專利名稱：雙級過濾筒的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及過濾裝置和方法，并尤其涉及一種過濾筒，它在一種應用中用作血液透析過濾器，在另一應用中用作生產(chǎn)無菌液的流體過濾器。
背景技術：
對于末期腎病(ESRD)最常用的治療主要由血液透析過程組成，其中要被清潔的血液在半透性薄膜一側(cè)流動，生理溶液，透析液在薄膜的另一側(cè)流動，借此血液中的毒素從一側(cè)傳送到另一側(cè)。該治療中的主驅(qū)動力是擴散作用。該過程在去除小分子量(MW，MolecularWeight)毒素如尿素和肌氨酸酐時一般是有效的。然而，該過程在去除中等范圍分子量(MW)物質(zhì)，如分子量大于約1kDa的物質(zhì)時，由于這些物質(zhì)的低擴散系數(shù)而不太有效。
血液透析過濾器在很小程度上用作治療設備。在血液透析過濾器中，擴散與過濾相結(jié)合來從血液中去除毒素。無菌、非致熱的替換液在它進入血液透析過濾筒之前或之后加入到血液中。替換液替換了在血液透析過濾過程中通過半透性薄膜過濾的血漿(plasma water)，血液透析過濾較之血液透析的優(yōu)點是使用了過濾與擴散相結(jié)合來去除毒素。由于這種結(jié)合，血液透析過濾器在通過過濾去除小分子物質(zhì)，如肌氨酸酐和尿素，以及去除更大數(shù)量的中等范圍物質(zhì)時都變得更加有效。
要使血液透析過濾變得有效，必須滿足兩個基本的需求。第一是用于需要高過濾速度以產(chǎn)生毒素高清除的患者治療透析過濾器(diafilter)。第二是用于消毒過濾器或串聯(lián)過濾器，這些過濾器能夠以連續(xù)的方式提供大容量無菌輸送液。
關于第一種需求，血液透析過濾器的技術設計狀態(tài)基本上等同于那些高流量透析器。這些過濾器由在一圓柱形外殼中的一束空心纖維組成。在血液透析過濾系統(tǒng)操作期間，替換液注射到過濾筒上游(預稀釋)或下游(后稀釋)的血液中。
使用預稀釋或后稀釋方案的透析過濾裝置具有自身的效率局限性。預稀釋方案允許用于相對不受限制的過濾，然而，由于血液在到達過濾器之前被稀釋，因此溶質(zhì)通過擴散的總質(zhì)量傳輸降低了。換句話說，去除毒素的效率要小于預期的。后稀釋方案具有保持血液濃度高的優(yōu)點，使得溶質(zhì)更有效地擴散和對流，然而，過濾時血液細胞增高的濃度以及因而更高的血液粘度，造成了可被過濾的流體量受到了限制。一般僅限于近似25％的血液流量。
對于第二種需求，血液透析過濾需要有大容量的無菌輸送液，因此，IV輸送(吊1升的鹽水袋)的標準方法不合適。通常需要改用一種以連續(xù)方式制作無菌液的方法來滿足這一需求。
有多種方法使血液透析過濾用的無菌輸送液通過一個或一系列過濾器得到過濾，以使它在輸送到病人血流之前先消毒。這些過程的過濾裝置必須去除內(nèi)毒素、細菌和其他引起發(fā)熱的化合物。如果過濾器在該過程發(fā)生故障，病人會由于不充分的過濾而發(fā)生敗血癥或發(fā)熱反應。
目前存在幾種過濾技術和裝置。例如在“國際人造器官期刊”第20卷，1997年第3期，153-157頁，D.Limido等人在“用于帶有在線制備碳酸氫納置換液的預稀釋HF的AK-100 ULTRA的臨床鑒定”一文中所描述的置換液的在線制造。Mathieu的美國專利US 4 784 768描述了另一種消毒過濾器。大多數(shù)現(xiàn)有技術方案具有關鍵性的缺陷，它們或者是依靠一個單獨的過濾器來消毒液體，或者使用兩個獨立并串聯(lián)的過濾器，會提高成本和復雜性。
對于過濾器存在這樣的需求，即能夠提供后續(xù)的消毒過濾，制造適合病人輸送的生理液體。

發(fā)明內(nèi)容
在嘗試滿足第一個需求，即提供一種適應高過濾速度的透析過濾器時，一個透析過濾器的實施例通過提供這樣一種方案來減少和/或消除了已有技術血液透析過濾裝置的缺陷，即血液在被部分或不完全透過式過濾后再稀釋。本發(fā)明的透過式過濾方案結(jié)合了預稀釋方案的優(yōu)點，如高過濾速度，和后稀釋方案的優(yōu)點，如高擴散和高對流效率。本透析過濾器可適用于結(jié)合傳統(tǒng)的透析過濾機器進行操作，包括但不限于Fresenius 4008 On-Line Plus，Gambro AK 200 Ultra。另外，該透析過濾器可用于傳統(tǒng)血液透析機，包括但不限于Fresenius 2008H，Baxter SPS 1550，Cobe Centry System 3等，這些機器經(jīng)過改進用來提供一置換液源。例如，泵或閥門可計量來自主透析液流三通管的透析液，并使其通過消毒過濾器。
當用作透過式過濾筒時，本發(fā)明具有血液和透析液輸入口和輸出口。過濾筒包括單一的外殼，例如一圓柱型外殼，該外殼覆蓋了兩個血液透析過濾級，其中第一級有一個血液輸入口，第二級有一個血液輸出口。相應地，本發(fā)明在一個單獨的圓柱型外殼內(nèi)完成了雙級透析過濾，該外殼中設置了一圓柱形空心纖維束。透析過濾器因而具有傳統(tǒng)透析器的外觀，但其兩端或端蓋的結(jié)構(gòu)卻不同于傳統(tǒng)透析器設計的結(jié)構(gòu)。第一端蓋既包括血液入口，也包括血液出口，二者由內(nèi)壁和密封件隔開，設計用來將過濾器隔離成第一透過式過濾級和第二透過式過濾級。第二端蓋用作血液/置換液混合腔，具有一用來接收替換液的輸入口。
