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Zur Offenlegung bestimmte Unterlagen.
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"Als Diffusionsvorrichtung dieneader Membranapparat und Verfahren
zur Erhöhung der Diffusion." Die Erfindung betrifft einen als Diffusionsvorrichtung
die-@enden Membranapparat mit wenigstens einen zwischen zwei Platten flach eillgepressten
Membran für die Diffusion zwischen zwei tetrerlllt eingelassenen Fluide@.
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Das Anwen@ungsgebiet der Erfindung liegt inshesondere bei künstlichen
Organen, ill @enen eine gute Diffusion zwischen Blut und Sauerstoff erfolgen soll.
Blut uiid Sauerstoff sind dabei durch die Membran voneinander getrennt. Die erfindungsgemä#e
Diffusionsvorrichtung und das erfindungsgemässe Verfahreii zur Erhöhung der Diffusion
zwischen Fluiden eignen sich aber auch ga@z allgemein für den Gas-Flüssigkeitsaustausch
odei Gas-Gás-Austausch oder auch Flüssigkeits-Flüssigkeits-Austausch, Auch Aufschwemmungen
lassen sich gemäß der Erfindung behandeln.
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Aus dem Stande der Tecimik siird ve. schiedene Arten VOli Diffusionsvorrichtungen
bekannt geworden, die durchweg mit einem gleichmässigen strom der zu behandelnden
Medien arbeiten. So gibt es beispielsweise eine künstliche tiere, bei cier ein als
Membran wirkender Zellophanschlauch auf eine Trommel aufgewickelt ist, die it einet
Wanne mit t Dialysierflü.ssigeit umläuft. Dabei wird das Blut durch die auftretende
Schrau@enbewegung nach dem archimedischen Prinzip transportiert. dem Schlauch wird
das Blut da@n mittels einer Kempranpumpe in eine auf eilen höherer Miveau angebrachte
Pürette gepumpt, die als ein Reservoir dient, aus dem das Blut unter dem @i@-fluß
der Schwerkraft wieder in die Vene strömen kanji. Die Membran der Membranpumpe pulsiert
unter dem @i@flu# von mittels einer Kolbenluftpumpe erzeugten Druckschwankunge@
und die@t zur Förderung des Blutes, ohne indessen die Diffusio@@@@ku@g zu beeinflussen.
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Auch die bekannt gewordemen Diffusionsvorrichtunge. vo@ plattenförmigem
Aufbau arbeiten bei der Behandlung der iec. mit einem gleichmässigen Strom. Zwar
hat man auch e. ei-. o abwechselnd Sauerstoff unter Druck und Blut unter Vakuum
zugeführt, man hat auch schon den Blutstrom durch eine Oxidationsvorrichtung durch
absatzweises oder pulsierende; Linpumpen des Blutes in ein Sammelgefä# erzeugt,
dabei aber offensichtlich in der Oxidationsvorrichtung einen gleichmässigen Strom
der Behandlungsmedien und inslesondere des Sauerstoffes aufrechterhalten.
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Die Erfindung beruht riun auf der Erkenntnis, das die Diffusionswirkung
sich wesentlich verbessern lässt, wenn die durch die Membran voneinander getrennten
Medien pulsierend aufeiiaisder einwirken.
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Eine solche Verbesserung der Diffusionswirkung ist die der vorliegenden
Erfindung zugru@deliegende Aufgabe.
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Ausgehend von einem Membranapparat der eingangs als bekannt vorausgesetzten
Gattung kennzeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung du£cfl eine mit ersten
Einlässen und Auslässen für cas Zinführen und Abführen des ersten Fluidums ausgestattete
Ilcmbranliiille, Einlässe zum Einführen des zweiten Fluidums zwischen die Oberfl.
iclle wenigstens eiiier der Platten und die benachbrte Oberflche der Membranhülle
und Einrichtungen zum periodischen Pulsieren des Druckes wenigstens eines der mit
dei Membran iii Berührung stehenden Fluiden auf Werte oberhalb und unterhalb des
mit der anderen Seite der Membran in Berührung stehenden Fluidums, wobei wenigstens
eine der Platten gege@über der benachbarten Oberfläche der Membranhülle nach au#en
verlagerbar ist, wenn dcj Fluidumsdruck zwischen Platte und Kembran den Fluidumsdruck
in der Membranhülle übersteigt. weitere Vorrichtungs- und Verfahrensmerkmale der
Erfindung Cii Lil deii Uite'a!:prücIIeiI.
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@i@@@@atlich des Standes der Technik und des Wesens der vorlicre@'e
@r@indun@ sei auch noch auf folgendes hingewiesen:
Sauerstoffregeneratoren
in flacher, gepresster Anordnung und verbesserte membran-Geräte die in USA-Patent
3 060 934 beschrisben werdeh sind fräher als künstliche
Organe außerhalb
des Körpers verwendet worden, um daduroh die menschliche Atmungstätigkeit angenähert
zu ersetzen.
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Diese Geräte bestanden gewöhnlich aus zahlreichen Gerätegruppen mit
Rillenmatten, Behälter aus offenem Kunststoffgewebe, Membranmaterial und Deckplatten,
Diese Aggregate waren nach außen hin wasserdicht abgeschlossen. Das Blat gelangte
in das Inners der Membran, der Sauerstoff befand sich außerhalb das Blut wurde mit
dem durch die semipermeable Membran diffundierenden Sauerstoff angereichert, wenn
es in die Membranhülle gepumpt wurde oder durch Gefälle hineinlief. Diese Sauerstoffregeneratoren
sind nicht vollkommen zufriedenstellend, weil sie die Möglichkeit nicht ausschlie#en,
da# sich bevoraugte Blutbahnen oder Strömungakanäle ausbilden, Zusätzlich war eine
schnelle Sauerstoffanlagerung im Blut nicht möglich wegen der Dicke der Blut schicht
innerhalb der Membran und weil der Effekt einer sta tionären Flküssigkeitsgrenzschicht
zwischen dem Blut und den Membranwänden auftrat. Außerdem bieten diese Geräte oft
nicht die Möglichkeit, für einen Wärmeaustausch zu sorgen, soda# oft getrennt davon
Wärmeaustausch er nötig waren, um das mit Sauerstoff angereicherte Blut auf der
richtigen Temperature zu halten.
