。
51.由上可知，在本技术的一个具体的实施例中，体外循环装置300还包括：吸附柱360，其中，吸附柱360与第一动力泵330并联于体外循环管路中。
52.需要清楚的是，由上文可知，当第一动力泵330工作时，其输入端成负压状态，而引入吸附柱360后，使得第一动力泵330的输入端形成有并联的接口，在长时间的工作过程中，会产生外界空气从并联接口进入体外循环管路中的风险。由于，小型动物的体型较小，因此，对于小型动物来说，少量的气泡进入其体内也足以致命，从而导致实验失败。同时，由于吸附柱360与第一动力泵330相并联，并且，第一动力泵330在进行工作时，第一动力泵330输入端为负压状态，第一动力泵330输出端为正压状态，则部分血液会通过吸附柱360由第一
动力泵330的输出端返回输入端。基于上述原因，若在实验时，采用的氧合器340的阻力过大，或者氧合器340因为血栓堵塞而造成阻力过大，血液会在第一动力泵330与吸附柱360之间形成外循环，易造成小型动物缺氧死亡。并且，若通过氧合器340回到小型动物体内的血液较少，则第一动力泵330输入端之前的主循环管2长期处于负压状态，容易造成血液过度稀释或者缺血死亡。
53.为解决上述技术问题，在本技术的另一个实施例中，如图1所示，体外循环装置300还包括：第二动力泵350和吸附柱360；其中，第二动力泵350和吸附柱360相串联，第二动力泵350与所述氧合器340相并联，吸附柱360与所述氧合器340相并联。
54.具体的，上述实施例中，吸附柱360与体外循环管路所形成的接口，位于第一动力泵330的输出端之后。换句话说，就是吸附柱360与体外循环管路所形成的接口一直处于正压状态，因此，外界气体无法从此接口进入体外循环管路当中。其次，体外循环管路中的血液不会在第一动力泵330与吸附柱360之间形成外循环。最后，基于第二动力泵350，可以有效的调节流经氧合器340的血液总量，从而对小型动物的血氧饱和度进行调节，例如：若小型动物的血氧饱和度的过高，可以利用第二动力泵350将血液，由采血件310往回血件380的方向泵送，此时，体外循环管路中流经氧合器340的血量减少；若小型动物的血氧饱和度的过低，可以利用第二动力泵350将血液，由回血件380往采血件310的方向泵送，此时，从氧合器340输出端输出的血液，又被重新泵送至氧合器340的输入端，体外循环管路中流经氧合器340的血量增多。由于，能够进行双向泵送的动力泵种类较多，例如：蠕动泵，在此，不一一赘述。
55.由上可知，相对于小型动物来说，体外循环管路中是否有气泡也是实验能够成功与否的关键性因素之一。一般情况下，在体外循环管路中，位于氧合器340之前的少量气泡，对整个实验影响较小，因为，经过氧合器340能够被滤除；而在氧合器340之后出现气泡对整个实验影响较大。
56.为了解决上述技术问题，在本技术一个具体的实施例中，监测和控制装置100还用于，监测体外循环管路中的气泡。具体的，监测和控制装置100还包括：气泡传感器127，气泡传感器127用于监测体外循环管路输出端的气泡，也即能够进入小型动物体内的气泡。具体的，在本实施例中，气泡传感器127可以是任意种类的气泡监测类传感器，例如：超声波气泡传感器。体外循环装置300还包括：除气泡件370，除气泡件370用于除去体外循环管路中的气泡。
57.具体的，在上述实施例中，除气泡件370也可以是任意能够除去管道中气泡的装置。例如：利用负压吸取体外循环管路中的气泡。
58.为了更加详细的阐述本技术实施例中的除气泡件370，如图7所示，本技术实施例中提出一种具体的除气泡件370。该除气泡件370包括：负压腔体371和控制阀374。其中，负压腔体371内具有负压，负压腔体371通过控制阀374与体外循环管路相连通，控制阀374用于打开或者关闭负压腔体371与体外循环管路的连通。
59.具体的，当气泡传感器127监测出体外循环管路中具有气泡时，控制阀374开启，负压腔体371与体外循环管路相连通，从而能够将体外循环管路中的气泡吸出。控制阀374可以为电动阀门，也可以为手动阀门。
60.在本技术的一个实施例中，负压腔体371可以是能够产生负压的注射器。在本技术
的另一个实施例中，如图7所示，负压腔体371上设置有抽气管372，该抽气管372与真空泵(图中未示出)相连通。
