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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der medizinischen Instrumente, insbesondere einen Membranoxygenator.
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STAND DER TECHNIK
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Der Membranoxygenator ist ein medizinisches Instrument zum Ersetzen der Lunge beim Herzstillstand und hat die Funktion, den Sauerstoff- und Kohlendioxidgehalt des Blutes zu regulieren, und ist ein notwendiges medizinisches Gerät für die Herz- und Gefäßchirurgie, sowie für die Behandlung akuter Atemwegserkrankungen und für die Wartephase der Lungentransplantation. Der Membranoxygenator basiert auf dem Prinzip des alveolären Gasaustauschs und integriert die Funktionen der Oxygenierung, des Temperaturwechsels, der Blutspeicherung und der Filtration usw. Sein Funktionsprinzip besteht darin, dass das venöse Blut im Körper aus dem Körper herausgeführt wird und, nachdem es den Membranoxygenator passiert hat, Sauerstoff und Kohlendioxid ausgetauscht werden, um es in arterielles Blut umzuwandeln, das dann in das arterielle System des menschlichen Körpers zurückgeführt wird, um die Versorgung der menschlichen Körperorgane und -gewebe mit sauerstoffhaltigem Blut aufrechtzuerhalten und die Funktion der Lungen während des chirurgischen Prozesses vorübergehend zu ersetzen, was die Bedürfnisse des Patienten während der Operation befriedigt.
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Die Gasaustauschkapazität ist ein wichtiger Funktionsindex des Membranoxygenators, und es gibt Versuche im Stand der Technik, die Gasaustauschkapazität des Membranoxygenators durch Vergrößerung der Fläche der Sauerstoffdruckmembran zu verbessern; die Vergrößerung der Fläche der Sauerstoffdruckmembran erhöht jedoch gleichzeitig die Blutvorladung und vergrößert die Kontaktfläche zwischen dem Blut und dem synthetischen Material, was zu mehr Blutverlust und Schäden führen und sich auf die postoperative Genesung des Patienten negativ auswirken kann.
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INHALT DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Ein technisches Problem, das von dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gelöst werden muss, besteht darin, einen Membranoxygenator zur Verfügung zu stellen, der in der Lage ist, eine bessere Gasaustauschkapazität mit der gleichen Fläche der Sauerstoffdruckmembran zu erzielen.
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Um das obige technische Problem zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung einen Membranoxygenator zur Verfügung, umfassend:
- eine obere Abdeckung, die von der Mitte zur Außenkante nacheinander in einen ersten Blutpfadraum, einen ersten Gaspfadraum und einen ersten Wasserpfadraum unterteilt ist,
- wobei an der oberen Abdeckung eine mit dem ersten Gaspfadraum verbundene Gaseinlassöffnung und eine mit dem ersten Wasserpfadraum verbundene Wassereinlassöffnung vorgesehen sind;
- eine untere Abdeckung, die von der Mitte zur Außenkante nacheinander in einen zweiten Blutpfadraum, einen zweiten Gaspfadraum und einen zweiten Wasserpfadraum unterteilt ist, wobei an der unteren Abdeckung eine mit dem zweiten Blutpfadraum verbundene Blutauslassöffnung, eine mit dem zweiten Gaspfadraum verbundene Gasauslassöffnung und eine mit dem zweiten Wasserpfadraum verbundene Wasserauslassöffnung vorgesehen sind;
- ein Gehäuse, wobei zwei Enden des Gehäuses jeweils mit der oberen Abdeckung und der unteren Abdeckung verbunden sind, und wobei an einer nahe an der oberen Abdeckung liegenden Stelle des Gehäuses eine mit dem inneren Hohlraum des Gehäuses verbundene Bluteinlassöffnung vorgesehen ist;
- eine Oxygenierungsstruktur, die in dem inneren Hohlraum des Gehäuses angeordnet ist und einen Dorn, eine Sauerstoffdruckmembran und eine Membran mit variabler Temperatur umfasst, wobei das obere Ende des Dorns in den ersten Blutpfadraum eintritt, und wobei das untere Ende des Dorns der Blutauslassöffnung gegenüberliegt, und wobei die Sauerstoffdruckmembran um den Dorn herum vorgesehen ist, und wobei die Sauerstoffdruckmembran mit dem ersten Gaspfadraum und dem zweiten Gaspfadraum verbunden ist, und wobei die Membran mit variabler Temperatur die Sauerstoffdruckmembran umgibt und um diese gewickelt ist, und wobei die Membran mit variabler Temperatur mit dem ersten Wasserpfadraum und dem zweiten Wasserpfadraum verbunden ist; und wobei zwischen der Membran mit variabler Temperatur und der Innenwand des Gehäuses ein Spalt vorgesehen ist, und wobei die Breite des Spalts von der oberen Abdeckung zu der unteren Abdeckung allmählich abnimmt.
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In einer ausführbaren Implementierung umfasst der Membranoxygenator weiterhin Folgendes:
- eine erste Blockierschicht, die an der Einfügungsstelle zwischen dem Gehäuse und der oberen Abdeckung vorgesehen ist;
- eine zweite Blockierschicht, die an der Einfügungsstelle zwischen dem Gehäuse und der unteren Abdeckung vorgesehen ist.
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In einer ausführbaren Implementierung umfasst die Sauerstoffdruckmembran eine Vielzahl von Gasaustauschrohren, wobei die Gasaustauschrohre hohle Rohre mit Öffnungen an beiden Enden sind; und wobei ein Ende jedes Gasaustauschrohrs in die erste Blockierschicht hineingeführt ist und mit dem ersten Gaspfadraum in Verbindung steht und das andere Ende in die zweite Blockierschicht hineingeführt ist und mit dem zweiten Gaspfadraum in Verbindung steht.
