具有用于加濕和冷凝物管理的微結構的醫療部件的制作方法

具有用于加濕和冷凝物管理的微結構的醫療部件的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關申請的奪叉引用
[0002] 本申請要求以下各者的權益：2013年3月14日提交的名稱為"具有用于加濕 和冷凝物管理的微結構的醫療部件（MEDICAL COMPONENTS WITH MICROSTRUCTURES FOR HUMIDIFICATION AND CONDENSATE MANAGEMENT) " 的美國臨時申請號 61/785, 895 ;2013 年6月25日提交的名稱為"具有用于加濕和冷凝物管理的微結構的醫療部件（MEDICAL COMPONENTS WITH MICROSTRUCTURES FOR HUMIDIFICATION AND CONDENSATE MANAGEMENT)" 的國際申請號PCT/NZ2013/000113 ;以及2013年12月23日提交的"具有用于加濕和 冷凝物管理的微結構的醫療部件（MEDICAL COMPONENTS WITH MICROSTRUCTURES FOR HUMIDIFICATION AND CONDENSATE MANAGEMENT)"的美國臨時申請號 61/920, 423,這些申請 中的每一者通過引用將其全文結合在此。
技術領域
[0003] 本披露總體上涉及適合于醫療用途的部件，并且更具體地涉及適合于向患者提供 加濕氣體和/或從患者去除加濕氣體的部件，例如在氣道正壓（PAP)、呼吸器、麻醉、通氣 機、以及吹氣系統中使用。
【背景技術】
[0004] 在醫療回路中，不同的部件運送到患者和來自患者的天然或人工加濕的氣體。例 如，在PAP或輔助呼吸回路等的一些呼吸回路中，被患者吸入的氣體通過吸氣管從呼吸加 濕器被輸送到患者接口，例如遮罩。作為另一個實例，管可以將加濕氣體（通常為C0 2)輸 送到吹氣回路中的腹腔中。這可以有助于防止患者的內部器官的"脫水"，并且可以減少手 術后恢復所需要的時間量。
[0005] 在這些醫療應用中，這些氣體優選地在具有接近飽和水平的濕度的條件下并且在 接近體溫處（通常在33°C與37°C之間的溫度處）被輸送。冷凝或"凝雨"可以隨著高濕度 氣體冷卻而在部件的內部表面上形成。仍然需要用于允許在醫療回路中改進濕度和冷凝物 管理的部件。因此，在此描述的某些部件和方法的目的在于改善現有技術系統的一個或多 個問題，或者至少為公眾提供一種有用的選擇。

【發明內容】

[0006] 在此在不同的實施例中披露了具有用于加濕和/或冷凝物管理的微結構的醫療 部件以及制造這些部件的方法。
[0007] 在至少一個實施例中，一種用于在醫療回路中使用的部件包括第一區，該第一區 在使用中接觸液體；第二區，該第二區不同于該第一區；以及與該第一區和該第二區連通 的微結構化表面，該微結構化表面被配置成用于在使用中將液體從該第一區芯吸到該第二 區，其中該微結構化表面包括具有小于約n /2弧度的平衡接觸角的基底。
[0008] 在不同的實施例中，該前述部件具有以下特性中的一者、一些、或全部，以及在本 披露中的其他地方所描述的特性。
[0009] 該第二區在使用中可以被暴露于更高速率的空氣，而該第一區在使用中可以暴露 于更低速率的空氣。該第二區可以被配置成與熱源連通。該微結構化表面可以被配置成與 熱源連通。該微結構化表面可以包括總體上平行的微通道。
