本發(fā)明屬于生物人工肝技術領域，尤其涉及一種四合一式生物人工肝在線監(jiān)測與恒溫加熱一體系統(tǒng)。

背景技術：

我國是世界上肝病最嚴重的國家，每年肝衰竭新發(fā)病人數(shù)超過100萬，其中約50％肝功衰竭患者因得不到有效治療而死亡。目前肝移植為治愈肝衰竭最有效的治療手段，但由于肝臟來源困難，等待時間長，或根本沒有機會得到供肝，絕大多數(shù)病人根本沒有生存機會。因此，急需人工肝系統(tǒng)維持病人生命，等待肝移植機會，或病人自身肝恢復的機會。

生物人工肝支持系統(tǒng)，主要利用具有肝臟代謝功能的細胞群，對肝衰竭患者血液進行凈化，實現(xiàn)體外肝臟支持的功能，為肝臟再生或者等待肝臟移植贏得寶貴時間，具有重要臨床應用價值?，F(xiàn)有的生物人工肝系統(tǒng)結構大同小異，生物人工肝反應器為整個系統(tǒng)的核心部分，為細胞群提供充足的氧氣、適當?shù)臓I養(yǎng)物質及適宜的pH環(huán)境，使細胞能夠最大限度的發(fā)揮其生物活性，為實現(xiàn)高效的肝功能表達水平提供保障。

目前，已用于臨床試驗或治療的生物人工肝支持系統(tǒng)主要包括血漿分離器，氧合器及生物反應器三部分。病人血液導出體外后，首先經(jīng)血漿分離器將血漿及血細胞分離；分離出的血漿經(jīng)氧合器負荷足夠氧后進入生物反應器；在生物反應器中細胞群以血漿為基本營養(yǎng)進行物質代謝及交換；去除生物毒素后的血漿再與血漿分離器分離出血細胞混合，回輸至患者體內，實現(xiàn)體外人工肝支持功能。血漿分離器，氧合器及生物反應器三部分成本較高，操作較繁瑣，有待進一步優(yōu)化。且目前已有的生物人工肝反應器只是利用增溫器進行增溫，并不能對生物人工肝反應器進行恒溫加熱，加熱不穩(wěn)定，影響生物人工肝反應器的效率。并且，目前常用生物人工肝反應器為中空纖維型反應器，該反應器中纖維管排列緊密，纖維管間容積較小，中心部位不易裝載入細胞，易造成細胞分布不均，導致系統(tǒng)解毒性能降低，且細胞在纖維管上貼壁生長時易堵塞纖維管膜壁微孔，影響纖維管內外的物質交換，不利于肝細胞的功能與活力的長期有效維持而嚴重影響治療效果。

理想的生物人工肝系統(tǒng)應具備以下特點：系統(tǒng)簡單、操作簡便；能為細胞提供適宜代謝環(huán)境包括適宜的溶氧和pH值，保障細胞活性；灌注的細胞分布均勻，肝細胞的生長密度及活性高，細胞能與血漿充分接觸進行物質交換；能對反應器進行恒溫加熱且加熱穩(wěn)定均勻，系統(tǒng)結構簡潔，操作便捷。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種四合一式生物人工肝在線監(jiān)測與恒溫加熱一體系統(tǒng)，通過重構系統(tǒng)結構，實現(xiàn)血漿分離器、氧合器、加熱器及常規(guī)生物反應器四合為一；實現(xiàn)pH調控、恒溫加熱、細胞均勻分布并進行充分的物質交換，簡化操作，提高肝細胞的生長密度及活性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設計的四合一式生物人工肝在線監(jiān)測與恒溫加熱一體系統(tǒng)，包括順序相連的血液輸入口、血泵、動脈壺、四合一生物反應器、靜脈壺和血液回輸口；

所述四合一生物反應器四合一式生物人工肝在線監(jiān)測與恒溫加熱一體系統(tǒng)包括恒溫水箱及置于其內部的三合一生物反應器；

所述三合一生物反應器包括腔體及設置在所述腔體內的第一隔板和第二隔板；第一隔板和第二隔板將所述腔體分隔為從左到右的三個獨立空間，依次為血漿分離器、氧合器和反應器；

所述血漿分離器與所述氧合器通過器室連接管從外側將兩者內腔連通，所述器室連接管上設有分離泵；所述反應器與所述氧合器通過第二隔板上開設的連通孔將兩者內腔連通；

位于所述血漿分離器處的左側腔體上端設有血液/預充液入口，下端設有血細胞出口，所述血液/預充液入口和血細胞出口之間以設于所述血漿分離器的內部的中空纖維束連通；

位于所述氧合器處的中間部分的腔體上端設有氧氣/二氧化碳入口，所述氧合器的內部設有與所述氧氣/二氧化碳入口相連通的透氣纖維膜管；

位于所述反應器處的右側腔體上設有營養(yǎng)液/肝細胞懸浮液入口、營養(yǎng)液/肝細胞懸浮液出口及血漿/預充液出口，所述連通孔和血漿/預充液出口以設于所述反應器的內部的中空纖維膜管連通；