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In einer ausführbaren Implementierung umfasst die Membran mit variabler Temperatur eine Vielzahl von Rohren mit variabler Temperatur, wobei Rohre mit variabler Temperatur hohle Rohre mit Öffnungen an beiden Enden sind;
und wobei ein Ende jedes Rohrs mit variabler Temperatur in die erste Blockierschicht hineingeführt ist und mit dem ersten Wasserpfadraum in Verbindung steht und das andere Ende in die zweite Blockierschicht hineingeführt ist und mit dem zweiten Wasserpfadraum in Verbindung steht.
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In einer ausführbaren Implementierung umfasst die Oxygenierungsvorrichtung weiterhin eine Spoilerstruktur zum Führen des seitlichen Fließens des Bluts, wobei die Spoilerstruktur zwischen dem Gehäuse und der Membran mit variabler Temperatur vorgesehen ist.
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In einer ausführbaren Implementierung umfasst die Spoilerstruktur eine Vielzahl von Vorsprüngen, die von der Innenwand des Gehäuses in Richtung der Membran mit variabler Temperatur vorstehen.
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In einer ausführbaren Implementierung sind die mehreren Vorsprünge stufenförmig verteilt, wobei ein Abstand zwischen den Vorsprüngen in der Nähe der oberen Abdeckung und der Membran mit variabler Temperatur größer als ein Abstand zwischen den Vorsprüngen in der Nähe der unteren Abdeckung und der Membran mit variabler Temperatur ist.
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In einer ausführbaren Implementierung ist die obere Abdeckung mit einer ersten Entgasungsöffnung versehen, die mit dem ersten Blutpfadraum in Verbindung steht, wobei das obere Ende des Dorns der ersten Entgasungsöffnung gegenüberliegt.
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In einer ausführbaren Implementierung ist die obere Abdeckung weiterhin mit einer Rezirkulationsöffnung versehen, wobei die Rezirkulationsöffnung mit der ersten Entgasungsöffnung in Verbindung steht.
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In einer ausführbaren Implementierung ist an dem Gehäuse eine zweite Entgasungsöffnung vorgesehen.
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In einer ausführbaren Implementierung ist die zweite Entgasungsöffnung mit einer einseitig atmungsaktiven Membran versehen, wobei die einseitig atmungsaktive Membran dazu dient, Flüssigkeit im Gehäuse zu sperren und die Luftblasen in der Flüssigkeit aus dem Gehäuse austreten zu lassen.
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In einer ausführbaren Implementierung ist das Gehäuse ein zylindrisches Gehäuse, dessen Innendurchmesser von der oberen Abdeckung zu der unteren Abdeckung allmählich abnimmt;
wobei der Querschnitt des Dorns von der oberen Abdeckung zu der unteren Abdeckung allmählich abnimmt.
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In einer ausführbaren Implementierung weist die obere Abdeckung einen ersten Trennring und einen zweiten Trennring auf, wobei der zweite Trennring um den ersten Trennring herum angeordnet ist, und wobei der erste Trennring den ersten Blutpfadraum von dem ersten Gaspfadraum trennt, und wobei der zweite Trennring den ersten Gaspfadraum von dem ersten Wasserpfadraum trennt;
wobei die untere Abdeckung einen dritten Trennring und einen vierten Trennring aufweist, und wobei der vierte Trennring um den dritten Trennring herum angeordnet ist, und wobei der dritte Trennring den zweiten Blutpfadraum von dem zweiten Gaspfadraum trennt, und wobei der vierte Trennring den zweiten Gaspfadraum von dem zweiten Wasserpfadraum trennt.
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Die Umsetzung der vorliegenden Erfindung hat die folgenden vorteilhaften Auswirkungen:
- in dem Membranoxygenator, der durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt wird, ist die Bluteinlassöffnung am oberen Teil des Gehäuses vorgesehen, und die Blutauslassöffnung ist an der unteren Abdeckung vorgesehen, und nachdem das Blut in den Membranoxygenator eintrat, füllt es zuerst den Raum zwischen der Membran mit variabler Temperatur und dem Gehäuse aus, da dieser Raum eine Struktur mit einem breiten Oberteil und einem engen Unterteil aufweist, ist das injizierte Blut in der Lage, den unteren Raum schnell auszufüllen, so dass das anschließend injizierte Blut für einen längeren Zeitraum im oberen Teil des Raums verweilt, damit mehr Blut quer in die Membran mit variabler Temperatur eintritt, und unter Antrieb durch das Blut, das kontinuierlich in den Oxygenator eintritt, kann das Blut, das in die Membran mit variabler Temperatur eintritt, kontinuierlich quer in die Sauerstoffdruckmembran eintreten und dann in die Dornposition eintreten und aus der Blutauslassöffnung am unteren Ende des Dorns herausfließen. Die vorliegende Erfindung erhöht den Anteil des Bluts, der die Sauerstoffdruckmembran durchquert, verbessert den Oxygenierungseffekt des Membranoxygenators und ermöglicht es, die gleiche Gasaustauschkapazität mit einer kleineren Fläche der Sauerstoffdruckmembran im Vergleich zum Stand der Technik zu erreichen. Außerdem führt mehr Blut, das den Oxygenator durchquert, zu einem geringeren Widerstandsverlust für den Oxygenator, wodurch die widerstandsbedingte Blutzerstörung verringert wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1 zeigt eine schematische Strukturansicht eines Membranoxygenator in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt ein partielles schematisches Diagramm einer Struktur des Gehäuses in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 3 zeigt ein partielles schematisches Diagramm einer anderen Struktur des Gehäuses in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 4 zeigt eine schematische Strukturansicht eines mit einer zweiten Entgasungsöffnung versehenen Gehäuses in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 5 zeigt ein schematisches Diagramm der Strömungsrichtung vom Wasser in einem Membranoxygenator in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 6 zeigt ein schematisches Diagramm der Strömungsrichtung vom Gas in einem Membranoxygenator in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 7 zeigt ein schematisches Diagramm der Strömungsrichtung vom Blut in einem Membranoxygenator in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Obere Abdeckung