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Es ist deshalb ein Anliegen der Erfindung, einen' pulsierenden Membran-Apparat
herzustellen, der das Auftreten bevorzugter Blutbahnen oder Strömungskanäle während
der
Sauerstoffregeneration auf ein Minimum beschränkt. Au#erdem
soll ein Gerät geschaffen werden, das die Ausbildung einer dtinnen Blutschicht innerhalb
der Membranhülle unterstützt.
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Ein weiteres Anliegen der Erfindung ist es, einen Apparat und ein
Verfahren zu, entwickeln, um die notwendige Sauerotoffaareloherung des Blutes durch
Flüssigkeits-Pulsation zu orhöhe'n, was die Sauerstoffdiffusion in die dünne Blutschicht
unterstutzt und dazu beiträgt, das Auftreten einer stationären Blutgrenzschicht
zu vermeiden, die dazu neigt, die Diffusion einzuschränken. Andere Anliegen der
Erfindung umfassen die Herstellung eines Apparates, der sich dadurch auszeichnet,
da# die mm Anlaufen des Apparates notwendige Blutmenge und der Bedarf an frischer
Blutzuf@ r wesentlich geringer ist. Es soll also ein vereinfachtes, leicht zu reinigendes,
eterllleiertee Gerät geschaffen werden, das auch als Wärmeaust@uscher arbeitet und
damit die Temperatur bei der Sauerstoffanlagerung und die Temperatur des auetretenden
arteriellen Blutes regelt. Weitere Anliegen und Vorteile der Erfindung werden dem
mit diesen Gebiet vertrauten Personenkreis durch die folgende Beschreibung und die
beigefügten Zeichnungen verdeutlioht. Der erfindungsgemä# aufgebaute Membran-Sauerstoffregenerator
umfa#t eine oder mehrere abgediohtete Membran-Taschen oder Hüllen, die aus relativ
dünnem, gasdurchlässigem, blutundurchlässigem Plastikmaterial hergeetellt sind.
Diese Membranhüllen
befinden sich zwischen zwei Stüzplatten, in
deren Oberfläche @flache Rillen eingelesen sind. Die Platten ruhen auf einen starren
tragrahmen, der durch eine Anzahl von waagerechten Querstäben gekennzeichnet ist,
und durch den eine Wärmeaustauschflüssigkeit flie#t. Venöses Blut wird in die Membranhülle
geleitet und der Sauerstoff kann in direktem Kontakt mit der Memhranhülle durch
die an die Hülle angrenzenden Rillen strömen, wobei die Apparatur durch die Wärmeaustausch-
@ flüssigkeit in den Tragrahmen auf einer vorgewählten Temperatur gehalten wird.
In einen Arbeitzgang wird der Sauerstoff oder Blut und Sauerstoff, im Gleichtakt
oder nicht, sto#-weise eingeführt. Man kann z.B. den in die Apparatur eintretenden
Sauerstoff oder das Blut in bestimmter Weise pul-' zieren lassen, was mit Hilfe
von Magnetventilen zur Flußsteuerung geschieht, die sich sowohl in den Blut wie
in den Sauerstoffzuleitungen befinden. Das taktmä#ige Pulsieren von Blut und Sauerstoff
darf mit einer Phasendifferens von 1800 auftreten, aleo abwechselnd. Die Flüssigkeiten
lä#t man gerade dann pulsieren, wenn das Blut durch die Membranhülle flie#t. Aus
diesem Grunde hat man zwischen den Hillenplatten und den Querstäben einen kleinen
Zwischenraum gelassen. Durch Flüssigkeitspulsation kann man eine sehr dünne Blutschicht
innerhalb der Membranhülle herstellen, was daeu beiträgt, stationäre Blutgrenzschichten
an den inneren Hüllenwänden auszuschalten. Außerdem verhindert
daß
Pulsieren der gasförmigen Bestandteile die Ausbildung eines Strömungskanals innerhalb
der Membranhülle. Dank des sehr dünnen Blutfilms und relativ hoher Druckdifferenzen,
die zwischen dem gasförmigen Sauerstoff außerhalb und dem flüssigen Blut innerhalb
der Hülle herrschen, ist zusätzlich die Sauerstoffregeneration des Blutes rasch
und wirksam.
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Außerdem verringert ein eehr dünner Bl'utfilm die im Membran-Sauerstoffregenerator
eingeschlossene Blutmenge. Das ergibt ein Volumenverhältnis eins zu zehn von eingeschlossenem
zu fließendem Blut. Hiermit hat man einen Apparat und ein Verfahren zur Saueretofianlagerung
in Flüssigkeiten, speziell im Blut, erhalten, indem man Flüssigkeiten auf einer
oder auf beiden Seiten einer semipermeablen Membrane pulsieren läßt.. Eine spezielle
Ausführungsform der Erfindung bringt die folgende ins einzelne gehende Beschreibung
in Verbindung mit den beigefühten Zeichnungen, die folgendes darstellen: EPigur
1 ist eine perspektivische Aneicht eines pulsierenden Membran-Hlutsauerstoff-Regenerators
gemäß der Erfindung.
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Figur 2 ist eine perspektivische Explosivdarstellung eines einstufigen
pulsierenden Membran-Blutsauerstoff-Regenerators gemäß der Erfindiüi.
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Figure 3 ist eine perspektivische Ansicht eines e instufigen pulsierenden
Membran-Blutsauerstoff-Regenerators gemäß der Erfindung wie in ligtir 2, aber in
zusammengebautem, übereinandergeschichtetem Zustand.
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Figur 4 ist eine vergrö#erte Querschnittsansicht entlang der Linie
4-4 aus Figur 3.
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Figur 5 ist eine Ausschnittsvergrö#erung aug der Aufaicht einer speziellen
Ausführungsform der Membranhülle.
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Figur 6 zeight das zusammengebaute Membran-Gerät mit einer Klemmvorrichtung.
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Figur 7 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines abgewandelten
Membran-Apparates.
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Die Erfindung schafft optimal wirksame Bedingungen für die Sauerstoffzufuhr,
da der Blutfilm während der Pulozeitdauer bei relativ hohem Druck des Sauerstoffs
in der Membranhülle am dünnsten ist. Dabei besitzt die Druckdifferenz zwischen dem
Druck des Sauerstoffs au#erhalb der Membran und dem Partlaldraok des Sauerstoffs
in dem venösen Blut innerhalb der Membran ein Maximum. Das bewirkt eine' schnelle
Sauerstoffanreicherung bei einem minimalen Volumenanteil an innerhalb den' Sauerstoffregenerators
s eingeschlossenem Blut.