[0010] 該微結構化表面可以包括總體上倒置梯形結構，這些倒置梯形結構各自包括具有 類似尺寸的第一脊和第二脊，該第一脊和該第二脊從該表面突出并且界定在其間的第一通 道。該第一脊和第二脊的高度可以在約30和約200 ym的范圍中。
[0011] 這些總體上倒置梯形結構可以包括在該第一通道內并且鄰近該第一脊的第二通 道和在該第一通道內并且鄰近該第二脊的第三通道，該第二通道和該第三通道具有類似尺 寸并且從該第一通道凹陷。該第二通道和第三通道的深度可以在約5和約10 ym的范圍中。 該第一通道的高度可以在比該第二通道和該第三通道的深度高約2倍和約5倍的范圍中。 該第一通道的高度可以在比該第二通道和該第三通道的深度高約2倍和約3倍的范圍中。 該第一通道的高度可以在比該第二通道和該第三通道的深度高約3倍和約5倍的范圍中。 該第一通道的高度可以在比該第二通道和該第三通道的深度高約3倍和約5倍的范圍中。
[0012] 甜平設此益優h在丨丨罟撣嵌姑抝的臨思觸角0滿足以下等式：
[0013]
[0014] 其中X是該第一通道的底座的橫截面寬度與從該第一通道的底座測量的這些脊 的橫截面高度的比，并且巾是垂直軸與該第一脊或第二脊的一側之間的角度。
[0015] 這些微通道可以總體上是方形的。這些微通道的臨界接觸角0可以滿足以下等 式：
[0016]
[0017] 其中X代表這些方形通道的高寬比。這些微通道可以總體上是v型的。這些微通 道的臨界接觸角9可以滿足以下等式：
[0018]
[0019] 其中0代表該v型的角度。該微結構化表面可以包括微柱。這些微柱可以具有實 質上相同的橫截面尺寸。這些微柱中的至少一些可以具有與其他微柱不同的橫截面尺寸。 該微結構化表面可以包括由微脊限定的倒置梯形。
[0020] 在不同的實施例中，該前述部件可以結合在遮罩中。該遮罩可以進一步包括與該 第二區連通的排放件。
[0021] 在不同的實施例中，該前述部件可以結合在管道中。該部件可以形成該管道的內 壁的至少一部分。該部件可以是在該管道的內腔中的插入物。該管道的壁可以被配置成與 熱源連通。
[0022] 在至少一個實施例中，一種用于與醫療回路一起使用的部件包括儲存部分，該儲 存部分被配置成盛放液體；鄰近該儲存部分的蒸發器部分，該蒸發器部分被配置成促進該 液體的蒸發；以及微結構化表面，該微結構化表面被配置成將液體從該儲存部分運送到該 蒸發器部分。
[0023] 在不同的實施例中，該前述部件具有以下特性中的一者、一些、或全部，以及在本 披露中的其他地方所描述的特性。
[0024] 該蒸發器部分可以是可加熱的。該微結構化表面可以包括具有在接近該儲存部分 處更低并且在接近該蒸發器部分處更高的高寬比的微通道，該高寬比沿著梯度增加。該微 結構化表面可以包括接近該儲存部分總體上水平延伸的第一微通道，和接近該蒸發器部分 總體上垂直延伸的第二微通道，其中這些第一微通道被配置成將液體運送到這些第二微通 道。
[0025] 在不同的實施例中，該前述部件可以結合在遮罩中。
[0026] 在不同的實施例中，該前述部件可以結合在適合于與加濕器一起使用的加濕腔室 中。該部件可以形成該加濕腔室的內壁的至少一部分。該加濕腔室可以包括被配置成由該 加濕器的加熱器底座加熱的壁。該加濕腔室可以包括被配置成由不同于該加濕器的加熱構 件加熱的壁。該加濕腔室可以進一步包括布置在至少在接近該蒸發器部分的加濕腔室的壁 上或上方的絕緣件。