61.需要清楚的是，为了防止负压腔体371内部的负压过大，而将体外循环管路中的血液抽出，在本技术的一个实施例中，可以在负压腔体371上设置压力传感器，基于压力传感器监控负压腔体371内的负压，防止负压过大。在本技术的另一个实施例中，可以在负压腔体371与体外循环管路相连通的管道上设置滤膜，该滤膜具有透气不透血的功能，例如：滤血膜，以防止体外循环管路中的血液被抽出。
62.在本技术一个具体的实施例中，如图7和图8所示，除气泡件370还包括：第一连接管373和第二连接管375，其中，控制阀374设置在第一连接管373上，第一连接管373的第一端与负压腔体371相连通，第二连接管375的第一端与第一连接管373相连通。第二连接管375的第二端用于输入血液，第一连接管373的第二端用于输出血液。具体的，当血液中有气泡，并且流经第一连接管373时，开启控制阀374吸取气泡。
63.在本技术的另一个实施例当中，如图8和图9所示，控制阀374设置在第一连接管373和第二连接管375的连接处。该控制阀374具有阀芯377，且控制阀374上安装有伺服电机376。其中，阀芯377具有两种工作状态，其分别为开启状态和关闭状态，伺服电机376用于带动阀芯377转动，以使阀芯377能够在开启状态和关闭状态之间自由切换。当阀芯377处于开启状态时，第一连接管373和第二连接管375能够连通，第二连接管375与负压腔体371也能够连通。当阀芯377处于关闭状态时，第一连接管373和第二连接管375能够连通，第二连接管375与负压腔体371的连通被切断。
64.具体的，在本技术的一个实施例中，如图9所示，阀芯377内开设有三个相互连通的连接口，其分别为：第一连接口377a、第二连接口377b和第三连接口377c。当阀芯377处于开启状态时，第一连接管373和负压腔体371分别通过第一连接口377a和第二连接口377b相连通；第二连接管375和第一连接管373分别通过第三连接口377c和第二连接口377b相连通。当阀芯377处于关闭状态时，第二连接管375和第一连接管373分别通过第一连接口377a和第三连接口377c相连通；第一连接管373和负压腔体371无法连通。此种设计的优势为，由于在进行实验时，血液流速相对较快，此种结构能够配合气泡传感器127快速的进行反应，以吸取血液中的气泡。上述快速的进行反应是指，抽吸气泡的入口离血液较近，同时，阀芯377只需要转动较小的角度，也即花费时间较少，即可在开启状态和关闭状态之间自由切换。
65.需要清楚的是，由于上述实施例中包含有大量的传感器以及需要进行控制的设备。为了使得本技术中的用于动物的ecmo实验装置更加集成化和智能化。在本技术的一个实施例中，如图4所示，监测和控制装置100还包括：信号面板120、控制面板、显示面板130和安装面板140。其中，信号面板120，用于与各个传感器电性连接；控制面板，用于设定体外循环装置300的各项控制参数；显示面板130，用于显示实验动物的各项生理参数或者实验参数。
66.具体的，在本技术的另一个实施例当中，为了使得设备更加简化，可以将控制面板和显示面板130制作为一体式装置，例如：触控显示屏。通过上述的集成化设计，能够使得本实施例中的用于动物的ecmo实验装置更加集成化和智能化。
67.在本技术的一个实施例中，为了便于体外循环管路的布设，监测和控制装置100还包括：安装面板140，用于排布安装体外循环管路。
68.在本技术的一个具体的实施例中，如图4至图6所示，安装面板140包括：安装板、至少一个第一限位块141、与各个第一限位块141一一对应的第二限位块142。其中，各个第一限位块141用于与安装板相连接；第二限位块142用于与对应的第一限位块141相连接，并与第一限位块141形成限位孔143，限位孔143用于限制体外循环管路产生径向位移。从而防止在实验过程中，体外循环管路太杂乱，影响实验人员的操作或者观察。
69.具体的，如图5和图6所示，安装面板140可以为，开设有多个螺纹孔的多孔板，第一限位块141上开设有螺栓孔144，使用时，通过螺栓将第一限位块141固定在多孔板上。第一限位块141和第二限位块142的连接方式也可以是多样的，例如：在第一限位块141上设置至少一个磁体145，第二限位块142通过磁体145与第一限位块141相连接，此种连接方式，便于使用者对体外循环管的位置进行快速调节。
