本申请要求2013年3月15日递交的美国临时专利申请61/802,335以及2013年5月16日递交的欧洲专利申请13168103.3的优先权的利益。这些申请的公开内容的全文通过引用方式合并于本文中。
技术领域
本发明涉及二氧化碳去除系统及其使用方法。特别地，本发明可用于治疗影响肺功能的疾病、综合症状、损伤、缺陷或者其他状况，包括慢性阻塞性肺疾病(COPD)、慢性和急性高碳酸血症、呼吸性酸中毒、急性肺损伤(ALI)以及急性呼吸窘迫综合征(ARDS)。
背景技术
肺的主要功能是氧合作用以及从血液中去除二氧化碳(CO2)。目前，对于呼吸问题的治疗主要集中在解决及增强氧合作用。例如，通气(ventilation)是COPD的看护标准，其抑制CO2呼出以及由于高碳酸血症引起的持续升高的CO2水平。然而，机械通气是侵入式疗法，其所施加的相关压力诱发剪应力、过膨胀、周期性拉伸、肺泡-毛细管膜的损害以及其他形式的组织损坏。这些与机械通气相关联的生理损伤以及增加的胸内压一起进一步损害肺泡-毛细管渗透性、减少心脏输出以及阻碍器官灌注。此外，机械通气增加了并发症的风险，例如呼吸机相关性肺炎(VAP)，需要患者镇静。
可选的保护性通气疗法，例如体外膜氧合作用(ECMO)比机械通气具有较少的副作用。驱动ECMO疗法的低潮氧合作用需要高血流。然而，该大的血流在血管破漏的情况下增加了患者的危险且需要使用大的侵入式插管和针，导致患者有外伤。而且，目前为止仅仅证明了ECMO对于治疗选择性呼吸疾病是安全和有效的。
另一种保护性通气疗法是通过氧合器和CO2去除装置的组合来提供的。该装置设计为耐低血流且因此不需要用于动脉静脉用途的泵。另外，该装置使用长的气体交换纤维，这些长的气体交换纤维适用于气体的大量传输，这对于CO2去除无效。
鉴于上述，对于开发一种安全、相对微创且有效地从血液中去除CO2的改进的呼吸治疗系统和疗法存在需求。
发明概述
根据本发明的示例性实施例的体外血液处理系统包括气体交换模块，该气体交换模块构造为提供血液通道且随着血液通过气体交换模块而从血液中去除二氧化碳。该气体交换模块包括多个导管，其中每个导管包括外表面和内腔表面，并且其中该内腔表面限定通道。至少一些导管包括孔隙，其中在血液暴露于所述外表面时，包括孔隙的所有导管具有允许血液中的二氧化碳扩散到通道中的第一长度。
根据本发明的示例性实施例的体外血液处理系统包括气体交换模块，该气体交换模块构造为提供血液通道且随着血液通过该气体交换模块而从血液中去除二氧化碳。该气体交换模块包括至少部分地收容在气体交换模块中的多个导管，其中每个导管包括限定通道的内腔表面和外表面。至少一些导管包括孔隙，并且包括孔隙的全部导管具有沿着导管的第一长度，在血液暴露于导管的外表面时，该第一长度允许收容在导管外而在该气体交换模块内的二氧化碳从血液扩散到通道。包括孔隙的至少一个导管的第一长度为约5.8cm或更小。
根据本发明的示例性实施例的体外血液处理系统包括气体交换模块，该气体交换模块构造为提供血液通道且随着血液通过气体交换模块而从血液中去除二氧化碳。该气体交换模块包括至少部分地收容在气体交换模块中的多个导管，其中至少一个导管构造为提供气体通道且在血液暴露于至少一个导管的外表面时允许二氧化碳从血液扩散通过至少一个导管的壁并扩散到通道，并且其中至少一个导管具有约5.8厘米或更小的供二氧化碳扩散用的第一长度。体外血液处理系统不具有适于调节血液温度的换热器。
根据本发明的示例性实施例的体外血液处理系统包括气体交换模块该气体交换模块构造为提供血液通道且随着血液通过气体交换模块而从血液中去除二氧化碳。该气体交换模块包括多个至少部分地收容在气体交换模块内的导管，其中至少一个导管构造为提供气体通道且在血液暴露于至少一个导管的外表面时允许二氧化碳从收容在导管外而在气体交换模块内的血液扩散到通道，并且其中至少一个导管具有约5.42X10-5m2至约7.85X10-5m2的可供二氧化碳扩散的表面积。体外血液处理系统不具有换热机构。
根据本发明的示例性实施例的体外血液处理系统包括气体交换模块，该气体交换模块构造为提供血液通道且随着血液通过该气体交换模块而从血液中去除二氧化碳。气体交换模块包括至少部分地收容在气体交换模块内且布置成形成气体交换垫的多个导管，其中至少一个导管构造为提供气体通道且在血液暴露于至少一个导管的外表面时允许二氧化碳从血液扩散，并且其中至少第一导管的第一长度与气体交换垫的总厚度之比为约1：1或更小。体外血液处理系统不具有热传递机构。
根据本发明的示例性实施例的体外血液处理系统包括气体交换模块，该气体交换模块构造为提供血液通道且随着血液通过该气体交换模块而从血液中去除二氧化碳。该气体交换模块包括形成一个或多个气体交换垫的多个导管，其中至少一个导管构造为提供气体通道且在血液暴露于至少一个导管的外表面时允许二氧化碳沿着至少第一导管的第一长度从血液扩散。第一长度与气体交换垫的总厚度之比为约3：1或更小，约2：1或更小以及约1：1或更小。
根据示例性实施例，包括孔隙的导管的第一长度的集体平均值为约5.8cm或更小。
根据示例性实施例，多个导管中的至少一个具有约350μm至约410μm的外径。
根据示例性实施例，包括孔隙的所有导管具有约350μm至约410μm的平均外径。
根据示例性实施例，包括孔隙的至少一个导管的第一长度为包括孔隙的至少一个导管的全长的76.3％或更小。
根据示例性实施例，包括孔隙的所有导管的第一长度的平均值为包括孔隙的所有导管的全长的平均值的76.3％或更小。
根据示例性实施例，至少一个导管的暴露的表面积为约5.71X10-5m2至7.47X10-5m2。
根据示例性实施例，包括孔隙的导管的孔隙为约0.2微米或更小。
根据示例性实施例，至少一个导管由聚甲基戊烯(polymetheylpentene)构成。
根据示例性实施例，包括孔隙的所有导管均由聚甲基戊烯构成。
根据示例性实施例，至少一个导管具有由厚且不透的扩散层膜覆盖的微孔微结构。
根据示例性实施例，包括孔隙的导管布置成交叉图案。
根据示例性实施例，包括孔隙的导管布置成形成导管层，导管层定位在所述气体交换模块的血液入口和血液出口之间，所述血液入口面对所述导管层，使得血液沿着与所述导管层基本正交的方向朝向所述导管层流动。
根据示例性实施例，每个导管层由包括相互基本上平行布置的孔隙的两个以上的导管构成。
根据示例性实施例，包括孔隙且相互基本上平行布置的两个或更多导管通过单独的线或线状结构交织或编织在一起。
根据示例性实施例，相邻导管层中的导管相互基本上垂直地定向。