- 101
- Erster Blutpfadraum
- 102
- Erster Gaspfadraum
- 103
- Erster Wasserpfadraum
- 104
- Wassereinlassöffnung
- 105
- Gaseinlassöffnung
- 106
- Erste Entgasungsöffnung
- 107
- Rezirkulationsöffnung
- 20
- Gehäuse
- 201
- Bluteinlassöffnung
- 202
- Zweite Entgasungsöffnung
- 203
- Einseitig atmungsaktive Membran
- 204
- Kompressionsabdeckung
- 30
- Untere Abdeckung
- 301
- Zweiter Blutpfadraum
- 302
- Zweiter Gaspfadraum
- 303
- Zweiter Wasserpfadraum
- 305
- Blutauslassöffnung
- 306
- Wasserauslassöffnung
- 40
- Oxygenierungsstruktur
- 401
- Dorn
- 402
- Sauerstoffdruckmembran
- 403
- Membran mit variabler Temperatur
- 404
- Spalt
- 405
- Vorsprung
- 501
- Erste Blockierschicht
- 502
- Zweite Blockierschicht
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Im Folgenden wird die ausführliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert, damit der Zweck, die Merkmale und die Vorteile der vorliegenden Erfindung deutlicher und leichter zu verstehen sind. In der folgenden Erläuterung wird eine Reihe von spezifischen Details vorgestellt, um ein umfassendes Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Die Erfindung kann jedoch auch auf viele andere als die hier beschriebenen Arten ausgeführt werden, und Fachleute auf diesem Gebiet können ähnliche Verbesserungen durchführen, ohne von der Konnotation der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Daher ist die vorliegende Erfindung nicht durch die unten offenbarten spezifischen Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Es sollte darauf hingewiesen werden: wenn ein Element derart geschildert wird, dass es an einem anderen Element „befestigt“ ist, kann das Element sich unmittelbar auf dem anderen Element befinden, oder es besteht ein anderes dazwischenliegendes Element. Wenn ein Element so angesehen wird, dass es mit einem anderen Element „verbunden“ ist, kann das Element unmittelbar mit dem anderen Element verbunden, oder gleichzeitig besteht ein dazwischenliegendes Element. Die in der Beschreibung verwendeten Fachwörter wie „vertikal“, „horizontal“, „links“, „rechts“ und ähnliche Formulierungen werden nur zum Erläutern des Ziels verwendet.
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Sofern nicht anders angegeben wird, haben alle in der Beschreibung verwendeten technischen und wissenschaftlichen Fachwörter gleiche Bedeutungen wie der Fachmann auf dem technischen Gebiet der vorliegenden Erfindung üblicherweise versteht. Die in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung verwendeten Fachwörter dienen nur zum Erläutern des Ziels der ausführlichen Ausführungsbeispiele, statt die vorliegende Erfindung zu beschränken. Die in der Beschreibung verwendeten Fachwörter „und/oder“ umfassen irgendeine und alle Kombinationen von einem oder mehreren assoziierten aufgelisteten Elementen.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt einen Membranoxygenator zur Verfügung, wobei der Membranoxygenator eine obere Abdeckung 10, eine untere Abdeckung 30, ein Gehäuse 20 und eine Oxygenierungsstruktur 40 umfasst, wobei die beiden Enden des Gehäuses 20 jeweils mit der oberen Abdeckung 10 und der unteren Abdeckung 30 verbunden sind, und wobei die Oxygenierungsstruktur 40 im Inneren des Gehäuses 20 angeordnet ist, und wobei die Oxygenierungsstruktur 40 zur Umwandlung von venösem Blut in arterielles Blut verwendet wird.
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1 zeigt eine schematische Strukturansicht eines Membranoxygenator in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Siehe 1, ist die obere Abdeckung 10 von der Mitte zur Außenkante nacheinander in einen ersten Blutpfadraum 101, einen ersten Gaspfadraum 102 und einen ersten Wasserpfadraum 103 unterteilt, wobei an der oberen Abdeckung 10 weiterhin eine mit dem ersten Gaspfadraum 102 verbundene Gaseinlassöffnung 105 und eine mit dem ersten Wasserpfadraum 103 verbundene Wassereinlassöffnung 104 vorgesehen sind; in einer möglichen Implementierung umfasst die obere Abdeckung 10 einen oberen Abdeckungskörper, einen ersten Trennring und einen zweiten Trennring, wobei der obere Abdeckungskörper eine Öffnung und einen Boden gegenüber der Öffnung aufweist, und wobei der Boden in einer Richtung weg von der Öffnung vorsteht, um den mittleren Teil des oberen Abdeckungskörpers konkav zu machen, und wobei der erste Trennring in dem oberen Abdeckungskörper vorgesehen ist, und wobei der erste Trennring den konkaven Raum in dem oberen Abdeckungskörper in einen inneren Raum und einen äußeren Raum unterteilt, und wobei der Raum innerhalb des ersten Trennrings der erste Blutpfadraum 101 ist, und wobei der zweite Trennring um den ersten Trennring herum vorgesehen ist, und wobei der zweite Trennring den Raum außerhalb des ersten Trennrings in einen inneren Raum und einen äußeren Raum unterteilt, und wobei der Raum zwischen dem ersten Trennring und dem zweiten Trennring der erste Gaspfadraum 102 ist, und wobei der Raum zwischen dem zweiten Trennring und der Kante des oberen Abdeckkörpers der erste Wasserpfadraum 103 ist. Die Gaseinlassöffnung 105 und die Wassereinlassöffnung 104 sind jeweils an dem oberen Abdeckungskörper vorgesehen, und die Gaseinlassöffnung 105 befindet sich zwischen dem ersten Trennring und dem zweiten Trennring, während die Wassereinlassöffnung 104 sich zwischen dem zweiten Trennring und der Kante des oberen Abdeckungskörpers befindet.
