相关申请的交叉引用
本申请要求2016年5月9日递交的美国临时申请62/333467和2017年4月7日递交的美国申请15/482015的优先权，上述申请的全部内容以引用的形式并入本申请中。
技术领域
本公开涉及供体器官的管理，尤其涉及一种器官灌注的设备和方法。
背景技术
诸如肺等供体器官是高度易腐的，因此从供体取出之后必须尽快将其移植到受体中。传统方法是在植入受体之前，将供体器官简单地冰冻保存。最近，开发出了在器官移植前灌注器官的系统，可以延长使器官保持活性的时间窗口。然而，这样的系统通常既复杂又昂贵，并且因为严重依赖一些一次性消耗品部件而加剧成本。同时这种系统也难以运输。
发明内容
为解决上述问题，本披露提供的技术方案如下：
一种器官灌注设备包括用于连接器官的入口和用于连接器官的出口，还包括灌注回路。所述灌注回路包括：储液器，配置为储存灌注液；废液器；以及多个流体导管。所述多个流体导管用于限定：连接所述储液器与所述入口的输送流体路径；连接所述储液器与所述出口的回水流体路径，所述回水流体路径独立于所述输送流体路径；连接所述储液器与所述废液器的废液流体路径。所述器官灌注设备进一步包括：第一流量控制装置，配置为选择性地阻止或允许流体经由所述输送流体路径从所述储液器流向所述器官；第二流量控制装置，配置为选择性地阻止或允许流体经由所述废液流体路径从所述储液器流向所述废液器。
优选地，所述灌注回路进一步包括：由所述多个流体导管限定的储液器注液流体路径，所述储液器注液流体路径连接一个注液端口与所述储液器。
优选地，所述灌注回路进一步包括：由所述多个流体导管限定的器官注液流体路径，所述器官注液流体路径连接所述注液端口与所述器官；第三流量控制装置，配置为选择性地阻止或允许流体经由所述储液器注液流体路径和器官注液流体路径中的至少一个从所述注液端口流出。
优选地，所述灌注回路进一步包括：位于所述输送流体路径上的泵头模块，用于从所述储液器接收所述灌注液；位于所述输送流体路径上的调节模块，用于从所述泵头模块接收所述灌注液；位于所述输送流体路径上的白细胞过滤器，用于从所述调节模块接收灌注液；所述第一流量控制装置设置在所述泵头模块和所述白细胞过滤器之间。
优选地，所述灌注回路进一步包括第二白细胞过滤器；由所述多个流体导管进一步限定的备用输送流体路径，所述备用输送流体路径经由所述第二白细胞过滤器连接所述储存器储液器与所述入口；所述灌注设备进一步包括第三流量控制装置，所述第三控制装置配置为选择性地阻止或允许流体经由所述备用输送流体路径流动。
优选地，所述灌注设备进一步包括：器官支架；位于所述器官支架中的排液口；由所述多个流体导管进一步限定的器官支架回水流体路径，所述器官支架回水流体路径连接所述排液口与所述储液器。
优选地，所述多个流体导管进一步限定了器官支架废液流体路径，所述器官支架废液流体路径连接所述排液口与所述废液器；所述灌注设备进一步包括第三流量控制装置，所述第三控制装置配置为选择性地阻止或允许流体经由所述器官支架废液流体路径流动。
优选地，所述灌注设备进一步包括：控制器，所述控制器存储多个运行状态，每一个运行状态确定每一个流量控制装置的位置，并且所述控制器配置为与所述流量控制装置中的每一个进行通信；传感器，配置为产生所述灌注液的特性的测量；所述控制器进一步配置为接收所述测量，根据所述测量自动选择一个所述运行状态，并且基于所选择的运行状态控制所述流量控制装置。
优选地，所述灌注设备进一步包括连接到所述控制器的输入装置；所述控制器进一步配置为从所述输入设备接收一个被选择的所述运行状态，并基于被选择的运行状态来控制所述流量控制装置。
优选地，所述第一流量控制装置和所述第二流量控制装置具有失效状态，所述失效状态配置为允许流体经由所述废液流体路径从所述储液器流动到所述废液器。
优选地，所述多个流体导管进一步限定了备用回水流体路径，所述备用回水流体路径连接所述储液器与所述出口；所述灌注回路进一步包括：位于所述回水流体路径上的压力控制阀；以及第三流量控制装置，所述第三流量控制装置配置为选择性地引导流体经所述回水流体路径和所述备用回水流体路径中的一条路径流动。
优选地，所述灌注设备进一步包括：一次性组件，包括：所述入口；所述出口；所述储液器，所述废液器，以及所述灌注回路的所述多个流体导管。以及可重复使用组件，包括：底座，配置为在运行状态下可拆卸地支撑所述一次性组件；所述第一流量控制装置；以及所述第二流量控制装置；当所述一次性组件由所述底座支撑时，所述第一流量控制装置和所述第二流量控制装置分别配置为选择性地阻止或允许流体经由所述输送流体路径和所述废液流体路径流动。
优选地，所述底座包括用于支撑所述一次性组件的壁；其中所述第一流量控制装置和所述第二流量控制装置由所述可重复使用组件支撑，用以连接邻近所述壁的所述流体导管。
优选地，所述一次性组件进一步包括气体导管，所述气体导管连接到气体入口以连接到所述器官；所述可重复使用组件进一步包括呼吸机；所述一次性组件和所述可重复使用组件包括可配套机械接口，所述可配套机械接口配置为连接所述呼吸机与所述气体导管。
优选地，所述一次性组件进一步包括位于所述输送流体路径上的泵头模块，用于从所述储液器接收所述灌注液；所述可重复使用组件进一步包括泵驱动模块，所述泵驱动模块用于驱动所述泵头模块；所述泵驱动模块和所述泵头模块经所述可配套机械接口连接运行。
优选地，所述一次性组件进一步包括位于所述输送流体路径上的调节模块，所述调节模块包括热交换器和气体交换器。以及所述可重复使用组件进一步包括：加热器，配置为将加热后的流体输送到所述热交换器；以及气体存储装置，配置为将气体输送到所述气体交换器。
附图说明
以下结合下列附图对本申请的实施例进行描述：
图1是根据本披露的非限制性实施例所示的一种灌注设备的示意图；
图2是根据本披露的非限制性实施例所示的图1中灌注设备处于拆卸状态时的示意图；
图3是根据本披露的非限制性实施例所示的图1中灌注设备的灌注回路的示意图；
图4是根据本披露的非限制性实施例所示的带有图1中灌注设备的某些附加部件的如图3所示灌注回路的示意图；
