具有湍流混合室、回流補(bǔ)償器的流體路徑裝置組的制作方法
【專利說明】具有湍流混合室、回流補(bǔ)償器的流體路徑裝置組
[0001]發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域
[0002]在此描述的本發(fā)明涉及醫(yī)用流體遞送應(yīng)用，并且具體地涉及用于使用流體路徑裝置組將一種或多種醫(yī)用流體遞送到患者的系統(tǒng)，該流體路徑裝置組具有湍流混合室、回流補(bǔ)償器、和/或氣泡捕捉器。
[0003]相關(guān)領(lǐng)域說明
[0004]在許多醫(yī)學(xué)診斷和治療程序中，執(zhí)業(yè)醫(yī)師(如內(nèi)科醫(yī)師)給患者注入流體。近年來，已經(jīng)開發(fā)了用于流體(例如造影溶液(通常簡稱為“造影劑”))的加壓注入的多種注入器致動的針筒以及動力注入器用于在例如血管造影、計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)、超聲檢查和NMR/MRI程序中使用。通常，這些動力注入器被設(shè)計(jì)成以預(yù)置流率遞送預(yù)置量的造影劑。
[0005]血管造影術(shù)用于檢測和治療血管中的異?；蛳拗啤Ｔ谘茉煊俺绦蛑?，血管結(jié)構(gòu)的放射攝影影像是通過使用經(jīng)由導(dǎo)管注入的放射攝影用造影液而獲得的。與造影劑注入其中的靜脈或動脈流體連接的血管結(jié)構(gòu)填充有造影劑。通過感興趣區(qū)域的X射線被造影劑吸收，從而形成包含造影劑的血管結(jié)構(gòu)的放射攝影輪廓或影像。所得圖像可以顯示在例如監(jiān)測器上并且被記錄。
[0006]在典型的血管造影程序中，執(zhí)業(yè)醫(yī)師將心導(dǎo)管放置到靜脈或動脈中。導(dǎo)管連接到手動式造影劑注入機(jī)構(gòu)或自動式造影劑注入機(jī)構(gòu)。典型的手動式造影劑注入機(jī)構(gòu)包括與導(dǎo)管連接處于流體連接的針筒。流體路徑還包括例如造影劑源、沖洗液(通常是鹽水)來源以及用來測量患者血壓的壓力換能器。在典型的系統(tǒng)中，造影劑來源通過閥(例如三通旋塞閥)連接到流體路徑。鹽水來源和壓力換能器也可以通過另外的閥(同樣例如旋塞閥)連接到流體路徑。手動式造影劑注入機(jī)構(gòu)的操作者控制針筒以及每一個閥，以將鹽水或造影劑抽入針筒中并且通過導(dǎo)管連接將造影劑或鹽水注入患者。
[0007]自動造影劑注入機(jī)構(gòu)通常包括連接到一個或多個動力注入器(具有例如動力線性致動器)的針筒。通常，操作者進(jìn)入動力注入器的電子控制系統(tǒng)中對每者設(shè)置固定的造影劑和鹽水量和固定的注入速率。相比這種手動式裝置的成功使用取決于對裝置進(jìn)行操作的執(zhí)業(yè)醫(yī)師的技能的手動式設(shè)備而言，自動式造影劑注入機(jī)構(gòu)提供了改進(jìn)的控制。如在手動系統(tǒng)中，從自動式造影劑注入機(jī)構(gòu)到患者的流體路徑包括例如造影劑來源、沖洗液(通常是鹽水)來源以及用來測量患者血壓的壓力換能器。造影劑來源通過閥(例如三通旋塞閥)連接到流體路徑。鹽水來源和壓力換能器也可以通過另外的閥(同樣例如旋塞閥)連接到流體路徑。