在本發(fā)明的透析過濾器實施例中，血液輸入口和輸出口位于濾筒的第一端部。透析液出口最后也位于第一端部或其附近處。例如，在一個示范性實施例中，血液輸入口和輸出口以及透析液入口都位于過濾筒的頂部(第一端部)。主圓柱型外殼包括一束縱向的高流量半透性空心纖維，它在各端部通過封裝化合物，如聚氨酯，與透析液腔相密封。替換液入口和透析液入口位于一相對的第二端，如過濾筒底部，或其附近處。在替換液輸入口處，無菌的置換液與部分透析過濾的血液相混合。這發(fā)生在一通用頂部區(qū)域，在那里血液離開第一級的空心纖維并進入第二級的空心纖維。透析液流對于兩個過濾級是通用的，它在第一級與血液流逆流運行，并在第二級與血液流并流運行。
第一級的逆流流體保持尿毒素的最大濃度梯度，使得小分子量(MW)溶質(zhì)得到高擴散程度的清洗。本濾筒設計所必需的第二級的并流透析液流，由于在這一級對流清洗與擴散清洗相比占優(yōu)勢因而可以接受。第一級和第二級的相對過濾速度由在這兩級血液稀釋和血液濃度抵抗流過薄膜的效果所被動地控制。
在血液流過第二級的空心纖維后，血液通過位于與血液輸入口同一端的血液輸出口離開透析過濾器。
本發(fā)明的另一實施例嘗試滿足提供大容量無菌傳輸液的第二個需求。它通過在單個濾筒和單一纖維束中提供串聯(lián)(后續(xù))過濾，來致力于克服已有技術的缺陷。由于后續(xù)過濾，增加了消毒的保證和內(nèi)毒素的去除。由于單束設計，與當前技術狀態(tài)相比，也更簡化和方便了。
濾筒的消毒過濾器實施例在外觀和功能上與透過式過濾實施例類似，僅有一些不同。消毒過濾器具有一單個圓柱形外殼，其中設置一圓柱型空心纖維束。然而，對于消毒過濾器只需要一個端蓋。該端蓋是具有未消毒流體輸入口和消毒流體輸出口的雙口端蓋，兩個口由一內(nèi)壁和將過濾器分為主副過濾級的密封件所隔開。在裝置的另一端，纖維繼續(xù)由密閉在封裝化合物中的端部所包住。由于這種閉塞端的過濾結(jié)構(gòu)，就不需要第二端蓋了。
在濾筒的消毒過濾器實施例中，流體輸入口喝輸出口位于裝置的一端，如頂部。流體可以是透析液，它作為機器透析液流的一部分被排出，以便用作透析過濾治療中的置換液。在濾筒的透析過濾實施例中用作透析液口的端口在消毒過濾器實施例中通常是封閉的。在這一實施例中，它們可用于過濾器的起動、測試或消毒。
在操作中，未消毒液進入第一級(主過濾)的輸入口和纖維。由于纖維腔在另一端是是封閉的，所有流體強制性穿過薄膜過濾，并進入外殼(過濾)空間。在此實施例中的薄膜是這樣的，在過濾期間，它從流體中去除內(nèi)毒素和所有細菌，使其成為無菌輸送質(zhì)量的流體。在兩個過濾級之間通用的外殼空間類似于透析過濾實施例中的透析液腔。在通用空間中的消毒液于是后過濾進入第二級(副過濾)的纖維腔。消毒液然后在頂部輸出口離開濾筒。這一設計有利地提供了副過濾的安全性，確保了消毒，又具有傳統(tǒng)單束濾筒的便利。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將結(jié)合附圖從下面的具體描述中變得更清楚。


圖1是根據(jù)一個實施例的用作透析過濾器的單束過濾筒的橫截面示意圖；圖2是根據(jù)一個實施例的用于圖1透析過濾器的一端蓋的橫截面圖；圖3是用于圖1透析過濾器的另一種端蓋的橫截面圖；圖4是根據(jù)一個實施例用于制造無菌輸送液的單束過濾筒的橫截面示意圖；圖5是根據(jù)一個實施例用于圖4過濾筒的一端蓋的橫截面圖；圖6是根據(jù)另一個實施例用于圖4過濾筒的一端蓋的橫截面圖。
優(yōu)選實施例的具體描述參考圖1，示意性地表示了根據(jù)一個實施例的中間稀釋血液濾筒10的橫截面圖。濾筒10包括一外殼12，如將要在以下更具體描述的，它具有第一級14和第二級16。外殼12最好是圓柱形，由剛性塑料材料構(gòu)成。外殼12包括一縱向束的半透性空心纖維18，用作傳送毒素的裝置，這些毒素通過纖維18的內(nèi)腔部分從血液流中去除?？墒褂蒙虡I(yè)上針對這一目的所存在的許多半透性空心纖維18。例如，半透性空心纖維18可以是多種尺寸，可由聚合物，如聚砜構(gòu)成，或以纖維素為基。
在本發(fā)明的一個實施例中，濾筒10適于與血液透析過濾機器一起操作，如Fresenius 4008 On-Line Plus或Gambro AK 200Ultra或改進的血液透析機器，如Fresenius 2008H，Cobe CentrySystem 3或Baxter SPS 1550。
在操作時，借助于血液泵和血液線從病人傳來的血液，通過輸入口20進入濾筒10的第一級14，該輸入口20最好一體化地形成在安裝在外殼12第一端的頂蓋22上。頂蓋22具有一內(nèi)頂部空間24，實際上劃分為第一內(nèi)頂部空間安26和第二內(nèi)部頂空間28。由于頂蓋22最好為圓形，第一和第二內(nèi)部頂部頂空間26和28同樣也為圓形。在這一實施例中，第一內(nèi)頂部空間26是環(huán)繞第二內(nèi)頂部空間28的環(huán)形。
