專利名稱：血液加熱裝置的制作方法
背景技術：
本發(fā)明總體上涉及一種構成一個流體加熱裝置一部分并形成供流體在該裝置內(nèi)流通的密封通道的組件，更具體地講，涉及一種用在用于在受控制的溫度條件下對諸如全血的親代流體進行加熱以適用于輸血過程等的裝置上的組件。
通常，是在大約4℃的冷凍條件下貯存全血，以便能長時間保存全血的質(zhì)量。當需要把這種血輸入患者體內(nèi)時，必須將其加熱到37℃左右的人體溫度，以避可能出現(xiàn)的低溫以及隨之而來的心里纖維性顫動和心臟收縮的危險。另一方面，如果在加熱過程中讓血液溫度升的太高，則會使血液凝固或變質(zhì)。
對于很多手術過程來說，為用于該手術過程而必須加熱的血液量可以有很大波動。如果對足于應付一切預計情形的量的血液進行加熱，則有可能不會把所有加熱的血液都用掉，導致剩余血液的浪費，因為這種血液通常不能再被冷凍。另外，對于事故受害者或其它急救病例來說，對輸血所需的大量血液加熱所需的時間可能成為關鍵因素。
為了加熱大量血液，可以在血液從貯存裝置流入患者體內(nèi)時對其進行加熱。不過，對于諸多手術狀態(tài)及過程來說，需要的流速是不同的。事實上，在同一次手術的過程中，血液的流速也可能有很大差異。例如，在手術過程中患者可能會突然出血，所以流入患者體內(nèi)的血液必須急劇增加。而在停止出血后，血流會急劇減少。
因此，希望能夠可控制地加熱多種不同流速的流體，如血液，然后以大致恒定的理想溫度將該流體輸入患者體內(nèi)。另外，如果該流體有一個溫度上限，則在加熱時不會發(fā)生過熱并破壞該流體。
另外，希望提供一種裝置，該裝置的操作沒有過高的復雜性，并具有一個能將流體精確加熱至理想的出口溫度的控制系統(tǒng)。
還希望提供一種用于加熱流體的裝置，該裝置采用了安全裝置，以避免因所述操縱系統(tǒng)失靈而導致的過分加熱。另外，流體被加熱的溫度應當便于操作人員及其它相關人員了解。
而且，希望提供一種血液加熱裝置，該裝置可簡化在使用時的一切調(diào)試及操作監(jiān)視，從而降低借用的可能性。
由于存在向身體注射受污染的流體會引起疾病傳播的危險，非常重要的是，任何流體加熱器都不允許污染流體。通常，在血液加熱器上采用諸如包括一次性管或袋在內(nèi)的一次性元件的組件。在流體流經(jīng)加熱器時，該元件完全容納該流體。
理想的是，所有一次性元件都便于與該加熱器的“非一次性元件”一起使用。另外，如果該一次性元件是大致如上文所述加熱器的一個元件的話，該元件應當能夠付不同的流速，而且不會破壞該加熱器的性能。此外，所有一次性元件均應有一個小的原始體積、以減少浪費。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于流體加熱的改進裝置或設備。一個相關的目的是提供這樣一種裝置，它特別適用于加熱在手術中使用的諸如全血的冷凍親代流體。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種改進的流體加熱裝置，用于將各種流速的血液及其它親代流體加熱至大致恒定的溫度。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種改進的流體加熱裝置，該裝置便于操作，且只需少量操作人員監(jiān)視。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種改進的流體加熱裝置，該裝置只需極少的調(diào)試時間。而且，理想的是該調(diào)試過程可以高效、安全地實現(xiàn)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種改進的流體加熱裝置，其中，在加熱過程中該裝置上與流體接觸的元件是一次性的。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種一次性元件，該元件被設計成能與所述改進的加熱裝置的非一次性元件的操作性能結合。一個相關目的是提供這樣一種一次性元件，該元件可適應多種不同的流速，而且不會破壞該改進的加熱裝置的操作性能。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種采用了小的原始體積的一次性元件。一個相關目的是，該一次性元件有利于與非一次性元件的正確的操作結合。
發(fā)明概述相應地，提供了一種構成用于加熱流體流的裝置一部分的組件。該裝置可以在很寬的或不同的流速范圍內(nèi)對流體進行受控制的加熱。該裝置的一種優(yōu)選一次性組件能適應不同的流速。
該裝置包括一個加熱座，該加熱座具有一個構成一個軸線的大致為長形的受熱心軸。該受熱心軸外表面的至少一部分是由高導熱性材料制成，其形狀為可滑動地接收所述組件，以便該心軸主要通過傳熱加熱流經(jīng)該組件的流體。導熱接觸主要存在于所述心軸與組件之間。
所述組件包括一個外部限制器，一個袋與該限制器連接，并沿該限制器內(nèi)表面放置。該袋有一個分別與連接管連接的入口和出口。該袋優(yōu)選包括一對相互連接的側(cè)壁，以便形成供流體在所述入口與出口之間流動用的層狀密封通道。當該組件環(huán)繞該心軸設置時，所述層狀通道大致沿該心軸表面周向延伸。