[0008]當(dāng)注入造影劑和沖洗液時，理想的是將這兩種流體在注入該患者之前良好混合。然而，因?yàn)樵煊皠┖蜎_洗液典型地具有不同比重和粘度，使用已知混合閥(例如T-或Y-形接合件或三通旋塞閥)，這兩種溶液可能不被徹底混合。結(jié)果是，當(dāng)造影劑和沖洗液混合不得當(dāng)時，由熒光成像設(shè)備得到的圖像可能是不均勻的，由此使得血管難以清楚成像。在現(xiàn)有技術(shù)中，國際申請公開號WO 2011/125303披露了用于混合兩種類型的流體的混合裝置。該混合裝置包括第一流入口和與該第一流入口相切的第二流入口，以在該第一和第二流體接觸時產(chǎn)生旋擰流。該混合室具有向著排放口連續(xù)變窄的圓錐形狀。然而，當(dāng)引入小量的造影劑和沖洗溶液時和/或當(dāng)注入持續(xù)期很短時，現(xiàn)有溶液常常不足以促進(jìn)流體的徹底混合。此外，這種現(xiàn)有混合裝置不補(bǔ)償該造影劑或沖洗液的回流。
[0009]已知多流體注入器的另一個問題是在注入時發(fā)生流體回流，其中粘性第一流體以比粘性更小的第二流體更高的比率注入。在這樣的情景中，在建立均勻流體流動之前，以更高比率注入的粘性更大的第一流體的流體壓力作用于以更低比率注入的粘性更小的第二流體的流體壓力，以迫使該第二流體逆轉(zhuǎn)所希望的流動方向。在注入之后，壓力均衡，并且該流體注入系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)運(yùn)作，其中第一和第二注入流體以所希望的比率注入。然而，在小量注入中，穩(wěn)態(tài)操作不能在注入過程完成并且完全量的第一和第二流體被遞送之前實(shí)現(xiàn)。因此，即使第一和第二流體的所希望比率可以是80%第一注入流體比20%第二注入流體，但歸因于第一流體的回流，實(shí)際比率可能更高。這個問題隨著注入壓力的增加而進(jìn)一步復(fù)雜化。利用在含有該第一和第二注入流體的針筒下游的止回閥，僅防止針筒被回流污染，并不解決最終混合比的準(zhǔn)確度。
[0010]雖然手動式和自動式注入器在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中是已知的，但是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)仍然需要改進(jìn)的具有促進(jìn)被引入混合室中的兩種或更多種流體的湍流混合的流體路徑的流體遞送系統(tǒng)。另外，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)還希望有改進(jìn)的具有如下流體路徑的流體傳輸裝置組，該流體路徑帶有適配成徹底流體混合的混合裝置。而且，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域仍然需要用于在例如血管造影術(shù)、計(jì)算機(jī)斷層攝影術(shù)、超聲檢查和NMR/MRI的醫(yī)療程序中向患者供應(yīng)流體的改進(jìn)的醫(yī)療裝置和系統(tǒng)。
[0011]發(fā)明概述