图5A和图5B是根据本披露的非限制性实施例所示的图1中灌注设备的流量控制装置的示意图；
图6是根据本披露的非限制性实施例所示的图1中灌注设备的通气回路的示意图；
图7是根据本披露的非限制性实施例所示的图1中灌注设备的运行方法的流程框图；
图8是根据本披露的非限制性实施例所示的图1中灌注设备的结束运行的方法的流程框图；
图9是根据本披露的非限制性实施例所示的图3中灌注回路的示例实施方式的示意图；
图10A和图10B是根据本披露的非限制性实施例所示的图3中灌注回路中的储液器的示意图；
图11是根据本披露的非限制性实施例所示的图9中实施方式的局部视图；
图12是根据本披露的非限制性实施例所示的图9中实施方式的另外局部视图；
图13是根据本披露的非限制性实施例所示的图9中实施方式的又一局部视图；
图14是根据本披露的非限制性实施例所示的图9中实施方式的特定部件相对位置的示意图。
具体实施方式
图1示出了一种器官灌注设备100的示意图，文中简称为设备100。如将在下文中详细描述的，设备100可以用于供体器官104的评估、治疗以及运输中的至少一个环节。在本实施例中，供体器官是从供体中获取并将植入受体患者(图1中未示出患者)中的一对肺(例如，人类的肺)。下文描述的是设备100用于体外灌注的运行，然而，在其他实施例中，设备100也可以用于体内器官灌注。在下文的描述中同样显而易见的是，设备100或其变形也可以用于其他多种器官，例如肾脏、心脏和肝脏。
通常，设备100被配置为通过提供一个基本上将器官104与外部隔离的腔室来为器官104提供一个基本无菌的环境。设备100同样被配置为允许向器官104灌注任何合适的流体(至少部分地基于被灌注器官的性质来选择)以能够对器官104进行上文提到的评估和治疗，并延长器官104可用于运输的时间。当设备100应用于某些器官，例如肺时，还可以被配置为向器官104通入任意合适的气体或混合气体，以能够对器官104进行分析和治疗。当设备100应用于另一些器官时，设备100还可以被配置为移除液体(例如，肾脏中的尿液，肝脏中的胆汁)。
进一步地，如下文所述，设备100被配置为是可移动的，例如，可以从供体位置到运输工具(例如，飞行器)，转而从运输工具到受体位置(例如，医院的手术室)。更进一步，设备100的某些组件是一次性的，而其他组件是可重复使用的。
在本实施例中，设备100包括一次性组件108和可重复使用组件112。一次性组件108包括器官支架114，例如可放置器官104的托盘，还包括一个灌注回路，能够对器官104进行上述提到的灌注。对本领域技术人员来说显而易见的是，当设备100应用于器官104的体内灌注时，可以不使用器官支架114(实际上可以省略)。设备100应用于体内灌注时，器官104支撑在患者体内，因此不需要外部器官支架。一次性组件108还包括一个保护圆盖115(在其他实施例中，也可以是非圆顶形状)，保护圆盖115可以与一次性组件108的上部连接，提供一个容纳器官104的基本密封的腔室。密封可以是气密的，也可以不是气密的。如果不是气密的，那么密封优选是防水的。当存在通气回路，一次性组件108还包括通气回路的一部分。
可重复使用组件112包括灌注回路的控制设备和下文中将详细描述的其他部件。当存在通气回路，所述其他部件可以包括通气回路的其余部分。可重复使用组件112的部件可以容纳在一个壳体内(例如，具有刚性壁并且能为部件提供结构支撑)，该壳体还可以包括能够使设备100移动的轮子或者其他移动装置。
如图2所示，一次性组件108可以与可重复使用组件112分离，以便例如从上述提到的运输工具运送可重复使用组件112和器官104到受体位置，或者仅仅以便在从一次性组件108上移走器官104(例如，将器官104移植入受体患者中)后移除并更换一次性组件108。
可重复使用组件112包括一个底座200，底座200被配置为在运行状态时(如图1所示)可释放地支撑一次性组件108。底座200可以包括多种结构布置。在如图1和图2所示的实施例中，底座200包括3个表面200-1、200-2和200-3。当设备100组装后处于运行状态时，每一个表面都与一次性组件108对应的表面接触。然而，很多种其他结构也可以应用于底座200。例如，在其他实施例中，底座200可以包括与表面200-1类似的单个表面，用于在可重复使用组件112上支撑一次性组件108。在下文描述中显而易见的是，底座200的结构部分地取决于可重复使用组件112与一次性组件108之间的物理连接的布置，以完整地构成通气回路、控制灌注回路并实现设备100的其他功能。
如上所述，一次性组件108包括一个灌注回路。灌注回路通常使灌注液在储液器和器官104之间循环，以向器官104提供营养成分(例如，葡萄糖)，从器官104中排出代谢副产物，可选地，还允许对器官104进行多种评估和治疗活动。转到图3，对灌注回路进行详细描述。
如图3所示，灌注回路包括一个被配置为储存灌注液的储液器300。灌注液可以是配制的能够向器官104输送营养成分，并从器官104中排出代谢副产物的任何合适的液体。在其他实施例中，灌注液可以是盐水、水或者类似液体，例如在不需要输送营养成分，但仍然需要排出代谢副产物的情况时。在本实施例中，灌注液是STEEN SolutionTM。如将在下文中详细描述的，储液器300可以具有刚性外壁或者柔性外壁(或者其任意适当的组合)，所述外壁是用任何具有适合的生物相容性并且不渗透液体的材料制成的，例如塑料。储液器300的尺寸取决于设备100的应用。在本实施例中，设备100被配置用于运输肺，储液器300可以具有约2L的内部容积。然而，显而易见的是，在其他应用中储液器可以具有多种其他合适的容积。
灌注回路还包括被配置为在特定运行状态接收如上所述的灌注液的废液器304，废液器304将在下文中详细描述。废液器304可以具有任何合适的形状和结构，包括柔性壁和刚性壁的任何合适的组合的外壁，外壁可以由任何合适的不渗透液体的材料(例如塑料)制成。