將所述組件和心軸設計成可相對該心軸調(diào)節(jié)該組件，使通過所述袋的通道呈希望的形狀。更具體地講，由所述外部限制器的內(nèi)表面和該心軸的外表面托住并約束所述側(cè)壁，以便在入口與出口之間形成理想形狀的、不受限制的層狀流。當流體流過該途徑時對其進行受控制的加熱。
另外，將該組件和心軸，設計成沿該心軸表面產(chǎn)生理想的流速分布。該理想的流速分布與沿該心軸表面的加熱分布相互作用，以改善流體加熱，而不會出現(xiàn)局部熱點，熱點的流體溫度可能會超過其上限。
該裝置還包括一個控制輸入所述流動流體的熱量的系統(tǒng)。根據(jù)溫度傳感器的輸入，該控制系統(tǒng)可以改變熱量的輸入，以便把流體加熱到理想的出口溫度，而不會對該流體的任何部分過分加熱。理想的是，該控制系統(tǒng)還能控制熱量輸入，以補償可變的流速。
附圖的簡要說明

圖1是包括本發(fā)明的組件的流體加熱裝置的一種優(yōu)選實施方案的局部剖開的分解透視圖；圖1a是構成圖1所示流體加熱裝置一部分的夾具的透視圖；圖2是圖1所示流體加熱裝置的側(cè)剖視圖；圖3是構成圖1所示流體加熱裝置一部分的一個組件的支座部分的放大了的剖視圖；圖4是構成圖1所示裝置一部分的電氣系統(tǒng)的功能性框圖；圖5是圖1所示加熱裝置的控制板的正視圖；圖6是構成圖1所示裝置一部分的封套的平面圖，示出的是其展開狀態(tài)；和圖7是構成圖1所示裝置一部分的一種可連接組件的正視圖。
對優(yōu)選實施方案的說明參見圖1，包括本發(fā)明組件的流體加熱裝置，特別是為加熱血液而設計的一種優(yōu)選實施方案總體上用10表示。加熱器10包括一個總體上用12表示的加熱裝置，該加熱裝置對流經(jīng)由結合的、總體上用14表示的組件形成的密封流通途徑的流體進行可控制地加熱，組件14優(yōu)選為一次性的并可以去掉。加熱裝置12有一個與底座18連接的加熱芯16，由底座18罩住如圖4所示控制系統(tǒng)20的一部分。
再參見圖2，加熱芯16有一個心軸24，該心軸由諸如鋁之類的高導熱性材料構成。由一個做成片狀的加熱器26為心軸24供熱，該加熱器與心軸內(nèi)表面28成傳熱接觸。優(yōu)選將內(nèi)表面28做成形成一個跨過心軸24高度的筒形腔30，并形成一個軸線34，使加熱器至少在所述腔的一部分，優(yōu)選其大部分上延伸。
將心軸24的外表面36做成有利于一次性組件14繞心軸的可除去的包封定位。正如將要討論的，組件14相對芯軸24的正確定位對于加熱裝置10最佳性能的實現(xiàn)來說是十分重要的。將心軸24外表面36和組件14做成互補的截頭錐形。理想的是將表面36設計成能形成相對垂直參照線43的小的傾斜度。
可連接的組件組件14包括一個外部限制器40，和一個內(nèi)部袋或封套44，在流體流經(jīng)裝置10期間，由封套44形成一個大體為層狀形狀的密封通道46(圖6)。重要的是對通道46進行專門設計，以便當流體流經(jīng)加熱裝置10時，由加熱裝置12輸出的熱量將所有流體加熱至理想溫度，而且不會超過其上限溫度。
對于加熱裝置10的優(yōu)選實施方案來說，具有相當于加熱芯厚度的大體上穩(wěn)定的厚度的層狀流動是十分理想的。因此，一次性元件14與心軸24之間正確的相對定位就變得很重要。如果限制器相對心軸24傾斜，通道46部分的厚度就會太小。流動會受到限制并變慢。類似地，所述通道在心軸另一側(cè)部分的厚度會太大，流量也會太大。
因此，需要將限制器40和心軸24設計成能形成一個供通道46使用的邊界47，以便當流體流經(jīng)該通道時，該通道可沿心軸24表面積的大部分形成均勻的間隙或厚度48。在一種特別理想的設計中，通道46沿心軸24在該通道的大部分長度上形成向外的均勻厚度。限制器40的內(nèi)表面50形成一個外部邊界46a，并與外表面36的形狀對映。由外表面36形成內(nèi)部邊界47b，當一次性組件14并列地、并正確地定位于心軸24上時，由外表面36和內(nèi)表面50形成厚度均勻的通道46，至少在一部分，優(yōu)選大部分該通道長度上是這樣的。
在所述優(yōu)選實施方案中，形成厚度約為0．2英寸的通道46，而且，這種通道厚度可產(chǎn)生理想結果。其它厚度也有可能產(chǎn)生足以使加熱裝置10在理想的參數(shù)范圍內(nèi)工作的結果。
為了便于對組件14進行正確定位所需的作業(yè)，優(yōu)選將組件14套在心軸24上，而無論該組件與心軸的相對角度和取向如何。另外，還希望該組件能相對心軸24轉(zhuǎn)動。因此，限制器40的內(nèi)表面50和心軸24外表面36的水平截面大致為圓形，并且彼此同心對齊，由各個截面的圓心在心軸24的大部分長度上形成軸線52。理想的是，為了便于生產(chǎn)，軸線52和軸線34是共線的。
參見圖6和7，封套44包括兩個并列放置的層44，并沿其周向邊緣56可密封地彼此連接在一起，以形成封閉的層狀通道46的彈性側(cè)壁57，使流體可以通過該通道流通。將封套44設計并彎折成蓋住或位于側(cè)邊58上，使其呈對齊貼緊的關系，并形成截頭形狀，使封套可以插入限制器40中，并順利蓋住限制器40內(nèi)表面50的至少一部分。理想的是，封套44能沿限制器40的大部分順利并完全地蓋住內(nèi)表面50(圖2)。