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Die untere Abdeckung 30 ist von der Mitte zur Außenkante nacheinander in einen zweiten Blutpfadraum 301, einen zweiten Gaspfadraum 302 und einen zweiten Wasserpfadraum 303 unterteilt, wobei an der unteren Abdeckung 30 eine mit dem zweiten Blutpfadraum 301 verbundene Blutauslassöffnung 305, eine mit dem zweiten Gaspfadraum 302 verbundene Gasauslassöffnung (nicht dargestellt) und eine mit dem zweiten Wasserpfadraum 303 verbundene Wasserauslassöffnung 306 vorgesehen sind. In einer möglichen Implementierung umfasst die untere Abdeckung 30 einen unteren Abdeckungskörper, einen dritten Trennring und einen vierten Trennring, wobei der untere Abdeckungskörper eine Öffnung und einen Boden gegenüber der Öffnung aufweist, und wobei der Boden in einer Richtung weg von der Öffnung vorsteht, um den mittleren Teil des unteren Abdeckungskörpers konkav zu machen, und wobei der dritte Trennring in dem unteren Abdeckungskörper vorgesehen ist, und wobei der dritte Trennring den konkaven Raum in dem unteren Abdeckungskörper in einen inneren Raum und einen äußeren Raum unterteilt, und wobei der Raum innerhalb des dritten Trennrings der zweite Blutpfadraum 301 ist, und wobei der vierte Trennring um den dritten Trennring herum vorgesehen ist, und wobei der vierte Trennring den Raum außerhalb des dritten Trennrings in einen inneren Raum und einen äußeren Raum unterteilt, und wobei der Raum zwischen dem dritten Trennring und dem vierten Trennring der zweite Gaspfadraum 302 ist, und wobei der Raum zwischen dem vierten Trennring und der Kante des unteren Abdeckkörpers der zweite Wasserpfadraum 303 ist. Die Blutauslassöffnung 305, die Gasauslassöffnung und die Wasserauslassöffnung 306 sind jeweils an dem oberen Abdeckungskörper vorgesehen, und die Blutauslassöffnung 305 befindet sich innerhalb des dritten Trennrings, die Gasauslassöffnung befindet sich zwischen dem dritten Trennring und dem vierten Trennring, und die Wasserauslassöffnung 306 befindet sich zwischen dem vierten Trennring und der Kante des oberen Abdeckungskörpers.
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Das Gehäuse 20 ist eine hohle Komponente mit Öffnungen an beiden Enden, wobei die beiden Enden des Gehäuses 20 jeweils mit der oberen Abdeckung 10 und der unteren Abdeckung 30 verbunden sind, und wobei an einer nahe an der oberen Abdeckung 10 liegenden Stelle des Gehäuses 20 eine mit dem inneren Hohlraum des Gehäuses verbundene Bluteinlassöffnung 201 vorgesehen ist. In einer möglichen Implementierung ist das Gehäuse 20 zylindrisch, wobei das Gehäuse 20 mit einem ersten Gehäusetrennelement und einem zweiten Gehäusetrennelement im Inneren versehen ist, und wobei das erste Gehäusetrennelement und das zweite Gehäusetrennelement ringförmige Komponenten sind, und wobei zwei Enden des ersten Gehäusetrennelements jeweils mit dem ersten Trennring der oberen Abdeckung 10 und dem dritten Trennring der unteren Abdeckung 30 verbunden sind, während zwei Enden des zweiten Gehäusetrennelements jeweils mit dem zweiten Trennring der oberen Abdeckung 10 und dem vierten Trennring der unteren Abdeckung 30 verbunden sind.
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Die Oxygenierungsstruktur 40 ist in dem inneren Hohlraum des Gehäuses angeordnet und umfasst einen Dorn 401, eine Sauerstoffdruckmembran 402 und eine Membran mit variabler Temperatur 403, wobei das obere Ende des Dorns 401 in den ersten Blutpfadraum 101 eintritt, und wobei das untere Ende des Dorns 401 der Blutauslassöffnung 305 gegenüberliegt, und wobei die Sauerstoffdruckmembran 402 um den Dorn 401 herum vorgesehen ist, und wobei zwischen der Sauerstoffdruckmembran 402 und dem Dorn 401 eine Lücke vorgesehen ist, und wobei die Sauerstoffdruckmembran 402 mit dem ersten Gaspfadraum 102 und dem zweiten Gaspfadraum 302 verbunden ist, und wobei die Membran mit variabler Temperatur 403 um die Außenfläche der Sauerstoffdruckmembran 402 gewickelt ist, und wobei die Membran mit variabler Temperatur 403 mit dem ersten Wasserpfadraum 103 und dem zweiten Wasserpfadraum 303 verbunden ist; und wobei zwischen der Membran mit variabler Temperatur 403 und der Innenwand des Gehäuses 20 ein Spalt 404 vorgesehen ist, und wobei die Breite des Spalts 404 von der oberen Abdeckung 10 zu der unteren Abdeckung 30 allmählich abnimmt. Insbesondere ist der Dorn 401 im ersten Gehäusetrennelement vorgesehen, die Sauerstoffdruckmembran 402 ist zwischen dem ersten Gehäusetrennelement und dem zweiten Gehäusetrennelement vorgesehen, und die Membran mit variabler Temperatur 403 ist zwischen der Innenwand des Gehäuses 20 und dem zweiten Gehäusetrennelement vorgesehen.