第一和第二內(nèi)頂部空間26和28通過第一封裝化合物30與濾筒10的其他部分隔開，該封裝化合物在外殼12的第一端處圍繞空心纖維18外表面形成一密封層。如所示的，頂蓋22是可拆卸型，可以螺緊在外殼12上。
內(nèi)頂部空間24通過O形環(huán)32密封于外部環(huán)境，該O形環(huán)靠著封裝化合物30進行密封。本領域技術人員可以看出，在這種結(jié)構(gòu)中頂蓋22也能永久地連接，也能通過其他方法，如扣接型結(jié)構(gòu)進行連接。
血液通過輸入口20進入第一內(nèi)頂部空間26，最好是以切線流方向進入，以便血液在從接口34處進入空心纖維18之前，能夠更均一地灌注到第一內(nèi)頂部空間26。在本實施例中，接口34是封裝化合物30的上表面。接口34最好包括一聚氨酯接口結(jié)構(gòu)。第一內(nèi)頂部空間26可通過幾種技術來與第二內(nèi)頂部空間28隔開。例如，如圖1所示，第一內(nèi)頂部空間可通過一環(huán)形壁36來與第二內(nèi)頂部空間28隔開，該環(huán)形壁將內(nèi)頂部空間24分別劃分為第一和第二空間26、28。更好地，內(nèi)壁36形成頂蓋22整體的一部分。內(nèi)壁36向內(nèi)延伸，從頂蓋22上部的內(nèi)表面朝向纖維18。要在第一和第二內(nèi)頂部空間之間提供一密封層，最好要包括一內(nèi)部O形環(huán)38。在圖示實施例中，內(nèi)部O形環(huán)38設置在內(nèi)壁36端部，內(nèi)壁在與其相對處連接到頂蓋22。當頂蓋22與接口34相接合時，內(nèi)O形環(huán)38提供一個密封作用。
根據(jù)本發(fā)明，空心纖維18的各部分分割成第一部分和第二部分，一般分別以40和42來指示。很容易看出第一纖維部分40具有多個獨立的空心纖維18，類似地，第二纖維部分42也具有多個獨立的空心纖維18。第一纖維部分40與第一內(nèi)頂部空間26流體相通，第二纖維部分42與第二內(nèi)頂部空間28流體相通。空心纖維18的分隔可通過使用多種不同技術來實現(xiàn)，包括但不限于在封裝過程之前，在外殼12的第一端處將隔離物44插入到空心纖維束18中。
在一個示范性實施例中，隔離物44是由適當材料，如塑料材料制成的環(huán)形圈形式。隔離物44將單個圓柱型空心纖維束18分割成第一纖維部分40(在此稱為外部纖維束環(huán))和第二現(xiàn)為部分42(在此稱為內(nèi)部圓柱型纖維束)。換句話說，外部纖維束環(huán)40圍繞著內(nèi)部圓柱型束42。隔離物44還可有雙重作用，用作內(nèi)部0形環(huán)38的O形環(huán)座。外部纖維束環(huán)40構(gòu)成了動脈(afterial)纖維束，內(nèi)部圓柱形纖維束42在此稱為靜脈(venous)纖維束。動脈纖維束40與第一內(nèi)項部(動脈)空間26流體相通，靜脈纖維束42與第二頂部(靜脈)空間28流體相通。
在封裝過程(potting process)期間，隔離物44可包在第一封裝化合物30中。隔離物44最好由相對非剛性塑料，如聚乙烯制成，它可以修整成與第一封裝化合物相平。
當血液通過輸入口20進入第一內(nèi)頂部空間26時，血液向下橫穿動脈纖維40的內(nèi)部，該動脈纖維設置在透析過濾發(fā)生的透析過濾器過濾空間(透析液腔)46內(nèi)。動脈纖維40的外側(cè)插入到透析液中。這產(chǎn)生了毒素的第一級血液透析過濾，即過濾和擴散，這發(fā)生在過濾空間46內(nèi)沿動脈纖維40的整個長度上。這也使得血液部分地血液透析過濾，換句話說，在這一級完成了去除血液中存在的一些毒素。在本發(fā)明的一個實施例中，血漿中的相當一部分，如大約20％-60％，隨著血液流過第一級14而得到了過濾。經(jīng)過部分血液透析過濾的血液離開動脈纖維40，進入連接到外殼12另一端的中間級頂部空間48。進入中間級頂部空間48的血液處于血液濃縮狀態(tài)，也就是說血液中的血球濃度(hematocrit)水平增加了。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，對于第一級14和第二級16通用的過濾空間46，類似于前面參考內(nèi)頂部空間24與第一封裝化合物30的隔離的描述，例如由一第二封裝化合物50來與中間級頂部空間48所隔開。
作為血液離開第一級14進入第二級16的轉(zhuǎn)換級，中間級頂部空間48具有一最好由剛性塑料材料制成的第二頂蓋54，并連接到外殼12的第二端。在這一示意圖中，第二頂蓋54是可卸除型，并通過螺紋絲杠連接到外殼12。本領域普通技術人員可以發(fā)現(xiàn)，頂蓋54可以多種方式連接，包括扣接技術。中間級頂部空間48可通過一第二O形圈56來密封于外界環(huán)境。如圖1所示，第二O形圈56設置在聚氨酯接口52和第二頂蓋54之間。