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Figur 1 zeigt einen mehrstufigen Membran-Sauerstoffregenerator 10
gemä# der Erfindung, der sich folgende ma#en zusammensetzt: mehrere Membranhüllen,
Rilleaplatten und Tragrahmen befinden sich in senkrechtgeschichteter Anordnung zwischen
einer starren, rechteckigen Deckplatte 12 und Grundplatte 14. Die Platten 12 und
14 halten die geschichteten Telle flüssigkeitsdicht zusammen und zwar mit Schrauben,
die durch die Au#enkanten aller Sohiohtelemente hindurchtreten
und
mit Flügelmuttern befestigt sind. So kann der Schichtaufbeu leicht zerlegt und wieder
zusammengebaut werden.
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Au#erdem lassen sich nach Wunsch andere Plattensätze hinzu-Rillen
oder wegnehmen. Die geschichteten Teilstücke werden von einem rechteckigen starren
Winkeleienrahmen 18 getragen. Er hat herausstehende, rechtwinklige Ecken 20, die
zum resten, aenkrechten Aufeinanderschichten der Teilstücke dienen. Der tragrahmen
18 hat an beiden Seiten ein Lager 24 für eine in der Mitte angebrachte Welle. Der
Rahmen 18 ist an einem umgekehrt Y-förmigen Sockel 26 befestigt, der mit schwenkbaren
Rädern 28 versehen ist und an jeder der beiden Tragachoen 32 und 34 Drehzapren 29
und 30 hat, die ein Drehen und Schwenken der geschichteten Teilstuecke des Sauerstoffregenerators
um die äu#ere Drehachse erlauben.
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Das venöse Blut wird von einem Blutversorgungsgefäß 36 aus in den
Sauerstoifreeenerator durch eine Hauptblutzuführung 37 geleitet, die eine pulsierende
Pumpe für das Blut enthält, etwa eine Davol-Pumpe 38. Von dort gelangt das Blut
durch eine erste 40 und eine zweite 42 Blutzuleitung in eine erste 44 und eine zweite
46 Rohrverzweigung. Dann fließt ee durch eine Reihe von Zuleitungen beiderseits
in die einzelnen Membranhüllen. Das Versorgungsgefä# mit venösem Blut kann man direkt
von einer der beiden Haupt-Venen aus speisen, oder von einem außerhalb befindlichen,
getrennten Blutversorgungs-Gefä# aus. Das Blut wird hineingepumpt oder fließt durch
sein eigenes Gefälle, oder man benutzt eine
Kombination der beiden
Möglichkeiten, nämlich Gefälle und Pumpe. Sauerstoffreiches oder arterielles Blut
wird von einzelnen Blutausla#leitungen, die vom Hoden Jeder einzelnen Membranhülle
nach außen führen, in einer Rohrverzweigung 48 für arterielles Blut gesammelt. Von
dort gelangt es durch eine Hauptausla#leitung 50 zu einem Blutauffanggefä#, das
ein sterilisierter Behälter sein kann, oder aber es gelangt direkt zur Arterie eines
Patienten.
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Eine eauerstot'I'haltige Flücsigkeit, etwa unter Uberdruck gehaltenes
Gas wie Duft oder Sauerstoff, wird aus einer unter Überdruck stehenden Sauerstoff-Flasche
52 durch eine Haupt-Sauerstoffzuleitung 54 geleitet, in der ein regelbares Druckminderungs-Ventil
56 und ein Magnetventil zur Flu#steuerung 58 liegen. Dieses Ventil 58 wird durch
elektrieche Impulee geöffnet und eeschlossen, die es von einem Taktgeber 60 empfängt.
Der unter Überdruck stehende Sauerstoff gelangt sto@weise von beiden Seiten in den
Sauerstofiregenerator durch eine erste 62 und eine zweite 64 Sauerstofizuleitung,
Ueber eine erste 68 und eine zweite 70 Rohrverzweigung und von da aus durch eine
Reihe von Zuleitungen beidereeite zu den einzelnen Rlllenplatten.
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Die Sauerstoffregeneration des Blutes kann bei einer vorgewählten
Temperatur vorgenommen werden. Die Temperatur wird durch den wärmeaustausch eines
Flüssigkeitakreislaufs geregelt. Dieser Kreislauf führt von einem Wärmeaustauscher
72, der durch einen Termostat 74 aufl einer
vorgewählten Temperatur
gehalten wird, fieber ein elektrisches Heizelement 76, das auf den Termostaten anspricht,
durch den Sauerstof£regenerator. Die wärmeaustauschflüssigkeit tritt duroh eine
Zuleitung 86 und eine Rohrverzweigung 84 über eine Reihe einzelner Zuleitungen in
die Jeweiligen Tragrahmen der Schichtelemente ein. Damit eich die Deckplatten der
Schichtelemente nicht nach außen biegen, was dadurch auftreten kann, daß die Wärmeaustauschflüssigkeit
direkt durch die später beschriebenen Tragrahmen hindurchgepumpt wird, soll die
Wärmeaustauschflüssigkeit vorzugsweise am Boden des Sauerstoffregenerators eintreten
und oben abgesaugt werden, also im Gegenstrom zum innerhalb des Sauerstoffregenerators
fließenden Blut. Das läßt sich duroh einen Saugheber erreichen, oder durch die hier
verwendete Pumpe 78. Diese' Pumpe liegt in der Auslaßleitung 80 fur den Wärmeaustausch
und führt einerseits zum Wärmeaustauschgefä# 72, andererseits fieber eine Rohrverzweigung
82 durch einzelne Zuleitungen zum oberen Ende der einzelnen Rahmen. Die Aneaugeeite
der Pumpe 78 saugt die Wärmeaustauschflüssigkeit durch die Hohlräume und Querstäbe
innerhalb der Tragrahmen nach oben, sodaß auf diese Weise der Druck der Wärmeaustauschflüssigkeit
zwischen den Schichten des Sauerstofi'regeneratora auf ein Minimum reduziert wird.