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In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, nachdem die obere Abdeckung 10, das Gehäuse 20, die untere Abdeckung 30 und die Oxygenierungsstruktur 40 zusammengebaut waren, steht der erste Blutpfadraum 101 in der oberen Abdeckung 10 nicht in Verbindung mit dem ersten Gaspfadraum 102, und der erste Gaspfadraum 102 steht nicht in Verbindung mit dem ersten Wasserpfadraum 103; der zweite Blutpfadraum301 in der unteren Abdeckung 30 steht nicht in Verbindung mit dem zweiten Gaspfadraum 302, und der zweite Gaspfadraum 302 steht nicht in Verbindung mit dem zweiten Wasserpfadraum 303. Insbesondere ist an der Einfügungsstelle zwischen der oberen Abdeckung 10 und dem Gehäuse 20 eine erste Blockierschicht 501 vorgesehen, wobei an der Einfügungsstelle zwischen der unteren Abdeckung 30 und dem Gehäuse 20 eine zweite Blockierschicht 502 vorgesehen ist. Die erste Blockierschicht 501 ist in der Lage, den ersten Blutpfadraum 101, den ersten Gaspfadraum 102 und den ersten Wasserpfadraum 103 zu isolieren, und auch den inneren Hohlraum des Gehäuses von den Räumen der oberen Abdeckung 10 zu isolieren; die zweite Blockierschicht 502 ist in der Lage, den zweiten Blutpfadraum 301, den zweiten Gaspfadraum 302 und den zweiten Wasserpfadraum 303 zu isolieren, und auch den inneren Hohlraum des Gehäuses von den Räumen der unteren Abdeckung 30 zu isolieren.
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Ein Membranoxygenator ist ein medizinisches Gerät, das die Funktion der menschlichen Lunge für den Gasaustausch außerhalb des Körpers während einer Operation oder zur Lebenserhaltung ersetzen kann. Der Oxygenator besteht aus zwei funktionellen Komponenten, dem Gasaustausch und der Temperaturregelung. Die Gasaustauschfunktion wird durch eine Sauerstoffdruckmembran 402 und die Temperaturregelungsfunktion durch eine Membran mit variabler Temperatur 403 realisiert. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst die Sauerstoffdruckmembran 402 eine Vielzahl von Gasaustauschrohren, wobei die Gasaustauschrohre hohle Rohre mit Öffnungen an beiden Enden sind, und wobei die Apertur des Gasaustauschrohrs 0,1 um bis 5um beträgt; und wobei ein Ende jedes Gasaustauschrohrs in die erste Blockierschicht 501 hineingeführt ist und mit dem ersten Gaspfadraum 102 in Verbindung steht und das andere Ende in die zweite Blockierschicht 502 hineingeführt ist und mit dem zweiten Gaspfadraum 302 in Verbindung steht; die Rohrwände von zumindest einem Teil von mehreren Gasaustauschrohren weisen Mikroporen auf, die nur den Durchgang von Gas zulassen und den Durchgang von roten Blutkörperchen blockieren; tatsächlich können die Rohrwände der Gasaustauschrohre auch als semipermeable Membranen betrachtet werden, die nur den Durchgang von Gas zulassen, und mittels semipermeabler Membranen ist der Membranoxygenator in der Lage, den Prozess des Gasaustauschs im Blut zu realisieren. Die Membran mit variabler Temperatur 403 umfasst eine Vielzahl von Rohren mit variabler Temperatur, wobei Rohre mit variabler Temperatur hohle Rohre mit Öffnungen an beiden Enden sind; und wobei ein Ende jedes Rohrs mit variabler Temperatur in die erste Blockierschicht 501 hineingeführt ist und mit dem ersten Wasserpfadraum 103 in Verbindung steht und das andere Ende in die zweite Blockierschicht 502 hineingeführt ist und mit dem zweiten Wasserpfadraum 303 in Verbindung steht. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bestehen sowohl die Sauerstoffdruckmembran 402 als auch die Membran mit variabler Temperatur 403 aus einer großen Anzahl dünnwandiger hohler Rohre, mit dem Unterschied, dass zumindest ein Teil der in der Sauerstoffdruckmembran 402 verwendeten hohlen Rohre perforierte Membranen sind, um den Gasaustausch mit dem Blut zu ermöglichen, während die gesamte Membran mit variabler Temperatur 403 eine nicht perforierte Membran ist, um die Strömungsführung und den Wärmeaustausch mit dem Blut außerhalb der hohlen Rohre zu ermöglichen.
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Das Verfahren zur Verwendung des in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bereitgestellten Membranoxygenators und der Arbeitsprozess sind wie folgt:
- Die Bluteinlassöffnung 201 ist während einer Operation oder zur Aufrechterhaltung der Vitalfunktionen über einen Schlauch mit einer menschlichen Vene verbunden, die Blutauslassöffnung 305 ist über einen Schlauch mit einer menschlichen Arterie verbunden, und die Wassereinlassöffnung 104 und die Wasserauslassöffnung 306 sind jeweils über einen Schlauch mit einem Wassertank mit variabler Temperatur verbunden. Die Gaseinlassöffnung 105 ist über einen Schlauch mit einer Gasquelle verbunden. Der Wassertank mit variabler Temperatur führt über die Wassereinlassöffnung 104 Wasser mit einer bestimmten Temperatur in den inneren Hohlraum jedes der Rohre mit variabler Temperatur ein, die die Membran mit variabler Temperatur 403 bilden, und die Gasquelle führt über die Gaseinlassöffnung 105 Sauerstoff mit einer bestimmten Konzentration in den inneren Hohlraum jedes der Gasaustauschrohre ein, die die Oxygenierungsmembran bilden. Wenn das venöse Blut durch die Bluteinlassöffnung 201 in das Gehäuse 20 eintritt, tauscht das durch die Membran mit variabler Temperatur 403 fließende Blut durch die Außenwand des Rohrs mit variabler Temperatur Wärme mit dem Blut aus, um es zu erwärmen oder zu kühlen.