在操作中，血液通過輸入口20泵入，穿過第一內(nèi)頂部空間26，進入動脈纖維40。在輸入口20處的壓力因而高于透析過濾器其他位置的壓力。血液會自然而然地流向低壓區(qū)域，因此血液流向中間級頂部空間48。
在進入第二級16之前駐留在中間級頂部空間48的血液，由通過頂部輸入口58進入濾筒10的生理無菌溶液所稀釋。在中間級頂部空間48中的血液得到稀釋，也就是說，血液血球濃度水平降低了。
由于第二內(nèi)頂部空間28與第一級和中間級頂部空間48相比處于低壓，稀釋的血液進入設置在第二級16的靜脈纖維42，并以類似于前面參考第一級14所描述的方式，由靜脈纖維42運送到第二內(nèi)頂部空間28。進一步的血液透析過濾在沿著這些靜脈纖維的長度上發(fā)生，直至血液離開并進入第一頂蓋22的第二內(nèi)頂部空間28(靜脈空間)，并從形成在第一頂蓋22上的輸出口60離開。輸出口60代表了與透析過濾器其他位置，包括代表了最高壓力位置的輸入口20，相比較低壓力的位置，因此，稀釋的血液從中間級頂部空間48流向輸出口60。輸出口60稱為靜脈口。靜脈口60是與輸入口20同樣類型的，如標準轉(zhuǎn)動鎖定接口(standard twist lock connector)。當稀釋和部分透析過濾的血液流過靜脈纖維42，另外的毒素通過擴散和過濾從血液中去除，因而當血液釋放到第二內(nèi)頂部空間28時，血液已處于透析過濾狀態(tài)。
在本發(fā)明的一個實施例中，血液以這樣的速度通過濾筒10進行透析過濾，即，使血液血球濃度水平在通過靜脈口60離開第二級16時，基本上是與血液通過輸入口20進入第一級14時相同的水平。正如標準血液透析過程一樣，血液血球水平需要有小的變化來控制基本的完全過濾，并保持病人流體平衡。
透析液流動與連接最好與標準透析過程一樣。透析液通過透析液輸入口62，如本領域公知的標準Hansen接口進入濾筒10。本發(fā)明中的透析液灌注和流經(jīng)圍繞在空心纖維18外側(cè)的過濾空間46。透析液通過透析液出口64離開濾筒10。最好地，透析液入口62和透析液出口64是同一類型的口，例如Hansen接口。透析液泵入代表了高壓位置的入口62，同時出口64代表了低壓位置，因此透析液沿著從入口62到出口64的方向流動。
在本發(fā)明的一個實施例中，透析液沿從入口62到出口64的方向流動。由于過濾空間(透析液腔)46對于兩級是通用的，因此透析液在第一級14與血液逆流運行，在第二級16與血液并流運行。在第一級中，血液從內(nèi)頂部空間26流向第二封裝化合物50，在于封裝接口52處進入第二級16之前，流經(jīng)中間級頂部空間48，然后由于系統(tǒng)的壓差流向靜脈出口60。過濾作用從血液到透析液穿過空心纖維18(靜脈和動脈纖維40、42)的半透性壁發(fā)生。整體過濾速度是透析液輸出流和置換液輸入流的函數(shù)，其優(yōu)點是能夠遠遠大于傳統(tǒng)的后稀釋血液透析過濾所獲得的速率。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，整體過濾速度是從約25％到約85％，最好是從約40％到60％的血液流速。這些流動可通過傳統(tǒng)血液透析過濾機器中的泵進行控制。
第一和第二級14、16的相對過濾速度可由血液腔40、42與過濾空間(透析液腔)46之間的相對橫跨膜壓力(TMP)來被動地控制，它倚賴于多個因素，如各血液腔中的血液濃度，血液流速。例如，第一級14中的血液是濃縮的，更粘稠的，但是處于高壓；而第二級16中的血液是稀釋的，少粘稠的，處于低壓。隨著壓力變得穩(wěn)定，更高的相對過濾速度可在第二級16中實現(xiàn)。
在這一示意圖中濾筒10的制造類似于人造腎臟(未示出)的制造?？招睦w維18束設置在外殼12中。隔離物44插入空心纖維18的第一端。因此，緊隨著的是標準封裝技術(potting technique)，它使得封裝化合物通過透析液入口和出口62、64被插入，同時濾筒10在一離心機中旋轉(zhuǎn)以形成第一和第二封裝化合物30、50。頂蓋22、54通過許多適當?shù)募夹g來連接到外殼12，包括但不限于螺紋絲杠?？刹鹦兜捻斏w設計對于透析過濾器的再使用比較有利，它使得形成在封裝接口34和52處的凝結(jié)材料或碎片更容易被去除。透析過濾器的再生類似于標準透析器，其中血液輸入口20和輸出口60以及透析液入口和出口62、64連接到一個透析器再生機器。唯一的限制是在置換輸入口58加上了蓋子。
為了圖示的目的，根據(jù)一個實施例的濾筒10內(nèi)的血液流用箭頭66指示。
現(xiàn)在參考圖2和圖3，它們表示了隔離纖維18以及連接兩個口的頂蓋以形成兩級的另外的方法。透析過濾器的操作是相同的，僅有制造方法不同。