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Es wurde beschrieben, daJ der Sauerstoffregenerator für ein zyklisches
Pulsieren des' Sauerstoffs mit einstellbarem Takt zwischen einem relativ hohen und
relativ niedrigen
Druck sorgt. Die zeitliche Folee der Pulse iet
einstellbar.
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Die Förderwirkung der Davol-Pumpe bewirkt ein Pulsieren des Blutstroms.
Das Blut und der Sauerstoff werden am oberen Ende in den Sauerstoffregenerator eingeführt,
die Schichtelemente stehen wie in der Zeichnung senkrecht, während die Wärmeaustauschflüssigkeit
wegen des Unterdruckes in der Auela#leitung für den Wärmeaustausch im Gegenstrom
zum Blut und Sauerstoff strömt. Der Sauerstoffregenerator ist beweglich und kann
mit Jeder gewünschten Winkelneigung gekippt werden, etwa um dadurch ein Gefälle
für das durch den Sauerstoffregenerator fließende Blut zu schaffen, oder um beim
Anlaufen der Apparatur die eingeschlossene Luft herauszulassen. Die Schichtelemente
können zur Reinigung und Sterilisation bequem auseinandergenommen werden. Die verwendeten
Leitungen beetehen gewöhnlich aus handelsüblichen Plastik-oder Gummischläuchen.
Die einzelnen Zuleitungen von den Rohrverzweigungen zu den verschiedenen Plattenelementen
bestehen aus dem gleichen Material, aber mit kleinerem Durchmesser.
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Figur 2 bringt eine schaubildliche Explosivansicht eines einstufigen
Membran-Sauerstoffregenerators 98 gemäß der Ertindung mit folgenden Einzelteilen:
eine untere Platte 102, ein Tragrahmen 104, eine obere Platte 106, eine Membranhülle
108, eine untere Platte 110, ein tragrahmen 112 und eine obere Platte 114. Zur Vereinfachung,
und um die Zahl der Bestandteile su reduzieren, kann man di. Platten
mit
den Nummern 102, 106, 110 und 114 als im wesentlichen gleichartige Strukturelemente
betrachten. Die starren, rechtechkigen unteren und oberen Platten und die Tragrahmen
haben nahe der Außenkante eine Reihe von Löchern 116 zum Durchstecken der Spannsohrauben
und Flügelmuttern. An einem oder dem oberen Ende der starren Platten betinden sich
zwei axial ausgerichtete Schlitze 118 und 120, die sich von beiden oberen Ecken
aus an der einen oder der Bauerstoffseite nach innen zu einer langgestreckten, gefrä
sten Rinne 122 erstrecken. Diese tiefe Rinne reicht guer ueber das obere Ende der
einen Plattenseite und dient als Blut-Einla#speicher.
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Ein wenig unterhalb dieser Blutspeicherrinne 122 und parallel zu ihr
befindet sich eine ähnliche, gefräst, etwa halb so tiefe Sauerstoftspeicherrinne
124. Die Rinne 124 besitzt zwei Bohrungen 126 und 128 an ihren beiden Enden, die
als Sauerstoffeinla# dienen. Von Rinne 124 aus und in Verbindung mit dieser erstreckt
sich tiber die restliche Plattenoberfläche, mit Ausnahme eines schmalen Randes an
der Außenkante, ein rautenförmiges Netzwerk von Sauerstoff-Verteilungsrillen 130.
Die oberen Enden der Rillen 130 sind zur Unterkante des Sauerstoffeinla#speichers
124 hin offen, die unteren Enden der Rillen munden in eine unter. rechteckige, flach.
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Vertiefung 132 von geringerer Plattendicke. Diese eingelassene Fläche
132 hat in der Mitte einen rechteckigen Schlitz 134, an dessen beiden Seiten Je
eine Bohrung 116 ftlr die Spannschrauben in der ursprünglichen Plattenstärke angebracht
ist.
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Die Platten 102, 106, 110 und 114 tragen nur auf einer Oberfläche
die Vertiefungen 122, 124, 132 oder die Rillen 130, die andere Oberfläche ist eben.
Sie weisen dort nur die Schlitzöffnungen 118, 120, 134 und die Bohrungen 116 auf.
(Siehe Platten 102 und 110).
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Die Vertiefungen 132 bilden am Rande die langgestreckte Querschlitzöil'nung
135. Sie dienen als Sammelzone für das mit Sauerstoff angereicherte Blut innerhalb
der Membranhülle 108 und als Abfluß überschüssigen oder unbenutzten Sauerstoffs
nach außen. Das rautenförmige Netzwerk der Rillen dient dazu, den Sauerstoff möglichst
schnell über die ganze wirksame Oberfläche der Platte 106 zu verteilen, die sich
in engem Kontakt mit der Membranhülle 108 betindet. Obwohl in dieser Darstellung
die Rillen ein auf tenmueter mit einheitlichen Winkeln bilden, kann @egliches Muster
von Verteilungerillen, etwa eine Anzahl von Längs-und Querrillen, die ein rechtwinkliges
Muster ergeben, ja sogar ein schnecken- oder spiralförmiges Muster etc verwendet
werden. Es soll nur dazu dienen, den Sauerstoff schnell und gleichmäßig über die
wirksame Oberfläche der Platte 106 zu verteilen und eine Verbindung zwischen der
Sauerstoffspeicherrinne 124 und der Auslaßöffnung 132 herzuetellen.
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Ein spezielles Beispiel einer geeigneten starren, rechteckigen Platte
106 besteht aus einem Aluminiumblech von 355 mal 915 mm (14 mal 36 Zoll) und einer
Dicke von
1,6 mm (1/16 Zoll), das auf seiner einen Oberflache eine
Speicherrinne 122 von etwa 0,4 mm (1/64 Zoll) Tiefe und 12,7 mm (1/2 Zoll) Breite
besitzt. Diese Rinne 122 bildet einen druckfreien Bereich, in dem das Blut eohnell
die ganze Breite der Fläche überqueren kann. Die Rinne 122 erstreckt sich entlang
der Oberkante der Platte 106 und reicht bis auf etwa 25 mm (1Zoll) an die beiden
Au#enkanten heran.