[0027] 該加濕腔室可以進一步包括至少一個內部導壁，該內部導壁被配置成引導氣體在 該加濕腔室內的流動。該至少一個內部導壁包括多個導壁。該多個導壁可以被同心地安排。 流動通道可以被界定在該多個導壁中的相鄰者之間。該多個導壁可以界定多個流動通道， 其中這些流動通道中的至少一些的大小相對于彼此變化。該導壁或這些導壁可以是總體上 U型并且在該加濕腔室的入口端口與出口端口之間延伸。該微結構化表面可以形成該導壁 或這些導壁的至少一部分。
[0028] 該加濕腔室可以進一步包括在該加濕腔室內的混合元件，該混合元件促進氣相水 和液相水的混合。該混合元件響應于氣體流過該加濕腔室可以是可移動的。該混合元件可 以是包括多個葉片的渦輪機。該部件可以包括該多個葉片中的至少一者。
[0029] 該加濕腔室可以進一步包括復式閥門安排，該復式閥門安排控制水通過入水口進 入該加濕腔室中，其中這些閥門中的至少一者不被浮子控制。第一閥門可以被浮子控制，而 第二閥門可以被包括水位傳感器和閥門致動器的致動器安排控制。該第二閥門可以通常被 偏置到閉合位置并且可以由該閥門致動器移動到開放位置。
[0030] 該加濕腔室可以包括平坦壁，并且該水位傳感器可以位于該平坦壁上。該入口端 口和該出口端口可以位于該平坦壁附近。
[0031] 在不同的實施例中，該前述部件可以結合在管道中。該微結構化表面可以形成該 管道的內壁的至少一部分。該微結構化表面可以被布置在該管道的內腔中的插入物上。該 管道的壁被配置成與熱源連通。
[0032] 在至少一個實施例中，一種用于與加濕氣體一起使用的醫療回路部件包括：界定 空間的壁，該空間在該壁內并且其中該壁的至少一部分包括一個表面，該表面包括在基底 中和該基底上的多個微結構，該基底具有帶有小于約Ji/2弧度的平衡接觸角的外表面，這 些微結構被配置成用于在使用中將液體從盛放液體水的第一區芯吸到被暴露于到患者或 來自該患者的一股空氣流的第二區，并且這些微通道包括具有側部分和低于該基底的外表 面的底部部分的第一微通道和具有高于該基底的該外表面的側部分的第二微通道，其中這 些第二微通道的這些側部分是由這些第一微通道周圍或之間的脊形成。
[0033] 在不同的實施例中，該前述醫療回路具有以下特性中的一者、一些、或全部，以及 在本披露中的其他地方所描述的特性。
[0034] 這些微結構可以是總體上倒置梯形結構，這些倒置梯形結構各自包括具有類似尺 寸的第一脊和第二脊，該第一脊和該第二脊從該表面突出并且界定在其間的第一通道。該 第一脊和該第二脊的高度可以在約30和約40 ym的范圍中。這些總體上倒置梯形結構可 以包括在該第一通道內并且鄰近該第一脊的第二通道和在該第一通道內并且鄰近該第二 脊的第三通道，該第二通道和該第三通道具有類似尺寸并且從該第一通道凹陷。該第二通 道和第三通道的深度可以在約5和約10 ym的范圍中。該第一通道的高度可以在比該第二 通道和該第三通道的深度高約2倍和約5倍的范圍中。該第一通道的高度可以在比該第二 通道和該第三通道的深度高約2倍和約3倍的范圍中。該第一通道的高度可以在比該第二 通道和該第三通道的深度高約3倍和約5倍的范圍中。該第一通道的高度可以在比該第二 通道和該第三通道的深度高約3倍和約5倍的范圍中。
[0035] 這些總體上倒置梯形結構的臨界接觸角0可以滿足以下等式：
[0036]
[0037] 其中X是該第一通道的底座的橫截面寬度與從該第一通道的底座測量的這些脊 的橫截面高度的比，并且巾是垂直軸與該第一脊或該第二脊的一側之間的角度。
[0038] 這些第一微通道可以總體上是方形的。這些第一微通道的臨界接觸角0可以滿 足以下等式：
[0039]