70.在本技术一个具体的实施例中，为了方便实验人员进行操作和进行实验记录，在本实施例中，如图3所示，用于动物的ecmo实验装置还包括：操作平台200，监测和控制装置100设置于操作平台200上。操作平台200能够用于放置实验器材或者药品，或者用于记录实验数据。
71.上述所有实施例中的用于动物的ecmo实验装置，均是针对于小型动物来设计的，其至少能够基于第一压力传感器123来监测第一动力泵330输入端的血液压力，基于所述血液压力，进行相关操控，能够有效的避免，在体外循环管路中，第一动力泵330的输入端负压过大，而导致小型动物抽血过度或者血液稀释过度而死亡的现象发生。
72.上面介绍完本技术中的用于动物的ecmo实验装置，下面介绍本技术中的用于动物的ecmo实验方法。
73.具体的，在本技术的一个实施例中，该方法，包括：步骤s100，基于监测和控制装置100，获取体外循环装置300中实验动物的各项生理参数或者实验参数；以及，基于实验动物的各项生理参数或者实验参数，调整体外循环装置300，或者调整体外循环装置300所对应的控制参数。
74.在本技术的一个实施例中，步骤s100，包括：
75.步骤s110，基于第一压力传感器123，获取第一动力泵330输入端的第一血液压力；
76.步骤s111，若第一血液压力小于第一阈值，则减小第一动力泵330的输送量；若第一血液压力大于第二阈值，则增大第一动力泵330的输送量。
77.下面以对大鼠进行ecmo实验为应用场景，对上述步骤具体说明：
78.其中，选用体重为300g至350g的大鼠作为实验对象，其全血量预计为19ml至22ml；第一动力泵330的输送量为设置为8ml/min至10ml/min，正常情况下，第一血液压力处于-90mmhg至-30mmhg之间(当第一动力泵330采用蠕动泵时，第一血液压力处于波动状态，其是一个较大的范围值)，若第一血液压力小于-100mmhg，则减小第一动力泵330的输送量，若第一血液压力大于-20mmhg，则增大第一动力泵330的输送量。
79.在本技术的另一个实施例中，步骤s100，还包括：
80.步骤s120,基于第二压力传感器124，获取氧合器340输入端的第二血液压力；基于第三压力传感器125，获取氧合器340输出端的第三血液压力；
81.步骤s121，基于第二血液压力与第三血液压力，判定是否更换氧合器340。
82.下面以对大鼠进行ecmo实验为应用场景，对上述步骤具体说明：
83.正常情况下，采用西安西京鼠用的氧合器，该氧合器在6ml/min的血液流速下，初始时，第二血液压力为60mmhg，第三血液压力为50mmhg，初始压力差为10mmhg，将该值设定为基准差值。当第二压力传感器124和第三压力传感器125采集到的压力差超过基准差值的3倍即30mmhg时，判定此时氧合器340可能存在堵塞，需要更换。
84.或者，正常情况下，采用西安西京鼠用的氧合器，该氧合器在6ml/min的血液流速下，初始时，第二血液压力为60mmhg，第三血液压力为50mmhg，此时，第二血液压力和第三血液压力的比值为1.2，将该值设定为基准比值。当第二压力传感器124和第三压力传感器125采集到的压力比值超过基准比值的1.3倍时，判定此时氧合器340可能存在堵塞，需要更换。
85.通过上述的方式，能够更加直观判定氧合器340是否需要更换。
86.在本技术的另一个实施例中，步骤s100，还包括：
87.步骤s130，基于第一血氧传感器121，获取体外循环管路输入端的第一血氧饱和度；基于第二血氧传感器122，获取体外循环管路输出端的第二血氧饱和度；
88.步骤s131，获取血氧饱和度差值，血氧饱和度差值等于第二血氧饱和度减去第一血氧饱和度；
89.步骤s132，若血氧饱和度差值小于第四阈值，则增大氧合器340的通气量，若血氧饱和度差值大于第五阈值，则减小氧合器340的通气量。
90.下面以对大鼠进行ecmo实验为应用场景，对上述步骤具体说明：
91.正常情况下，在大鼠ecmo运转实验中大鼠第一血氧饱和度需维持在75％至85％区间，同时，第二血氧饱和度大于95％，大鼠会获得较好的氧供。因此，在进行设定时，第四阈值可以为20％，第五阈值可以为10％。当然，在不同的类型的实验中，第四阈值和第五阈值均可以按照需求设定。
92.在本技术的另一个实施例中，步骤s100，还包括：
93.步骤s140，基于气泡传感器127，获取体外循环管路中是否具有气泡；
94.步骤s141，若体外循环管路中具有气泡，则打开控制阀374，以使负压腔体371与体外循环管路相连通，吸取体外循环管路中的气泡。