在圖2中，隔離環(huán)82設計帶有一空心的芯。當環(huán)82和聚氨酯30在封裝過程完成后進行修剪時，芯被打開，這樣環(huán)82中具有了一個通道。還設置了一個內(nèi)壁84，它從頂蓋86向內(nèi)延伸。在這一實施例中，內(nèi)壁84是環(huán)形的；然而，也可以是其他形狀。內(nèi)壁84具有一插進去的延伸端，該延伸端可與隔離環(huán)82的內(nèi)表面焊接或粘接。換句話說，延伸端容納在環(huán)82的通道中，用作固定和定位該延伸端。在這一示意圖中，頂蓋86也固定地連接到一外套(外殼)88上。頂蓋86粘接或焊接到外殼88的圓周環(huán)90上，以便密封內(nèi)頂部空間與外界環(huán)境。為了便于制造，內(nèi)粘接和外粘接最好同時進行。
在圖3中，頂蓋86到外殼88的連接與圖2相同。差別是在內(nèi)壁84的密封上。在這一示意圖中，內(nèi)壁84的頂端直接與封裝化合物30相密封。本領域普通技術人員可看出在這里可使用多種方法。一些例子如加熱聚氨酯直至變軟，將頂端壓入接口34，然后使聚氨酯冷卻并密封在壁84周圍；以及另外地，將一細環(huán)形環(huán)插入到封裝化合物中，然后通過粘接劑或擠壓裝配來將壁頂端密封到環(huán)面。
如圖3所示的頂部固定方法不需要封裝之前插入到纖維束中的隔離物，因為這種封裝過程很有利地是，它等同于該技術的標準透析器的封裝過程。該設計的缺陷是，另外還可用于過濾血液的纖維的小環(huán)形環(huán)被內(nèi)壁84所密封。這些纖維基本上是未使用過的纖維。
參考圖4，它示意性地表示了用作根據(jù)一個實施例的消毒過濾器濾筒110的橫截面圖。該濾筒設計類似于透析過濾器實施例，除了端部構(gòu)造不同以外。
濾筒110包括一外殼112，它具有一初始過濾級114，和一后續(xù)過濾級116。正如在透析過濾器實施例中的，外殼112最好是圓柱型，并包含一縱向半透性空心纖維118束。如前所述，纖維118有多種尺寸，可由多種不同材料構(gòu)成。纖維118用作從引入的流體中過濾出細菌和內(nèi)毒素的裝置，并產(chǎn)生無菌輸送質(zhì)量的流體。濾筒110可在任何需要無菌液的應用中使用，包括指定為僅僅是示范性應用的在線血液透析過濾。
在操作中，生理液，如透析液通過輸入口120進入初始過濾級114，該輸入口最好是一體化地形成在安裝在外殼112第一端的頂蓋122上。輸入口120可以是任何適當類型的流體連接口。一次安裝的頂蓋122分成兩個內(nèi)頂部空間，基本內(nèi)頂部空間126和二級內(nèi)頂部空間128?；竞投夗敳靠臻g126、128在這一實施例中都假定為半圓形，分別與初始過濾級114和后續(xù)過濾級116相連?；竞投夗敳靠臻g126、128并不限于半圓形，相反這些空間126、128可以假定許多不同形狀。例如，本領域普通技術人員可以看出消毒過濾器實施例中的纖維束可劃分為環(huán)形級而不是半圓級。這會影響中心級的形成。各級的形狀對于消毒過濾器的性能影響并不嚴重；因此可以使用多種形狀。
內(nèi)頂部空間126、128由第一封裝化合物130與濾筒110的過濾空間124相隔離，該封裝化合物密封在纖維118外側(cè)和外殼112那端部的周圍。
如所示的，頂蓋122通過焊接或粘接到外殼外側(cè)的圓周環(huán)132來固定連接到外殼112上。這種粘接為內(nèi)頂部空間126、128提供了與外界環(huán)境的一種密封。本領域普通技術人員可以看出從頂部122到外殼112的持久連接可以用多種方式來完成。還可以看出頂部能類似于圖1透析過濾器實施例所示意的，用O形環(huán)密封件以可拆卸的形式來進行連接。然而，本領域普通技術人員也能看出不與血液一起使用的消毒過濾器并不需要一個可拆卸的頂蓋。
在所示實施例中，將內(nèi)頂部空間彼此隔離開來的密封件也可作為與外界環(huán)境的第二密封層。如圖所示，頂蓋122具有兩個一體化形成的，橫跨頂蓋122橫截面的內(nèi)壁136。在兩個壁136之間的是開口槽134，它也橫跨過頂蓋122的橫截面，并向外界開放。當內(nèi)壁136的末端以粘接或焊接或其他方式連接到一兩腔纖維隔離肋138時，各內(nèi)頂部空間126、128既密封于外界，也彼此密封。隔離肋138跨過外殼112的橫截面延伸。正如圖1的透析過濾器的隔離環(huán)44一樣，隔離肋138起到雙重目的。在封裝之前肋138將空心纖維118分割成第一纖維部分140和第二纖維部分142。在封裝之后肋138通過聚氨酯進行修剪從而開出兩個通道，這兩個通道用作內(nèi)頂部空間126、128的壁136的密封點。
未消毒生理液通過入口120泵入，進入第一頂部空間126，在那里它通過封裝接口144進入第一部分140的纖維118。由于液體在壓力下泵入入口120，因而入口120是高壓位置。第一纖維部分140構(gòu)成了初始過濾級114。流體流入纖維118，該纖維有效地從液體中去除了細菌和內(nèi)毒素。由于空心纖維118相對的端部由第二封裝化合物146所密封，所有液體被迫穿過纖維薄膜。在第一纖維部分140流動的液體由于存在的壓差而被引導穿過纖維薄膜，其中圍繞第一纖維部分140纖維的區(qū)域與第一部分140纖維118內(nèi)側(cè)的壓力相比，處于低壓。