根据示例性实施例，气体交换模块包括包含孔隙的至少约10,000个导管、包含孔隙的至少约12,000个导管、包含孔隙的至少约13,000个导管或者包含孔隙的至少约13,119个导管。
根据示例性实施例，包含孔隙的所有导管的可供二氧化碳扩散的组合表面积为约0.98m2或更大。
根据示例性实施例，包含孔隙的所有导管的可供二氧化碳扩散的组合表面积为约0.92m2或更大、约0.95m2或更大、约0.98m2或更大。
根据示例性实施例，该系统进一步包括泵，该泵与气体交换模块可操作地相关联，用于引导并调节血液到气体交换模块的流动，其中泵适于以约1L/min或更小的速率将血液输送到气体交换模块。
根据示例性实施例，该系统进一步包括泵，该泵与气体交换模块可操作地相关联，用于引导并调节血液到气体交换模块的流动，其中泵适于以约0.2L/min至约0.8L/min的速率将血液输送到气体交换模块。
根据示例性实施例，该气体交换模块包括压力传感器，该压力传感器定位在血液出口邻近处且与暴露于包含孔隙的导管的血液直接接触，用于在血液离开气体交换模块时测量血压。
根据示例性实施例，该气体交换模块进一步包括气体入口和气体出口，其中包含孔隙的气体交换模块的所有导管与气体入口流体连通。
根据示例性实施例，该系统不包括换热机构。
根据示例性实施例，该系统不调节任何进入或离开气体交换模块的流体的温度。
根据示例性实施例，该系统进一步包括与气体交换模块可操作地相关联的插管，其中该插管具有约21弗伦奇(7mm)或更小的尺寸、约19弗伦奇(6.33mm)或更小的尺寸、约16弗伦奇(5.33mm)或更小的尺寸，或者约13弗伦奇(4.33mm)或更小的尺寸。
根据示例性实施例，该插管是双管腔插管。
根据示例性实施例，包含孔隙的气体交换模块的导管的组合容积为约0.085升至约0.100升。
根据示例性实施例，多个导管形成一个或多个气体交换垫，并且至少一个导管的第一长度与气体交换垫的总厚度之比为约3.0或更小。
根据示例性实施例，该系统构造为从血液中去除二氧化碳，而至多仅有名义上的(nominal)氧气扩到血液中。
根据本发明的示例性实施例的用于从血液中去除二氧化碳的方法使用血液处理系统，该血液处理系统包括气体交换模块，该气体交换模块构造为提供血液通道且随着血液通过气体交换模块而从血液中去除二氧化碳。气体交换模块包括至少部分地收容在气体交换模块内的多个导管，其中至少一个导管构造为提供气体通道且在血液暴露于至少一个导管的外表面时允许二氧化碳从血液扩散而传递到通道，并且其中至少一个导管具有约5.8cm或更小的可供二氧化碳扩散的第一长度。该使用血液处理系统的方法包括：选择气体交换模块来治疗包含成年人在内的人；使血液以每分钟1升或更小的速率流入气体交换模块；以及使血液暴露于包含孔隙的多个导管以从血液中去除二氧化碳。
根据示例性实施例，该方法包含：使血液以每分钟约0.51升或更小或者每分钟约0.4升至每分钟约0.51升的速率流入气体交换模块。
根据示例性实施例，该方法包含：使气体以每分钟0.2升至每分钟15升的速率流经导管。
根据示例性实施例，该方法包含：使气体以大于每分钟约15升的速率流经导管。
根据示例性实施例，该方法包含：选择具有为零或至少比流入所述气体交换模块的血液中的二氧化碳的局部压力低的二氧化碳局部压力的气体。
根据示例性实施例，该方法包含：处理血液，而不调节血液温度。
根据示例性实施例，其中，遍及至少一个导管的长度，在流经所述至少一个导管的气体与暴露于所述至少一个导管的外表面的血液之间存在二氧化碳梯度。
根据示例性实施例，其中，二氧化碳梯度沿着至少一个导管的长度基本上恒定。
根据示例性实施例，该方法包含：在所述暴露步骤之后，利用在血液暴露于多个导管之后与暴露于导管的血液直接接触的气体交换模块的传感器来测量血压。
根据示例性实施例，该方法包括：利用气体交换模块来测量从血液中去除的二氧化碳的量。
根据示例性实施例，导管布置成层且定位在气体交换模块的血液入口与血液出口之间，并且其中血液沿着与导管长度基本上正交的方向朝向导管流动。
根据示例性实施例，该方法包含：从静脉血液源获得输送到所述气体交换模块的血液，以及处理所述血液以使在暴露于导管之后血液中的二氧化碳局部压力为约50mm Hg至约70mm Hg。
根据示例性实施例，该方法包含：从静脉血液源获得输送到所述气体交换模块的血液，以及处理所述血液以使在暴露于导管之后血液的pH值为约7.25至约7.35。
根据示例性实施例，该方法包含：从静脉循环系统提取输送到所述气体交换模块的血液，以及将经所述气体交换模块处理的血液返回到所述静脉循环系统。
根据示例性实施例，在约6小时至约30天的期间内，通过所述气体交换模块处理血液。
根据示例性实施例，该方法包含：使用血液处理系统来矫正从由如下构成的群组中选出的成年人的呼吸状况：慢性阻塞性肺疾病、急性肺损伤、急性呼吸窘迫综合征和高碳酸血症。
根据示例性实施例，该方法包含：通过从血液中去除二氧化碳来处理血液，而无氧气扩散或者至多仅有名义上的氧气扩散。
根据示例性实施例，去除二氧化碳的方法是利用上述示例性的血液处理系统实施例中任一个来实施的。
根据本发明的示例性实施例的体外血液处理系统包括气体交换模块，该气体交换模块构造为提供血液通道且在血液通过气体交换模块时从血液中去除二氧化碳。该气体交换模块包括至少部分地收容在气体交换模块内的多个导管，其中至少一个导管构造为提供气体通道且在血液暴露于至少一个导管的外表面时允许二氧化碳从血液扩散，并且其中至少一个导管具有约5.8厘米或更小的可供二氧化碳扩散的长度。该血液处理系统还包括气体入口和气体出口，其中气体交换模块的所有的导管与气体入口可操作地相关联，以允许气体通过气体交换模块的流体连连通。
附图说明
图1是示出利用双管腔导管附接到患者的颈静脉且包括气体交换模块的示例性的血液处理系统的图。
图2是示出示例性的血液处理系统的图，该血液处理系统利用双管腔导管附接到患者的颈静脉且包括与气体供给单元和泵可操作地关联的气体交换模块。
图3(a)是血液处理系统的示例性的气体交换模块的立体图。
图3(b)是示出图3(a)的气体交换模块的内部壳体部件的立体图，包括不具有气体交换导管的单个血液处理腔室。
图3(c)是图3(b)的气体交换模块的另一实施例的立体图，示出了将血液处理腔室分隔成两个隔室的框架，每个隔室均适于接收气体交换垫。
图3(d)是图3(a)的气体交换模块的前视图。
图3(e)是沿着线A-A截取的图3(d)的气体交换模块的剖视图，示出了单个空的血液处理腔室。
图3(f)是沿着线A-A截取的图3(d)的气体交换模块的剖视图，示出了具有气体交换垫的血液处理腔室，气体交换垫安置在血液处理腔室内，并且示出了通过气体交换模块的气体流。