95.上述所有实施例中的用于动物的ecmo实验方法，均是针对于小型动物来设计的，其至少能够基于第一动力泵330输入端的第一血液压力，对第一动力泵330的输出量进行调节，能够有效的避免，在体外循环管路中，第一动力泵330的输入端负压过大，而导致小型动物抽血过度或者血液稀释过度而死亡的现象发生。
96.当然，需要清楚的是，尽管上述用于动物的ecmo实验装置或者用于动物的ecmo实验方法的实施例，都是针对小型动物进行设计的，但是，其也可以应用在大型动物的ecmo实验上，例如：猪的ecmo实验或者猴子的ecmo实验，实验对象不应该作为本技术装置或者方法保护的限制。
97.尽管已经示出和描述了本技术的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本技术的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本技术的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种用于动物的ecmo实验装置，其特征在于，包括：体外循环装置(300)，所述体外循环装置(300)包括：沿动物血液流动的方向，依次串联于体外循环管路中的第一动力泵(330)和氧合器(340)；监测和控制装置(100)，至少用于监测所述体外循环管路中的血液压力，以及控制所述第一动力泵(330)的输送量；所述监测和控制装置(100)包括：第一压力传感器(123)，所述第一压力传感器(123)用于监测所述第一动力泵(330)输入端的血液压力。2.根据权利要求1所述的用于动物的ecmo实验装置，其特征在于，所述监测和控制装置(100)还包括：第二压力传感器(124)和第三压力传感器(125)；其中，所述第二压力传感器(124)用于监测所述氧合器(340)输入端的血液压力，所述第三压力传感器(125)用于监测所述氧合器(340)输出端的血液压力；所述监测和控制装置(100)还包括：第四压力传感器(126)，所述第四压力传感器(126)用于监测所述体外循环管路输出端的血液压力。3.根据权利要求1所述的用于动物的ecmo实验装置，其特征在于，所述监测和控制装置(100)还用于，监测所述体外循环管路中的血氧饱和度；所述监测和控制装置(100)还包括：第一血氧传感器(121)和第二血氧传感器(122)；其中，所述第一血氧传感器(121)用于监测所述体外循环管路输入端的血氧饱和度，所述第二血氧传感器(122)用于监测所述体外循环管路输出端的血氧饱和度；所述体外循环装置(300)还包括：换热器(390)；所述监测和控制装置(100)还用于，监测所述体外循环管路中的血液温度和控制所述换热器(390)；所述监测和控制装置(100)还包括：温度传感器(128)，所述温度传感器(128)用于监测所述换热器(390)输出端的血液温度。4.根据权利要求1所述的用于动物的ecmo实验装置，其特征在于，所述监测和控制装置(100)还用于，监测所述体外循环管路中的气泡；所述监测和控制装置(100)还包括：气泡传感器(127)，所述气泡传感器(127)用于监测所述体外循环管路输出端的气泡；所述体外循环装置(300)还包括：除气泡件(370)，所述除气泡件(370)用于除去所述体外循环管路中的气泡。5.根据权利要求4所述的用于动物的ecmo实验装置，其特征在于，所述除气泡件(370)包括负压腔体(371)和控制阀(374)：所述负压腔体(371)内具有负压，所述负压腔体(371)通过所述控制阀(374)与所述体外循环管路相连通；所述控制阀(374)，用于打开或者关闭所述负压腔体(371)与所述体外循环管路的连通。6.根据权利要求1至5中任意一项所述的用于动物的ecmo实验装置，其特征在于，所述监测和控制装置(100)还包括：信号面板(120)，各个传感器与所述信号面板(120)电性连接；控制面板，用于设定所述体外循环装置(300)的各项控制参数；