[0040] 其中X代表這些方形通道的高寬比。這些第一微通道可以總體上是v型的。這些 第一微通道的臨界接觸角0可以滿足以下等式：
[0041 ]
[0042] 其中0代表該v型的角度。
[0043] 在一些實施例中，一種用于在醫療回路中使用的部件包括總體上水平的平坦微結 構化表面，該微結構化表面被配置成分散置于其上的液體。該微結構化表面可以被置于流 動氣體路徑中，并且液體分配器可以被配置成將該液體分配到該微結構化表面上。
[0044] 在不同的實施例中，該微結構化表面包括表面不規則物。
[0045] 在不同的實施例中，這些表面不規則物包括下組的至少一種，該組由以下各項組 成：顆粒、脊、凹槽、通道、和微粒。
[0046] 在不同的實施例中，該液體分配器包括至少一個滴管，該滴管被配置成將該液體 一次一滴地分配到該微結構化表面上。
[0047] 在不同的實施例中，該液體分配器包括以一定距離定位于該微結構化表面上方的 實質上平坦的板，該板包括多個孔洞，該液體通過這些孔洞能夠落到下方的微結構化表面 上。
[0048] 在至少一個實施例中，用于與醫療回路一起使用的部件包括總體上水平的平坦微 結構化表面，該微結構化表面被配置成分散置于其上的液體，其中該微結構化表面被置于 流體氣體路徑中；和液體分配器，該液體分配器被配置成將該液體分配到該微結構化表面 上。
[0049] 在不同的實施例中，該前述部件具有以下特性中的一者、一些、或全部，以及在本 披露中的其他地方所描述的特性。
[0050] 該微結構化表面可以包括表面不規則物。這些表面不規則物可以包括下組的至少 一種，該組由以下各項組成：顆粒、脊、凹槽、通道、和微粒。該液體分配器可以包括至少一個 滴管，該滴管被配置成將該液體一次一滴地分配到該微結構化表面上。該液體分配器可以 包括以一定距離定位于該微結構化表面上方的基本上平坦的板，該板包括多個孔洞，該液 體通過這些孔洞能夠落到下方的微結構化表面上。
[0051] 在至少一個實施例中，一種適用于與加濕器一起使用的加濕腔室包括外壁，該外 壁界定內部空間；和至少一個內部導壁，該內部導壁在該內部空間內并且被配置成引導氣 體在該加濕腔室內的流動。
[0052] 在不同的實施例中，該前述加濕腔室具有以下特性中的一者、一些、或全部，以及 在本披露中的其他地方所描述的特性。
[0053] 該至少一個內部導壁可以包括多個導壁。該多個導壁可以被同心地安排。流動通 道可以被界定在該多個導壁中的相鄰者之間。該多個導壁可以界定多個流動通道，其中這 些流動通道中的至少一些的大小相對于彼此變化。該導壁或這些導壁可以是總體上U型并 且在該加濕腔室的入口端口與出口端口之間延伸。微結構化表面可以形成該導壁或這些導 壁的至少一部分。該導壁或這些導壁可以被附接到該加濕腔室的頂壁上。
[0054] 該加濕腔室可以進一步包括在該加濕腔室內的混合元件，該混合元件促進氣相水 和液相水的混合。
[0055] 在至少一個實施例中，一種適用于與加濕器一起使用的加濕腔室包括外壁，該外 壁界定內部空間；和在該加濕腔室內的混合元件，該混合元件促進氣相水和液相水的混合。
[0056] 在不同的實施例中，該前述加濕腔室可以具有以下特性中的一者、一些、或全部， 以及在本披露中的其他地方所描述的特性。該混合元件響應于氣體流過該加濕腔室可以是 可移動的。該混合元件可以是包括多個葉片的渦輪機。
[0057] 該加濕腔室可以進一步包括復式閥門安排，該復式閥門安排控制水通過入水口進 入該加濕腔室中，其中這些閥門中的至少一者不被浮子控制。第一閥門可以被浮子控制，而 第二閥門可以被包括水位傳感器和閥門致動器的致動器安排控制。該第二閥門可以通常被 偏置到閉合位置并且可以由該閥門致動器移動到開放位置。