图3(g)是对应于图3(c)的实施例的图3(e)的气体交换模块的另一实施例的剖视图，示出了将血液处理腔室分隔成彼此流体连通的两个隔室的框架，如图3(c)中最佳所示，每个隔室均包含气体交换垫。
图3(h)是图3(a)的血液处理系统的俯视图。
图3(i)是图3(h)的气体交换模块在线B-B处的剖视图，图示出通过气体交换模块的气体流。
图3(j)是图3(i)的气体交换模块在线D-D处的剖视图。
图3(k)是气体交换垫的两个邻近导管层的二维示意图，示出了导管层的相对垂直取向。
图3(l)是示出了多个平行导管的导管层的一部分的三维图。
图3(m)是气体交换垫的两个邻近导管层的二维示意图，示出了导管层的相对垂直取向。
图3(n)是图3(h)的气体交换模块在线C-C处的剖视图。
图4示出了示例的血液处理系统，其利用两个小的单管腔导管附接到患者的颈静脉和股静脉且包括与气体供应单元可操作地相关联的气体交换模块和一体式泵。
图5示出了描绘本发明的示例性的血液处理方法的流程图。
发明详述
为了示例的目的，参考各个示例性的实施例描述了本发明的原理。虽然本发明的一些实施例在此进行了具体描述，但是本领域普通技术人员将容易理解，相同的原理同样适用于并且能够应用于其他的系统和方法。在详细解释本发明的公开实施例之前，应当理解本发明的应用不限于所示的任何特定实施例的细节。另外，本文所使用的术语是为了描述的目的，而不是限制。此外，虽然参考在本文中按一定次序呈现的步骤描述一些方法，但在许多情况下，这些步骤可以按任何次序来执行，这是本领域技术人员能够理解的；因此，新颖的方法不限于本文公开的步骤的特定设置。
须指出的是，如在本文和随附权利要求中所使用的，除非上下文明确规定，否则单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数指代物。因此，例如，提到“一个导管”可以包括多个导管及本领域技术人员公知的其等同布置，等等。同样，术语“一”(或“一个”)、“一个或多个”和“至少一个”能够在本文中互换使用。还值得注意的是，术语“包括”、“包含”、“由…构成”和“具有”能够互换使用。
为了本发明的目的，导管的“有效长度”或“有效部分”是指导管的具有允许气体通过导管尤其是允许CO2扩散的表面区域的集体长度或部分。例如，有效长度或有效部分可以是具有孔隙的导管膜的总长度或部分，该孔隙至少基本上畅通无阻且允许气体经由孔隙通过导管交换。
如本文所使用的，导管的“无效长度”或“无效部分”是指导管的不能使气体通过导管、尤其是不能使CO2扩散的集体长度或部分。例如，无效长度或无效部分可以是装入基质(matrix)内而使得装入长度或部分的任何孔隙被阻挡或以其他方式被阻碍而不能将气体通过导管壁传递的导管的总长度或部分。
如本文所使用的，血液中CO2局部压力或血液pH的“非生理值”是指不在标准接受的生理范围内的CO2局域压力或血液pH的值。例如，对于从动脉系统中取得的血液，血液的pCO2的正常生理值可以为约32-46mm Hg，pH的正常值可为约7.45；对于从静脉系统取得的血液，血液的pCO2的正常生理值通常可为约38-54mm Hg，pH的正常值可以为约7.35。
如本文所使用的，“血液性质”是指血液的生理特性或成分。示例性的性质包括温度、成分和局部压力或CO2含量。
此外，本文所使用的“处理”是指改善、缓解或治疗疾病、综合征、损伤和缺陷、其他状况或其关联的症状。
本发明涉及一种以微创方式从患者血流中高效地、有效地和安全地去除CO2的新颖的体外血液处理系统和治疗方法。在示例性的实施例中，本发明适于直接接入患者的血管系统，体外血液处理系统具体地设计成在单次通过中从以低流速经过系统的气体交换模块的患者血流中去除基本上全部的CO2。通过基本上从在患者体中循环的血液中去除CO2，本发明可用于各种应用，包括治疗呼吸状况，例如COPD、慢性和急性肺炎、呼吸性酸中毒、急性肺损伤、急性呼吸窘迫综合征和肺炎。
血液处理系统
图1-2图示出本发明的体外血液处理系统1的示例性实施例，其包括气体交换模块10，该气体交换模块10具有多个导管30，至少一些或全部导管构造为改变流经气体交换模块10的血液的性质。特别地，气体交换模块10包括多个短导管30，每个短导管均具有气体可渗透膜，其中导管30独特地构造且布置在一个或多个气体交换垫34中，用于高效气体扩散，诸如高效的CO2扩散。在示例性实施例中，气体交换模块10构造为具有多个气体可渗透导管30的气体传递装置，具体设计成且适于CO2扩散。血液处理系统1可以任选地进一步包括气体供给单元50，其输送气体流通过导管30的管腔，同时血液以低流速通过气体交换模块10，接触导管30的外表面且流过导管30的外表面。从血液并通过导管30的气体可渗透膜的气体扩散，具体为CO2扩散，是通过流经导管30的气体的气体局部压力(例如CO2局部压力)与暴露于导管30且围绕导管30流动的患者血液的气体局部压力(例如CO2局部压力)之差来驱动的。气体供应单元50以高速率的气体流速供应气体通过导管30以便最大化并维持沿着导管30的有效长度的气体扩散(例如CO2扩散)的驱动力。血液处理系统1可以任选地包括泵60以及用于调节通过气体交换模块10的血液流动的一体的或者以其他方式可操作地关联的控制单元62。在示例性的实施例中，体外血液处理系统1不被设计成对患者血液进行氧合作用和/或不包括用于对输送到气体交换模块10、流经气体交换模块10或从气体交换模块10离开的血液进行加热或冷却的换热器，或者不设计成以其他方式寻求改变或调节血液温度。
图2(a)-2(m)示出了示例性的气体交换模块10，该气体交换模块10具有壳体12，壳体12限定了内空腔13，血液流经该内空腔13，该内空腔13用于至少部分地收容适于进行气体扩散、尤其是进行CO2扩散的多个导管30。如图3(a)-3(b)以及3(d)-3(f)所示，气体交换模块10包括血液入口14和血液出口16，血液入口14和血液出口16相互间隔开且定位在壳体12的相反面上。多个气体交换导管30布置在血液入口14和血液出口16之间，以使进入血液入口14的血液沿着与一个或多个或全部导管30的长度基本上正交的方向朝向导管30流动。细长的血液入口14和/或血液出口16的开口和长度还可以定向成基本上与一个或多个导管30的长度正交。气体交换模块10进一步包括用于将气体输送到多个导管30以及从多个导管30输送气体的气体入口18和气体出口20。气体入口18和气体出口20相互间隔开且可以在与导管30相同的平面中对准且定向成基本上与血液入口14和血液出口16正交，使得流经气体交换模块10的气体与流经气体交换模块10的血液基本上正交。