參見圖2和6，當加壓流體流經(jīng)封套44時，由該流體將所述層54壓向限制器40和心軸24，并由通道46保持邊界47的形狀。為了調(diào)節(jié)并使限流器40與心軸24對齊，形成沿心軸24軸向并沿其周向的、具有均勻間隙48的通道46，設置一系列從該限制器向內(nèi)延伸的支座60(圖3)。支座60接觸心軸24的外表面36，以支承所述組件，使其處于相對該心軸的理想位置。
如圖7所示，由支座60對通道46的“夾緊”和對層狀流動的干擾是很小的。優(yōu)選通道46的至少一部分，更優(yōu)選超過其長度的一半沿心軸24外面延伸，通道46在封套44里的厚度在心軸周圍是均勻的。而且，該心軸的另一個表面和限制器40在通道46主要部分，優(yōu)選在其大部分上完全不受任何夾緊阻礙作用。這樣，流經(jīng)通道46的流體在心軸24外表面的主要部分以大體為層狀形式流動。
在該優(yōu)選實施方案中，封套44延伸蓋住支座60?？梢灶A想，支座60與心軸24的接觸會損壞封套44。因此，在封套44上設有與支座60相對的加強凹坑64。凹坑64是這樣設置的，當封套44在該凹坑處破裂或磨損時，不會破壞通道46。凹坑64最好是通過將片層54熔合在一起以便在與支座60接觸的部分形成保護性密封而形成的。
重要的是，限制器40能夠支承封套44，使以不同壓力和流速流經(jīng)通道46的流體不會導致該通道的厚度發(fā)生明顯變化。另外，限制器40應當保護封套44。因此，在該優(yōu)選實施方案中，該限制器優(yōu)選是一個輕質(zhì)剛性殼體66。還可期望殼體66是柔性的或撓性的，以減少貯存空間。還可以這樣設計，由封套44的側(cè)壁之一形成限制器40。
流入通道46內(nèi)的流體最初被引導至繞心軸24的底座68流動，然后以層狀形式沿表面36向上流至心軸上端70。在封套44下端部分76處設有一個流體入口74，在其上端部分80處設有一個出口78。
需要時由心軸24輸入熱量，將流體加熱至理想的出口溫度。尤其是當該流體有一個溫度上限時，希望所述通道內(nèi)及心軸24周圍的流體流分布大致是均勻的。限制器40、封套44和心軸24相互配合，使流入通道46的流體首先環(huán)繞心軸24，然后形成大致均勻地沿心軸流動的層狀流。
特別是在高流速下，當流體最初流入入口74中時，所述通道的寬度或間隙厚度會妨礙流體繞心軸的最初分布。因此，需要形成通道46的一個入口歧管部分86，這些歧管沿封套44的下部邊緣環(huán)繞心軸24。該入口歧管86最好是通過設置心軸24或限制器40同時設置這二者而形成，使入口歧管86具有比通道46的中間部分或部分90厚度更寬的間隙厚度。
在該優(yōu)選實施方案中，在心軸24上設有一個環(huán)繞底座68的徑向槽，并由限制器40和槽形成入口歧管86的邊界86a，如圖1所示。另外，限制器40上可以設有一個向外延伸的徑向環(huán)部分(未示中)。還希望可將心軸24和限制器40設計成能形成歧管86的邊界86a。
由于類似原因，設置一個環(huán)繞心軸24上端70的所述通道的出口歧管98，該歧管優(yōu)選通過在心軸上設置上部徑向槽100而形成。由槽100和限制器40形成出口歧管98的邊界98a。在上文中所提到的其它設計也是可取的。
為了與入口歧管86配合，將入口74做成沿該入口歧管的縱方向引導流體。類似地，將出口78做成使流出通道46的流體沿與該出口歧管98一致的方向流出。因此，入口74和出口78被做成相對限制器40和心軸24的彎曲的相反表面切向引導流體，并且與相應歧管的方向一致。可以看出，最好由入口74和出口78沿大致垂直于所述組件的軸線54的方向引導流體。
入口76與一個入口管104連接，并由該管引導流入的流體沿理想的切向和俯仰方向流動。環(huán)繞管104將層54的外緣密封粘合在一起。為了降低張力，相對限制器固定管104并進行定向，組件14包括一個與限制器連接的托架106。托架106還形成管104通過限制器40，并沿理想方向進入間隙48的通道。
出口78與一個與出口歧管98對齊的出口管105連接，而沿坡管98流動的流體被引入管105。層54的邊緣56繞管105密封粘合在一起。為了減輕張力，相對限制器40固定管105并對其定向，組件14包括一個與限制器連接的上托架107。托架107還形成通過限制器40、并沿理想方向進入間隙48的通道。
封套44上可設有一系列向外的耳狀物101，該耳狀物與接片102(沿限制器40的邊緣或接近其邊緣設置)連接，并沿其內(nèi)表面保持該封套呈層狀形式。
當組件14被放在心軸24上，且高壓流體流經(jīng)通道46時，由層54將相反的液力施加在心軸和組件上。由于限制器40大致為圓形的水平截面，作用在限制器上的力被大致徑向向外地引導并均衡地環(huán)繞心軸24周圍。由限制器40的圓周張力抵消所述力，無須在加熱裝置12與一次性組件14之間使用鎖定機構成加強連接點。
方向向反的液力迫使封套44的側(cè)壁54與心軸24接觸，以便在封套44與心軸之間形成良好的導熱接觸。
另外，為了正確定位組件14相對心軸24的的位置，在殼體44上設置一個下?lián)醢?08，以便與心軸24上的徑向凸緣110緊貼接觸，并使該殼體與心軸垂直對齊。預計，支座60的主要作用是使組件14相對底座18對齊，而擋板108與凸緣110之間的下部接觸有利于防止該組件被使用者在無意中套在心軸24上。