現(xiàn)在消毒過濾后的液體駐留在圍繞著空心纖維118的內(nèi)殼空間124中。該空間124類似于圖1透析過濾器實施例的透析液腔。然而，在消毒過濾器操作期間，外殼口148保持密封以防止無菌液與外界的任何交流。在空間124內(nèi)的壓力于是將液體移到第二部分142的纖維118中。液體穿過這些纖維118的薄膜進入纖維內(nèi)腔，進行二次過濾。這樣第二過濾部分142構(gòu)成了后續(xù)過濾級116。
兩次過濾的無菌液然后離開，進入第二內(nèi)頂部空間128，再從頂部輸出口150輸出。輸出口150處于比過濾器其他位置都更低的壓力，因而使得液體按前述流動通道流動，即讓進入第一部分140纖維118的流體被引導穿過兩個獨立的纖維膜，以便流入第二內(nèi)頂部空間128，并最終穿過輸出口150。輸出口150可以是任何容易適用IV輸送裝置的類型(例如luer口)。消毒濾筒中液體的大體流動用箭頭152來表示。實線箭頭表示內(nèi)腔液體流動，同時虛線箭頭表示兩級之間的流動。
內(nèi)壁136和隔離肋138也可由本領域普通技術人員以多種不同方式來配置。然而，如圖4所示，本設計具有一特別安全的特征。在未消毒的輸入液腔126和無菌液輸出腔128這兩個腔的頂蓋處，一潛在的危險是兩腔間流體的分支，可能會對輸出流具有潛在的污染。這不僅能通過隔離各腔的兩個明顯的密封件，而且可以通過開口槽134的兩個密封件的存在，來得到減輕。如果兩種密封都損壞了，可以看出液體會退出開口槽134，這是最小阻力的一條通路，而不是可能地傳送到另一腔。
在過濾器正常運作時被密封的外殼口148可以用于起動和測試?？?48可以是用來進行防漏連接的任何適當?shù)念愋?，包括透析過濾器實施例中的Hansen口。在起動加注操作中，無菌液泵入口148，在那里它將迫使空氣排出過濾腔124和纖維腔118，并最終離開兩個頂部口120和150。盡管通過輸入口120的起動加注由于纖維118在其一端被堵住，而導致纖維118中存在有夾入的空氣，這種設計仍是一套有利的方法。多個口用來檢測纖維的泄漏，例如執(zhí)行空氣壓力衰減測試。通過將空氣泵入過濾腔124，人們可以同時有效地對兩個過濾級114和116的纖維118進行測試。
現(xiàn)在將注意力轉(zhuǎn)向圖5和圖6，它們表示了用于將頂蓋連接到外殼端的兩種輔助設計。本領域普通技術人員可以看出還可以使用其他的一些方法。
圖5表示了具有一單通道芯而不是圖4所示雙通道的一個隔離肋162。因此，頂蓋164的內(nèi)壁端166只是在其外側(cè)表面粘接到隔離肋162。在其內(nèi)部通道面168沒有粘接。
圖6表示了不具有隔離肋的結(jié)構(gòu)。因此，封裝過程得到了簡化，同樣一標準透析器也得到了簡化。頂蓋174的內(nèi)壁172的末端設計成使它們可以直接密封到聚氨酯130中。正如在透析過濾器實施例中一樣，可以采用多種方法來實現(xiàn)密封，包括在接口144出加熱聚氨酯直至變軟，然后將末端壓入其中，以及將通道插入到封裝化合物130中，通過焊接或擠壓裝配來密封末端。通過這兩種技術，沿著中央隔離線的一些纖維，包括開口槽134處的，都會被密封而不用于過濾。
本領域普通技術人員可以看出，本發(fā)明并不限于參考附圖所描述的實施例。本發(fā)明僅由下面的權(quán)利要求書來限定。
權(quán)利要求
1.在包括置換液源和血液透析機的血液透析系統(tǒng)中，一個血液透析過濾濾筒，包括外殼，包括一接收血液的血液入口，排出透析過濾后血液的血液出口，用于接收透析液的透析液入口，以及用于排出透析液的透析液出口，外殼還進一步包括多個半透性過濾元件；用于將外殼劃分為第一血液透析過濾級和第二血液透析過濾級的部件，與第一級相連的多個半透性過濾元件的第一部分，以及與第二級相連的多個半透性過濾元件的第二部分，僅與第一級流體相通的血液入口，同時血液出口僅與第二級流體相通；以及中間級部分，用于在第一級和第二級之間提供流體連通，中間級部分包括一接收置換液的入口，其中，進入血液入口的血液在流出到中間級部分之前，隨著其在第一級的半透性過濾元件中流動而得到部分地透析過濾，在中間級部分，血液與置換液混合以形成血液/置換液混合物，然后該混合物在第二級的半透性過濾元件中流動，發(fā)生進一步的透析過濾。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，血液在第一級的第一方向流動，在第二級的第二方向流動。
3.權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中，透析液在相對于第一和第二級的第二方向流動。
4.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，外殼包括設置在濾筒第一端的、可分離的第一頂蓋，該部件包括形成為第一頂蓋一部分的內(nèi)壁，內(nèi)壁將第一頂蓋劃分為第一和第二內(nèi)頂部空間。
5.權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中，第一頂蓋包括與第一內(nèi)頂部空間流體相通的血液入口。
6.權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中，第一內(nèi)頂部空間僅與第一級過濾元件流體相通，第二內(nèi)頂部空間僅與第二級過濾元件流體相通。