灌注回路还包括多根流体导管308-0、308-1、308-2等(统称为流体导管308)，例如限定多条流体路径的柔性长管(例如硅胶管、塑料管或类似)。在一些实施例中，部分或者全部流体导管308可以是隔离的，例如，被更大尺寸的管道包覆。
本披露所述的流体路径允许液体通过上述提到的流体导管和其他部件的任意合适的组合在两个端点间流动。流体路径是由一整组导管308和其他部件限定的，其中液体可以沿所述一整组导管308和其他部件在两端点间流动。因此，例如，如果两个端点(比如储液器300和废液器304)通过两套流体导管连接，即使在两套导管共用某些流体导管的情况下，这两个端点也被认为是由两条不同的流体路径连接。
如上所述的流体路径包括输送流体路径，输送流体路径连接储液器300和器官支架114的入口312。入口312可以是，例如，一根连接到器官104以向其输送灌注液的插管。在本实施例中，器官104是一对肺，入口312可以是一根连接到肺动脉主干的插管(或者，在一些实施例中，入口312可以是一对插管或者是具有分支出口的一根插管，分别连接到左右两侧肺动脉中)。在本实施例中，输送流体路径是由流体导管308-0、308-1、308-2、308-3、308-4、308-5和308-6限定的，每一个流体导管代表一根单独的长管。对本领域内技术人员来说显而易见的是，多种其他的导管配置可以被用来限定输送流体路径。所采用的导管配置取决于在输送流体路径中的其他部件，以及部件之间的距离。
灌注回路中的流体导管308还可以限定回水流体路径，回水流体路径连接器官支架114的出口316和储液器300。出口316与入口312类似，可以是一根或者一对插管，将流体导管308-7与器官104的左右两侧肺静脉的每一根分别连接，或者与肺静脉主干连接(肺静脉主干流入心脏左心房)。回水流体路径与输送流体路径是相互独立的，也就是说，回水流体路径和输送流体路径不会共用任何流体导管308。如图3中所示，回水流体路径是由流体导管308-7、308-8、308-9和308-10限定的。
流体导管308还可以限定废液流体路径，废液流体路径连接储液器300和废液器304。如图3所示，废液流体路径是由流体导管308-0(与上述描述的输送流体路径共用)和流体导管308-11限定的。对本领域内技术人员来说显而易见的是，流体导管308的多种其他组合可以用来提供上述流体路径(以及下文中将描述的流体路径)。例如，废液流体路径可以不与输送流体路径共用流体导管308-0。作为代替，在一些实施例中，储液器300可以专门为废液流体路径提供一个出口，使流体导管308-11可以直接连接到储液器300，而不用连接到流体导管308-0的分支导管。
灌注回路可以包括多个其他部件，导管308可以限定多个额外的流体路径，用于连接多个所述其他部件。特别地，本实施例中的灌注回路包括位于输送流体回路中的泵头模块320。泵头320驱动从储液器300中接收的流体(经过导管308-0和308-1)流向入口312(即流向器官104)。更具体地，泵头320驱动流体到入口312，还经过一个流体调节模块，例如一个气体和热交换模块324。
在本实施例中，器官104是一对肺，模块324用于在灌注液输送到肺之前除去流经模块324的灌注液中的氧。除氧可以通过向灌注液中注入二氧化碳(或其他任何合适的混合气体)来实现。模块324通过气体供应管道326获取二氧化碳，气体供应管道326与一次性组件108的机械接口328相连接。模块324还可以被配置为通过热交换器控制流经的灌注液的温度。在一些实施例中，热交换器可以是电力驱动的。在本实施例中，热交换是加热的流体通过连接到接口328的输入输出导管330由模块324接收，流经模块324内的热交换器并从模块324中流出而实现的。如下文中将要详细描述的，模块324可以用于加热灌注液到目标温度(例如，37摄氏度)。在一些实施例中，模块324还可以被操作用于冷却灌注回路(例如，通过热电制冷器的运行)。
显而易见的是，在其他实施例中，模块324的气体交换和热交换功能可以通过单独的设备实现(例如，在气体交换模块的上游或者下游处可以设置在线的电加热器)。在另一些实施例中，气体交换功能可以完全舍弃，例如当器官104是除了一个肺或一对肺之外的其他器官时，不需要气体交换。在又一些实施例中，对肺之外的其他器官灌注时，气体交换功能也可以保留，尽管其与此处描述的方式不同(例如，向灌注回路中增加氧气而不是二氧化碳)。
在输送流体路径上还包括位于模块324下游处的白细胞过滤器332。对于本领域内技术人员来说显而易见的是，白细胞过滤器被配置为从灌注液中除去白细胞，否则白细胞会在灌注液流经器官104后返回储液器300以进一步通过器官104的流体循环中累积(在器官104中引起炎症)。
灌注回路还可以包括一个或多个额外的白细胞过滤器，比如次级过滤器334。在一些实施例中，次级过滤器334可以省略。而在本实施例中，次级过滤器334是作为过滤器332的备用过滤器提供的。根据设备100运行时间的长短，过滤器332可能会被生物材料部分堵塞，从而对泵头320继续驱动灌注液流向器官104产生比较大的压力。因此，需要禁用过滤器332并启用次级过滤器334。显而易见的是，次级过滤器334位于一条从储液器300到入口312的备用输送流体路径上，除了导管308-4与308-5外，备用输送流体路径与上述输送流体路径共用相同的导管308。事实上，备用输送流体路径是由导管308-12和308-13限定的。
灌注回路的其他部件可以包括压力控制阀336，例如止回阀，连接入导管308-8和308-9之间(即，位于回水流体路径上)。在另一些实施中，压力控制阀336可以完全位于流体导管内，这样导管308-8和308-9就可以用单根导管代替。通常来说，压力控制阀336被配置为维持导管308内(因此也就是器官104的血管内)的压力在预定压力水平。例如，当器官104是一个肺或者一对肺时，预定压力水平大约是5mm Hg，因此压力控制阀336的开裂压力大约是5mm Hg。显而易见的是，当设备100(或其变化)被用于其他器官时，可以使用其他的灌注液压力。