导管30可以构造为中空的、薄的纤维或具有中央管腔以便气体通过的其他小管，如图3(k)-3(m)中最佳显示。这些管腔提供通道，气体通过该通道被传送以引起从接触导管30的外表面的血液、通过导管壁并进入导管管腔的CO2扩散。导管30可以构造为具有气体可渗透膜，诸如包括多个适于气体扩散尤其是CO2扩散的多个孔隙的多孔膜。在一个实施例中，导管30可以具有微孔膜(诸如具有最大2微米孔隙尺寸的由Polypore制造且市场上商标名为OXYPAHAN的微孔聚丙烯中空纤维)，或者可选地为扩散膜(诸如由Polypore制造且市场上商标名为OXYPLUS的具有55％孔隙度的扩散性聚甲基戊烯中空纤维膜。导管30可以具有相同和/或不同的孔隙度和/或孔隙尺寸。在一个实施例中，导管30的气体可渗透膜可以具有约0.2微米或更小的孔隙尺寸或直径。在一个实施例中，导管30的气体可渗透膜可以构造为仅允许气体通过，具体是CO2扩散，抑制液体或固体的扩散。气体可渗透膜还可以构造为抑制血浆泄漏。在一个实施例中，导管30可构造为在正常运行压力和流速下允许CO2扩散同时防止血浆泄漏多达至少30天。导管30可以由任选地还抑制血浆泄漏的任何气体可渗透材料构造而成。在示例性的实施例中，聚甲基戊烯可以用于构造导管30。
虽然气体交换模块10可以包括不同于气体交换导体30的其他类型的导管，例如不影响血液性质的导管、影响血液性质的无孔导管、影响血液性质的气体不可渗透导管和/或允许除了CO2之外的气体扩散的有孔导管，但是在一个实施例中，气体交换模块10的所有导管(包括所有的气体交换导管30)适于进行气体扩散，诸如CO2扩散。在另一实施例中，构造为改变血液性质的气体交换模块10的所有导管(包括气体交换导管30)可以是气体可渗透的和/或具有微孔膜，微孔膜具有孔隙，孔隙适于气体扩散，诸如CO2扩散。
在低血流速条件下利用气体交换模块10进行CO2的高效去除是通过独特构造的导管30和/或多个这些导管30布置而形成一个或多个气体交换垫34来实现的，其中气体交换垫34具有足以有效地从血液扩散CO2的集体厚度。在示例性的实施例中，气体交换导管30可以具有短的长度，允许减小流经管腔的气体的流体阻力(诸如高速率气流)，并且因此最小化导管30内以及跨导管30的任何压降。结果，导管30内低的背压条件抑制了在导管30的血液接触外表面上形成可能造成危险的微气泡，从而防止在血液中形成栓子。在一个实施例中，导管30可以具有足够短的长度，该短的长度基本上防止在气体以预定的、恒定气流速率流经导管管腔时在导管30的外部上形成微气泡和/或在导管30内以及沿着导管30的长度的气流压力的下降。在示例性的实施例中，导管30具有约71cm至约81、约71至约76或者约76至约81的全长，在图3(i)和3(j)中图示为尺寸X。
每个导管30具有细长体，该细长体包括近侧端36和远侧端38。如下文进一步详细说明的，当导管30位于定位在壳体12的内空腔13中的血液处理腔室24内、装入该血液处理腔室24内、固定到该血液处理腔室24上、附接到该血液处理腔室24上或以其他方式布置在该血液处理腔室24内时，可能导致导管30的部分(特别是近侧端36和远侧端38)不能借助导管30附接到血液处理腔室壁26的方式来传递气体。导管30的该无效部分或无效长度(在图3(i)中由一个导管30的总长度X的集体尺寸W显示)具有孔隙，该孔隙可以被阻挡以及以其他方式被阻止允许局域化气体扩散，具体为CO2扩散。在图示的实施例中，导管30的无效长度是一个导管30的总长度X的两个W尺寸之和。导管30的其余的有效部分或有效长度(在图3(i)中显示为尺寸Y)可以允许气体扩散，尤其是CO2扩散。在图示的实施例中，一个Y标记表示第一导管层32a(标记为32)的导管30的有效长度，另一个Y标记表示导管层32a下方邻近的垂直定向的第二导管层32b(未标示)的导管30的有效长度。在示例性实施例中，可供CO2扩散的导管30的有效长度可为约5cm至约6cm、约5.2cm至约5.8cm、约5.2cm至约5.5cm或者约5.5cm至约5.8cm。导管30的有效长度与导管30的总长度的百分比可为约76.3％或更小、约40％至约76.3％、约68.4％至约76.3％或者约68.4％至约72.4％。在另一实施例中，导管有效长度与导管30的总长度之比为约0.724：1±5％、约0.79：1或更小、约0.77：1或更小。导管有效长度与导管无效长度之比可为约2.12：1至约3.22：1、约2.12：1至约2.62：1或者约2.62：1至约3.22：1。单个导管30的可供CO2扩散的可用的有效表面积可以为5.42X10-5m2、约5.42X10-5m2至约7.85X10-5m2、约5.60X10-5m2至约7.85X10-5m2、约5.71X10-5m2至约7.47X10-5m2或者约5.71X10-5m2至约7.01X10-5m2。在示例性实施例中，单个导管30的有效表面积可以为约5.71X10-5m2±5％至约7.47X10-5m2±5％。导管30的外径可以为约350um至约410um。另外，导管30的容积可为约0.085L至约.100L。
如图3(k)-3(m)中最佳显示，导管30成组布置且定位成彼此大体平行，其中导管30相互结合、附接或以其他方式连接，从而形成薄的导管层32。导管层32可以由相同或不同构造和/或如长度和直径的尺寸的导管30构成。导管30和导管层32形成多个气体通道，以将气体从气体交换模块10的一侧传递到气体交换模块10的相反侧。另外，导管层32构造为允许血液在相邻导管30之间以及在相邻导管30周围传递。在一个实施例中，导管层32内的导管30通过例如线、纱或其他适合的材料的细丝交织在一起，从而基本上不阻碍和妨碍气体扩散，或者至多仅最小程度地阻碍和妨碍气体扩散。这最佳地图示在图3(l)中，其中导管30布置在导管层32中且通过沿着导管层32的长度间断地交织一个或多个细丝以连接邻近的导管30来相互固定。