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Direkt unterhalb und parallel zu Rinne 122 ist eine Sauerstoffspeicherrinne
124 mit einer Tiefe von 0,8 mm (1/32 Zoll) und einer Breite von 12,7 mm (1/2 Zoll)
vorgesehen. Die Rinne 124 bildet einen Speicher für den einströmenden Sauerstoff
und sorgt dafür, daß der Sauerstoff sich schnell über die wirksame Breite der Oberfläche
der Membranhülle 108 verteilt. Die Rillen des rautenförmigen Netzwerks haben eine
Breite von etwa 1,6 mm (1/16 Zoll) und eine Tiefe von etwa 0,4 mm (1/64 Zoll), und
leiten den Sauerstoff über die wirksame Oberfläche der Platte 106 und der Membran
108.
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Die Membranhlle 108 besteht aus einem langgestreckten, fünfeckigen,
nach außen hin flüssigkeitsdicht abgeechloseenem Sack mit einer Ober und einer Unterseite
aus gasdurchlässigem, flüssigkeitsundurchlässigem, relativ dünnem Plastikmaterial.
Diese beiden Plastikfolien sind geeignet abgedichtet, etwa durch Hei#versiegeln;
oder eie sind mit normalem Autoklav Abdeckstreifen 138 verbunden.
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Die Membranhülle 108 ist am unteren Ende rechts und links mit je einem
Bluteinla#rohr 140 und 142 versehen.
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Die Rohre 140 und 142 sind flüssigkeitsdicht in die Membran hülle
eingelassen und abgedichtet, ihr freies Ende steht aus den Längakanten der Membran
heraus. Jede Membranhülle 108 besitst au#erdem im Scheitelpunkt des Fünfecks ein
Blutauslaßrohr 144. Das eine Ende des Rohres 144 ist in die iltille eingelassen,
das freie Ende steht nach außen ab.
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Das Material flir eine geeignete Membranhülle muß bestimmte Eigenschaften
haben. Ee mu# chemisch und biologisch inaktiv sein. Es darf nicht haftend oder klobrig
sein, insbesondere nicht selbst zusammenkleben. Das Material soll vorzugsweise einen
niedrigen Reibungskoeffizient für Flüssigkeiten haben, damit das Blut durch eigenes
Gefälle durch die Hülle flieJen kann. Das Material m=ß eine hohe Durchlaselgkelt
für Sauerstoff und Kohlendioxyd besitzen und soll vorzugsweise äu#erst dünn sein,
wobei es aber minimal flüssigkeitsdurchlässig sein muu . Es soll eine relativ hohe
mechanische Haltbarkeit in Verbindung mit guter Elastizität und kurzer Erholzeit
nach vorausgegangener Deformation besitzen. Insbesondere darf das Material bei längeren
Diffusionszeiten keine Strukturveränderungen erleiden.
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Es ist ein weiterer wesentlicher Punkt, da# das Material keinerlei
lösbare Zusätze enthalten darf, die das Blut, das durch die HUlle strömt, verunreinigen
könnten, und e muß möglich sein, die Hülle an den Au#enkanten geeignet abzudichten.
Außerdem sollte das Membranmaterial keine Feuchtigkeit aufnehmen, damit es kein.
Blutbestandteile absorbiert.
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Ee sollte eine relativ gleichmä#ige Diffusion erlauben und sollte
frei sein ton niedermolekularen Zusätzen. Ee sollte ein gleichmä#iges Wassergleichgewicht
aufweisen und seinen pH-Wert nicht ändern. Das gilt in Hinblick auf die Reaktionsfähigkeit
benetzbarer Filme gegenüber Wasser.
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Der Ansdruck "Membranmaterial" wird im folgenden, wenn er sich auf
Sauerstof't'regeneration des Blutes bezieht, dafür benutzt, ein Material zu beschreiben,
daß die obigen Eigenschaften hat. Geeignete Materialien, die man zur herstellung
der Membranhüllen gemäß der Erfindung benutzen kann, auf die man sich aber nicht
beschränken mu#, eindt Teflon, ein Tetrafluoräthylen Polymer oder Folien aus Polyäthylen
oder Silasik (Silikongummi) von etwa 0,005 bis 0,01 mm (0,0002 bis 0§005 Zoll) Dicke.
Diese Bolien werden mit Autoklav Band auf dem gesamten Umfang dicht an den Außenkanten
versiegelt, oder die Ränder werden auf andere Weise abgedichtet oder fest aufeinander
geheftet. Das Band dient auch als elastisches, flüssigkeitsdichtes Hilfsmittel zum
Versiegeln und als Abstandsleiste zwischen den Platten 106 und 110. Ein spezielles
Beispiel einer erfindungsgemä# hergestellten und verwendeten Membranhülle enthält
zwei Lagen gegossener Teflon-Folie von etwa 0,006 mm (1/4 mil) Dicke, die mit Autoklav
Band an den Rändern versiegelt sind. Die Membranhülle 108 ist so geformt, daß ihre
Außenkanten ein wenig innerhalb der Bohrungen 116 su liegen kommen, die sich an
den Rändern der unteren und oberen Platten 102, 1o6 und 110, 114 befinden.
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Auch das Bluteusla#rohr 144 und die Bluteinla#rohre 140 und 142 sind
so angebracht, daß sie in die Schlitze 118, 120 und 134 in der Platte 106 und in
die entsprechenden Schlitze der Platte 110 passen.