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Das venöse Blut, das den Temperaturaustausch abgeschlossen hat, tritt quer in die Sauerstoffdruckmembran 402 ein, das Gas befindet sich innerhalb der Gasaustauschrohrs und das Blut außerhalb des Gasaustauschrohrs, und das Gas und das Blut tauschen Sauerstoff und Kohlendioxid durch Diffusion auf beiden Seiten der semipermeablen Membran aus, zu diesem Zeitpunkt tritt das Kohlendioxid im venösen Blut in den inneren Hohlraum des Gasaustauschrohrs und der Sauerstoff in dem Gasaustauschrohr in das Blut ein. Der Prozess der Umwandlung von venösem Blut in arterielles Blut ist abgeschlossen, und das arterielle Blut wird über die Blutauslassöffnung 305 in den Körper zurückgeführt, um die Sauerstoffversorgung des Patienten aufrechtzuerhalten. Dieser Vorgang steht im Einklang mit der körpereigenen Lungenfunktion.
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5 zeigt ein schematisches Diagramm der Strömungsrichtung vom Wasser in einem Membranoxygenator in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Siehe 5, fließt das Wasser in dem Wassertank mit variabler Temperatur durch die Wassereinlassöffnung 104 in den ersten Wasserpfadraum 103 ein, wird durch das Rohr mit variabler Temperatur in den zweiten Wasserpfadraum 303 eingegeben und kehrt dann durch die Wasserauslassöffnung 306 zum Wassertank mit variabler Temperatur zurück, und das Blut tauscht Wärme mit dem Wasser innerhalb des Rohrs mit variabler Temperatur aus, wenn es durch das Rohr mit variabler Temperatur fließt, und die Temperatur des Bluts wird auf den gewünschten Temperaturbereich eingestellt.
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6 zeigt ein schematisches Diagramm der Strömungsrichtung vom Gas in einem Membranoxygenator in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Siehe 6, tritt der Sauerstoff in der Gasquelle durch die Gaseinlassöffnung 105 in den ersten Gaspfadraum 102 ein und fließt dann in das Gasaustauschrohr ein, das Blut, das durch das Gasaustauschrohr führt einen Gasaustausch mit dem Gasaustauschrohr, der Sauerstoff in dem Gasaustauschrohr wird mit dem Blut kombiniert, und das Kohlendioxid im Blut tritt in das Gasaustauschrohr ein, fließt dann in den zweiten Gaspfadraum 302 ein und wird von der Gasauslassöffnung abgeführt.
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7 zeigt ein schematisches Diagramm der Strömungsrichtung vom Blut in einem Membranoxygenator in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Siehe 7, tritt das Blut durch die Bluteinlassöffnung 201 in den Membranoxygenator ein und durchquert die variable Temperatur Membran 403 und die Sauerstoffdruckmembran 402, dann konvergiert es in den Raum, in dem sich der Dorn 401 befindet, und fließt entlang der Blutauslassöffnung 305 aus.
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In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist zwischen der Membran mit variabler Temperatur 403 und der Innenwand des Gehäuses 20 ein Spalt vorgesehen, und die Breite des Spalts 404 von der oberen Abdeckung 10 zu der unteren Abdeckung 30 allmählich abnimmt, und die Bluteinlassöffnung 201 liegt nahe an der oberen Abdeckung 10, so dass, wenn das Blut durch die Bluteinlassöffnung 201 in den Membranoxygenator eintritt, es zunächst den Spalt 404 zwischen der Membran 403 mit variabler Temperatur und der Innenwand des Gehäuses 20 füllt, da der Spalt 404 eine Form mit breitem Oberteil und engem Unterteil aufweist (wie in 2 dargestellt), kann eine kleine Menge Blut den unteren Teil des Spalts 404 voll füllen, und mehr Blut verweilt sich im oberen Teil des Spalts 404, unter Antrieb des Bluts, das kontinuierlich von der Bluteinlassöffnung 201 injiziert wird, kann das Blut, dass sich im oberen Teil des Spalts 404 verweilt, kontinuierlich quer durch die Membran mit variabler Temperatur 403 und die Sauerstoffdruckmembran 402 hindurchgehen und dann in einen Raum eintreten, in dem sich der Dorn 401 befindet, dann wird es durch die mit dem Raum verbundene Blutauslassöffnung 305 zurück in den menschlichen Körper geführt.
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Damit der Spalt 404 zwischen der Membran mit variabler Temperatur 403 und dem Gehäuse 20 sich allmählich verkleinert, kann dies durch eine der folgenden Methoden oder Kombinationen davon realisiert werden:
- (1) das Gehäuse 20 wird zylindrisch gestaltet, so dass der Innendurchmesser des Gehäuses 20 von der oberen Abdeckung 10 zur unteren Abdeckung 30 sequentiell abnimmt;
- (2) die Rohre mit variabler Temperatur werden eingereiht, so dass das Ende der Membran 403 mit variabler Temperatur in der Nähe der unteren Abdeckung 30 näher an der Innenwand des Gehäuses 20 als das Ende in der Nähe der oberen Abdeckung 10 liegt.
