阅读说明：本技术 一种改善血液流动的透析增强型血液透析器 (Dialysis-enhanced hemodialyzer capable of improving blood flow ) 是由 丁卫平 余红亮 沈依韧 杜坤 于 2019-09-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种改善血液流动的透析增强型血液透析器,包括：透析器外壳及中空纤维管束,透析器外壳上存在血液入口接口、血液出口接口、透析液入口接口及透析液出口接口,其特点在于：透析器两端血液出入口处分别增加一块多孔圆形分流片,用于改善血液在透析器内的流动模式,分流片通过一体的支柱固定在两端透析器的头部中,分流片上有尺寸相同且均匀分布的圆孔。解决了在进行血液透析时由于现有透析器的几何结构导致的血液流动不均匀问题,通过在透析器两端血液出入口处增加多孔圆形分流片改善血液流动,使其趋于均匀,进而提高透析器的透析效率。(The invention relates to a dialysis-enhanced hemodialyzer with improved blood flow, comprising: dialyzer shell and hollow fiber tube bank, there are blood entry interface, blood export interface, dislysate entry interface and dislysate export interface on the dialyzer shell, its characteristics lie in: a porous circular splitter plate is respectively added at the blood inlet and outlet at the two ends of the dialyzer and used for improving the flow mode of blood in the dialyzer, the splitter plates are fixed in the heads of the dialyzers at the two ends through integrated support columns, and round holes which are the same in size and are uniformly distributed are arranged on the splitter plates. The problem of when carrying out hemodialysis because the blood that leads to of the geometry of current cerini dialyser cerini flows inhomogeneous is solved, improves the blood flow through increasing porous circular splitter plate in cerini dialyser cerini both ends blood access & exit department, makes it tend to evenly, and then improves the dialysis efficiency of cerini dialyser cerini.)

一种改善血液流动的透析增强型血液透析器

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种改善血液流动的透析增强型血液透析器。

背景技术

血液透析主要用于治疗终末期肾病患者，其基本原理为：将患者体内血液引流至体外，经由数千根空心纤维管组成的透析器中，血液与含机体浓度相似的电解质溶液(透析液)在空心纤维管内外通过扩散、超滤、吸附和对流原理进行物质交换，清除体内的代谢废物、维持电解质和酸碱平衡；同时清除体内过多的水分，并将净化后的血液回输至人体。作为血液透析过程中必不可少的组件，透析器决定了血液透析的效率。

透析器由外壳和内部的中空纤维管组成，血液在中空纤维管内腔流动，透析液逆向流经纤维管间区域，血液中的***溶质以扩散或对流的方式输送至透析液侧，并随透析液流出体外。透析器的效率取决于血液和透析液之间扩散过程的充分性。血液流动分布和透析液流动分布之间的不匹配会导致无效传质区域的产生，降低血液和透析液之间的扩散程度，进而导致毒素清除率的下降。血液经透析器头部血液入口流入中空纤维管内腔，再由透析柱尾部血液出口流出。透析器两端血液出入口的头部结构会影响透析柱中血液的流动分布。

目前，现有透析器几何结构导致透析器头部中央区域的血液更早流入中空纤维管中，进而导致血液在中空纤维管中呈抛物线型分布，且透析器内部中空纤维管束中央区域的血液流速远大于***区域的血液流速。血液的非均匀流动限制了透析效率的提高，延长了患者的透析时间。