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Die Tragrahmen 104 und 112 bestehen aus starren, rechteckigen Rahmen
mit den Bohrungen 116 an der Außenkante ftir die Spannechrauben. Diese Rahmen tragen
halbkreisförmig gefräste obere und untere Bluteinlaß-Nuten 146, 1§7 und 148 und
Blutauslab-Nuten 150 und 151. Diese Nuten oind senkrecht, mit gewissem Abstand zueinander
auf beiden Seiten in die Rahmen eingelassen. Die Nuten sorgen im geschichteten Zustand
i'tir eine genügende Bewegungsfreiheit der Blut-Einla#-und Auslaßrohre 140, 142
und 144 der Membranhülle 108. Der Rahmen hat außerdem zwei Paar L-förmiger Sauerstoffzuführungen
154, 155, 156 und 157 em oberen Ende der Rahmen 104 und 112. Das eine Ende der Zuleitungen
geht zur Außenkant. der Rahmen, dae andere Ende ist korrespondierend zu den Sauerstoffzuleitungen
126 und 128 der darüberliegenden Platte 106 herausgeführt, die unteren Sauerstoffzuleitungen
zu den entoprechenden Zuleitungen von Platte 102. Durch die unteren Zuleitungen
gelangt der Sauerstoff von einer außerhalb befindlichen Quelle in die Sauerstoffspeicherrinne
von Plätte 106 oder nach Wunsch in den Sauerstoffspeicher einer unteren Platte,
wie es durch die Zuleitungen 154 und 156 in Platte 112 und die Zuleitungen 126 und
128 in Platte 110 vorgesehen ist. Die Rahmen 104 und 112 haben in
Übereinstimmung
mit dem Rillenmuster 130 der Platten 106 und 110 eine rechteckige Öffnung 160, die
in einheitlichen Abstanden eine Anzahl von starren, horizontal gelagerten Querstäben
162 mit Stufenprofil enthalten. Jeder Querstab hat nach beiden Seiten hin mehrere
flache, rechteckige, herausstehende Stufen 164 und flache, rechteckige, tiefer gelegene
Zwischenräume 166. Jede der herausstehenden Stufen 164 hat eine festgelegte Stufenhöhe,
die etwas unter der Dicke des Rahmens 104 liegt; als Beispiel etwa 0,2 bis 0,02
mm (0,010 bis 0,001 Zoll) weniger als die gesamte äu#ere Rahmondicke. Diese mit
einheitlichen, waagerechten Abständen herausstehenden Stufen 164 bilden eine festgelegte,
tragende Begrenzung ftir das seitliche Schwanken senkrechter, räumlicher Bewegungen
der Platten 106 und 110 während der Pulsation der Flüssigkeiten. Das trägt dazu
bei, die gewünschte dünne Blutschicht in der Membranhülle 108 hersustellen und zu
regeln, und verhindert ein Nachau#enbiegen der starren Platte 106, was zur Ausbildung
eines Strömungskanals und eines relativ dicken Blutfilms führen könnte.
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Der Rahmen 104 hat an seinem einen oder unteren Ende eine Zuleitung
168 für die Wärmeaustauschflüssigkeit, die zu dem offenen Raum 160 fahrt, und an
dessen anderem oder oberen Ende eine Öffnung 170 zum Ausilieben der Wärmesustauschflüssigkeit.
Das eine Ende Jeder Zuleitung'kann mit dem außerhalb befindlichen Wärmeaustauschbehälter
72 verbunden werden, das andere Ende führt in den offenen Raum 160 des Tragrahmens
104.
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Die niedrigeren Stufen 166 der Querstäbe 162 im Abschnitt 760 der
Tragrahmen 104 und 112 dürfen jede gewünschte Dicke haben, vorausgesetzt, da# sie
dem Rahmen ausreichende Strukturfestigkeit verleihen, und das uie genUtende Tiefe
besitzen, damit die Wärmeaustauschflüssigkeit bequem von der Zuleitung 154 nach
oben durch die Zwischenräume der stuienförmigen Querstäbe 162 zu den Ausla#öffnungen
170 flie#en kann.
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In der einstufigen Anordnung, wie sie Figur 2 zeigt, dient die untere
Platte 102 nur als untere Deckplatte um die Wärmeaustauschflüssigkeit im offenen
Abschnitt 160 des Tragrahmens 104 festzuhalten; entsprechend dient Platte 114 als
Deckplatte für den die Wärmeaustauschflüssigkeit enthaltenden Tragrahmen 112. Wie
aus der Zeichnung zu ersehen ist, können zusätzliche Stufen zu dieser ein stufigen
Apparatur durch Einbau des vierteiligen Zusatzes 100 bequem hinzeft'gt werden. Der
Zusatz 100 enthält eine Membranhülle 108, die Platten 110 und 114 und einen Tragrahmen
112. Eine einstufige Anlage, die hier beschrieben wurde, besitzt eine Regenerations-Kapazität,
die den Bedarf eiues kleinen Kindes deckt, für Erwachsene werden jedoch vier, acht,
zwölf oder mehr Stufen benötigt. Ein spezielles Beispiel eines erfindungsgemä# hergestellten
Tragrahmons ist eine 355 mal 915 mm (14 mal 36 Zoll) grobe Aluminiumplatte mit 9,5
mm (3/8 Zoll) Breite, die ao ausgefräst ist, daß ein rechteckiger Rahmen mit elf
in gleichen Abständen
befindlichen Querstäben von 16 mm (5/8 Zoll)
Dicke Ubrig bleiben, in die abwechselnd vier höhere und vier niedriger.
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Stufen eingefräst sind. Jede der höheren Stufen hat eine Dicke, die
um 0,1 mm (0,005 Zoll) geringer ist als die Dicke der Aluminiumplatte.
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Figur 3 zeigt den Sauerstoffregenerator aus Figur 2 in senkrecht
übereinander eschichteter, sauber ausgerichteter Anordnung ohne Klemmvorrichtung,
damit sich die Schrauben durch die in den Platten befindlichen äu#eren Löcher 116
hindurchführen lassen, Mit den Flügelmuttern kann man die Platten fest aufeinander
pressen. Die Membranhülle 108 befindet sich in der einstufigen Anordnung zwischen
den starren Platten 110 und 106. Das Verteilungsnetz der Rillen liegt an beiden
Seiten der wirksamen Oberfläche der Membranhülle an, ebenso wie die Speicherrinnen
122 und 124. Die Rahmen 104 und 112, die sich zwischen den Platten 114 und 110 bzw.
106 und 102 betinden, enthalten die Hohlräume 160. Diese Hohlräume 160 bilden einen
abgeschlossenen Raum lür die durch den Rahmen fließende Wärmeaustauschflüssigkeit,
die eine einstellbare Temperatur für die Sauerstoffregeneration aufrechterhält.
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Figur 4 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht des einstufigen
Ssuerstostregenerators entlang der Linie 4-4 aus Figur 3. Sie bringt insbesondere
den Zusammenhang zwischen den oberen Stufen 164 der Querstäbe 162 mit den Platten
102, 106, 110 und 112. Figur 4 zeigt außerdem die
ausgesparten
Hohlräume zwischen den niedrigeren Stufen 166, zwischen denen die Wärmeaustauschflüssigkeit
hindurchströmt. In der hier gezeleten Darstellung werden die Platten 110 und 106
von dem in den Verteilerrillen 130 puleierenden Sauerstoff durchgebogen. Trotzdem
erlaubt die vorhandene Ausführung einen Einbau ton Zusatzstücken 100, um die Kapazität
filr die Sauerstoffregeneration zu vergrößern.