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Zur besseren Konvergenz des oxygenierten Bluts kann der Dorn 401 als Wirbelstruktur ausgebildet sein, so dass sich der Querschnitt des Dorns 401 von der oberen Abdeckung 10 zur unteren Abdeckung 30 allmählich verkleinert.
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Damit mehr Blut die Membran mit variabler Temperatur und die Sauerstoffdruckmembran durchqueren kann, um einen ausreichenden Wärme- und Gasaustausch zu gewährleisten, kann auch eine Spoilerstruktur zwischen dem Gehäuse und der Membran mit variabler Temperatur vorgesehen werden, und das Blut kann durch die Spoilerstruktur so geleitet werden, dass es seitlich fließt.
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Wie in 3 dargestellt, umfasst die Spoilerstruktur eine Vielzahl von Vorsprüngen 405, die von der Innenwand des Gehäuses 20 in Richtung der Membran mit variabler Temperatur 403 vorstehen. Das Blut tritt durch die Bluteinlassöffnung 201 in den Spalt zwischen der Innenwand des Gehäuses 20 und der Membran mit variabler Temperatur 403 ein und wird im Prozess des Fließens in Richtung der unteren Abdeckung 30 durch die Vorsprünge 405 blockiert, wodurch das Blut dazu gezwungen wird, die Strömungsrichtung zu ändern und quer in die Membran mit variabler Temperatur 403 einzutreten. In einer bevorzugten Implementierung sind die mehreren Vorsprünge 405, die die Spoilerstruktur bilden, stufenförmig verteilt, wobei ein Abstand zwischen den Vorsprüngen 405 in der Nähe der oberen Abdeckung 10 und der Membran mit variabler Temperatur 403 größer als ein Abstand zwischen den Vorsprüngen 405 in der Nähe der unteren Abdeckung 30 und der Membran mit variabler Temperatur 403 ist. Mit dieser Gestaltung kann das zur unteren Abdeckung 30 fließende Blut durch die jeweiligen Vorsprünge 405 blockiert werden, um zu bewirken, dass so viel Blut wie möglich die Membran mit variabler Temperatur 403 und die Sauerstoffdruckmembran 402 durchquert.
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Die Gasaustauschkapazität hängt neben der Oberfläche der Sauerstoffdruckmembran 402 und der Sauerstoffkonzentration der Gasquelle direkt von der Einstellung des Blutflusspfades ab. Eine große Anzahl von Experimenten hat gezeigt, dass unabhängig davon, ob der Gaspfad in umgekehrter Richtung oder in der gleichen Richtung wie der Blutflusspfad verläuft, die Gasaustauschkapazität umso schlechter ist, je länger der Pfad ist, und die Gasaustauschkapazität tendiert dazu, nahe bei 0 zu liegen, nachdem der Pfad 2 m erreicht hat. Daher ist der Oxygenator umso effektiver, je mehr Anteil des Blutflusses die Sauerstoffdruckmembran durchquert.
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Der im obigen Ausführungsbeispiel bereitgestellte Membranoxygenator erhöht durch die Anordnung der Bluteinlassöffnung und der Blutauslassöffnung, des Spalts zwischen der Membran mit variabler Temperatur und der Innenwand des Gehäuses sowie der Spoilerstruktur den Anteil des Bluts, der die Sauerstoffdruckmembran durchquert, um den Oxygenierungseffekt des Membranoxygenators zu verbessern, und im Vergleich zum Stand der Technik kann es ermöglicht werden, die gleiche Gasaustauschkapazität mit einer kleineren Fläche der Sauerstoffdruckmembran zu erreichen.
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In dem Membranoxygenator der verwandten Technologie umfasst die Oxygenierungsstruktur einen Dorn, eine Membran mit variabler Temperatur und eine Oxygenierungsmembran, die von innen nach außen angeordnet ist, wobei der Bluteinlass im unteren Teil des Oxygenators und der Blutauslass im oberen Teil des Oxygenators angeordnet ist und der Strömungspfad des Bluts in dem Oxygenator wie folgt lautet: Bluteinlass → Raum, in dem sich der Dorn befindet → Membran mit variabler Temperatur → Oxygenierungsmembran → Blutauslass, da der Raum des Dorns kleiner ist, kann das Blut keine bessere Pufferung erhalten und neigt zur Bildung von Turbulenzen, während es durch die Nähe des Dorns fließt, was zur Zerstörung des Bluts führt. Der im obigen Ausführungsbeispiel bereitgestellte Membranoxygenator hat jedoch einen größeren Blutflusspufferbereich als die herkömmliche Oxygenatoranordnung, so dass, nachdem das Blut in den Oxygenator eingetreten ist, mehr Blut in der Lage ist, die Membran mit variabler Temperatur und die Sauerstoffdruckmembran mit einer kleineren Geschwindigkeit zu durchqueren, und das Blut für einen längeren Zeitraum mit der Membran mit variabler Temperatur und der Sauerstoffdruckmembran in Kontakt steht, so dass eine bessere Effizienz der Temperaturänderung und ein besserer Oxygenierungseffekt erzielt werden können. Die obige Gestaltung führt zu einem geringeren Widerstandsverlust für den Oxygenator, wodurch die widerstandsbedingte Blutzerstörung verringert wird.