[0012]雖然此處詳細(xì)描述了混流裝置的不同實(shí)施例，一個實(shí)施例可以包括具有與遠(yuǎn)端相對的近端的殼體、在該殼體近端提供的用于接收第一注入流體的第一流體端口、以及在該殼體近端提供的用于接收第二注入流體的第二流體端口?？梢栽跉んw內(nèi)近端與遠(yuǎn)端之間安置混合室，該混合室與該第一和第二流體端口處于流體連通，用于混合該第一和第二注入流體。可以在該殼體遠(yuǎn)端提供第三流體端口，并且該第三流體端口與該混合室處于流體連通，用于排出該第一和第二注入流體的混合溶液?？梢栽谠摶旌鲜覂?nèi)安置用于促進(jìn)該第一和第二注入流體的湍流混合的湍流誘導(dǎo)構(gòu)件。該混流裝置可以包括用于接收第三注入流體的第三流體端口。該第一流體端口和該第二流體端口可以基本上平行于該殼體的縱軸。該第一流體端口和該第二流體端口可以徑向偏移自該殼體的縱軸。
[0013]根據(jù)另一個實(shí)施例，該湍流誘導(dǎo)構(gòu)件可以包括具有至少一個偏轉(zhuǎn)構(gòu)件的流動分散裝置，該至少一個偏轉(zhuǎn)構(gòu)件延伸出該第一和第二流體端口中一個的至少一部分，該至少一個偏轉(zhuǎn)構(gòu)件用于使該第一注入流體或該第二注入流體的流體流動從基本上縱向的方向偏轉(zhuǎn)到具有徑向分量的方向。該湍流誘導(dǎo)構(gòu)件可以包括兩個偏轉(zhuǎn)構(gòu)件，其中該第一偏轉(zhuǎn)構(gòu)件延伸出該第一流體端口的至少一部分，用于使該第一注入流體相對于該混合室的縱軸徑向向外偏轉(zhuǎn)，并且其中該第二偏轉(zhuǎn)構(gòu)件延伸出該第二流體端口的至少一部分，用于使該第二注入流體相對于該混合室的縱軸徑向向外偏轉(zhuǎn)。
[0014]根據(jù)另一個實(shí)施例，該湍流誘導(dǎo)構(gòu)件可以包括具有多個旋轉(zhuǎn)葉片的至少一個渦輪葉輪，這些旋轉(zhuǎn)葉片定向?yàn)榛旧洗怪庇诹黧w流動穿過該混合室的方向，該至少一個渦輪葉輪相對于該混合室的縱軸是可旋轉(zhuǎn)的，用于在該混合室內(nèi)散射該第一和第二注入流體。
[0015]根據(jù)另一個實(shí)施例，該湍流誘導(dǎo)構(gòu)件可以包括多個混合球，這些混合球的直徑大于該第一、第二、以及第三流體端口中最小的直徑，并且其中這些混合球在該混合室內(nèi)隨著該第一和第二注入流體搖動。
[0016]根據(jù)另一個實(shí)施例，該湍流誘導(dǎo)構(gòu)件可以包括具有安置在該混合室的至少一部分內(nèi)的多個開孔元件的多孔過濾器。
[0017]根據(jù)另一個實(shí)施例，該湍流誘導(dǎo)構(gòu)件可以包括在徑向方向上跨過該混合室的一部分安置的盤，該盤具有從該盤的外部圓周徑向向內(nèi)延伸的多個凹陷以及延伸穿過該盤的中心部分的至少一個開口。
[0018]根據(jù)另一個實(shí)施例，該湍流誘導(dǎo)構(gòu)件可以包括固定在該混合室內(nèi)的管狀插入件和基本上平行于流體流動穿過該混合室的方向延伸跨過該管狀插入件的內(nèi)部的至少一個水翼元件。該至少一個水翼元件可以具有朝向該近端的前緣、朝向該遠(yuǎn)端的后緣、在該前緣和該后緣之間延伸的上弦、以及在該前緣和該后緣之間延伸的相對該上弦的下弦。
[0019]根據(jù)另一個實(shí)施例，該湍流誘導(dǎo)構(gòu)件可以包括相對于該殼體固定以限定該混合室的多個管狀流動分散構(gòu)件，這多個流動分散構(gòu)件中的每一個具有從這些流動分散構(gòu)件的內(nèi)部側(cè)壁徑向向內(nèi)延伸的多個翼。該多個翼可以圍繞每一個流動分散構(gòu)件的內(nèi)部圓周被等間距間隔開，并且其中鄰近的流動分散構(gòu)件被徑向地對齊，使得一個流動分散構(gòu)件的多個翼相對于另一個流動分散構(gòu)件的多個翼有角度地偏移。