在示例性实施例中，多个导管层32层叠在彼此之上且相互平行地定向，从而形成气体交换垫34，如图3(k)和3(m)中所示。气体交换垫34可以由相同或不同尺寸和/或构造的导管层32构造而成。两个邻近的导管层32的导管30的长度在相同平面中定向并相互偏移。在一个实施例中，两个邻近的导管层32相互基本垂直地定向，使得第一导管层32a的导管长度和穿过第一导管层32a的气体的方向基本上垂直于邻近的第二导管层32b的导管长度和穿过邻近的第二导管层32b的气体的方向。在一个实施例中，两个邻近的导管层32a，32b的导管30彼此异相且相对于彼此大致约45°至约135°、约65°至约115°、约75°至约105°或者约85°至约95°定向。通过示例的方式，在气体交换垫34中可以有约120至约160、约130至约155、约135至约153、或者约140至约148个导管层32。在另一实施例中，在气体交换垫34中可以有约95至约115、约100至约108、或者约102至约106个导管层32。在一个实施例中，在气体交换垫34中可以有约13,119个至约11,712个导管30。所得到的气体交换垫34可以具有装配到血液处理腔室24和/或能够定位在血液处理腔室24内的任何构造，例如立方体或柱形体。导管层32的该分层布置形成了气体交换导管30的稠密网络，其设计成最大化可供气体传递的表面积，且因此提高CO2扩散效率，同时仍允许在血液入口14和血液出口16之间有充足的血液流动。
气体交换模块10可以包括一个或多个气体交换垫34。在一个实施例中，气体交换模块10可以具有单个气体交换垫34。在另一实施例中，如图3(g)中最佳显示，两个相邻的气体交换垫34a，34b可以装入血液处理部件24内，每个气体交换垫均由多个层叠的导管层32构成。这些气体交换垫34a，34b可以邻近且定位成层叠定向，使得穿过血液处理腔室24的血液沿着与两个气体交换垫34基本正交的方向流动。如图3(c)和3(g)的示例性实施例中所示，第一气体交换垫34a和第二气体交换垫34b可以通过框架28彼此间隔开，框架28具有多个开口，允许血液不受阻碍或者受极小阻碍地从第一气体交换垫34a传递到第二气体交换垫34b。
为了提高CO2扩散效率，一个或多个气体交换垫34的集体厚度可以足以有效地在单次通过一个或多个气体交换垫34和/或在单次通过气体交换模块10时去除通过其中的患者血液中的基本上全部的CO2。在图3(j)的示例性实施例中标识为尺寸Z的邻近的一个或多个气体交换垫34的适合的总厚度可以按照导管30的长度来描述。在一个实施例中，气体交换模块10的导管30的有效长度与一个或多个气体交换垫34的总厚度之比可以为约3：1至约0.5：1、约2：1至约0.8：1、约2：1至约0.9：1或者约1：1.1至约0.9：1。在另一实施例中，导管30的有效长度与气体交换垫34的厚度之比为约3：1或更小、约2：1或更小、或者约1：1或更小。在一个实施例中，约1：1的比率表明，血流路径和气流路径设计成允许导管30对血液进行最大程度的暴露、处理和过滤，以及通过降低血流阻力与气流阻力之间的相对差值来利于CO2扩散。在另一实施例中，前述比率值还可以代表导管30的有效长度与通过血液处理腔室的血流的最短路径之比。在示例性实施例中，一个或多个气体交换垫34的总厚度可具有约54.7mm的厚度。在一个实施例中，气体交换垫34的总体可用的气体交换表面积为约0.5m2至约1.3m2、0.5m2至约1.2m2、约0.5m2至0.98m2或者0.98m2至1.3m2。气体交换垫34可以包括至少约10,000、至少约12,000个导管，至少约13,000个导管，至少约13,119个导管，或者至少约13,300个导管。可选地或另外地，气体交换垫34可以在气体交换表面区域的每平方米内具有至少13,300个导管。
如图3(f)和3(i)-3(j)所示，气体交换垫34装入定位在壳体内空腔13内的一个或多个血液处理腔室24内、布置在一个或多个血液处理腔室24内，固定到一个或多个血液处理腔室24或以其他方式附接到一个或多个血液处理腔室24。血液处理腔室24与血液入口14和血液出口16流体连通且将血液入口14和血液出口16连接，血液处理腔室24设计成处理血液从而通过暴露于一个或多个气体交换垫34的气体交换表面区域(例如能够进行CO2扩散的气体交换垫34的未装入的表面区域)而从通过血液处理腔室24循环的血液中过滤CO2。可利用诸如环氧树脂的任何适合的材料将一个或多个气体交换垫34装入血液处理腔室24内，使得每个导管层32的相反的近侧端和远侧端以及其相应的导管30的近侧端36和远侧端38跨血液处理腔室24且通过血液处理腔室24的壁26延伸，使得血液处理腔室壁26形成血液处理腔室24的液体不可渗透且密封的周边。在气体交换垫34的每个导管层32中的导管30的近侧端36和远侧端38向外延伸超过气体交换垫34和血液处理腔室24的装入部分，从而与血液处理腔室24之外的空间，即气体通道41a，41b，流体连通且通往该空间。因此，导管30的管腔与气体通道41a，41b以及气体入口18和气体出口20流体连通，如下文进一步详述。
图3(e)-3(f)和3(i)分别示出了多个气体通道41a，41b，每个气体通道均具有两个相互连接的第一段42a，42b和第二段42c，42d。如图所示，气体通道41a，41b可构造为绕着且沿着血液处理腔室24的周边定位在壳体内空腔13内的通道。如之前所述，气体通道41a，41b与导管30流体连通，用于将气体输送到导管30且从导管30接收气体。在图3(i)所示的实施例中，每段42a、42b、42c、42d构造为气体通道41a、41b的隔室，它们由相对于彼此间隔开的壳体12的对应的壳体侧壁22a、22b、22c、22d和对应的相对的血液处理腔室壁26a、26b、26c、26d限定从而形成气体通道41a、41b。每段42a、42b、42c、42d的长度在与同相应的段42a、42b、42c、42d流体连通的导管30的长度相同的平面中定向且基本上垂直于同相应的段42a、42b、42c、42d流体连通的导管30的长度。在一个实施例中，所有的导管30经由气体通道41a、41b与气体入口18和/或气体出口20流体连通。气体入口18可以定位在气体通道41a的第一互连段42a和第二互连段42b之间且连接到气体通道41a的第一互连段42a和第二互连段42b，并且由相应的邻近的壳体侧壁22a、22b和血液处理腔室壁26a、26b限定，构成叉状气道。在进入气体入口18时，气体穿行通过气体通道41a的两个分岔段42a、42b中的一个且通过交替的导管层32中的导管30的近侧端36。例如，流经段42a的气体沿第一方向通过多个交替的导管层(即，导管层32a)，而流经段42b的气体沿垂直于第一方向的第二方向通过邻近的中间(intervening)导管层(即，导管层32b)，如图3(f)和3(i)所示。CO2扩散在如下情形下发生在暴露于血液和导管30且在血液与导管30之间接触时，使血液在导管30的有孔膜上方、周围或之间流动，同时诸如基本上没有CO2的气体的气体流经导管30。血液可以沿着与导管30内的气流方向基本正交且与导管30的长度基本正交的方向在导管30上方、之间和周围流经一个或多个气体交换垫34的间隙。离开导管30的远侧端38的气体流入气体通道41b的第一段42c和第二段42d，气体通道41b的第一段42c和第二段42d会聚且将气体输送到气体出口20。气体出口20可定位在气体通道41b的第一段42c和第二段42d之间且连接到气体通道41b的第一段42c和第二段42d，气体通道41b的第一段42c和第二段42d由邻近的壳体侧壁22c、22d和血液处理腔室壁26c、26d限定。