7.權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中，該部件包括一將多個過濾元件劃分為第一和第二級的隔離物。
8.權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中，隔離物包括一設置在第一封裝化合物中的環(huán)形環(huán)，位于多個過濾元件接近血液入口和血液出口的第一端處。
9.權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中，內(nèi)壁與隔離物是對準的。
10.權(quán)利要求7的系統(tǒng)，進一步包括設置在內(nèi)壁和隔離物之間的O形環(huán)，用來密封第一內(nèi)頂部空間和第二內(nèi)頂部空間。
11.權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中，隔離物包括形成在其中的一個通道，內(nèi)壁具有一末梢端部分在通道內(nèi)連接到隔離物。
12.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進一步包括在其第一端處圍繞多個過濾元件的第一封裝化合物(potting compound)，其中該部件包括連接到外殼第一端的第一頂蓋內(nèi)壁，內(nèi)壁的末梢端部分設置在第一封裝化合物內(nèi)，以便將多個過濾元件劃分為第一和第二級。
13.權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中，在第一頂蓋中形成有血液出口，以便僅與第二內(nèi)頂部空間流體相通。
14.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進一步包括一設置在多個過濾元件一端的第二頂蓋，以便部分地構(gòu)成中間級連接器，第二頂蓋具有在其中形成的置換液入口。
15.權(quán)利要求14的系統(tǒng)，進一步包括在多個過濾元件一端處的第二封裝化合物，第二封裝化合物允許各過濾元件與中間級部分流體相通。
16.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進一步包括通過覆蓋和圍繞第一和第二級的過濾元件所構(gòu)成的透析液腔，透析液入口和出口與透析液腔流體相通。
17.在包括置換液源和血液透析機以及血液透析過濾濾筒的血液透析系統(tǒng)中，濾筒包括外殼，包括一接收血液的血液入口，排出透析過濾后血液的血液出口，用于接收透析液的透析液入口，以及用于排出透析液的透析液出口；一部件，用于將外殼劃分為第一血液透析過濾級和第二血液透析過濾級，其中該部件只允許血液入口與第一級流體相通，同時阻止血液入口與第二級之間的流體連通，血液出口只與第二級流體相通；第一過濾元件，只與第一級相連；第二過濾元件，只與第二級相連；中間級部分，用于提供第一級和第二級之間的流體連通，中間級部分包括用于接收置換液的入口，其中進入血液入口的血液在流出到中間級部分之前，在第一級中得到部分的透析過濾，在中間級部分，血液與置換液混合以形成血液/置換液混合物，然后該混合物在第二級內(nèi)流動，在透析過濾的血液通過血液出口排出之前，發(fā)生進一步的透析過濾。
18.雙級血液透析過濾濾筒，該濾筒包括外殼，具有透析液入口和透析液出口；將外殼劃分為第一血液透析過濾級和第二血液透析過濾級的部件，第一血液透析過濾級通過血液入口接收血液，該部件阻止了進入血液入口的血液與第二級的流體連通；中間級部分，用于在第一級和第二級之間提供流體連通，中間級部分包括一接收置換液的入口，其中，從第一級進入中間級部分的血液具有第一毒素濃度，血液在中間級與置換液相混合以形成血液/置換液混合物，該混合物然后在第二級流動，第二級具有一血液出口，具有第二毒素濃度的血液通過該血液出口排出，第一毒素濃度要大于第二毒素濃度；以及其中，透析液流在第一級與血液流逆流，在第二級與血液流并流。
19.權(quán)利要求18的雙級濾筒，其中，外殼包括與第一級相連的第一半透性過濾元件，和與第二級相連的第二半透性過濾元件。
20.權(quán)利要求18的雙級濾筒，其中，外殼包括設置在濾筒第一端的第一頂蓋，該部件包括形成為第一頂蓋一部分的內(nèi)壁，內(nèi)壁將第一頂蓋劃分為第一和第二內(nèi)頂部空間，血液入口僅與第一內(nèi)頂部空間流體相通，同時血液出口僅與第二內(nèi)頂部空間相通。
21.權(quán)利要求20的雙級濾筒，其中，第一內(nèi)頂部空間僅與第一半透性過濾元件流體相通，第二內(nèi)頂部空間僅與第二半透性過濾元件流體相通。
22.權(quán)利要求20的雙級濾筒，其中，該部件包括將多個過濾元件劃分為第一級和第二級的隔離物，隔離物與內(nèi)壁配合以便構(gòu)成第一級和第二級。
23.權(quán)利要求19的雙級濾筒，其中，血液在各第一級和第二級得到透析過濾，其是通過穿過第一和第二半透性過濾元件的毒素的擴散，以及穿過第一和第二半透性過濾元件的流體傳導進行的。