[0020]根據(jù)另一個實(shí)施例，該湍流誘導(dǎo)構(gòu)件可以包括延伸穿過該混合室的兩個正弦流體路徑，并且其中這兩個正弦路徑在該混合室內(nèi)的多個相交點(diǎn)相交。
[0021]在另一個實(shí)施例中，該殼體可以具有在圍繞該近端與遠(yuǎn)端之間該殼體的外周邊延伸的接縫處連接在一起的第一部分和第二部分。該接縫可以包括提供在該第一部分和該第二部分中的一個上的凸起和在該第一部分和該第二部分的另一個上的用于接收該槽內(nèi)的凸起的對應(yīng)槽。該混合室可以具有螺旋側(cè)壁。
[0022]根據(jù)另一個實(shí)施例，該湍流誘導(dǎo)構(gòu)件可以包括與該第一流體端口處于流體連通的第一弓形管以及與該第二流體端口處于流體連通的第二弓形管，其中該第一和第二弓形管向著該混合室的中心軸線徑向向內(nèi)彎曲，并且其中在該第一和第二弓形管之間的接合處的流體混合受到柯恩達(dá)效應(yīng)的影響。
[0023]在另一個實(shí)施例中，流體路徑裝置組可以具有第一流體線，該第一流體線具有近端和遠(yuǎn)端，其中該第一流體線的近端與第一注入流體來源可流體連接。流體路徑裝置組還可包括第二流體線，該第二流體線具有近端和遠(yuǎn)端，其中該第二流體線的近端與第二注入流體來源可流體連接?；炝餮b置可以與在該混流裝置的近端處的第一和第二流體線的遠(yuǎn)端處于流體連通。該混流裝置可以包括具有與遠(yuǎn)端相對的近端的殼體、在該殼體近端提供的用于接收第一注入流體的第一流體端口、以及在該殼體近端提供的用于接收第二注入流體的第二流體端口?？梢栽跉んw內(nèi)近端與遠(yuǎn)端之間安置混合室，該混合室與該第一和第二流體端口處于流體連通，用于混合該第一和第二注入流體?？梢栽谠摎んw遠(yuǎn)端提供第三流體端口，并且該第三流體端口與該混合室處于流體連通，用于排出該第一和第二注入流體的混合溶液。可以在該混合室內(nèi)安置用于促進(jìn)該第一和第二注入流體的湍流混合的湍流誘導(dǎo)構(gòu)件。該混流裝置可以包括用于接收第三注入流體的第三流體端口。
[0024]根據(jù)該流體路徑裝置組的另一個實(shí)施例，該湍流誘導(dǎo)構(gòu)件可以包括具有至少一個偏轉(zhuǎn)構(gòu)件的流動分散裝置，該至少一個偏轉(zhuǎn)構(gòu)件延伸出該第一和第二流體端口中一個的至少一部分，該至少一個偏轉(zhuǎn)構(gòu)件用于使該第一注入流體或該第二注入流體的流體流動從基本上縱向的方向偏轉(zhuǎn)到具有徑向分量的方向。該湍流誘導(dǎo)構(gòu)件可以包括兩個偏轉(zhuǎn)構(gòu)件，其中該第一偏轉(zhuǎn)構(gòu)件延伸出該第一流體端口的至少一部分，用于使該第一注入流體相對于該混合室的縱軸徑向向外偏轉(zhuǎn)，并且其中該第二偏轉(zhuǎn)構(gòu)件延伸出該第二流體端口的至少一部分，用于使該第二注入流體相對于該混合室的縱軸徑向向外偏轉(zhuǎn)。
[0025]根據(jù)該流體路徑裝置組的另一個實(shí)施例，該湍流誘導(dǎo)構(gòu)件可以包括具有多個旋轉(zhuǎn)葉片的至少一個渦輪葉輪，這些旋轉(zhuǎn)葉片定向?yàn)榛旧洗怪庇诹黧w流動穿過該混合室的方向，該至少一個渦輪葉輪相對于該混合室的縱軸是可旋轉(zhuǎn)的，用于在該混合室內(nèi)散射該第一和第二注入流體。