在示例性实施例中，气体交换模块10可任选地进一步包括一个或多个传感器44，用于检测流经气体交换模块10的血液的生理参数或气体。例如，传感器44可以与进入或离开气体交换模块10的血液直接接触且适于检测和测量血压、血流速率、CO2含量或O2含量。在图3(h)所示的示例性实施例中，至少一个传感器44定位在血液出口16中或者以其他方式布置在血液出口16处，邻近血液流经血液出口16的通道。第二传感器44还可以或者可选地附接到血液入口14的内表面并从血液入口14的内表面延伸出。任选地，一个或多个传感器44可以与流经气体交换模块10的气体直接接触。例如，传感器44可以附接到气体入口18和/或气体出口20的内表面和/或从气体入口18和/或气体出口20的内表面延伸出。上述传感器44中的每个均可以与控制单元62可操作地相关联且用来确认气体交换模块10内的血流、血压或CO2局部压力；检测通过气体交换模块10的气体或血液泄漏的存在；和/或提供信息，基于该信息用户可以设定、改变和/或修正通过气体交换模块10的血液和气体流速，可以调节通过气体交换模块10的血液和气体流速以实现高效的或者期望的CO2扩散程度或速率。
血液处理系统1可任选地进一步包括气体供给单元50，该气体供给单元50与气体交换模块10可操作地相关联以便以受控的、高速率流速向气体入口18提供连续气流。如图1-2所示，气体供给单元50通过一个或多个管道将气体直接输送到气体交换模块10的气体入口18。在示例性实施例中，气体供给单元50可以适于控制通过导管30的气流，使得通过导管30的管腔的气体流速为约0.2L/min至约15L/min、约1L/min至约15L/min、约2L/min至约15L/min或者约5L/min至约15L/min。气体供给单元50还可用来控制导管30内的气压。在一个实施例中，导管30内的气压基本上没有变化。
输送到导管30的气体可以是无毒的、生物相容的且基本上没有CO2，并且可以施用毒理安全量。在一个实施例中，气体中的CO2局部压力可忽略或者在气体中没有CO2。在示例性实施例中，气体可以是氧气、氧气与空气的混合物、氮气或任何其他适合的惰性气体。任选地，气体供应单元50可以进一步包括用于将气体混合或者以其他方式制备以便输送到气体交换模块10的一个或多个气体混合功能。
任选地，血液处理系统1可进一步包括血液泵60和/或控制单元62，它们与气体交换模块10可操作地相关联，用于调节通过血液处理腔室24的血液的流速。在图2和图4所示的实施例中，血液泵60通过一个或多个管道与静脉接入点和气体交换模块流体连接。在一个实施例中，泵60可以是闭塞性的(即，蠕动的)泵或离心泵(诸如由德国拉施塔特县的Maquet Cardiopulmonary制造且在市场以商标名ROTASSIST存在的离心泵)或者滚柱泵。控制单元62可以与泵60集成或者通过其他方式与泵60可操作地关联，以调节通过泵60以及通过血液处理腔室24的血流。按照控制单元62的指示，泵60可以将通过气体交换模块10(具体地通过血液处理腔室24)的血流控制和调节为约1.2L/min或更小、约1L/min或更小、约0.8L/min或更小、约0.51L/min或更小、约0.5L/min或更小、或者约0.4L/min至约0.51L/min的速率。用户可以根据需要与控制单元62交互，以在指定的低血流范围内改变血流速率。
在示例性的实施例中，血液处理系统1不具有换热器。在这些实施例中，气体交换模块10不具有任何适于传递热管理水流以加热或冷却气体交换模块10内的血液的基本不透水的纤维。另外，在这些实施例中，血液处理系统1不设计成提供氧合作用，因此不需要调节血液温度。血液处理系统1因此可构造为专用的CO2去除系统，其适于具体地用于CO2扩散和/或仅用于CO2扩散。
血液处理系统1可以任选地进一步包括向患者提供血管接入的导管。由于血液处理系统1能够在低血流条件下工作，所以可以与提供较少侵入式血管接入和改进的安全性的小管腔插管或双管腔插管一起使用，并且因此需要更少的监控控件和可能的复杂情况。在一个实施例中，单管腔插管的尺寸可为约21弗伦奇(French)(7mm)或更小，约13弗伦奇(4.33mm)或更小。在另一实施例中，双管腔插管的尺寸可为约24弗伦奇(8mm)或更小，或者约19弗伦奇(6.33mm)或更小。
在示例性的实施例中，体外血液处理系统1的血液接触管腔(例如，插管和管道管腔)、腔室(例如，血液处理腔室)、部件以及部分，包括气体交换模块10、任选的泵60、接入导管以及系统1的所有连接管道的那些管腔、腔室、隔室和表面，可以涂有改善体外循环系统的生物相容性的材料，并且还可以是抗血栓的。
虽然血液处理系统1的上述实施例尤其描述了CO2去除系统，本领域技术人员将理解，血液处理系统1、气体交换模块10，特别是导管30，以及其他所有描述的系统部件可设计、适于和构造为用于除了CO2之外的或者替代CO2的其他气体的去除、扩散、提取或交换。特别地，可设计和选择导管30的气体可透膜以及待流经导管30的气体的选择，以用于传递这些其他气体。
本发明的血液处理系统1的独特构造提供了若干的操作和治疗上的优势。设计成适应通过气体交换模块10的低血流速率，血液处理系统1使能使用微创小管腔或双管腔插管来提供微创血管接入。低血流速率还产生了导管30的管腔内的低血压状态，这降低了血液处理系统1的血液泄漏的可能以及降低了与血液泄漏相关的危险严重度。因此，血液处理系统1无需要求用于评估泄漏可能性的任意或多个高度灵敏的、高度限制性的血压和/或血流监控器，从而简化了整个系统。
本发明的示例性实施例的另一有益特征是气体交换导管30的构造和布置。导管30的相对短的长度减小了流经导管30的气体的流体阻力，这因此降低了通过导管30的管腔的气体的流体背压。因此，导管30的较短长度抑制了在导管30膜的血液接触外表面上形成微气泡，微气泡会阻碍毛细管中的血液流动、导致组织局部缺血以及形成血液栓塞，导致进一步的血管和组织破损。相反，氧合器设计成具有长的纤维，其数量较少，从而实现气体的批量传输。