參見圖3和7，最好將支座60與限制器40做成一體，大致為長的楔形，并形成一個與心軸24接觸的頂端114。支座60的高度“h”相當于間隙48的理想厚度(圖2)。支座60可選擇性地設置，以便當限制器40相對于心軸24正確定位時，該支座可接觸心軸并形成間隙。理想的是，將支座64排列成水平對齊的兩組，上面一組64a接近心軸24的上端，而下面一組64b接近該心軸下端。組64a和64b的每一個最好沿其周向等角度地隔開。
參見圖1和1a，為了將組件14鎖定在加熱裝置12上，并可以將該組件除去，所述加熱裝置包括一個由底座18的上表面117向上延伸的夾具116，使其接近心軸24。夾具116與設在限制器40下端的一個向外延伸的耳狀物118配合。為了將套筒14固定在裝置12上，將一次性組件14可滑動地裝在心軸24上，直到其下?lián)醢?08接觸凸緣110，而支座60接觸心軸24。然后旋轉(zhuǎn)套筒14，直到耳狀物118卡在夾具116下面。如圖1a所示，為了提供鎖緊指示，并產(chǎn)生較小的分離阻力，沿該夾具的上部元件122的下表面設有切口120。將切口120設計成當組件14與底座18剛好對齊并固定在底座上時可以放入耳狀物118。
加熱裝置參見圖2和7，在工作期間，待加熱的流體流經(jīng)入口管104、進入封套44并沿受熱心軸24向上。由于在通道46下部46a的流體最冷，而接近出口78處的流體最有可能被過分加熱，優(yōu)選將加熱器26設計成能產(chǎn)生沿心軸24長度方向改變并降低的熱量輸出。參見圖2，在該優(yōu)選實施方案中，加熱板26被設計成使該加熱板的熱量輸出被分成5個橫向帶124。每個帶都有均勻的熱量輸出密度，不同的帶的熱量輸出密度相差一個希望的比例。位于加熱芯16一端的下橫向帶124a具有比位于上端的上橫向帶124b大的熱量輸出，中間帶124c-124e的熱量輸出逐漸增加。
可將加熱板26設計成使其上加熱帶124b的熱量輸出密度約占其下帶124a熱量輸出密度的20％。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，使下中間帶124c的熱量輸出密度約為下帶的75％，使中間帶124d的熱量輸出密度約為下帶124a的50％，使中間帶124e的熱量輸出密度約為下帶的30％可以產(chǎn)生良好效果。同樣可以期望，使加熱芯16具有其它熱量輸出分布也可以取得滿意效果。
參見圖4，為了探測流體溫度以便對流體加熱進行控制，裝置10包括至少一個，優(yōu)選包括若干個位于接近心軸24上端處的溫度傳感裝置130。裝置10還包括至少一個，優(yōu)選包括若干個位于接近心軸24下端處的溫度傳感裝置132。理想的是，裝置130和132位于心軸24的相應端。為了產(chǎn)生良好的溫度傳感覆蓋和安全性，上傳感裝置130和下傳感裝置132優(yōu)選包括2個獨立的溫度傳感裝置，使每個傳感裝置成對地位于心軸24相反的兩側(cè)或相隔180℃。同樣優(yōu)選的是，下傳感裝置132與上傳感裝置130垂直對齊。為了提供安全可靠的系統(tǒng)，溫度傳感裝置130和132是熱敏電阻。也可以采用其它類型的溫度傳感裝置。
控制系統(tǒng)參見圖4，控制系統(tǒng)20特別適于控制加熱芯16的運行，以便在流體以不同流速流經(jīng)一次性組件14(圖1)時將流體進行安全加熱至理想溫度而不會過熱。通常，輸入系統(tǒng)20的是來自上溫度傳感裝置130a和130b及下溫度傳感裝置132a和132b的信號輸出。由上溫度傳感裝置130a和130b產(chǎn)生的信號輸出分別由電路204a和204b放大。類似地，由下溫度傳感裝置132a和132b產(chǎn)生的信號輸出分別由電路206a和206b放大。
為了證實上溫度傳感裝置130a和130b能正常工作，將來自每一個上傳感裝置的一個放大了的輸出提供給第一比較電路208。由電路208確定分別由傳感裝置130a和130b測出的兩種濕度的差值。然后由電路210對該差值和預定報警值△T’，優(yōu)選為10℃比較。如果由傳感裝置130a和130b測出的兩個溫度的差值至少等于或大于△T’，就查出了很可能有故障的上溫度傳感裝置130a、130b，并將第一個報警信號輸出到OR鍵212。
為了證實下溫度傳感裝置132a和132b工作正常，將來自每一個下傳感裝置132a和132b的放大了的輸出提供給第二比較電路216。由電路216確定分別由傳感裝置132a和132b測出的兩種溫度的差值。然后由電路218對該差值和預定報警值△T2，優(yōu)選為10°進行比較。如果由傳感裝置132a和132b所測出的兩種溫度的差值至少等于或大于△T2，就查出了很可能是有故障的下溫度傳感裝置132a和132b，并將第二個報警信號輸出給OR鍵212。
參見圖1，為了了解當流體流經(jīng)套筒14(圖1)時流體所發(fā)生的一切過熱現(xiàn)象，由控制系統(tǒng)20監(jiān)測心軸24的溫度，并在至少以或超過預定的溫度上限TU1時報警并切斷加熱芯16的電源。具體地講，將來自每一個上傳感裝置130a和130b的第二個放大了的輸出提供給單獨的相應的第三比較電路220。由每一個第三比較電路對測出的輸入溫度和溫度上限TU1進行比較。如果第三比較電路220中的一個確定所述測出的輸入溫度高于上限報警溫度TU1，就由該電路將第三個報警信號輸出給OR鍵212。當被加熱的流體是血液等時，TU1優(yōu)選為42℃。