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Feste rechteckige obere and untere Deckplatten wie 12 und 14 aus Figur
1 sind wegen der Vertauechbarkeit der starren Platten nicht notwendig, sodaß sich
die Herstellung vereinfacht. Es dienen dann die Platten 102 und 114, die in dieser
Anordnung mit der Membranhülle nicht in Verbindung stehen, nur als Grund-und Deckplatte
für die Rahmen 112 und 104.
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Figur 4 zeigt auch, wie. die Membranhülle 108 mit ihren üu#eren, rechteckigen
oder geradlinigen Außenkanten, die mit Autoklay-Band 138 versiegelt sind, zwischen
den Platten 106 und 110 liegt, soda# sie einen flüsigkeitsdichten Abschlu# zwischen
den Platten 106 und 110 bildet. An den oberen drei Kanten der Platten 106 und 110
ist eine gaundurchlässige Abdichtung erwünscht, um das unter Überdruck stehende
Gas innerhalb der Gasverteilungsrillen 130 festzuhalten. Dagegen soll das untere
Ende 135 nicht durch die Membranränder abgedichtet werden, damit unbenutztes oder
überschüssiges Gas nach außen in die freie Atmosphäre, wie hier beschrieben wurde,
oder in ein außerhalb gelegenes Sammelgefä# austreten kann.
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In dieser Ausführung der Erfindung stellen die Vertiefungen 132 der
Platten 106 und 110 aus Figur 1 bis 4 einen tiefer gelegenen, verborgenen Speicher
ür arterielles Blut innerhalb der Hülle 108 dar. Es ist jedoch oft erwiinscht und
für die Bedienungsperson oder den Physiker vorteilhaft, über Farbe und Anteil des
in den Blutspeicher der Hülle fließenden arteriellen Blutes genau unterrichtet zu
sein.
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Figur 5 zeigt einen abgewandelten Sauerstoffregenerator gemäß der
Erfindung, bei dem eine verlängerte fünfeckige Membranhülle 160 verwendet wird.
ihr rechteckiger Teil ist etwa gleich groß oder nur wenig kleiner als die Ober-
und Unterplatte.'Diese Membranhülle 180 hat, ein unten aus'den Platten und über
die eingelassenen Vertiefungen hinauaragendes spitzes Ende, das ein Abflußrohr 182
für das Blut enthält. Dieses nach außen vorstehende Ende bildet außerhalb des unteren
Plattenrandes der Platte 186 einen sichtbaren Speicher 189 für arterielles Blut.
Durch diese Anordnung kann man einen größeren Teil der mit Sauerstoffverteilungarillen
versehenen Plattenoberfläche ausnutzen, da die am unteren Ende der Platte 186 eingelassene
Vertiefung 132 bedeutend kleiner gemacht werden kann. Der eich nach tonnen erstreckende
Schlitz 134 fällt ganz weg, denn das Blutausflu#rohr des Sauerstoffregenerators
befindet sich au#erhalb.
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Wenn das Gerät erfindungsgemäß in Betrieb genommen wird, pumpt man
venöses Blut aus einem außerhalb gelegenen Blutversorgungsgefä# 36 mittels einer
peristaltisch arbeitenden Eimwalzen-Pumpe 38 durch eine Haupt-Blutzuleitung 37 und
durch die Leitungen 40 und 42 zu einer ersten und zweiten Rohrverzweigung 44 und
46. Von dort gelangt das Blut durch einzelne Zuleitungerohre 149 und 142 in die
relativ druckfreie Speicherrinne 122 innerhalb der Membranhülle 108. Während die
Sauerstoffregeneration vorgenommem wird, kann der Sauerstoffregenerator 10 in Jede
beliebige Richtung geschwenkt werden. Wenn es erforderlioh ist, kann er in senkrechter
Stellung wie in Figur 1 benutzt werden, damit ein Gefälle entsteht, das dazu beiträgt,
das Blut durch den Sauerstoffregenerator zu befördern. Das Blut kann durch die Zuleitungsrohre
140 und 142 kontinuierlich allein durch sein eigenes Gefälle oder, wie hier beschrieben
wurde, zusätzlich durch unterbrochen, es oder pulsierendea Pumpen in den Blutzufuhrspeicher
122 eingebracht werden.
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Ein Pulsieren des Blutes allein läßt nicht alle Vorteile der Erfindung
zur Geltung kommen, da die Diffusion rasch abfällt, wenn das Blut sto#weise durch
die Membranhülle entlang der Platte gepumpt wird. Der Diffusionsabfall rührt davon
her, daß sich' relativ dicke Blutschichten und stationäre Blutgrenzschichten an
der Membranoberfläche ausbilden und daß eine konstante Gasdruckdifferenz zwischen
innerem und äußerem Bereich der Hülle herrscht.
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In den mehrstufigen Sauerstoffregenerator leitet man den Sauerstoff
aus einer Sauerstoff-Flasche 52 über eine Sauerstoffzuleitung 54 zu einem Nadelventil
56 und einem elektrisch betriebenen Magnetventil 58, das mit einem elektrischen
Mehrfach-Taktgeber 60 verbunden ist. Der Taktgeber sorgt für eine Impulsrate von
etwa 60 pro Minute, mit der der Sauerstoff durch die Zuleitungen 64 und 62, durch
die erste und zweite Rohrverrzweigung 68 und 70 und durch einzelne Sauerstoffzuleitungen
155 und 157 in den Rahmen 104 und entsprechend durch die Zuleitungen 154 und 156
in den Rahmen 112 sto#weise eingeführt wird. Auf diese Weise gelangt der Sauerstoff
mit einem Überdruck von etwa 1/2 bis 1 at (8 bis 12 psig) in den Saueretoit-Einlabspeicher
124. Von dort aus ergießt sich der Sauerstoff rasch durch das rautenförmige Netzwerk
130 der Platten 106 und 110 iiber beide Oberflächen der Membranhülle 108.
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Überflüsiger oder unbenutzter Sauerstoff atrömt durch die Öffnungen
im Rautennetzwerk in die eingelassene Vertiefung 132 und von dort durch den Schlitz
135 nach außen in die freie Atmosphäre. Wie besohrieben wurde, befindet eich der
Sauerstoff zu beiden Seiten der Membranoberfläche, jedoch darf der gewünschte Sauerstoff
sowohl auf der einen Seite allein wie auch auf beiden Seiten pulsieren aber mit
verschiedenen Impulsraten in Gleichtakt oder nicht.