为了提高透析效率，已经就中空纤维管的形状及透析器外壳几何结构等进行了相关研究。关于纤维管形状，专利文献1，CN100531871C公开了通过将卷曲正弦结构的纤维管填充进透析器外壳的方式以提高透析效率。然而，由于纤维管的柔软特性及透析液沟道流的影响，进行透析时纤维管容易发生形变，难以维持卷曲的正弦结构。此外，卷曲正弦结构的纤维管装配方法较为复杂，且将卷曲正弦结构的纤维管封装进圆形外壳的过程中纤维管容易发生形变。关于透析器外壳结构，专利文献2,CN108744102A公开了通过在透析器外壳内壁上增加减压环的方式以提高透析器的内滤过并进而提高透析器效率，其中减压环由球形凸起及弧形导流板组成。一方面，该方法使得透析器外壳结构变得较为复杂，增加了加工难度，导致透析器成本的增加。另一方面，由于球形突起的阻挡作用，可能影响纤维管束***区域靠近外壳内壁附近透析液的流动分布，该区域纤维管无法进行充分透析，进而导致该区域透析效率的下降。总之，上述文献均使得透析器结构变得更复杂，提升了制作难度，增加了透析器的生产成本。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种改善血液流动的透析增强型血液透析器，解决了在进行血液透析时由于现有透析器的几何结构导致的血液流动不均匀问题，通过在透析器两端血液出入口处增加多孔圆形分流片改善血液流动，使其趋于均匀，进而提高透析器的透析效率。

本发明解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：

一种改善血液流动的透析增强型血液透析器，包括多孔圆形分流片、透析器外壳及中空纤维管束，其中透析器外壳上存在血液入口接口、血液出口接口、透析液入口接口及透析液出口接口，其特征在于：透析器两端血液出入口处分别增加一块多孔圆形分流片，分流片通过一体的支柱固定在两端透析器头部中，分流片上存在尺寸相同且均匀分布的圆孔，所述圆形分流片用于改善血液在透析器内的流动模式。

具体来说，以上血液入口接口用于连接患者与透析器之间的血液管路，便于将患者血液在蠕动泵的驱动下通入透析器中；以上血液出口接口用于连接透析器与患者之间的血液管路，便于将去除毒素的血液回输到患者体内；以上透析液入口接口用于连接透析器与透析液容器之间的透析液管路，便于将干净的透析液在蠕动泵的驱动下通入透析器中；以上透析液出口接口用于连接透析器与透析液废液容器之间的透析液管路，便于将含有有毒物质的透析液废液排除；所述纤维管多采用圆柱形空心纤维管，管壁上存在大量小孔，血液流经空心纤维管内腔时血液中的有毒物质通过管壁上的小孔输送至纤维管外腔，随透析液流出体外；以上圆形分流片采用透析器外壳材料一体制成，分流片两侧存在若干个圆柱形支柱，将其固定在透析器端盖中。

本发明中所述的圆形分流片厚度为1-3mm，表面光滑，有利于流体流动，材质无毒且与外壳体材质相同。

本发明中所述的分流片与血液流动方向垂直，且分流片中心与血液入口端面中心对齐。分流片的阻挡作用可能导致部分血液的回流，分流片与血液入口端面对齐可以减小分流片对血液的阻挡作用，缓解血液的回流，有利于改善血液的流动。现有技术主要通过改变纤维管几何结构或透析器外壳结构以提高透析器效率，本发明通过改变透析器头部结构以改善血液流动，进而提高透析器效率，加工及装配过程较为简便。

本发明中所述的圆形分流片半径为5mm-12mm，分流片上的圆孔半径为0.5mm-2mm。分流片上的圆孔可以减小其对血液的阻挡作用，血液可以经圆孔流入纤维管，有利于进一步改善血液的流动。现有技术主要通过改变纤维管几何结构或透析器外壳结构以提高透析器效率，本发明通过改变透析器头部结构以改善血液流动，进而提高透析器效率，加工及装配过程较为简便。