[0026]根據(jù)該流體路徑裝置組的另一個實(shí)施例，該湍流誘導(dǎo)構(gòu)件可以包括多個混合球，這些混合球的直徑大于該第一、第二、以及第三流體端口中最小的直徑，并且其中這些混合球在該混合室內(nèi)隨著該第一和第二注入流體搖動。
[0027]根據(jù)該流體路徑裝置組的另一個實(shí)施例，該湍流誘導(dǎo)構(gòu)件可以包括具有安置在該混合室的至少一部分內(nèi)的多個開孔元件的多孔過濾器。
[0028]根據(jù)該流體路徑裝置組的另一個實(shí)施例，該湍流誘導(dǎo)構(gòu)件可以包括在徑向方向上跨過該混合室的一部分安置的盤，該盤具有從該盤的外部圓周徑向向內(nèi)延伸的多個凹陷以及延伸穿過該盤的中心部分的至少一個開口。
[0029]根據(jù)該流體路徑裝置組的另一個實(shí)施例，該湍流誘導(dǎo)構(gòu)件可以包括固定在該混合室內(nèi)的管狀插入件和基本上平行于流體流動穿過該混合室的方向延伸跨過該管狀插入件的內(nèi)部的至少一個水翼元件。該至少一個水翼元件可以具有朝向該近端的前緣、朝向該遠(yuǎn)端的后緣、在該前緣和該后緣之間延伸的上弦、以及在該前緣和該后緣之間延伸的相對該上弦的下弦。
[0030]根據(jù)該流體路徑裝置組的另一個實(shí)施例，該湍流誘導(dǎo)構(gòu)件可以包括相對于該殼體固定以限定該混合室的多個管狀流動分散構(gòu)件，這多個流動分散構(gòu)件中的每一個具有從這些流動分散構(gòu)件的內(nèi)部側(cè)壁徑向向內(nèi)延伸的多個翼。該多個翼可以圍繞每一個流動分散構(gòu)件的內(nèi)部圓周被等間距間隔開，并且其中鄰近的流動分散構(gòu)件被徑向地對齊，使得一個流動分散構(gòu)件的多個翼相對于另一個流動分散構(gòu)件的多個翼有角度地偏移。
[0031]根據(jù)另一個實(shí)施例，該湍流誘導(dǎo)構(gòu)件可以包括延伸穿過該混合室的兩個正弦流體路徑，并且其中這兩個正弦路徑在該混合室內(nèi)的多個相交點(diǎn)相交。
[0032]在該流體路徑裝置組的另一個實(shí)施例中，該混流裝置的殼體可以具有在圍繞該近端與遠(yuǎn)端之間該殼體的外周邊延伸的接縫處連接在一起的第一部分和第二部分。該接縫可以包括提供在該第一部分和該第二部分中的一個上的凸起和在該第一部分和該第二部分的另一個上的用于接收該槽內(nèi)的凸起的對應(yīng)槽。該混合室可以具有螺旋側(cè)壁。
[0033]根據(jù)該流體路徑裝置組的另一個實(shí)施例，該湍流誘導(dǎo)構(gòu)件可以包括與該第一流體端口處于流體連通的第一弓形管以及與該第二流體端口處于流體連通的第二弓形管，其中該第一和第二弓形管向著該混合室的中心軸線徑向向內(nèi)彎曲，并且其中在該第一和第二弓形管之間的接合處的流體混合受到柯恩達(dá)效應(yīng)的影響。
[0034]在另一個實(shí)施例中，混合藥物溶液的方法可以包括以下步驟:將第一注入流體遞送到混流裝置，將第二注入流體遞送到該混流裝置、在該混流裝置的混合室內(nèi)混合該第一和第二注入流體、并且從該混流裝置遞送該第一和第二注入流體的混合溶液。該混流裝置的混合室可以包括用于促進(jìn)該第一和第二注入流體的湍流混合的湍流誘導(dǎo)構(gòu)件。