灌注回路还可以包括一个从出口316到储液器300的备用或次级回水路径。除了用流体导管308-14代替了导管308-8和308-9之外，备用回水路径是由上述提到的回水流体路径相同的导管限定的。换句话说，备用回水路径允许灌注液经由压力控制阀336的旁路返回储液器300，将在下文中详细描述。
灌注回路可以包括多个额外的流体路径。其中包括过滤器注液路径，用于连接注液端口340和过滤器334以及332。尽管注液端口340(例如，可能包括漏斗)在器官104下方示出，但显而易见的是，图3中的部件并不是按照实际的物理布置展示的。实际上，注液端口340位于灌注回路的所有其他部件的上方，包括入口312。过滤器注液流体路径是由导管308-15、308-5和308-12限定的。
灌注回路的流体路径还可以包括储液器注液流体路径。储液器注液流体路径用于连接注液端口340和储液器300，并由导管308-16和308-17限定。可以预见的是，储液器300与导管308-0之间的连接是通畅的，因此储液器注液路径还可以流向泵头320和模块324(即储液器注液路径不仅限于向储液器300注液)，将在下文中详细描述。
灌注回路的流体路径还可以包括器官支架回水流体路径，通过导管308-18、308-19和308-17连接器官支架114和储液器300，以及包括器官支架废液流体路径，通过导管308-18和308-20连接器官支架114和废液器304。在设备100处于运行状态时，流体(包括灌注液和其他生物液体，如血液)可以从器官104的表面直接离开器官104，而不是经过出口316。这些流体收集到器官支架114上，器官支架可以通过提供一个或多个排液口来连接到导管308-18。上述提到的器官支架回水路径和器官支架废液路径允许这些流体分别回收到储液器300或处理到废液器304中。在一些实施例中，上述路径中的一个路径可以被省略。例如，器官支架废液路径可以省略，所有来自器官支架114的流体可以流向储液器300。又例如，器官支架回水路径可以省略，所有来自器官支架114的流体可以被导流至废液器304。
灌注回路还可以配备有一个或多个传感器和采样端口。在本实施例中，流量传感器342和温度传感器344被设置在输送流体路径上。设备100的控制器(未示出)可以从传感器342和344中接收信号，以控制泵头320和模块324(或者其他任意适当的用于代替模块324的热交换器)的运行。此外，灌注回路可以包括氧分压传感器346，其位于靠近入口312和出口316中的一个或者全部。最后，采样端口可以包括入口312的上游处(采样端口348)和出口316的下游处(采样端口350)，能够允许取出灌注液样品，在设备100外进行检测。在一些实施例中，采样端口348和350可以用附加的在线传感器辅助或者代替，例如氧气传感器、二氧化碳传感器和pH传感器。
灌注回路中被导管308互相连接的每一部件可以具有泄气通路(未示出)，在灌注回路注液(即灌注回路第一次注入灌注液)时允许空气从上述部件中排出。在一些实施例中，一个或多个泄气通路可以被省略。灌注回路中部件的实际布置以及这样布置与灌注的关联将在下文中详细描述。
设备100还包括多个流量控制装置，配置为选择性地阻止或允许灌注液沿上述提到的流体路径流动。也就是说，可以通过一个或多个流量控制装置与流体导管308相互作用并选择性地堵塞流体导管来单独启用或禁用上述流体路径。设备100因此包括多个运行状态，每一个运行状态都是根据哪条流体路径启用以及哪条流体路径禁用来定义的。
设备100中可以使用多种流量控制装置。例如，在线阀门可以放置于导管308内。而在本实施例中，流量控制装置设置在导管308外部，因此不会接触灌注液。此外，在本实施例中，流量控制装置设置在可重复使用组件112中，当一次性组件108安装进底座200时，流量控制装置可以与合适的导管308连接。
现在转到图4，灌注回路(如上文所述，在本实施例中设置于一次性组件108内)与可重复使用组件112的特定部件同时示出，包括多个流量控制装置400。特别地，在本实施例中，示出了8个流量控制装置400-1、400-2、400-3、400-4、400-5、400-6、400-7和400-8。在另一些实施例中，可以使用需要不同数量和布置的流量控制装置400的其它流体导管配置，来使设备100处于如下文描述的运行状态中。
图4中还示出了可重复使用组件112的其他部件，包括泵驱动模块404，用于启动泵头320。可重复使用组件112还可以包括互补的机械接口408，配置为与一次性组件108的接口328配套，并通过适当的液体或气体管线将灌注气体源412和流体加热源(可简称为加热器)416与模块324连接。此外，可重复使用组件112包括控制器420，与泵驱动模块404、加热器416以及输入装置424(如键盘、鼠标、触摸屏、小键盘或类似)和显示装置428(例如，LCD显示屏或类似，在一些实施例中，当上述输入装置424包括触摸屏时，可以与输入装置424集成到一起)互相连接。
控制器420还可以通过无线或者有线方式与传感器342、344以及346相连接(未示出)。当上述连接是有线方式时，显而易见的，可以通过接口408和328连接，或者通过任意合适数量的具有电气触点的其他互补的机械接口连接。控制器420还可以连接到每一个上述描述的流量控制装置400，用于设定每一个控制装置400在开启或者关闭位置，将在下文中详细描述。控制器420与控制装置400之间的连接可以是有线和无线的任意合适的组合。
控制器420可以用任意合适的微型计算机实现，包括一个或多个集成电路，例如与具有存储器形式(非易失性、易失性或其组合形式)的非暂时性计算机可读存储媒介相连的处理器(也被称为中央处理器，或者CPU)。
可重复使用组件112还包括电源(例如，一个或多个电池或者其他任何合适的电源)。电源为控制器420、输入装置424、显示装置428以及任何其他电力驱动部件提供电力。在本实施例中，流量控制装置400是电力驱动的，同样的还有泵驱动模块404和模块324的特定部件(例如上述提到的热电制冷器)。入口312、出口316、白细胞过滤器332和334、压力控制阀336、储液器300、废液器304、器官支架114、注液端口340等已在上文图3中进行了详细描述，在此不再重复。