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Der Hauptindex des Oxygenators ist nicht nur die Fähigkeit zum Gasaustausch und zur Temperaturänderung, sondern auch die Fähigkeit zur Blasenentfernung. Die Kliniker müssen den Membranoxygenator vor der Verwendung entgasen, jedoch wird bei dem traditionellen Membranoxygenator die Entgasungsöffnung nicht an dem höchsten Punkt des gesamten Produkts, sondern an der Seitenfläche der Hülle vorgesehen, was leicht dazu führt, dass sich die Luftblasen ansammeln, dazu müssen die Ärzte ständig den Oxygenator in der Hand halten und den Winkel des Oxygenators ändern, um die Luftblasen durch die Entgasungsöffnung abzuführen, darüber hinaus können die Luftblasen im Inneren des Oxygenators nicht visuell beobachtet werden, und es ist notwendig, einen Gegenstand zu verwenden, um sanft auf die Hülle des Oxygenators zu klopfen, so dass die im Inneren des Oxygenators verborgenen Luftblasen an die Stelle gelangen können, die durch die Hülle beobachtet werden kann. Dies ist für die klinische Anwendung des Oxygenators sehr unpraktisch und erfordert viel Zeit für die präoperative Vorbereitung. Durch vernünftige Anordnung der Entgasungsöffnung in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können die Luftblasen in dem Membranoxygenator leicht abgeführt werden, ohne dass umständliche Entgasungsvorgänge notwendig sind. Im Einzelnen handelt es sich darum, dass an der oberen Abdeckung 10 eine erste Entgasungsöffnung 106 vorgesehen ist, die mit dem ersten Blutpfadraum 101 verbunden ist, und die erste Entgasungsöffnung 106 dem oberen Ende des Dorns 401 gegenüberliegt.
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Im Vergleich mit dem konventionellen Layout des Oxygenators macht es der in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgeschlagene Blutflusspfad einfacher für die Luft im Oxygenator, sich in der Nähe des Dorns zusammen mit dem Blutfluss anzusammeln, da die Luftblasen im Blut sich nach oben bewegen, können sie einfacher durch die erste Entgasungsöffnung an der Spitze der oberen Abdeckung abgeführt werden. Der Benutzer kann den Oxygenator leicht entgasen, ohne den Oxygenator zu klopfen oder zu drehen, und er kann durch die transparente obere Abdeckung visuell beobachten, ob sich noch Restluftblasen im Oxygenator befinden, und er kann durch Beobachtung der Ansammlung von Luftblasen an der Spitze während der Operation feststellen, ob ein Sicherheitsrisiko für das Produkt oder den gesamten Kreislauf besteht, um so die Ergreifung von Maßnahmen zur Vermeidung schwerwiegender Folgen in erster Instanz zu erleichtern.
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Da das Gehäuse 20 zylindrische Form hat und ein Teil der Luftblasen nicht in die Nähe des Dorns 401 gelangt, sondern sich im oberen Teil des Gehäuses 20 ansammelt, ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel außerdem eine zweite Entgasungsöffnung 202 am Gehäuse 20 in der Nähe der oberen Abdeckung 10 vorgesehen. In einer möglichen Implementierung kann ein Schlauch verwendet werden, um die zweite Entgasungsöffnung 202 mit anderen Komponenten zu verbinden, um das Gas abzuführen. In einer anderen möglichen Implementierung kann an der zweiten Entgasungsöffnung 202 weiterhin eine einseitig atmungsaktive Membran 203 angeordnet werden, insbesondere kann, wie in 4 dargestellt, eine Kompressionsabdeckung 204 an der einseitig atmungsaktiven Membran aufgesetzt werden, wobei die Kompressionsabdeckung 204 durch Gewinde oder Rastnase mit der zweiten Entgasungsöffnung 202 verbunden ist, um die einseitig atmungsaktive Membran 203 zusammenzudrücken und zu befestigen. Die einseitig atmungsaktive Membran 203 ist mit Mikroporen versehen, die nur den Durchgang von Gasen und nicht den Durchgang von Blut ermöglichen, so dass die mit der einseitig atmungsaktiven Membran 203 versehene zweite Entgasungsöffnung 202 nicht mit anderen Komponenten verbunden werden muss, um die Funktion zum Sperren vom Blut und Ablassen von Luftblasen im Blut zu erfüllen.
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Ferner ist die obere Abdeckung 10 weiterhin mit einer Rezirkulationsöffnung 107 versehen, wobei die Rezirkulationsöffnung 107 mit der ersten Entgasungsöffnung 106 in Verbindung steht. Für den Fall, dass das oxygenierte Blut für andere Zwecke zusätzlich abgezogen werden muss, kann das oxygenierte Blut aus der Nähe des Dorns abgezogen werden, indem die Rezirkulationsöffnung angeschlossen wird.
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In dem obigen Ausführungsbeispiel befindet sich die Blutauslassöffnung ganz unten in der Mitte des Oxygenators, was dem Arzt eine größtmögliche Rückgewinnung des Restbluts nach der Operation ermöglicht, das Risiko einer Kreuzinfektion durch die Fremdbluttransfusion verringert und auch den Einsatz von Blutkonserven reduziert.
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Die jeweiligen technischen Merkmale der obigen Ausführungsbeispiele können beliebig kombiniert werden. Um die Erläuterung zu vereinfachen, werden nicht alle möglichen Kombinationen von den jeweiligen technischen Merkmalen in den obigen Ausführungsbeispielen erläutert, allerdings sollen die Kombinationen von den technischen Merkmalen im Falle ohne Konflikte als von dem Umfang der Beschreibung gedeckt angesehen werden.
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Die obigen Ausführungsbeispiele stellen nur einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar, dabei sind die Erläuterungen relativ spezifisch und ausführlich, allerdings sollte es nicht als Beschränkungen für den Patentumfang der vorliegenden Erfindung verstanden werden. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass der Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet mehrere Verbesserungen und Modifikationen ausführen kann, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Verbesserungen und Modifikationen sollen auch als vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung gedeckt angesehen werden. Aufgrund dessen sollte der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung durch die Ansprüche definiert werden.