[0035]根據(jù)另一個實(shí)施例，在多流體遞送系統(tǒng)中用于容量體積校正的方法可以包括:通過移動第一增壓元件減小第一可擴(kuò)張本體中的容積而增壓具有第一注入流體的第一可擴(kuò)張本體，并且通過移動第二增壓元件減小第二可擴(kuò)張本體中的體積而增壓具有第二注入流體的第二可擴(kuò)張本體。該方法可進(jìn)一步包括相對于該第二增壓元件的加速來控制該第一增壓元件的加速，作為該第一和第二加壓元件的相對速度和用于校正該第一和第二可擴(kuò)張本體的體積擴(kuò)張的容量校正因子的函數(shù)。該第一和第二增壓元件的移動可以受算法的控制。該第一可擴(kuò)張本體可被加壓至第一壓力，并且該第二可擴(kuò)張本體可以被加壓至第二壓力。在一個實(shí)施例中，該第一壓力可以高于該第二壓力。該容量校正因子可以是該第一和第二可擴(kuò)張本體的體積和該第一和第二可擴(kuò)張本體內(nèi)部的壓力的函數(shù)。該第一增壓構(gòu)件的速度可能高于該第二增壓構(gòu)件的速度。
[0036]在另一個實(shí)施例中，在多流體遞送系統(tǒng)中用于容量體積校正的方法可以包括以下步驟:通過以第一加速移動第一活塞減小第一針筒中的體積將具有第一注入流體的第一針筒增壓至第一壓力，并且通過以不同于該第一加速的第二加速移動第二活塞減小第二針筒中的體積將具有第二注入流體的第二針筒增壓至該第一壓力。該第一針筒和該第二針筒中的一個可以大于該第一針筒和該第二針筒中的另一個。相對于該第二活塞的加速，該第一活塞的加速可以是用于校正該第一和第二針筒的體積擴(kuò)張的容量校正因子的函數(shù)。該容量校正因子可以是在該第一和第二針筒中的體積和該第一壓力的函數(shù)。該方法可以進(jìn)一步包括通過移動第三活塞減少在第三針筒中的體積將具有第三注入流體的第三針筒增壓至該第一壓力。
[0037]具有湍流混合室的流體路徑裝置組的這些和其他特征和特性，連同結(jié)構(gòu)的相關(guān)元件的制造方法和功能以及零件的組合和制造的經(jīng)濟(jì)性，將在參考附圖考慮以下描述和所附權(quán)利要求書后變得更明顯，以上全部內(nèi)容形成本說明書的一部分，其中相同參考號在不同圖中表示對應(yīng)部分。但應(yīng)理解，附圖僅出于解釋和描述的目的，不是要限定本發(fā)明。如說明書和權(quán)利要求書中使用，單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”包括復(fù)數(shù)個元件，除非上下文另有清楚規(guī)定。
[0038]附圖簡要說明
[0039]圖1是根據(jù)一個實(shí)施例的流體遞送系統(tǒng)的透視圖。
[0040]圖2是根據(jù)另一個實(shí)施例的流體遞送系統(tǒng)的透視圖。
[0041]圖3是用于流體遞送系統(tǒng)的流體路徑的頂部透視圖。
[0042]圖4是根據(jù)第一實(shí)施例的混流裝置的頂部透視圖。
[0043]圖5是圖4中所示的混流裝置的分解透視圖。
[0044]圖6A是圖4中所示的該混流裝置的沿著線A-A截取的截面視圖。
[0045]圖6B是圖4中所示的該混流裝置的沿著線B-B截取的截面視圖。
[0046]圖6C是圖4中所示的該混流裝置的沿著線C-C截取的截面視圖。
[0047]圖7是根據(jù)第二實(shí)施例的混流裝置的分解透視圖。
[0048]圖8A是圖7中所示的組裝混流裝置的沿著線A-A截取的截面視圖。
[0049]圖SB是圖7中所示的組裝混流裝置的沿著線B-B截取的截面視圖。
[0050]圖SC是圖7中所示的組裝混流裝置的