所述恒溫水箱包括水箱殼及設于所述水箱殼上的熱水入口和熱水出口；所述水箱殼包裹住所述三合一生物反應器，所述水箱殼上還開設有多個用于三合一生物反應器上各個出入口穿出的孔洞，且所述三合一生物反應器上各個出入口為管口，其管口外壁與所述孔洞的內壁密封連接；

所述血液/預充液入口與動脈壺的出口相連，所述血漿/預充液出口與血細胞出口一并與所述靜脈壺的入口相連。

進一步地，所述器室連接管的進液口端位于所述血漿分離器的側壁下端，出液口端位于所述氧合器的下端；所述連通孔位于第二隔板的上端。

再進一步地，所述氧合器內部沿其橫截面方向還設有用于阻隔血漿/預充液的密封支架板，所述密封支架板位于連通孔的上方；所述密封支架板上開設有多個小孔，所述透氣纖維膜管的上端卡設在小孔內，且通過密封支架板與氧合器內腔頂部形成的空間，與氧氣/二氧化碳入口相連通。

上述再進一步方案的有益效果是：通過密封支架板將透氣纖維膜管固定于氧合器內，既可以保證氧氣/二氧化碳入口與透氣纖維膜管連通，氣體不受阻隔，又能起到阻隔血漿/預充液的作用。

優(yōu)選地，所述血漿分離器內部沿其橫截面方向還設有兩個用于阻隔細胞及液體通過的聚氨酯樹脂支架板，兩個聚氨酯樹脂支架板分別位于血漿分離器上下兩端且與血漿分離器端部內腔保持距離，所述聚氨酯樹脂支架板上開設有多個通孔，所述中空纖維束的兩端分別卡設于不同聚氨酯樹脂支架板的通孔內，所述器室連接管的進液口端位于兩個聚氨酯樹脂支架板之間。設置聚氨酯樹脂支架板可以實現(xiàn)中空纖維束在血漿分離器內部均勻分布的目的，而不是將中空纖維束的端部全部塞入血液/預充液入口和血細胞出口。

進一步地，所述反應器內部沿其橫截面方向還設有兩個用于阻隔細胞及液體通過的聚氨酯樹脂支架片，兩個聚氨酯樹脂支架片分別位于反應器上下兩端且與反應器端部內腔保持距離，聚氨酯樹脂支架片上開設有多個通孔，所述中空纖維膜管的兩端分別卡設于不同聚氨酯樹脂支架片的通孔內，所述連通孔位于聚氨酯樹脂支架片的上方，營養(yǎng)液/肝細胞懸浮液入口和營養(yǎng)液/肝細胞懸浮液出口位于兩個聚氨酯樹脂支架片之間。設置聚氨酯樹脂支架片可以實現(xiàn)中空纖維膜管在反應器內部均勻分布的目的。

可選地，位于所述血漿分離器處的左側腔體在兩個所述聚氨酯樹脂支架板之間還設有與血漿分離器內腔連通的血漿分離器備用加樣入口和血漿分離器加樣出口；所述氧合器的下端設有氧合器加樣出口；所述器室連接管的進液口端與所述血漿分離器加樣出口連通；所述器室連接管的出液口端與所述氧合器加樣出口連通。

進一步地，所述血漿/預充液出口設有聚醚砜過濾膜、聚乙烯過濾膜或聚乙烯乙烯醇過濾膜，其膜厚為100μm±25μm，膜孔徑為0.5μm±0.1μm。

再進一步地，所述一體系統(tǒng)還包括用于連續(xù)在線監(jiān)測生化指標的生化監(jiān)測裝置，所述生化監(jiān)測裝置包括監(jiān)測控系統(tǒng)、信號反饋系統(tǒng)及與所述監(jiān)測控系統(tǒng)電信號連接的上游理生化指標探測頭和下游理生化指標探測頭；所述上游理生化指標探測頭設于所述血液輸入口處，所述下游理生化指標探測頭設于所述血液回輸口處。