进一步讨论流量控制装置400的运行之前，先更详细地描述流量控制装置400的结构。图5A所示的是单独的一个流量控制装置400。流量控制装置400包括容纳螺线管组件的主体500，螺线管组件配置为驱动一个轴(未示出)，使轴的头部504位于开启和关闭位置。头部504被配置为邻接流体导管308。因此，在开启位置时，头部504的末端隆起与流经相应导管308的流体流动方向对齐，因而能允许流体流动。在关闭位置时，隆起与流体流动方向大致成一个直角，因此堵塞流体流动。在使用有线连接的实施例中，流量控制装置400还包括至少一个电子接口508，用来向流量控制装置400传送电力和控制信号。
图5B示出了包含托架512的流量控制装置400，托架512可安装到主体500上，并且与头部504相邻。托架512包括使流体导管308穿过的相对的开口516和520。托架512还包括定位结构，例如孔524，用于将托架512定位到主体500上。在本实施例中，托架512是一次性组件108的部件，并且固定在流体导管308需要流量控制的位置。当一次性组件108安置在底座200上时，这些选择的位置能使每一个托架512与流量控制装置400连接(例如，通过孔524准确定位)。因此，流量控制装置400的头部504邻接流体导管308，并能够允许或者阻止流体在上述流体导管中流动。
在流量控制装置400断电的情况下，其不能在预定位置(即，开启或关闭其对应的流体导管308)。如下所述，在诸如断电的故障时，流量控制装置400的预定失效位置共同定义了设备100的失效保护运行状态。
回到图4，如上所述，每一个流量控制装置可以选择性地阻止或者允许流体流经上述的流体路径中的一条。特别地，装置400-1控制经由储液器注液流体路径的流动；装置400-2控制经由过滤器注液流体路径的流动；装置400-3控制经由器官支架废液流体路径的流动；装置400-4控制经由器官支架回水流体路径的流动；装置400-5控制经由废液流体路径的流动；装置400-6控制经由输送流体路径的流动；装置400-7控制经由备用输送流体路径的流动；以及装置400-8控制经由备用回水流体路径的流动。
流量控制装置400可以被单独控制以启用或禁用任意多个上述流体路径的组合。每一个启用的(因此也有禁用的)流体路径的组合可以称为设备100的一个运行状态。在本实施例中，控制器420被配置为存储多个运行状态，每一个运行状态都是由流量控制装置400的一组位置确定的。控制器420进一步被配置为基于通过输入装置424接收的任意输入数据(例如，从设备100的操作者)或者基于控制器420本身的自动确定(例如，基于从上述传感器接收到的数据)，选择存储的运行状态中的一个，并发送控制信号到流量控制装置400以执行所述运行状态。
在另一些实施例中，运行状态和其对应的流量控制装置400的位置存储在控制器中可以省略。在这些实施例中，控制器420可以被配置为从输入装置424中接受输入数据，指定每一个流量控制装置400的位置。也就是说，在这些实施例中，设备100的操作者不仅仅需要选择运行状态，还需要向控制器420指示每一个流量控制装置400的位置。在又一些实施例中，上述操作方式(即控制器420存储运行状态和操作者手动管理运行状态)可以结合。例如，控制器可以如上描述的存储并执行运行状态，也可以响应于来自输入装置424的预定输入，以切换到手动运行状态管理，允许设备100的操作者对设备100执行更好的控制(例如，使设备100运行在控制器420未存储的运行状态中)。
表1示出了设备100的多种运行状态，特别地，在此有8种运行状态，以及相对应的每一个流量控制装置400的位置。控制器420可以以任何合适的格式存储表1中的运行状态(或者，实际上是任何需要的运行状态)，包括但不限于如下所示的表格格式。
表1：流量控制装置设定定义的运行状态
如上所述，每一个运行状态都为每一个流量控制装置400指定了位置，因此能够启用或者禁用每个上述流体路径。一些运行状态不需要对特定的流量控制装置400指定位置，因此允许那些流量控制装置400保持在之前的位置。例如，流体补充运行状态对流量控制装置400-6和400-7的特定位置没有要求。因此，当设备100的运行状态从先前的状态切换成流体补充运行状态时，流体控制装置400-6和400-7的位置不会变化。
如上所述，例如在断电的情况下，流量控制装置400不能到预定位置。上述的紧急失效运行状态表明每一个流量控制装置400失效时的位置。换句话说，紧急失效运行状态不需要(尽管可以)由控制器420或设备100的操作者主动选择。相反，紧急失效运行状态可以仅由设备100断电而激活。如上示出的“紧急失效”状态可以被流量控制装置400的失效保护位置自动激活，或者可以被设备100的操作者为应对设备100的一个或两个组件的任意故障或装置运行中发生的任意故障而手动激活，以保护设备100中的器官。
在进一步讨论灌注回路的运行之前，如下将先描述设备100的附加部件。特别地，如上文所述，本实施例中的设备100被配置用于运输和治疗肺，因此除灌注回路之外，还包括通气回路。图6中示出了通气回路的部件。尽管图6中为了观看清楚而省略了灌注回路，但显而易见的是灌注回路和通气回路都包含在设备100内。
通常来说，通气回路被配置为连接器官104和呼吸机600(比如，在下方)，气体供应源604向呼吸机600供应气体，例如纯氧、空气或类似。呼吸机600和气体供应源604包含在可重复使用组件112中，并通过接口与气体导管608(如图所示的导管608-1、608-2和608-3，也可以使用与器官104交换气体的任意导管的组合)连接。在本实施例中，呼吸机600和导管608之间的接口是通过机械接口328和408提供的，已在前文讨论灌注回路的连接时描述。也就是说，接口328和408可以支持灌注回路和通气回路的连接。在另一些实施例中，可以在一次性组件108和可重复使用组件112上为灌注回路和通气回路提供分别的机械接口。