[0058] 該加濕腔室可以包括平坦壁，并且該水位傳感器可以位于該平坦壁上。該入口端 口和該出口端口可以位于該平坦壁附近。
[0059] 該渦輪機的底面可以包括界定旋轉軸的突部。該渦輪機可以包括底座，并且該多 個葉片可以是可連接到該底座上的。這些葉片可以是總體上或實質上平坦的。
[0060] 在至少一個實施例中，一種適用于與加濕器一起使用的加濕腔室包括外壁，該外 壁界定內部空間；入水口，該入水口允許水進入該內部空間；主閥，該主閥控制水通過該入 水口進入該加濕腔室中，其中該主閥是被浮子控制；以及次級閥，該次級閥控制水通過該入 水口進入該加濕腔室中，其中該次級閥不被浮子控制。
[0061] 在不同的實施例中，該前述加濕腔室具有以下特性中的一者、一些、或全部，以及 在本披露中的其他地方所描述的特性。該次級閥可以被包括水位傳感器和閥門致動器的致 動器安排控制。該第二閥門可以通常被偏置到閉合位置并且可以由該閥門致動器移動到開 放位置。該第二閥門可以包括具有整體彈簧臂的閥體組件，這些整體彈簧臂通常將該閥體 組件偏置到該第二閥門的閉合位置。該加濕腔室可以包括平坦壁，并且該水位傳感器可以 位于該平坦壁上。該入口端口和該出口端口可以位于該平坦壁附近。
[0062] 下面更加詳細地描述這些和其他實施例。
【附圖說明】
[0063] 現在將參見附圖描述實施所披露的系統和方法的不同特征的示例實施例。附圖和 相關聯的描述被提供為用于展示實施例，而不限制本披露的范圍。
[0064] 圖1示出了結合一個或多個醫用管、加濕腔室以及患者接口的醫療回路的示意 圖。
[0065] 圖2示出了示例管的平面圖。
[0066] 圖3A和3B示出了根據至少一個實施例的示例管的內部部件的第一和第二放大的 縱截面。
[0067] 圖4示出了示例微結構的橫截面。
[0068] 圖5A示出了管的內部部件的前透視圖。
[0069] 圖5B示出了圖5A的示出為前透視圖的內部部件的第一放大部分。
[0070] 圖6示出了管內的空氣流速率和溫度曲線的示意圖。
[0071] 圖7示出了示例加濕腔室的透視圖。
[0072] 圖8A示出了包括第一微結構配置的示例加濕腔室的透視圖。
[0073] 圖8B和8C示出了圖8A中的微結構的第一和第二放大部分的前平面圖。
[0074] 圖8D示出了示例微結構的橫截面。
[0075] 圖9A示出了包括第二微結構配置的示例加濕腔室的透視圖。
[0076] 圖9B和9C不出了圖9A中的微結構的第一和第二放大部分的前平面圖。
[0077] 圖9D示出了示例微結構的橫截面。
[0078] 圖10A示出了示例患者接口的前透視圖。
[0079] 圖10B示出了結合傳導性細絲的示例患者接口的前平面圖。
[0080] 圖11A示出了包括微結構的示例患者接口的后平面圖。
[0081] 圖11B示出了圖11A中的微結構的放大部分的透視圖。
[0082] 圖11C示出了示例微結構的橫截面。
[0083] 圖11D示出了包括微結構的示例患者接口的后平面圖。
[0084] 圖12A示出了在未結合微結構的接口表面上的水滴形成的示意圖。
[0085] 圖12B示出了在結合微結構的接口表面上的水鋪展的示意圖。
[0086]圖13示意性地展示了添加的熱對來自微結構的蒸發的作用。
[0087] 圖14是醫用管的制造方法的示意圖，該醫用管包括進料斗、朝向模頭的螺旋進料 機并且以波紋板乳機終止。