通过在气体交换垫30中包含大量的导管30，不会由于导管30的较短长度而损失气体交换模块的效率。相反，由于导管30的相对较短的长度以及通过其中的高气流速率，气体的CO2局部压力与患者血液的局部压力之差在导管30的远侧端(即，气体离开端)比较长导管的远侧端(即，气体离开端)更大。结果，由于使用多个较短的导管30，CO2扩散驱动力和效率更大。
另外，本发明的示例性的实施例进一步通过将多个平行的导管30布置在层32中以形成一个或多个气体交换垫34来增强CO2去除效率，使得邻近层32的导管30相互基本垂直地定向，从而提供可供CO2扩散使用的最大表面积。通过规定一个或多个气体交换垫34的组合厚度使得导管30的有效长度与一个或多个气体交换垫34的总厚度之比为约3：1至约0.5：1，从而使得在低血流流速下从流经气体交换模块10的血液中高效去除CO2，来进一步提高CO2扩散的效率。在示例性的实施例中，气体交换垫的厚度可为约2.6cm至约5.4cm。
此外，血液处理系统1及其所有部件的示例性实施例，包括气体交换模块10，可以是紧凑的、轻重量的且便携的，使患者能够在被治疗的同时仍可移动。在一个实施例中，系统1的各个部件可以集成到单个装置中，该装置可以是手持式的或以其他方式便携，如图1-2以及图4所示。在一个实施例中，系统1的所有部件可以可移除地定位在、悬挂在或以其他方式附接到有轮车或架台，使患者能够在受最小阻碍的情况下容易地将系统1滚动到期望的地点，从而允许系统1与患者一起移动。
血液处理方法
本发明进一步涉及从通过体外血液处理系统1循环的血液中去除CO2的新颖的方法。在一个实施例中，该方法包含：接入患者的循环系统，引导血液通过体外血液处理系统的循环，从而在通过气体交换模块10时从血液中去除基本上全部的CO2，以及将基本上无CO2的血液返回到患者的循环系统中。该疗法可用来处理与受损肺功能相关联的各种呼吸状况，尤其是与血液中CO2浓度过量或者从血液中去除CO2的能力受抑制相关的健康问题。可通过本方法处理的示例性的状况，包括影响肺功能的疾病、综合征、损伤或缺陷，包括但不限于COPD、慢性和急性肺炎、呼吸性酸1中毒、ALI和ARDS。
在图5所阐明的示例性实施例中，该方法包括：诊断患者患有呼吸状况或者以其他方式获取/确定患者患有呼吸状况的可能性，以及将血液处理系统1应用于患者，以达到降低患者血液中的CO2浓度或者以其他方式治疗呼吸状况的目的。特别地，医师可以选择和应用血液处理系统1的上述任一个实施例，血液处理系统1包括适于治疗患者，尤其是用于治疗成年人的任何气体交换模块10、任选的气体供应单元50、任选的泵60或其组合。医师还可以选择将气流、血流和/或气体输送到导管，从而优化CO2扩散。在一个实施例中，对于用于患者氧合作用的O2传递，不优化医师设定的用于气流、血流和/或气体选择的参数。
血管接入是通过使用两个小的单管腔导管或双管腔导管经皮插入颈静脉、锁骨下静脉、股静脉或其任意组合来实现的。定位在导管的插管内的导管或单独的针的末端可用来形成小的血管穿刺部位，将导管与患者循环系统连接。当使用针时，在穿刺时，针可以退回和/或导管可以前进，以将导管紧固到静脉。在示例性实施例中，仅需要单个穿刺部位来提供血管接入，例如静使用小的双管腔导管的静脉-静脉接入。
附接到导管的近侧端口的管道可用来以低的流速将血液从血管接入部位输送到气体交换模块10以及从气体交换模块10输送血液。在包括任选的泵60的血液处理系统1的示例性实施例中，血液传送到泵60，泵60以受控的速率将血液引导和输送到气体交换模块10的血液处理腔室24。控制单元62与泵60可操作地关联，其指示泵60以预定的低流速调节通过血液处理腔室24的血流。如果需要，用户可以指示控制器62和/或泵60在指定低流速范围内改变通过气体交换模块10的血流的速率。在一个实施例中，以约0.5L/min或更小的低流速，将血液输送到血液入口14，以及通过血液处理腔室24。
随着血液输送到气体交换模块10，任选的气体供应单元50将基本上无CO2的连续气流供应到气体交换模块10的气体入口18。如图3(f)和3(i)中最佳显示，气体流经气体入口18且分岔到气体通道41a的与形成气体交换垫34的交替的导管层32的导管30的开口导管端流体连通的两个隔室或段42a、42b中的一个中。然后，气体沿着与对应的段42a、42b的长度基本垂直的方向流经相应的导管层32的导管30，如图3(i)中的箭头所示。在一个实施例中，气体供应单元50控制并调节气体的流速，使得通过导管30的气体流速维持在约15L/min的高速度。另外，导管30内的气压可以保持得较低且被调节而使得其不超过将诱发微气泡形成，即气泡点的条件下的水平。
当血液进入血液入口14且流入血液处理腔室24时，血流沿着与一个或多个气体交换垫34、导管层32和导管30的相应的长度基本上正交的方向定向。血液通过一个或多个气体交换垫34的间隙且接触一个或多个气体交换垫34，从而经过在构成导管层32和一个或多个气体交换垫34的单个导管30的外表面上方、周围以及之间。在血流接触并暴露于恒定供应的基本上无CO2的气体流经的导管30的有孔膜时，CO2从血液中扩散，通过导管30的有孔膜，且借助流经导管30的高速率气体沿着导管30的管腔以及通过导管30的管腔被清扫。引入气体交换模块10的患者血液中的CO2的局部压力与通过导管30循环的气体中的CO2的任意局部压力的差值驱动CO2自血液中扩散而进入导管30的管腔。在示例性实施例中，该CO2的局部压力的差值可以为约45mm Hg至约70mm Hg、约45mm Hg至约50mm Hg、或者约40mm Hg至约50mm Hg。通过提供通过导管30的高速气流，血液与流经导管30的气体之间的暴露与接触时间相对较短。因此，血液中的CO2局部压力和气体中的CO2局域压力，或者缺少气体中的CO2局域压力，被防止均衡，从而保持通过血液和气体CO2局部压差所形成的CO2扩散的连续驱动力。因此，与气体中低pCO2梯度相比而言，血液中的高pCO2浓度的梯度是通过流经导管30的气体的高速率而得以保持；运载自血液扩散的CO2的气体被快速净化且替换成基本上无CO2的新气体。梯度进一步得以保持，因为仅少量的pCO2从血液中扩散并进入各个导管管腔中。如上所述，几乎完全从血液中去除pCO2然而可以通过在气体交换垫34内包含多个这种短导管30来实现。
在示例性的实施例中，在血液单次通过气体交换模块10时，具体为通过血液处理腔室24和气体交换垫34时，可以从引入气体交换模块10的血液中去除基本上全部的CO2。在一个实施例中，在单次通过气体交换模块10之后，从血液中去除的CO2的百分比可为约10％至约95％、约20％至约90％、约40％至约90％、以及60％至约90％。在单次通过气体交换模块10之后，血液中的CO2局部压力可为约60mm Hg至约5mm Hg、约40mm Hg或更小、约30mm Hg至约10mm Hg、或者约25mm Hg至约5mm Hg。在示例性的实施例中，在单次通过气体交换模块10之后，血液的pH可为约7.45或更大、约7.6或更大、约7.8或更大、约7.5至约8.2、约7.6至约8.2、或者约7.7至约8.2。