通气回路包括排气阀612和流量传感器616，流量传感器616可以通过无线方式或有线方式与控制器420连接。在一些实施例中，流量传感器616可以使用一个或多个皮托管实现。进一步地，通气回路可以包括支气管镜检查接口620，支气管镜检查接口620连接到导管608-3并允许对肺进行观察。另一边，导管608-3连接到气管插管以连接到气管。通气回路还可以包括一个或多个调节装置(例如，湿热交换器)，用于控制输送到器官104的气体的温度和水分含量。在本实施例中，这些调节装置包含在一次性组件108中，因为这些调节装置通常都包括一次性空气过滤器。在另一些实施例中，特定调节装置(例如，加湿器)是可以重复使用的，因此放置在可重复使用组件112中。
描述完设备100的内部部件后，接下来将要介绍设备100的运行。图7示出了一种初始化并运行设备100的方法700。在框702中，器官104被放置到设备100中。也就是说，当器官104是一个肺或一对肺时，将肺放置于器官支架114上，将气管连接到通气回路，肺动脉和肺静脉连接到灌注回路。然后将保护圆盖115放置在肺上方。
在框705中，灌注回路被设定到如上述表1中所示的注液状态。如前所述，运行状态的选择可以由控制装置响应于从输入装置424接收到的指定运行状态的输入数据而执行。在框710中，通过注液端口340向灌注回路提供灌注液。从图4和表1中显而易见的是，在框710中提供的灌注液流入储液器300，然后经过泵头320、模块324进入过滤器334和332。提供的灌注液还可以从与流体正常流动方向相反的方向流入过滤器334和332(经过导管308-15、308-5和308-12)，以保证过滤器334和332被完全注满。灌注液注入完成后(在本实施例中，提供大约2升灌注液，然而也可以提供其他体积的灌注液，具体体积取决于器官104的类型和大小)，方法700接下来执行框715。
在框715中，灌注回路被设定到如表1所示的灌注运行状态。当设备100包括通气回路时，如在本实施例中，通气回路也在框715中被激活。此外，泵驱动模块404也在框715中被激活。结果，灌注液从储液器300经输送流体路径流向器官104，并且从出口316离开器官104的流体经回水流体路径返回储液器300。
在框720中，判断是否更新设备100中的灌注液。在一些实施例中，框720(以及框725和730中，如下文描述)可以省略。然而，在本实施例中，某些离体肺灌注方案考虑在预定的时间间隔去除和更换特定量的灌注液(例如在手术的第一小时后500毫升，之后每小时250毫升)。更新灌注液可以稀释任何可能在储液器中累积的代谢副产物，并补充灌注液中的营养物质(特别是葡萄糖)供应。更新灌注液还可以稀释灌注液中的激素化合物(例如，由器官中的免疫细胞产生的激素化合物)。如果不进行稀释的话，这些化合物可能会引起不希望的炎症。
当框720中的判断为“是”，方法700的执行进行到框725，在框725中，灌注回路被设定到流体移除状态，直到所需体积的灌注液已经转移至废液器304中(例如，基于沿废液流体路径已知的流速选择预定时间长度，或者基于设备100的操作者对废液器304中液面的目测来选择预定时间长度)。从表1(以及图3和图4)中显而易见的是，在执行框725时，灌注液从储液器300经过器官104并流回储液器300的循环一直持续。
在框730中，从储液器300中移除预定体积的灌注液到废液器304后，设备100被设定为流体补充运行状态，然后进一步在框710的执行中，对应体积的灌注液通过注液端口340被提供。在一些实施例中，框730中设定的通过注液端口340提供的对应体积的灌注液与框725中流向废液器304的灌注液的体积相等。然而，在另一些实施例中，比在框725中移除的更多或者更少体积的灌注液可以在框730被设定补充。方法700的执行然后重新到达框715。
当框720中的判断为“否”，接下来在框735中作出是否从器官支架114中将流体移除出循环的判断。在特定情况下，例如设备100运行的早期，当其他生物液体(例如血液)更可能存在于器官支架114收集的径流中时，可能期望从器官支架114中移除流体，而不是将流体循环到储液器300中。当框735中的判断为“是”，灌注回路被设定到在一个可选择的时间段内执行托盘液移除运行状态(在此时间段内，流向器官104的正常的灌注液循环持续，流体从器官支架排液口流向废液器304，通过上述提到的由导管308-18和308-20连接器官支架114与废液器304的器官支架废液流体路径)，托盘液移除运行状态完成后，接下来灌注回路返回到715框的灌注状态。显而易见的是，框720和735中的判断可以导致与图7所示相反的方向执行。类似地，下文将讨论的框745和755的执行不必按照所示的顺序进行。
当框735中的判断为“否”，接下来在框745中作出是否从一个白细胞过滤器(如过滤器332)切换到另一个(如过滤器334)的判断。当判断是肯定的，灌注回路被设定到备用灌注状态，在框750中，备用灌注状态(如表1所示)重新定向灌注液的流动，从输送流体路径转移到备用输送流体路径，其余流体路径的状态保持不变。当提供两个白细胞过滤器时，如在本实施例中，设备100的运行可以称为包括两个阶段：使用第一过滤器的“斜坡上升”阶段和使用第二过滤器的“正常”阶段。
当框745中的判断为“否”，在框755中作出是否结束设备100运行的判断。因为设备100已经达到目的地并且器官104必须准备用于移植到受体内，那么框755中必须作出“是”的判断。在其他情况下，框755的判断可以是计划外结束，例如因为部件失效、失去电力或类似而导致。当框755的判断是“否”，方法700的执行到框715中继续。当框755中的判断是“是”，那么设备100的运行将按照图8中所示继续。
图8示出了一种结束运行设备100的方法800。取决于结束是计划内(即不是由故障导致)还是计划外(即由设备100的故障导致)，方法800的执行可以不同。当结束是计划内时，例如在将器官104成功运送到要移植入的受体患者所在的目的地之后，结束的目的是在受体患者准备移植时降低器官104的代谢速率来保护器官104。