類似地，將來自每一個下傳感裝置132a和132b的第二個放大了的信號提供給相應的、獨立的第四比較電路224，由該電路對該輸入信號和預定的報警溫度TU2進行比較。TU2最好等于TU1。如果電路224中的一個確定所測出的較高溫度至少等于或高于TU2，由該電路向OR鍵212輸出第四個報警信號。
因此，可以看出，控制系統(tǒng)20是利用由溫度傳感裝置所提供的顯示溫度確定是否上傳感裝置130a和130b之一工作正常，以及是否下傳感裝置132a和132b之一工作正常，并在確定一個傳感裝置工作不正常之后產(chǎn)生一個報警信號。另外，還由控制系統(tǒng)20確定正在由上傳感裝置130a和130b之一或下傳感裝置132a和132b之一探測的溫度是否至少等于或大于相應的預定報警溫度，并在達到或超過報警溫度時產(chǎn)生一個報警信號。
控制系統(tǒng)20還包括一個電壓監(jiān)測電路230，由該電路監(jiān)視供給加熱板26和組成該控制系統(tǒng)的元件的電力。如果確定為異常狀態(tài)，則由電壓監(jiān)視器230輸出第五個報警信號。
如果OR鍵212分別接收到分別來自電路210、218、220、224或230的第一、二、三、四或五個信號，則把一個信號傳送給報警電路232。由報警電路232之一啟動至少一個聲音報警器234，由該報警器提醒醫(yī)院護士出現(xiàn)了異常情況。另一個報警電路232可以啟動一個由諸如反射光或若干顯示板238產(chǎn)生的視覺報警。除了啟動報警器234外，來自OR鍵212的輸出信號也可以被送出，以啟動一個斷路繼電器240，由它切斷供給加熱芯16上的加熱板26(圖2)的電力。在該優(yōu)選實施方案中，當報警狀態(tài)不再存在時，通過斷開和接通所述裝置，可將斷路繼電路240切換至接通狀態(tài)。
參見圖1，控制系統(tǒng)20至少以部分取決于由上溫度傳感裝置130a和130b中至少一個，以及下溫度傳感裝置132a和132b至少一個測出的溫度的形式可操作地控制流體加熱。當流體從裝置10中流出時的溫度通常最高，此時該流體接近心軸24的上端70。因此，在優(yōu)選實施方案中，控制系統(tǒng)20以至少部分取決于由上溫度傳感裝置130a和130b測出的最高溫度的形式控制加熱芯16的加熱。在這一作業(yè)過程中，將來自每一個上溫度傳感器130a和130b的放大了的輸出信號提供給第五個比較電路244。由第五電路244將輸入的兩個溫度中較高的一個輸出給第一運算電路246。由該運算電路246將輸入的溫度與預定溫度TSP進行比較，并對在測定加熱器26所需能量的預定時間內(nèi)的差值加以平均。所述設定溫度輸入是由可調(diào)定點電路252提供的，由它設定流出裝置10的理想溫度TSP。理想溫度TSP的設定通常是在生產(chǎn)期間完成的。
來自第五電路244的輸出信號也被送給顯示極236，以展示給裝置10的用戶。
最好還將控制系統(tǒng)20設計成能調(diào)節(jié)加熱裝置12的熱量輸出，以補償測出的流經(jīng)裝置10的流體流速的變化。如果加熱裝置12的熱量輸出主要是由所測出的上端70附近的液體溫度控制的話，這種調(diào)節(jié)是有益的。例如，加熱裝置10可以實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)熱量輸出和對以一定流速流動的流體的溫度控制。在無任何其它控制裝置的情況下，流速的突然改變不會改變加熱裝置12的熱量輸出，直到由上傳感器130測出上端70的溫度變化。
例如，在維持穩(wěn)定供熱的前提下，血液流速的突然加快會導致流出裝置10的血液的溫度降低。如下文所要提及的，裝置12隨后的熱量輸出會增加，但這種增加可能不會及時或足于將位于或接近封套44出口的血液加熱至需要的溫度。因此，需要盡可能快地測出流速的改變，在優(yōu)選實施方案中，是測接近入口74處的流速變化。
在該優(yōu)選實施方案中，可以通過監(jiān)視心軸在接近通道46下端76附近的溫度變化而測定流速變化，上述部位是流體最初流入封套44的地方。通過使加熱裝置12具有較穩(wěn)定的熱量輸出和低溫輸入流體，流體流量的顯著變化通常會反映在由下溫度傳感裝置132a和132b測出的心軸24下端的溫度變化上。例如，流入通道46的流體的流速的明顯加快，通常會使所述的心軸下端相當迅速地冷卻。因此，加熱芯16的熱量輸出會增加。相反，流入通道46的流體的流速的明顯下降通常會導致心軸24的下端相當迅速的加熱。因此，加熱芯16的熱量輸出會減少。
將來自每個下溫度傳感器放大電路的輸出信號提供給第6個比較電路248。由第6比較電路248輸出的信號代表由下溫度傳感裝置132a和132b輸入的較高溫度，該信號被輸入微分電路246，由該電路產(chǎn)生輸入運算比較電路246的第二輸入信號。由微分電路246產(chǎn)生的第二輸入信號以至少部分取決于由下溫度傳感裝置132a和132b測出的溫度變化速率的形式變化。