更進一步地，所述動脈壺上、靜脈壺上、血泵與血液輸入口之間分別設有用于添加藥物或液體的支管；所述血泵與動脈壺之間設有用于注入肝素的肝素支管；所述靜脈壺與所述血液回輸口之間還設有用于監(jiān)測管路中是否有空氣的空氣監(jiān)測裝置；所述動脈壺與所述四合一生物反應器之間還設有用于加熱進入所述恒溫水箱內熱水的加熱系統(tǒng)和用于調節(jié)水溫的溫度調節(jié)系統(tǒng)。

再進一步地，所述一體系統(tǒng)還包括多個壓力檢測裝置，分別設于動脈壺上、靜脈壺上、血液輸入口與血泵之間。

本發(fā)明的有益效果是：

1、通過將傳統(tǒng)的血漿分離器、氧合器、加熱器及常規(guī)生物反應器四合為一，使生物人工肝支持系統(tǒng)結構更為簡潔，操作便捷；

2、血液進入血漿分離器后，被中空纖維束分離出的血漿依次進入氧合器和反應器，減少不必要的管路；

3、通過在氧合器的內部曲折設置有透氣纖維膜，為反應器提供足量的氧氣，同時向透氣纖維膜適時適量參入二氧化碳實現(xiàn)pH調節(jié)，維持生物反應器內較穩(wěn)定的pH環(huán)境，能為細胞提供適宜代謝環(huán)境，保障細胞活性；

4、通過恒溫水箱的作用，恒溫水箱包覆三合一生物反應器設置，使得三合一生物反應器中的細胞可以進行水浴恒溫加熱，加熱均勻，加熱穩(wěn)定性好，且節(jié)省空間，使得系統(tǒng)結構簡單；

5、通過生化監(jiān)測裝置的作用，使得系統(tǒng)能夠對生化指標、血漿或血液的壓力進行在線監(jiān)測；

6、顯著增加了肝細胞在反應器內的可貼壁面積，提高了肝細胞分布的均勻度，能夠保持良好的細胞活性，有利于肝細胞功能的最大發(fā)揮，從而達到最佳的治療效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明四合一式生物人工肝在線監(jiān)測與恒溫加熱一體系統(tǒng)的結構示意圖。

圖2為圖1中的四合一生物反應器的結構示意圖。

圖3為圖2的剖視結構示意圖。

圖4為圖3中三合一生物反應器的剖視結構示意圖。

圖中，三合一生物反應器1、血漿分離器1.1、血液/預充液入口1.1.1、血細胞出口1.1.2、血漿分離器備用加樣入口1.1.3、血漿分離器加樣出口1.1.4、氧合器1.2、氧氣/二氧化碳入口1.2.1、輸液加樣入口1.2.2、氧合器備用加樣入口1.2.3、氧合器加樣出口1.2.4、反應器1.3、營養(yǎng)液/肝細胞懸浮液入口1.3.1、營養(yǎng)液/肝細胞懸浮液出口1.3.2、血漿/預充液出口1.3.3、腔體1.4、第一隔板1.5、第二隔板1.6、恒溫水箱2、水箱殼2.1、孔洞2.1.1、熱水入口2.2、熱水出口2.3、血泵3、動脈壺4、四合一生物反應器5、靜脈壺6、血液回輸口7、中空纖維束8、透氣纖維膜管9、中空纖維膜管10、器室連接管11、連通孔12、生化監(jiān)測裝置13、監(jiān)測控系統(tǒng)13.1、信號反饋系統(tǒng)13.2、上游理生化指標探測頭13.3、下游理生化指標探測頭13.4、聚氨酯樹脂支架板14、聚氨酯樹脂支架片15、聚醚砜過濾膜16、支管17、肝素支管18、空氣監(jiān)測裝置19、壓力檢測裝置20、密封支架板21、加熱系統(tǒng)22、溫度調節(jié)系統(tǒng)23、血液輸入口24、分離泵25、微泵備用接口26。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。

如圖1、圖2、圖3、圖4所示的四合一式生物人工肝在線監(jiān)測與恒溫加熱一體系統(tǒng)，包括順序相連的血液輸入口24、血泵3、動脈壺4、四合一生物反應器5、靜脈壺6和血液回輸口7；

所述四合一生物反應器5四合一式生物人工肝在線監(jiān)測與恒溫加熱一體系統(tǒng)包括恒溫水箱2及置于其內部的三合一生物反應器1；

三合一生物反應器1包括腔體1.4及設置在腔體1.4內的第一隔板1.5和第二隔板1.6；第一隔板1.5和第二隔板1.6將腔體1.4分隔為從左到右的三個獨立空間，依次為血漿分離器1.1、氧合器1.2和反應器1.3；