在框810中，将灌注回路设置在如表1所示的结束状态。如表1所示，在结束状态下，输送流体路径被阻断(过滤器332和334都被阻止接受灌注液)，并且允许灌注回路中的所有剩余灌注液经由储液器300进入废液器304。另外，泵驱动器404的操作也被中断，通气回路也可以被禁用(例如通过关闭呼吸机600和用夹子或其他合适的器具关闭气管624)。在框810中启动灌注回路排液期间，在框815中，通过注液端口340向灌注回路提供保护液(优选冷却保护液，例如PerfadexTM)。
在引入保护液之后，通过将灌注回路返回至灌注状态(从而启动泵驱动器404)可以在框820中恢复保护液的循环。此外，模块324的热交换器可以从加热功能切换到冷却功能。例如，当器官104是一个肺或一对肺时，希望将保护液的温度保持在约10摄氏度。显而易见的是，当受体患者准备好接收器官104时，可以通过重复执行框810但不执行框815或820来启动最终结束阶段。
当设备100的运行以计划外的方式(例如由于断电或部件故障)结束时，在框820，灌注回路可以通过来自操作者的输入或由于流量控制装置400的失效位置而处于紧急失效状态。框830中，如框815中所述，保护液被供应到灌注回路中。在框835中，入口312和出口316被关闭(例如用夹具或盖子等)以确保器官104内保留一些保护液。此外，框840中，可以通过保护圆盖115中的盖子(未示出)将外部保护液供应到保护圆盖115，使得器官104的外部至少部分地被保护液包围。
上文描述了设备100的部件和运行，下面将描述设备100的某些部件的结构以及这些部件的示例性布置。参照图9，示出了一次性组件108的示例性实施方式。如图9所示，一次性组件108包括支撑器官104(在托盘上，未示出)和承载保护圆盖115的壳体900。壳体900可以包括允许通过其观察储液器300的窗口904。除了一次性组件108的特定部件之外，流动控制装置400在图9中也被示出，尽管如上所述，它们优选地安装在可重复使用组件112(未示出)中，以在一次性组件108安装到可重复使用组件112时连接一次性组件108。根据下述附图，显而易见的是，流量控制装置400可以位于可重复使用组件112的三个表面200-1、200-2和200-3处。
图10A和10B分别示出了储液器300的侧视图和正视图。如图10A和10B所示，储液器300可以基于连接到储液器300的导管308的配置包括多个入口和出口。在本示例中，储液器300是柔性袋(例如由任何合适的塑料制成)，该储液器300包括连接到导管308-0的出口1004以及将储液器300连接到废液器304的出口1008，即，在图10的实施例中，导管308-0被两个不同的导管代替)。储液器300还包括用于从注液端口340或器官支架114(如图3所示)接收灌注液的入口1012。入口1016通过回水流体路径(即，从器官104回水)接收灌注液。空气逸出口1020允许空气在注液期间离开储液器300。
图11示出了流量控制装置400-3和400-5(位于底座200的表面200-1处)以及流量控制装置400-6和400-7(位于底座200的表面200-3处)的布置。同时还示出了储液器300、泵头320、白细胞过滤器332和334、注液端口340和机械接口328。在本实施例中，机械接口328承担模块324、通气回路和泵头320的连接。
图12是图11所示示例性组件的另一视图，图12示出了其余的流量控制装置400。特别地，图中所示流量控制装置400-1、400-2和400-4位于底座200的表面200-2处，而流量控制装置400-8位于底座200的表面200-1处。模块324的位置也在图12中示出。
如图13所示，可以看出，流体导管308从一次性组件108的部件出发沿着一次性组件108的一侧布线(关于流体导管的详细描述和/或位置，请参考图3中的描述)，这样可以允许成像平台1300(如X射线板)插入器官104和所述部件之间。因此，位于器官104上方(图13所示的取向)的成像装置可以捕获器官104的图像，而不受一次性组件108的内部部件的干扰。
一次性组件108的部件可以布置为提高灌注回路(如方法700的框705和710)的注液效率。如图14所示，储液器300、泵头320、白细胞过滤器332和334以及模块324的位置使得静液压梯度产生，从注液端口340(未示出，但如先前的图所示，位于器官104上方)开始，延续到储液器300的入口1012，然后延续到储液器300的出口1004和泵头320(关于入口1012和出口1004的描述，参见图10B)。尽管物理上模块324位于泵头320的上方，但由注液端口340产生的压力使得模块324部分地通过泵头320注液。另外，过滤器332和过滤器334以及模块324的其余部分可以通过上述过滤器注液流体路径(即导管308-15、308-12、308-5、308-13、308-4和308-3，如图3所示)注液。
在附图中示出的布置中，在注液过程中，通过导管308-15、308-12和308-5(如图3所示)流向白细胞过滤器332和白细胞过滤器334的液流可能不足以完全注满过滤器332和过滤器334。尤其地，过滤器332和过滤器334的输出端口(其在注液期间用作输入端)可能位于过滤器332和过滤器334的底部，注液可能因此没有足够的静液压力而不能完全地向过滤器332和过滤器334注液。因此，在本实施例中通过导管308-15、308-12和308-5(如图3所示)向过滤器332和过滤器334部分注液。过滤器332和过滤器334的注液在泵头320开始运行之后完成，以通过导管308-3、308-4和308-13(如图3所示)驱动灌注液进入过滤器332和334。显而易见的，在其他布置中，过滤器332和过滤器334可以被布置成通过流体从注液端口340注入并流经管道308-15、308-12和308-5(如图3所示)而被充分地注液。在另一些实施例中，过滤器332和过滤器334的注液可以通过单独的过滤器出口或单独的过滤器入口来实现。例如，在一些实施例中，流体可以通过导管308-15(如图3所示)从注液端口340流动到过滤器334和332的入口(即，如图14所示的过滤器的顶部)，而不是如图3所示，经由导管308-12和308-5流动到过滤器332和过滤器334的出口。