本发明中所述的支柱高度为2mm-5mm。可根据分流片半径大小进行调整。当分流片半径较大时，由于透析器头部结构的限制，支柱高度较小，当分流片半径较小时，支柱高度可以适当调整。以透析器血液入口头部结构为例，当分流片半径大于8.5mm时，由于透析器头部结构的限制，血液入口一侧空间较小，分流片只能固定在靠近纤维管束一侧的位置，当分流片半径小于或等于8.5mm时，分流片可以固定在靠近血液入口一侧、纤维管束一侧或透析器头部中间的位置。当分流片固定在靠近纤维管束一侧时，纤维管束一侧支柱高度小于3.5mm，血液入口一侧支柱高度大于3.5mm，当分流片固定在靠近血液入口一侧时，血液入口一侧支柱高度小于3.5mm，纤维管束一侧支柱高度大于3.5mm，当分流片固定在透析器头部中间位置时，两侧支柱高度均为3.5mm。当分流片半径及孔隙率不变时，改变分流片两侧支柱高度可以调整分流片在透析器头部的位置，以实现更优的透析效率。

所述圆形分流片两侧支柱一一对应，高度一致或不一致。

所述圆形分流片孔隙率为0-0.5，分流片上圆孔半径为0时孔隙率为0，此时分流片为无孔分流片。

本发明在使用过程中血液流入中空纤维管束前需先流经血液入口处的圆形多孔分流片，在圆形分流片的作用下，中央区域的血液流速下降，***区域的血液流速上升，血液与透析液之间的不匹配流动得以改善，导致血液与透析液之间扩散效率的提高，达到提高透析效率的作用。本发明在提高透析器效率的同时并未引入非透析器制造材料，充分保证了透析器的安全性与合理性，分流片与支柱与透析器外壳体相同材料一体制成，不会脱落，使用安全可靠，此外，使用前只需将透析器端盖旋开，将圆形分流片放置在血液出入口中心区域并旋上端盖，圆形分流片通过两侧的圆柱形支柱固定在透析器端盖内部，使用过程中不会移动且装配方法简单。分流片上存在均匀分布的圆孔，血液既可以经圆孔进入中空纤维管束中，又可以绕过分流片，从分流片***流入中空纤维管束中，减小了血液的速度损失，弥补了由于分流片的阻挡作用导致的血液流速下降。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明的透析增强型透析器，改变透析器几何结构，在透析器两端头部增加多孔圆形分流片，改善透析器内血液流动模式，增加透析器外侧透析液与血液的接触面积，设计方法合理，可能提高透析效率，生产方法简便，装配方法简单，相应的附带生产成本可以忽略不计，适合推广应用。

(2)本发明通过在透析器两端头部增加多孔圆形分流片改善血液流动，分流片材质与透析器外壳一致，不会对血液造成污染。

(3)本发明多孔圆形分流片两侧存在若干个圆柱形支柱，可以将其固定在透析器端盖内部，装配方法简单，不会改变透析器内部结构。

(4)本发明可通过调整分流片半径、支柱高度及孔隙率达到最优的透析效果。

附图说明

图1为本发明多孔圆形分流片结构示意图；

图2为本发明在透析器头部增加多孔圆形分流片的装配示意图；

图3为本发明透析器的结构示意图；

图4分别示出了无分流片及有分流片时血液入口附近的血液速度场分布；

图5分别示出了无分流片及有分流片时的血液浓度分布及透析液浓度分布；

图6分别示出了无分流片及有分流片时血液出口处毒素浓度及清除率。

图中：1为圆形分流片，2为圆形分流片支柱，3为透析器端盖，4为透析器外壳，5为中空纤维管。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的描述。

实施例1

一种透析增强型血液透析器，如图1、图2及图3所示，设有透析器端盖3，包括血液入口及出口；透析器外壳4，包括透析液进出口；血液透析用中空纤维管5；血液进出口圆形分流片1；圆形分流片支柱2。

透析器端盖3外接于血液管路形成血液通路，透析器外壳4外接于透析液管路形成透析液通路。

进行血液透析时，需结合血液透析机使用，将该发明垂直固定在血液透析机上。以上血液入口用于连接患者与透析器之间的管路，患者血液在蠕动泵的驱动下经血液管路从血液入口端盖流入透析器内部的中空纤维管5内腔，再从血液出口端盖经多孔圆形分流片流出回到患者体内，血液进入中空纤维管前需流经多孔圆形分流片1；透析液从透析器外壳4上的透析液入口流入中空纤维管外腔，透析液流动方向与血液流动方向相反，血液中的有毒物质以扩散或对流的方式输送至透析液中，随透析液从透析液出口流出；通过超滤和渗透清除多余的水分；同时为患者补充需要的物质，纠正电解质、酸碱平衡紊乱。