由運算電路246綜合來自微分電路250的輸入信號和根據(jù)測出溫度與預定溫度TSP之間的平均差做出的能量測定結果，并將一個信號輸出到能量調(diào)節(jié)電路254。理想的是，所述動力調(diào)節(jié)電路254是一個脈寬調(diào)制器之類的裝置，不過，也可以采用其它其它合適的調(diào)節(jié)電路。來自動力調(diào)節(jié)電路254的輸出被作為第一輸入供給連接器256。
控制系統(tǒng)20還包括一個安全裝置，其主要作用是流出裝置10的流體過熱，并相應啟動報警電路232。該安全裝置包括當上溫度傳感裝置130a和130b以及下溫度傳感裝置132a和132b中的任一個測出一個誘發(fā)溫度TT時切斷加熱芯16的電源的過程。該誘發(fā)溫度TT優(yōu)選介于預定溫度TSP和報警溫度TU1和TU2之間。在優(yōu)選實施方案中，由控制系統(tǒng)20將誘發(fā)溫度TT設定為等于預定溫度TSP+1℃。當探測到的溫度低于誘發(fā)溫度TT時，恢復電力供應。由比較電路244輸出的由上溫度傳感裝置130a和130b測出的較高溫度的輸出信號被提供給第一預定溫度比較電路258，由該電路將該溫度與誘發(fā)溫度TT加以比較。如果該溫度至少等于或高于誘發(fā)溫度TT，將一個指示性輸出信號作為輸入信號提供給連接器256。
類似地，由第六比較電路248輸出的表示由下溫度傳感裝置132a和132b測出的較高溫度的輸出信號被提供給第二定點比較電路262，由該電路對所述溫度和第二誘發(fā)溫度TT2加以比較，第二誘發(fā)溫度優(yōu)選與第一誘發(fā)溫度相同(不過，兩種誘發(fā)溫度也可以不同)。如果顯示的溫度至少等于或高于第二誘發(fā)溫度時，一個指示性輸出信號被作為第三個輸入信號提供給連接器256。
除非連接器256接收來自第一定點比較電路258的輸出信號或來自第二定點指示電路262的輸出信號，連接器254傳送由動力調(diào)節(jié)電路254提供的第一輸出信號至開關電路264，該電路優(yōu)選為一個零交點固體繼電器之類的裝置。由開關電路264選擇性地控制供給加熱器26的電力，使加熱器能輸出足夠的熱量把流經(jīng)該裝置的流體加熱至理想的出口或預定溫度。
不過，來自定點比較電路258、262中任一個的輸出超過了來自動電調(diào)節(jié)輸出254的輸出時，可導致開關電路264切斷加熱器26的電源。當測出的最高溫度低于誘發(fā)溫度TT1、TT2時，動力調(diào)節(jié)電路254的控制得以恢復。
盡管在所述優(yōu)選實施方案中加熱器10的控制邏輯是用一種新型電路元件裝置實現(xiàn)的，但也可以用其它方法控制加熱器26的輸出，以便對流體進行可控制的加熱。預計，上述控制也可以用一臺微處理器及適當程序來實現(xiàn)?？蓪⑸鲜龀绦蜓b入非永久存儲器或永久存儲器或多種類型存儲器的組合形式中。除了可將部分程序存入不同的存儲器單元之外，該程序的某些部分可以清除，以便對加熱器10用于不同流體時的工作參數(shù)進行遠程編程或簡易設計。
控制板參見圖1和2，底座18大致被做成方形。底座18的正面122上設有一個觀察孔140，通過該孔可以看到顯示器238。一個碰鎖門142構成底座18的一部分并通過一個較鏈連接在其正面140上。同時參見圖5和4，由碰鎖門142對總體上用144表示的控制板提供保護性覆蓋?？刂瓢?44方便了技術人員對裝置10的控制系統(tǒng)20進行的測試。控制板上包括按鈕開關146，這些開關構成了對上溫度傳感器130a和130b以及下溫度傳感器132a和132b的測試。與按鈕開關146相關的有一個開關148，由它選擇多種測試條件中的一種。按下按鈕開關146中的一個，可以在相應的溫度傳感裝置上模擬故障狀態(tài)，并導致觸發(fā)報警電路232或報警狀態(tài)。另外，當一個按鈕開關146被按下時，一個燈150發(fā)光顯示。
具體測試條件取決于開關148的位置。在第一種位置下，按下一個按鈕開關146，模擬故障傳感器，從而啟動報警電路232，啟動斷開繼電器240。該斷開斷電器240可由電復位開關154復位。當復位開關154被按下時，一個相關的LED指示燈發(fā)光，繼電器240被復位后指示燈150熄滅。
通過將開關148調(diào)節(jié)到第二位置，并按下開關146中的一個，可以由電位計158模擬過熱狀態(tài)。在調(diào)節(jié)電位計時，技術人員可以觀察顯示器238，如果控制系統(tǒng)20工作正常，則報警電路232在顯示器顯示超過了報警溫度時啟動。斷開繼電器被啟動，指示燈150也發(fā)光。按下復位開關154，使電路復位。
另外，控制系統(tǒng)20包括用于測定顯示器238是否已校正好的裝置160。更具體地講，用于證實顯示器238的校正作用的裝置是一個預定參考電壓電路161及一個相關的燈162。該溫度定點校正裝置還包括可調(diào)定點電路152和一個相關的燈164。