进一步地，在一些实施例中，废液器304(未示出)处于储液器300的出口1008的下方，以便在发生断电或其他故障下灌注回路中的任何流体可以依靠重力转移到废液器中。
在一些实施例中，提供了一种器官灌注设备，包括：用于连接所述器官的入口和用于连接所述器官的出口；灌注回路，包括：注液端口，配置为接收灌注液；储液器，配置为储存灌注液；多个流体导管，用于限定：连接所述储液器与所述入口的输送流体路径；连接所述储液器与所述出口的回水流体路径，所述回水流体路径独立于所述输送流体路径；连接所述注液端口与所述储液器的注液流体路径；所述注液端口和所述储液器的布置产生了从注液端口到储液器的静液压梯度。
在一些实施例中，灌注回路进一步包括：位于所述输送流体路径上的泵头模块，用于从所述储液器接收所述灌注液；所述泵头模块和储液器的布置产生了从所述储液器到所述泵头模块的静液压梯度。
在一些实施例中，灌注回路进一步包括：位于输送流体路径上所述泵头模块和所述入口之间的白细胞过滤器；用于连接所述泵头模块和所述白细胞过滤器的过滤入口的第一子组流体导管和用于连接所述白细胞过滤器的过滤出口和所述入口的第二子组流体导管；其中所述多个流体导管进一步限定了连接所述注液端口与所述过滤出口的过滤器注液流体路径。
在一些实施例中，所述过滤器注液流体路径由以下部分限定：第二子组流体导管的部分导管；以及第一注液导管，该第一注液导管连接所述注液端口和所述第二子组流体导管的所述部分导管。
在一些实施例中，灌注回路进一步包括：流量控制装置，其具有：流量控制入口，连接第一注液导管，从注液端口接收流体；第一流量控制出口，配置为输送流体到所述第二子组流体导管的所述部分导管，以及第二流量控制出口，配置为输送流体到第二子集流体导管的其余导管。
在一些实施例中，所述流量控制装置具有：第一位置，配置为仅将流体分配到所述第一流量控制出口，用于经过所述过滤器出口向所述白细胞过滤器注液；第二位置，其配置为仅将流体分配到第二流量控制出口，用于经所述入口向器官注液；以及第三位置，配置为将流体分配到第一和第二流量控制出口。
在一些实施例中，所述注液流体路径独立于所述过滤器注液流体路径。
在一些实施例中，所述注液流体路径由连接所述注液端口和所述储液器的第二注液导管限定。
在一些实施例中，灌注回路进一步包括：位于所述输送流体路径上的所述泵头模块和所述入口之间的调节模块，用于从所述泵头模块接收所述灌注液。
在一些实施例中，所述调节模块位于所述泵头模块和所述白细胞过滤器之间。
在一些实施例中，所述白细胞过滤器和所述调节模块的布置产生了从所述注液端口到所述白细胞过滤器，到所述控制模块的静液压梯度。
在一些实施例中，提供了一种运行器官灌注设备的方法，包括：将器官连接到灌注回路，所述灌注回路具有：注液端口；储液器；废液器；多个流体导管，用于限定：连接所述注液端口与所述储液器的注液流体路径；连接所述储液器与所述器官出口的回水流体路径，所述回水流体路径独立于所述输送流体路径；以及连接所述储液器与所述废液器的废液流体路径；控制多个流量控制装置，所述多个控制装置配置为选择性地阻止或允许流体在每个运行状态下经流体导管流动，所述控制包括：设定一个注液运行状态以允许流体经过注液流体路径流动；响应于设定的注液运行状态，经注液端口和注液流体路径将灌注液供应到储液器；设定一个灌注运行状态以允许灌注液经输送流体路径、器官流体路径和回水流体路径循环，同时阻止流体经过注液流体路径和废液流体路径流动；在设置灌注运行状态之后，设置流体移除运行状态以允许流体经废液流体路径流向废液器。
在一些实施例中，所述方法进一步包括：响应于预定体积的灌注液从储液器移除到废液器，设定补充运行状态允许流体经注液流体路径流动，以便能够向储液器补充另外的预定体积的灌注液。
在一些实施例中，补充运行状态进一步允许灌注液经输送流体路径、器官流体路径和回水流体路径循环，同时阻止流体经废液流体路径流动。
在一些实施例中，安装器官包括将器官连接到每个入口和出口。
在一些实施例中，所述器官可以是肺；以及将所述器官连接到所述入口包括将入口连接到器官的肺动脉；将器官连接到出口包括将出口连接到器官的肺静脉。
在一些实施例中，所述多个流体导管进一步限定了连接所述储液器和所述入口的备用输送流体路径；所述控制进一步包括：设定备用灌注状态以允许灌注液经备用输送流体路径、器官流体路径和回水流体路径循环，同时阻止流体经注液流体路径和废液流体路径流动。
在一些实施例中，所述多个流体导管进一步限定：连接所述器官支架与所述储液器的器官支架回水流体路径，以及连接所述排液口与所述废液器的器官支架废液流体路径；所述控制进一步包括：设定器官支架流体移除运行状态以允许灌注液流经器官支架废液流体路径，同时阻止流体经器官支架回水流体路径流动。
在一些实施例中，设定灌注运行状态包括启动在输送流体路径上的泵。
在一些实施例中，所述方法进一步包括设定结束运行状态以允许流体流经回水流体路径和废液流体路径，同时阻止流体经输送流体路径流动。
在一些实施例中，所述方法进一步包括：响应于将灌注液从器官排出到废液器，通过注液端口向器官供应保护液。
在一些实施例中，所述方法进一步包括关闭所述出口和所述入口。
在一些实施例中，所述方法进一步包括向器官的外部供应额外的保护液。
在一些实施例中，提供了一种结束器官灌注设备运行的方法。所述方法包括：停止灌注液在通过入口和出口连接到器官的灌注回路中的循环；将灌注液从器官排出到废液器；以及通过注液端口向器官提供保护液。
在一些实施例中，结束器官灌注设备运行的方法进一步包括关闭出口和入口。
在一些实施例中，结束器官灌注设备运行的方法进一步包括向器官供应额外的保护液。
权利要求书的范围不应该被上述实施例中阐述的具体实施例所限制，而应该被赋予与整篇说明书所一致的最宽泛的解释。