血漿分離器1.1與氧合器1.2通過器室連接管11從外側將兩者內腔連通，器室連接管11上設有分離泵25；反應器1.3與氧合器1.2通過第二隔板1.6上開設的連通孔12將兩者內腔連通；

位于血漿分離器1.1處的左側腔體1.4上端設有血液/預充液入口1.1.1，下端設有血細胞出口1.1.2，血液/預充液入口1.1.1和血細胞出口1.1.2之間以設于血漿分離器1.1的內部的中空纖維束8連通；

位于氧合器1.2處的中間部分的腔體1.4上端設有氧氣/二氧化碳入口1.2.1，氧合器1.2的內部設有與氧氣/二氧化碳入口1.2.1相連通的透氣纖維膜管9；

位于反應器1.3處的右側腔體1.4上設有營養(yǎng)液/肝細胞懸浮液入口1.3.1、營養(yǎng)液/肝細胞懸浮液出口1.3.2及血漿/預充液出口1.3.3，連通孔12和血漿/預充液出口1.3.3以設于反應器1.3的內部的中空纖維膜管10連通；

恒溫水箱2包括水箱殼2.1及設于水箱殼2.1上的熱水入口2.2和熱水出口2.3；水箱殼2.1包裹住三合一生物反應器1，水箱殼2.1上還開設有多個用于三合一生物反應器1上各個出入口穿出的孔洞2.1.1，且三合一生物反應器1上各個出入口為管口，其管口外壁與孔洞2.1.1的內壁密封連接；

血液/預充液入口1.1.1與動脈壺4的出口相連，血漿/預充液出口1.3.3與血細胞出口1.1.2一并與靜脈壺6的入口相連。

器室連接管11的進液口端位于血漿分離器1.1的側壁下端，出液口端位于氧合器1.2的下端；連通孔12位于第二隔板1.6的上端。

氧合器1.2內部沿其橫截面方向還設有用于阻隔血漿/預充液的密封支架板21，密封支架板21位于連通孔12的上方；密封支架板21上開設有多個小孔，透氣纖維膜管9的上端卡設在小孔內，且通過密封支架板21與氧合器1.2內腔頂部形成的空間，與氧氣/二氧化碳入口1.2.1相連通。通過密封支架板將透氣纖維膜管固定于氧合器內，既可以保證氧氣/二氧化碳入口與透氣纖維膜管連通，氣體不受阻隔，又能起到阻隔血漿/預充液的作用。

血漿分離器1.1內部沿其橫截面方向還設有兩個用于阻隔細胞及液體通過的聚氨酯樹脂支架板14，兩個聚氨酯樹脂支架板14分別位于血漿分離器1.1上下兩端且與血漿分離器1.1端部內腔保持距離，聚氨酯樹脂支架板14上開設有多個通孔，中空纖維束8的兩端分別卡設于不同聚氨酯樹脂支架板14的通孔內，器室連接管11的進液口端位于兩個聚氨酯樹脂支架板14之間。設置聚氨酯樹脂支架板可以實現(xiàn)中空纖維束在血漿分離器內部均勻分布的目的，而不是將中空纖維束的端部全部塞入血液/預充液入口和血細胞出口。

反應器1.3內部沿其橫截面方向還設有兩個用于阻隔細胞及液體通過的聚氨酯樹脂支架片15，兩個聚氨酯樹脂支架片15分別位于反應器1.3上下兩端且與反應器1.3端部內腔保持距離，聚氨酯樹脂支架片15上開設有多個通孔，中空纖維膜管10的兩端分別卡設于不同聚氨酯樹脂支架片15的通孔內，連通孔12位于聚氨酯樹脂支架片15的上方，營養(yǎng)液/肝細胞懸浮液入口1.3.1和營養(yǎng)液/肝細胞懸浮液出口1.3.2位于兩個聚氨酯樹脂支架片15之間。設置聚氨酯樹脂支架片可以實現(xiàn)中空纖維膜管在反應器內部均勻分布的目的。

位于血漿分離器1.1處的左側腔體1.4在兩個聚氨酯樹脂支架板14之間還設有與血漿分離器1.1內腔連通的血漿分離器備用加樣入口1.1.3和血漿分離器加樣出口1.1.4；氧合器1.2的下端設有氧合器加樣出口1.2.4；器室連接管11的進液口端與血漿分離器加樣出口1.1.4連通；器室連接管11的出液口端與氧合器加樣出口1.2.4連通聚氨酯樹脂支架板14。