為了設定加熱裝置10的正確模式，使其進行正常工作，顯示校正，或溫度定點調(diào)節(jié)，優(yōu)選使用一個三位旋轉(zhuǎn)開關166。為了進行所述測試之一，將模式選擇開關166旋至正確位置，并由技術人員查看顯示器上顯示的溫度。并由燈162或164發(fā)光，以指示正在進行哪一種測試。如果正在進行顯示器校正測試，顯示器將顯示一個相當于預定測試電壓的溫度。例如，測試電壓可以相當于50℃，因此，如果顯示器工作正常的話就會顯示這一溫度。如果正在進行的是定點測試，顯示器將顯示該定點的溫度。開關166的第三種位置是使加熱裝置12處于正常工作狀態(tài)，而指示燈152、154則均已不再發(fā)光。
控制板144還包括用于測試控制電路的開關168，和用于測試用來根據(jù)下傳感器燈170的變化速度調(diào)節(jié)熱量輸出的電路的開關174。按下開關168、174中的任一個，同時使相應的燈176發(fā)光，可以啟動報警電路232，并切斷斷開繼電器240。通過按下復位開關154可以使報警電路232和斷開斷電器240復位，并使發(fā)光的燈176熄滅。
總之，可以由技術人員利用測試開關對各種報警狀態(tài)和觀察顯示器進行檢查。在進行每一種測試時，相應的指示燈會發(fā)光。因此，當所有測試都已結束，而且電路被正確復位后，所有指示燈都會熄滅。
在測試完畢后，關閉并鎖住門142，以防止該裝置10的后繼用戶進入。為了確保裝置10正常工作，后繼用戶被限制在僅能使用開關鍵179(圖1)。如果在以后使用中發(fā)生“故障”報警情況，可以通過開關鍵179將裝置10斷開再接通可使控制系統(tǒng)20復位。在進行上述調(diào)整后仍持續(xù)存在的報警狀態(tài)則可能意味著裝置10失靈。
參見圖1，底座18的優(yōu)選實施方案還包括一個用于固定氣泡收集器(未示出)的摩擦配合固定器180，所述氣泡收集器在給患者輸血或類似物體時被普遍采用。裝置10還包括一個蓋182，出于環(huán)保目的將其蓋在加熱芯16上端。
為便于安裝，裝置10包括一個與底座18連接的夾具184，由該夾具將該裝置夾緊在桿186上。夾具180還使得裝置10能從桿186上方便的除去。桿186通常以垂直取向存在，但由于裝置10的工作參數(shù)要求，該裝置可以以任意取向工作。
在工作時，將組件14可滑動地插在心軸24外面，直到支座60接觸心軸24的外表面36。支座60與外表面36的接觸，使限制器40與表面36相互對準，所形成的通道46在限制器與表面36的大部分表面積的表面之間具有均勻的間隙或厚度48(圖2)。另外，由限制器40與心軸24的下徑向槽94和上槽100之間較寬的間隙分別形成該通道入口歧管部分86的邊界86a和出口歧管部分98的邊界98a。
限制器40的下檔板108接觸心軸24的凸緣110。然后可以使組件14相對加熱裝置12轉(zhuǎn)動，直到耳狀物118長在設在夾具116上的切口120下面(圖1a)。
然后流體經(jīng)入口管104流入封套44。由管104對流體進行導向，以便當流體進入封套44時，使該流體相對心軸24的外表面36呈切向，并沿著歧管86的縱向方向。當流體流入通道46時，空氣被從該通道中排出，加注裝置10。
當流體最初進入通道46時，由流體充滿環(huán)繞心軸24的入口歧管86。然后該流體以層狀流動形式沿心軸24長度方向流動。隨后，當流體以大致為單向非限制性的垂直流形式向上繞加熱芯16流動時，對其進行加熱。當裝置10啟動時，由控制系統(tǒng)20(圖4)控制輸入該流動流體的熱量，以便在流體流出通道46之前將該流體加熱到理想溫度。
由流體壓力形成向內(nèi)的徑向力，將側(cè)板54的內(nèi)部側(cè)壁壓向心軸24，并由一個相反的外向徑向力將板54的外部側(cè)壁57壓向限制器40。該向外的力繞限制器40周圍均勻分布，以改善限制器40在心軸24上的定心，而間隙48和通道46環(huán)繞加熱芯16有大致恒定的厚度。通道46的恒定厚度能改善流體的均勻加熱，以防出現(xiàn)熱點。另外，將側(cè)板54的內(nèi)部壓向加熱芯16有利于向流體傳熱。
然后，將加熱的流體匯集在出口歧管98中，并沿與該歧管長度方向一致并大致與心軸24的表面36相切的方向，經(jīng)出口管105流出該歧管。
如果上管80與一個包括一個氣泡收集器(未示出)的輸送裝置連接，則可將該氣泡收集器連接在夾具180上。
當醫(yī)療過程已達到不再需要加熱的血液的時候，加熱裝置12被關閉，而組件14相對加熱裝置12轉(zhuǎn)動，直到耳狀物18從設在夾具116上的切口120中彈出。然后可沿向上方向可滑動地將組件14從心軸24上除去，并用適當方法加以處理。
從以上對操作過程的說明可以看出，加熱裝置10的調(diào)試及操作十分簡單，而操作監(jiān)視工作量很小。一般而言，所述調(diào)試包括將一次性組件14滑動套在加熱裝置12上。按下開關鍵179啟動組件10。監(jiān)視工作包括查看報警器和監(jiān)視顯示的溫度。
盡管已對血液加熱裝置的一種具體實施方案進行了圖示和說明，但本領域技術人員可以理解，在不超出本發(fā)明較廣義的范圍及由以下權利要求所限定的范圍的前提下，可以對上述方案加以改變和改進。
權利要求
1．一種用于使流體與一個加熱裝置呈熱接觸的組件，該加熱裝置有一個受熱的長形心軸，該心軸具有形成一條中央軸線的大致光滑的截頭錐形外表面，由所述心軸在其下部形成徑向槽，該組件包括一個外部限制器，用于至少與所述心軸長度的一部分滑動配合，該限制器有兩個末端和一個內(nèi)表面，該內(nèi)表面形成一條縱向軸線，由該內(nèi)表面與所述心軸的外表面形成供流體流過該組件用的通道的邊界，由所述徑向槽和限制器形成所述通道的入口歧管部分的邊界，該入口歧管接近所述組件的一端；和用于沿所述入口歧管導入輸入流體的第一裝置。