[0088] 圖15是醫用管件的螺旋成形制造方法的示意圖。
[0089] 圖16是用于在連續微通道中芯吸的示例條件的曲線圖。
[0090] 圖17示出了連續微結構的圖像。
[0091] 圖18A到18L示出了連續的和離散的微結構的圖像。
[0092] 圖19A展示了具有結合微結構的入口管的加濕腔室的透視圖；圖19B展示了用于 與該入口管一起使用的預加濕軸環的側視平面圖。
[0093] 圖20展示了其中粗糙表面可以用來增強蒸發的實施例。
[0094] 圖21展示了其中粗糙表面可以用來增強蒸發的另一個實施例。
[0095] 圖22展示了表面上的一些微結構的不規則物。
[0096] 圖23展示了包括蒸發疊片或蒸發塔的加濕腔室的實施例。
[0097] 圖24A展示了包括倒置梯形微結構的表面。
[0098] 圖24B是倒置梯形微結構中的毛細管填充長度與毛細管填充時間之間的關系的 圖形表示。
[0099] 圖25A展示了適用于在用于在平坦表面上形成微結構的方法中使用的裝置。
[0100] 圖25B和25C示出了適用于在圖25A的裝置中使用的切割刀片。
[0101] 圖26A到26H展示了用于在平坦表面上形成微結構的方法。
[0102] 圖27A到27F展示了用于在平坦表面上形成微結構的另一種方法。
[0103] 圖28A到28D展示了用于在平坦表面上形成微結構的另一種方法。
[0104] 圖29A到29C展示了倒置梯形微結構。
[0105] 圖30A展示了微結構化薄板的示意圖。
[0106] 圖30B展示了用于在包括圖30A的微結構化薄板的加濕腔室中使用的插入物的示 意圖。
[0107] 圖31展示了包括引導氣體流過該加濕腔室的引導特征的加濕腔室。
[0108] 圖32是圖31的加濕腔室的部分截面圖，該部分截面圖展示了這些引導特征、復式 閥門安排以及用于該復式閥門安排的次級閥的致動器。
[0109] 圖33是圖31的加濕腔室的復式閥門安排的截面圖。
[0110] 圖34是包括渦輪機形式的混合元件的加濕腔室的示意俯視圖。
[0111] 圖35是圖34的與該加濕腔室分離的渦輪機的透視圖。
[0112] 圖36是圖34的渦輪機的側視圖，該側視圖展示了該渦輪機的底面上的摩擦力減 小特征。
[0113] 圖37A示出了結合一個或多個醫用管、加濕器管以及患者接口的醫療回路的示意 圖。圖37B和37C示出了示例加濕器管的側視平面圖和前平面圖。
[0114] 貫穿這些附圖，參見號被頻繁再使用以指示所參見的（或類似的）元件之間的對 應。此外，每一參見號的第一個數字（或第一組數字）指示該元件第一次出現在其中的附 圖。
【具體實施方式】
[0115] 以下詳細說明披露了新的醫療回路部件和形成這些部件的方法，這些部件例如吹 氣、麻醉、或呼吸回路部件。如上文所解釋，這些部件包括用于加濕和/或冷凝物管理的微 結構。這些披露的微結構可以結合在許多種部件中，包括管（例如，吸氣性呼吸管和呼氣性 呼吸管以及在一種呼吸回路的不同元件之間的其他管件，這些元件例如通氣機、加濕器、過 濾器、聚水器、樣品管線、連接器、氣體分析器，等等）、Y型連接器、導管接合器、加濕器、以 及患者接口（例如，用于覆蓋鼻子和臉的遮罩、鼻罩、套管、鼻枕，等等）、浮子、探頭、以及在 許多種醫療回路中的傳感器。醫療回路是廣義術語，并且對本領域的普通技術人員給出了 它的通常并且慣常的含義（也就是說，它不限于特殊或自定義的含義）。因此，醫療回路意 味著包括開放回路，例如某些CPAP系統，這些開放回路可以包括在通氣機/送風機與患者 接口之間的單個吸氣性呼吸管