本实施例中，以上圆形分流片1通过分流片两侧的圆柱形支柱固定在透析器两侧的端盖中，进行血液透析时，血液进入空心纤维管前需流经该多孔圆形分流片，由于分流片的阻挡作用，部分血液需绕过分流片，从***区域流入纤维管中，又分流片上均匀地分布着许多小孔，部分血液可以通过小孔流入纤维管中，这样既可以增大***区域的血液流速，又避免了中央区域血液流速的急剧下降，使得***区域与中央区域的血液流速趋于一致，进而提高血液与透析液之间的传质区域，达到增强血液透析效果的目的。

实施例2

一种透析增强型血液透析器，交换血液与透析液的流动区域。在实施例1中，透析液经血液入口透析器端盖3流入中空纤维管5内腔，再从血液出口端盖流出，血液从透析器外壳4上的透析液入口流入中空纤维管5外腔，血液中的有毒物质以对流或扩散的方式输送至纤维管内腔一侧，随透析液从血液出口端盖流出。

正常双向逆向流模式下，血液流经中空纤维管内腔，透析液以相反的方向流经纤维管间区域，血液在流经纤维管时，由于透析膜的生物相容性问题，血液可能与透析膜发生反应，激活凝血通路，形成血栓，导致纤维管的堵塞。本方案中，血液流经中空纤维管间区域，透析液以相反方向流经纤维管内腔，由于纤维管间的空隙远大于纤维管内径(～200μm)且纤维管间区域较小的剪切速率，有利于防止纤维管堵塞，安全性更高。

图4分别示出了无分流片及有分流片(孔隙率为0，距纤维管束一侧2mm，半径为6mm)时血液入口附近的血液速度场分布。如图4所示，血液在纤维管内腔中沿轴向流动，径向速度几乎为零，无分流片时，血液入口附近的血液流速分布并不均匀，纤维管束中央区域的血液流速远远大于***区域的血液流速；有分流片时，纤维管束中央区域血液流速下降，***区域血液流速上升，血液流速分布趋于均匀。结果表明，在透析器头部增加圆形分流片改变了透析器的几何结构，有效地改善了透析器中的血液流速分布。

图5分别示出了无分流片及有分流片(孔隙率为0，距纤维管束一侧2mm，半径为10mm)时的血液浓度分布及透析液浓度分布。如图5所示，血液中毒素浓度沿着血液流动方向逐渐下降，透析液中毒素浓度沿着透析液流动方向逐渐增加，无分流片时，血液及透析液中毒素浓度分布极不均匀，对于透析器同一截面，中央区域血液及透析液的毒素浓度远远大于***区域血液及透析液的毒素浓度；有分流片时，对于透析器同一截面，中央区域血液及透析液的毒素浓度下降，***区域血液及透析液的毒素浓度上升，毒素的浓度分布趋于均匀。结果表明，通过改善透析器中血液的流速分布有效地改善了血液及透析液的毒素浓度分布。

图6分别示出了无分流片及有分流片(孔隙率为0，距纤维管束一侧2mm，半径分别为6mm、8mm、10mm)时血液出口处毒素浓度及清除率。如图6所示，无分流片时，血液出口毒素浓度和清除率分别为322.1mol/m3和239.8ml/min；分流片半径分别为6、8和10mm时，血液出口毒素浓度分别为272.2mol/m3、267.2mol/m3和283.7mol/m3，清除率分别为272.1ml/min、272.2ml/min和270.4ml/min。结果表明，增加圆形分流片有效地改善了血液流速分布，进而改善了血液及透析液毒素的浓度分布，最终导致血液出口处毒素浓度的降低及毒素清除率的提高。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。