24.一雙級過濾濾筒，包括外殼，具有包括第一半透性過濾元件的第一消毒級，和包括第二半透性過濾元件的第二消毒級，外殼具有第一端和第二端，第一端包括流體輸入口和流體輸出口，以及將外殼劃分為第一消毒級和第二消毒級的部件，半透性過濾元件的第一端接近外殼的第一端，半透性過濾元件的第二端接近外殼的第二端，流體輸入口僅與第一消毒級流體相通，同時流體輸出口僅與第二消毒級流體相通，其中第一和第二半透性過濾元件在外殼的第二端被密封，以便使進入流體輸入口的流體在第一半透性過濾元件的內(nèi)腔部分內(nèi)流動，然后通過穿過第一半透性過濾元件的傳導得到過濾，接下去通過穿過第二半透性過濾元件、進入第二半透性過濾元件內(nèi)腔的傳導，在通過流體輸出口流出之前得到再次過濾。
25.權(quán)利要求24的雙級過濾濾筒，其中，外殼的第一端包括一頂蓋，在該頂蓋和第一、第二半透性過濾元件的第一端之間具有一內(nèi)頂部空間，該部件包括形成為頂蓋一部分的內(nèi)部隔離物，將內(nèi)頂部空間劃分為第一內(nèi)頂部空間和第二內(nèi)頂部空間，流體輸入口僅與第一內(nèi)頂部空間流體相通，同時流體輸出口僅與第二內(nèi)頂部空間流體相通。
26.權(quán)利要求25的雙級過濾濾筒，其中，第一和第二內(nèi)頂部空間都為半圓形。
27.權(quán)利要求25的雙級過濾濾筒，其中，內(nèi)部隔離物包含一對穿過外殼在橫截面上延伸的隔開的內(nèi)壁，一個內(nèi)壁限定了第一內(nèi)頂部空間，另一個內(nèi)壁限定了第二內(nèi)頂部空間。
28.權(quán)利要求24的雙級過濾濾筒，其中，該部件包括一設置在半透性過濾元件的第一端處的隔離肋，以便將半透性過濾元件劃分為第一和第二半透性元件。
29.權(quán)利要求25的雙級過濾濾筒，進一步包括設置在第一和第二半透性過濾元件的第一端處的第一封裝化合物，第一封裝化合物允許在第一內(nèi)頂部空間和第一半透性過濾元件之間的流體連通，以及在第二內(nèi)頂部空間和第二半透性過濾元件之間的流體連通。
30.權(quán)利要求24的雙級過濾濾筒，進一步包括在第一和第二半透性過濾元件的第二端處的第二封裝化合物，用于密封那里的第二端。
31.權(quán)利要求24的雙級過濾濾筒，其中流體都是在外殼的第一端進入第一級并從第二級排出。
32.權(quán)利要求24的雙級過濾濾筒，其中第一消毒級與第二消毒級各自獨立，這樣第二消毒級成為后續(xù)消毒級，流體在各級得到完全的過濾。
33.一種血液透析過濾的方法，包括步驟接收血液入流；在第一級透析過濾所述血液入流，提供部分透析過濾的血液出流；混合所述部分透析過濾的血液出流和置換液，以提供血液/置換液流體混合物；以及在第二級透析過濾所述血液/置換液流體混合物，其中第一和第二級都包括在一個單獨的濾筒外殼中。
34.一種血液透析過濾的方法，包括步驟接收血液入流；在第一級透析過濾所述血液入流，提供具有第一毒素濃度的血液出流；在中間級部分將所述部分透析過濾的血液出流與置換液相混合以提供血液/置換液混合物；在第二級透析過濾所述血液/置換液混合物，以產(chǎn)生具有第二毒素濃度的血液，第一濃度要大于第二濃度，其中透析液對于第一和第二級是通用的。
35.權(quán)利要求34的方法，進一步包括步驟提供雙級濾筒，該濾筒在第一端具有血液入口，用來接收血液入流，在第二端具有中間級連接器，其中透析液在第一級與血液流逆流流動，在第二級與血液流并流流動。
36.一種過濾流體的方法，包括在雙級過濾濾筒的輸入口接收一流體；使流體通過第一過濾元件的內(nèi)腔部分；使流體穿過第一過濾元件進入外殼的內(nèi)腔；使流體穿過第二過濾元件進入其內(nèi)腔部分；以及使流體通過第二過濾元件的內(nèi)腔部分，到達輸出口，通過輸出口流體被排出，其中輸入口和輸出口都在雙級濾筒的同一端，第一和第二過濾元件都包括開口端和封閉端，封閉端都在雙級濾筒的同一端。
37.權(quán)利要求36的方法，其中至少一部分流體在第一過濾元件的第一方向流動，至少一部分流體在第二過濾元件的第二方向流動，第一和第二方向是彼此相對的。
全文摘要
提供了一種雙級過濾濾筒(10)。濾筒(10)可作為中間稀釋血液透析過濾濾筒或后續(xù)消毒過濾濾筒。濾筒(10)包括具有第一端和相對的第二端的外殼(12)。外殼(12)在濾筒(10)的第一端具有初始的流體入口(20)和出口(60)。外殼(12)還劃分為第一和第二過濾級(14，16)，第一過濾級(14)包括設置在外殼(12)第一端和第二端之間的第一過濾元件(40)。第二過濾級(16)包括設置在外殼(12)第一端和第二端之間的第二過濾元件(42)，流體出口(64)在第一端與第二過濾元件相通。
文檔編號B01D63/04GK1471423SQ01818193
公開日2004年1月28日 申請日期2001年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月30日
發(fā)明者格雷戈里·R·柯林斯, 格雷戈里 R 柯林斯, 薩默頓, 詹姆斯·薩默頓, 斯彭斯, 愛德華·斯彭斯 申請人:尼弗茹斯公司