新供应的气体可以恒定地流送通过气体交换模块10，患者的血液可以如所期望地通过体外血液处理系统1得到循环，直到去除了全部或基本上全部的CO2。在示例性的实施例中，本发明的方法允许从处理的血液中完全或基本上完全除去所有的CO2。
离开导管30的包含CO2的气体被收集在气体通道41b的第一段42c和第二段42d中且被气体通道41a、41b和导管30中的高速气流推出通过气体交换模块10的气体出口20。该气体可以随后通往大气或者收集在储器中。在一个实施例中，气体出口20可以任选地连接到真空源以进一步控制通过导管30的气流速率。
该疗法的总的持续时间可多达约30天、约6个小时至约30天。在另一实施例中，该疗法可以持续多达约5天或者约6个小时至约5天的时间段。另外，该疗法可以根据需要连续地或者间断地施用以实现期望的CO2去除程度。
相同或相似的使用其他实施例血液处理系统1的方法可用来去除、提取、传递或交换血液中的其他气体。而且，血液处理系统1，包含气体交换模块10，尤其是导管30和待流经导管30的气体的选择，以及所有其他所述系统部件，可以设计成、适于且构造成去除、扩散、提取或交换除了CO2之外或者替代CO2的其他气体。
本发明的CO2去除方法具有多种治疗优势。例如，通过减小血管接入点的尺寸，允许使用在套管插入期间对血管造成较少应力和创伤的小管腔或小的双管腔插管，低血流使得能够降低操作的侵入性。而且，静脉-静脉套管插入术、低血流以及对应的低血压，降低了由于从血液处理系统1有血液泄漏而导致患者出血有关的死亡或者后果的风险。
另外，通过导管30的高速气流保持了通过患者血液的CO2局部压力与气体中的CO2局部压力之差所形成的CO2扩散的稳定且最大化的驱动力。通过在导管30内维持低气压，还抑制了在导管30的血液接触外表面上形成微气泡。
此外，在一个实施例中，该方法通过力图在单次通过气体交换模块10的过程中基本上从血液中去除全部的CO2以及试图获得血液中CO2的局部压力的非生理值和血液pH的非生理值实现高效的CO2扩散。例如，经处理的动脉血的pCO2可以为约32mm Hg或更小、约25mm Hg或更小、约15mm Hg或更小，并且经处理的动脉血的pH可以为约7.45或更大、约7.6或更大、或者约7.8或更大，代表了呼吸性碱中毒。在一个实施例中，经处理的动脉血的pCO2值可以为约10至约15mm Hg，pH值可以为约7.8。在这些实施例中，该方法可以包含：将治疗条件瞄准并管理为这些不在标准的可接受生理范围内的非典型值。相反，氧合器经优化以保持包含CO2在内的气体的正常生理局部压力；因此，仅要求通过氧合器的高血流才能实现气体的批量传递，完全去除CO2是不可能的。令人惊喜的而是，本发明的血液处理系统1如要求高血流且气体交换导管具有较大的气体交换表面积的大小的气体交换模块一样有效或者比其更有效。
示例
示例1
在一个实施例中，本发明的气体交换模块10具有与如图3(a)-3(b)，3(d)-3(f)和3(h)-3(m)所示相同的构造。气体交换模块10包括气体交换垫34，该气体交换垫34由适于进行二氧化碳扩散的13,834个或更多的微孔气体可透导管30构成。导管30定位成相互平行而形成导管层32。导管层32层叠在彼此之上而形成气体交换垫34，每层垂直于邻近层定向。所有的导管30具有约5.5cm的有效长度，总导管长度约为7.6cm。能够进行气体传递的导管30的有效长度百分比至多为约72.4％。气体交换垫34具有约0.98m2的总的气体交换表面积以及约每平方米有14,116个导管的导管密度。最大导管有效长度与气体交换垫34的5.4cm厚度(此处还可以表达为通过血液处理腔室24的血流通道的最小距离)之比为约1.02：1。通过气体交换垫34和血液处理腔室24的血液流路和气体流路设计成使血液暴露于导管30并且确保通过其中的血液的全面处理和加工。该构造还利于借助相对血流阻力和气流阻力来进行CO2扩散。
示例2
在一个实施例中，本发明的气体交换模块10具有与如图3(a)-3(b)，3(d)-3(f)和3(h)-3(m)所示相同的构造。气体交换模块10包括气体交换垫34，该气体交换垫34由适于进行二氧化碳扩散的13,119个或更多的微孔气体可透导管30构成。导管30定位成相互平行而形成导管层32。导管层32层叠在彼此之上而形成气体交换垫34，每层垂直于邻近层定向。所有的导管30具有约5.8cm的有效长度，总导管长度约为7.6cm。能够进行气体传递的导管30的有效长度百分比至多为约76.3％。气体交换垫34具有约0.98m2的总的气体交换表面积以及约每平方米有13,300个导管的导管密度。最大导管有效长度与气体交换垫34的5.4cm厚度(此处还可以表达为通过血液处理腔室24的血流通道的最小距离)之比为约1.07：1。通过气体交换垫34和血液处理腔室24的血液流路和气体流路设计成使血液暴露于导管30并且确保通过其中的血液的全面处理和加工。该构造还利于借助相对血流阻力和气流阻力来进行CO2扩散。
示例3
在一个实施例中，本发明的气体交换模块10具有与如图3(a)-3(b)，3(d)-3(f)和3(h)-3(m)所示相同的构造。气体交换模块10包括气体交换垫34，该气体交换垫34由具有约0.35mm的外径且适于进行二氧化碳扩散的17,148个或更多的微孔气体可透导管30构成。导管30定位成相互平行而形成导管层32。导管层32层叠在彼此之上而形成气体交换垫34，每层垂直于邻近层定向。所有的导管30具有约5.2cm的有效长度，总导管长度约为7.6cm。能够进行气体传递的导管30的有效长度百分比至多为约68.4％。气体交换垫34具有约0.98m2的总的气体交换表面积以及约每平方米有17,497个导管的导管密度。最大导管有效长度与气体交换垫34的5.4cm厚度(此处还可以表达为通过血液处理腔室24的血流通道的最小距离)之比为约0.963：1。通过气体交换垫34和血液处理腔室24的血液流路和气体流路设计成使血液暴露于导管30并且确保通过其中的血液的全面处理和加工。该构造还利于借助相对血流阻力和气流阻力来进行CO2扩散。
本发明的前面的描述仅是为了示例和描述的目的而呈现，而不应解释为以任何方式限制本发明的范围。本发明的范围应由随附的权利要求书来确定。