氧合器加樣出口1.2.4上還設有與其連通用于補給葡萄糖等營養(yǎng)物質的微泵備用接口26。

一體系統(tǒng)還包括用于連續(xù)在線監(jiān)測生化指標的生化監(jiān)測裝置13，生化監(jiān)測裝置13包括監(jiān)測控系統(tǒng)13.1、信號反饋系統(tǒng)13.2及與監(jiān)測控系統(tǒng)13.1電信號連接的上游理生化指標探測頭13.3和下游理生化指標探測頭13.4；上游理生化指標探測頭13.3設于血液輸入口24處，下游理生化指標探測頭13.4設于血液回輸口7處。

動脈壺4上、靜脈壺6上、血泵3與血液輸入口24之間分別設有用于添加藥物或液體的支管17；血泵3與動脈壺4之間設有用于注入肝素的肝素支管18；靜脈壺6與血液回輸口7之間還設有用于監(jiān)測管路中是否有空氣的空氣監(jiān)測裝置19；動脈壺4與四合一生物反應器5之間還設有用于加熱進入恒溫水箱2內熱水的加熱系統(tǒng)22和用于調節(jié)水溫的溫度調節(jié)系統(tǒng)23。

一體系統(tǒng)還包括多個壓力檢測裝置20，分別設于動脈壺4上、靜脈壺6上、血液輸入口24與血泵3之間。

位于氧合器1.2處的中間部分的腔體1.4上端還設有氧合器備用加樣入口1.2.3，氧合器備用加樣入口1.2.3與密封支架板21下方的空間相連通；位于氧合器1.2處的中間部分的腔體1.4的下端設有用于輸液加藥的輸液加樣入口1.2.2。

透氣纖維膜管9曲折設置，形狀可以是螺旋狀、蛇形狀或其他彎曲形狀，其上端與氧氣/二氧化碳入口1.2.1連通，下端為封閉端。

血漿/預充液出口1.3.3設有聚醚砜過濾膜16、聚乙烯過濾膜或聚乙烯乙烯醇過濾膜，其膜厚為100μm±25μm，膜孔徑為0.5μm±0.1μm。中空纖維膜管10

使用時，首先打開氧氣/二氧化碳入口1.2.1，然后打開血液/預充液入口1.1.1和血漿/預充液出口1.3.3，并通過血液/預充液入口1.1.1注入生理鹽水以預沖洗三合一生物反應器1；再關閉血液/預充液入口1.1.1，在無菌條件下將帶有肝細胞微載體懸液從營養(yǎng)液/肝細胞懸浮液入口1.3.1注入反應器1.3，使整個反應器1.3充滿微載體細胞懸液；隨后將急性肝衰竭豬模型的血液從血液/預充液入口1.1.1引入血漿分離器1.1，血液經(jīng)過中空纖維束8后，血細胞和部分血漿從血細胞出口1.1.2排出，剩余的血漿在分離泵25的作用下通過器室連接管11進入氧合器1.2內腔，并通過連通孔12進入反應器1.3內腔，最后經(jīng)血漿/預充液出口1.3.3排出反應器1.3；血細胞出口1.1.2排出的血細胞和部分血漿與血漿/預充液出口1.3.3排出的血漿混合后回輸至豬體內，形成一個治療循環(huán)回路。在治療過程中，氧氣/二氧化碳入口1.2.1向氧合器1.2內腔充入氣體，氣體從透氣纖維膜管9上端進入透氣纖維膜管9內，由于透氣纖維膜管9置于氧合器1.2內腔，從而在保證一定的溶氧、pH(二氧化碳調節(jié))的情況下，可以維持血漿的循環(huán)治療長達數(shù)十個小時，結束治療，Kaplan-Meier生存分析顯示此治療可以顯著延長受試動物的存活時間。

治療開始，肝衰竭病人的血液引出體外后，由血液/預充液入口1.1.1進入四合一式生物人工肝在線監(jiān)測與恒溫加熱一體系統(tǒng)，血液進入三合一生物反應器1中解毒，解毒完后經(jīng)血液回輸口7返回至患者或實驗動物體內。

治療進行中，由生化監(jiān)測裝置13利用其兩端的上游理生化指標探測頭13.3、下游理生化指標探測頭13.4分別監(jiān)測進出三合一生物反應器1的血漿中膽紅素、氨、肌酐、尿素氮、肝酶、白蛋白、血紅蛋白、紅細胞、白細胞等生化指標的變化，監(jiān)測控系統(tǒng)13.1即時獲取和處理所監(jiān)測數(shù)據(jù)，并通過信號反饋系統(tǒng)13.2對整個系統(tǒng)進行反饋以實施控制。

治療結束后，將使用過的耗材進行處理；將聚醚砜過濾膜16、血液管路等從人工肝機設備上取下且按照醫(yī)院設施的廢棄步驟予以廢棄。