显示面板(130)，用于显示实验动物的各项生理参数或者实验参数；安装面板(140)，用于排布安装所述体外循环管路；所述体外循环装置(300)还包括：第二动力泵(350)和吸附柱(360)；其中，所述第二动力泵(350)和所述吸附柱(360)相串联，所述第二动力泵(350)与所述氧合器(340)相并联，所述吸附柱(360)与所述氧合器(340)相并联。7.根据权利要求6所述的用于动物的ecmo实验装置，其特征在于，所述安装面板(140)包括：安装板；至少一个第一限位块(141)，各个第一限位块(141)用于与所述安装板相连接；与各个第一限位块(141)一一对应的第二限位块(142)，第二限位块(142)用于与对应的第一限位块(141)相连接，并与第一限位块(141)形成限位孔(143)，所述限位孔(143)用于限制所述体外循环管路产生径向位移。8.一种用于动物的ecmo实验方法，其特征在于，包括：基于监测和控制装置(100)，获取体外循环装置(300)中实验动物的各项生理参数或者实验参数；以及，基于所述实验动物的各项生理参数或者实验参数，调整所述体外循环装置(300)，或者调整所述体外循环装置(300)所对应的控制参数；所述基于监测和控制装置(100)，获取体外循环装置(300)中实验动物的各项生理参数或者实验参数；以及，基于所述实验动物的各项生理参数或者实验参数，调整所述体外循环装置(300)，或者调整所述体外循环装置(300)所对应的控制参数，包括：基于第一压力传感器(123)，获取第一动力泵(330)输入端的第一血液压力；若所述第一血液压力小于第一阈值，则减小所述第一动力泵(330)的输送量；若所述第一血液压力大于第二阈值，则增大所述第一动力泵(330)的输送量。9.根据权利要求8所述的用于动物的ecmo实验方法，其特征在于，所述基于监测和控制装置(100)，获取体外循环装置(300)中实验动物的各项生理参数或者实验参数；以及，基于所述实验动物的各项生理参数或者实验参数，调整所述体外循环装置(300)，或者调整所述体外循环装置(300)所对应的控制参数，还包括：基于第二压力传感器(124)，获取氧合器(340)输入端的第二血液压力；基于第三压力传感器(125)，获取氧合器(340)输出端的第三血液压力；若所述第二血液压力与所述第三血液压力的比值大于第三阈值，则更换氧合器(340)；所述基于监测和控制装置(100)，获取体外循环装置(300)中实验动物的各项生理参数或者实验参数；以及，基于所述实验动物的各项生理参数或者实验参数，调整所述体外循环装置(300)，或者调整所述体外循环装置(300)所对应的控制参数，还包括：基于第一血氧传感器(121)，获取体外循环管路输入端的第一血氧饱和度；基于第二血氧传感器(122)，获取体外循环管路输出端的第二血氧饱和度；获取血氧饱和度差值，所述血氧饱和度差值等于第二血氧饱和度减去第一血氧饱和度；若所述血氧饱和度差值小于第四阈值，则增大氧合器(340)的通气量，若所述血氧饱和度差值大于第五阈值，则减小氧合器(340)的通气量。10.根据权利要求8或9所述的用于动物的ecmo实验方法，其特征在于，
所述基于监测和控制装置(100)，获取体外循环装置(300)中实验动物的各项生理参数或者实验参数；以及，基于所述实验动物的各项生理参数或者实验参数，调整所述体外循环装置(300)，或者调整所述体外循环装置(300)所对应的控制参数，还包括：基于气泡传感器(127)，获取所述体外循环管路中是否具有气泡；若所述体外循环管路中具有气泡，则打开控制阀(374)，以使负压腔体(371)与所述体外循环管路相连通，吸取所述体外循环管路中的气泡。

技术总结
本申请公开了一种用于动物的ECMO实验装置及其方法，涉及医疗体外循环装置技术领域。包括：体外循环装置，所述体外循环装置包括：沿动物血液流动的方向，依次串联于体外循环管路中的第一动力泵和氧合器；监测和控制装置，至少用于监测所述体外循环管路中的血液压力，以及控制所述第一动力泵的输送量；所述监测和控制装置包括：第一压力传感器，所述第一压力传感器用于监测所述第一动力泵输入端的血液压力。本申请是针对于小型动物来设计的，其至少能够基于第一压力传感器来监测第一动力泵输入端的血液压力，基于所述血液压力，进行相关操控，能够有效的避免在体外循环管路中，第一动力泵的输入端负压过大，而导致实验失败。而导致实验失败。而导致实验失败。


技术研发人员：樊毫军 刘燕青 陈原森 李传龙 李勇男 刘子泉 孟祥艳 李咏懋 石悦 李文莉 李铎 姚梓轩
受保护的技术使用者：天津大学温州安全（应急）研究院
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/7/22