2．如權利要求1的裝置，包括一個滅過菌的袋，該袋包括一個入口和一個出口，以及相互連接以形成并密封所述通道的兩個側(cè)壁，該袋連接于所述限制器上并大致沿其內(nèi)表面設置，設內(nèi)表面的形狀是這樣的當所述限制器位于所述心軸周圍、流體流經(jīng)所述通道時，由該內(nèi)表面與所述心軸的外表面保持所述側(cè)壁有大致均勻的間隙，至少在沿所述心軸縱向的所述通道的部分長度上不會形成夾緊點。
3．如權利要求1的組件，包括一個滅過菌的袋，該袋包括一個入口，一個出口和兩個側(cè)壁，兩個側(cè)壁相互連接，形成供流體從所述入口流至出口用的密封通道，所述袋與所述外限制器連接，并大致位于所述內(nèi)表面里，使所述入口接近該限制器的一端，而所述出口接近該限制器的另一端。
4．如權利要求3的組件，其特征在于所述限制器內(nèi)表面的形狀是這樣的當該限制器位于所述心軸周圍，并且流體從所述入口流至出口時，由所述內(nèi)表面和所述心軸的外表面保持所述側(cè)壁有大致均勻的間隙，在所述通道的大部分長度上不會形成夾緊點。
5．如權利要求1的組件，其特征在于所述限制器的形狀是這樣的，在所述心軸的大部分表面積上，所述流體在所述通道內(nèi)以基本上連續(xù)的層狀流形式沿所述心軸的長度方向流出所述入口歧管。
6．如權利要求1的組件，其特征在于所述第一導向裝置被設計成沿與所述心軸外部相切并大致垂直于由該心軸形成的縱向軸線的方向?qū)⑤斎氲难簩胨鋈肟谄绻堋?br> 7．如權利要求1的組件，其特征在于所述第一導向裝置包括一個與所述限制器連接的托架。
8．如權利要求1的組件，其特征在于所述內(nèi)表面大致為截頭錐形。
9．如權利要求1的組件，其特征在于所述組件被設計成與所述心軸接合，并將該組件置于所述理想的相對位置上。
10．如權利要求1的裝置，其特征在于所述組件包括與所述限制器連接的裝置，用于接合所述心軸，并建立所述理想的相對位置。
11．如權利要求1的組件，其特征在于所述限制器包括一個剛性殼體。
12．如權利要求1的組件，其特征在于所述組件及所述心軸的外表面被設計成形成所述通道，當所述流體流經(jīng)所述通道時，由該流體在所述心軸的大部分表面積上形成大致連續(xù)的層狀流形式，此時所述組件處于相對所述心軸的理想位置上。
13．如權利要求12的組件，其特征在于所述通道具有大致恒定的厚度。
14．如權利要求1的組件，其特征在于由所述限制器形成位于大致接近所述通道入口和出口處的支座，這些支座被設計成與所述心軸接合并使所述限制器處于相對所述心軸的理想的角度位置上，使所述通道環(huán)繞所述心軸有大致恒定的厚度。
15．如權利要求1的組件，其特征在于所述心軸形成第二徑向槽，由所述限制器和該徑向槽形成所述通道的出口歧管部分的邊界，該組件包括用于沿大致與該出口歧管一致的方向引導流出該出口歧管的流體的第二裝置。
16．如權利要求15的裝置，其特征在于所述組件包括構成所述通道的內(nèi)壁的彈性側(cè)壁。
17．如權利要求16的裝置，其特征在于所述裝置包括一個密封地構成所述通道的袋。
18．如權利要求16的組件，其特征在于所述限制器是剛性殼體。
19．如權利要求15的組件，其特征在于所述第二導向裝置被設計成沿與所述心軸外部相切并大致垂直于由該心軸形成的縱向軸線的方向引導輸出的血液流出所述出口歧管。
20．一種用于使流體與一個加熱裝置呈熱接觸狀態(tài)的組件，該加熱裝置有一個受熱的長形心軸，該心軸具有一個形成一條中央軸線的大致光滑的截頭錐形外表面，由所述心軸在其下部形成第一徑向槽，并在其上部形成第二徑向槽，該組件包括一個外部限制器，適于至少與所述心軸長度的一部分配合，該限制器有兩個末端和一個內(nèi)表面，由該內(nèi)表面形成一條縱向軸線，由該內(nèi)表面和所述心軸的外表面形成供流體流過該組件用的通道的邊界，由所述第一徑向槽和限制器形成所述通道的入口歧管部分的邊界，該入口歧管接近所述組件的一端；用于沿所述入口歧管將輸入流體導入的第一裝置；和由所述限制裝置和第二徑向槽形成所述通道出口歧管部分的邊界，以及用于沿大致與所述出口歧管一致的方向引導流體流出該出口歧管的第二裝置。
全文摘要
提供了一種用在用于對液體進行有控制地加熱的裝置(10)上的可拆卸組件。裝置(10)有一個大致為長形的加熱芯(16),該加熱芯有一個由高導熱性材料制成的外表面(36),并被做成截頭錐形,以便滑動接受組件(14),使該組件至少沿加熱芯長度的一部分包封其外表面。由組件(14)形成一個封閉通道(46),用于沿加熱芯(16)向上的單向?qū)訝盍鲃印Ｓ梢粋€控制系統(tǒng)(20)選擇性地操縱加熱芯(16),以使以不同流速流動的流體在流出所述通道(46)之前被加熱至想要的溫度,而不被過分加熱。
文檔編號A61M5/44GK1205072SQ97191345
公開日1999年1月13日 申請日期1997年9月29日 優(yōu)先權日1997年9月29日
發(fā)明者R·J斯沃爾德, J·M·柯林斯, J·T·德卡斯特羅 申請人:巴克斯特國際有限公司