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Die Sauerstoffregeneration kann nach Wunsch bei einer vorgewählten
Temperatur vollzogen werden, die durch
eine umlaufende Wärmeaustauschflüssigkeit,
etwa Laser, aufrechterhalten wird. Das Wasser mit der gewünschten Temperatur fließt
durch eine Zuleitung 86 über eine Rohrverzweigung 84 zu einer individuellen Zuleitung
164. Von. dort wird es durch die Zwischenräume zwischen den niedrigeren Stufen 166
der Querstäbe 162 und durch den wohlraum 160 von Rahmen 104 und 106 nach oben gesaugt
und gelangt durch die Wärmeaustauschleitung 170, die Rohrverzweigung 82 und Ausla#leitung
80 naoh außen. Die Wärmeaustauschflüssigkeit soll vorzugsweise recht gleichmäßig
und stoßfrei umlaufen im Gegenstrom zum Blut und Sauerstoff-Flu# innerhalb des Sauerstoffre'generators.
Das erreicht man durch einen Unterdruck in der Ausla#leitung 170. Es ist nicht zuu
empfehlen, einen Überdruck zu verwenden, um die Wärmeaustauschflüssigkeit durch
Leitung 86 nach oben oder durch Leitung 80 in gleicher Richtung mit dem Blut nach
unten zu pumpen. Durch den im Hohlraum 160 ton Rahmen 104 und 112 geschaffenen Überdruck
besteht die Gefahr, das die Platten 102, 106, 110 und 114 nach außen gedrückt werden.
Das hat zur Folge, daß der Sauerstoff und die Platten keine pulsierende Bewegung
mehr ausführen können, was die wirksame Sauerstoffregeneration des Blutes verhindert.
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Während das Blut in dem Sauerstoffregenerator abwärts flieht, schafft
das Pulsieren des Sauerstoffs stoßweise sehr dünne Blutfilme innerhalb der Membranhülle.
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Es bewirkt auch eien maximale Druckdifferenz zwischen
dem
Sauerstoffdruck in dem Verte,ilungsnetz 130 und dem Partialdruck des Blut sauerstoffs
innerhalb der Membranhülle 108. Dieser Vorgang epielt sich während der Rochdruckphase
des pulsierenden Sauerstoffs ab. Das Blut innerhalb der Membranhülle 108 wird veranlaßt,
in jener Xmpulsperiode zu fließen, in der ein Sauerstoffüberdruck herrscht, da die
Membranfläohen durch die Kraft des Sauerstoffdruckes aufeinandersohlagen. Dabei
findet eine innere peristaltieohe Bewegung der Membran statt. So wird mit Jedem
Sauerstoffimpuls, der frischen* unter Überdruck stehenden Sauerstoff herbeischafft,
eine zusammenhängende frische Blutschicht auf der Membran gebildet. Das Pulsieren
des Sauerstoffs bewirkt daher eine maximale Druckdifferenz des Sauerstoffs innerhalb
und außerhalb der Membran, schafft einen relativ dünnen Blutfilm und erzeugt zusammenhängende
frische Blut-und Sauerstoffoberflächen. Dabei wird das venöse Blut erheblich wirksamer
und schneller mit Sauerstoff angereichert. Während man den Sauerstoff oder Blut
und Sauerstoff pulsieren läßt, dürfen sich die Platten um einen festgelegten Abatand
nach außen bewegen. Dieser Abstand iet durch die Zwischenräume an den oberen StuSen
der Querstäbe gegeben.
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Durch diese Begrenzung wird ein unzulässiges Ausbiegen der Platten
wie auch das Auftreten eines Blutstömungskanals verhindert.
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Es zeigte sich, daß die Membranhülle in der Lage ist, dem stoßweisen
Pumpen für längere Zeit zu widerstehen.
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Es zeit'te'sich weiter, daÇ das Pulsieren des Sauerstoffs oder der
Gasphase alleine oder in Verbindung mit dem Pulsieren doe Blutes, dem alleinigen
Pulsieren des Blutes weit überlegen iet. Obwohl das Pulsieren des Sauerstoffs alleine
horvorraeende Sauerstoffregeneration gewährleistet, bietet das gemeinsame Pumpen
des Blutes und des Sauerstoffträgers - im Gleichtakt oder nicht - wegen der Kompressibildet
der Gasphase, d.h. des Sauerstoffs und der Inkompressibilität der flüssigen Phase,
d.h-. des Blutes, Vortçile.
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Der vorliegende Sauerstoffregenerator arbeitet in der Weise, das die
Gasphase sich schnell verteilt und dadurch die wahren hohen und niedrigen Drücke
des strömenden Sauerstoffs zur Wirkung kommen läßt. Die schnelle Verteilung des
Bauerstoffs wird durch das rautenförmige Netzwerk 130 auf der Oberfläche der Rillenplatten
erreicht und dadurch1 daß der überschüssige Sauerstoff durch die eingelassene Vertiefung
132 und durch den Schlitz 135 in die Atmosphäre entweicht Bei einem Blutdurchsatz
von 100 bis 800 ccm pro Minute, einer SAuerstoff-Pulsrate von 60 pro Minute und
einem Sauerstoffdruck von 0,56 bis 0,84 at (8 bis 12 pei) erreicht der Druck im
Blutfilm innerhalb der Membranhtlle Werte im Bereich von 10 bis 140 mm Hg. Jede
Stufe der speziellen Ausführungsform des Sauerstoffregenerators liefert pro Minute
angenähert 320 mm Blut und mindestens zu 95 % mit Sauerstoff angereicherte, arterielles
Blut.
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Daher ist im Normalfall eine 12-stufige Einheit ausreichend,
um
einen Erwachsenen gänzlich su versorgen. WUnsoht man den Wirkungsgrad zu verbessern
oder den Kontakt des Gases mit der Flüssigkeit zu erhöhen oder anderen Zwecken gerecht
zu werden* so kann man den Gasdruck verändern (z.B. auf 0,07 bis 7 at - (1 bis 100
psi) - oder höher).
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Die Pulsrato des Gases kann niedriger oder höher ale die beschriebene
sein. Sie kann von 4 bis 160 Pulsen pro Minute variieren. Das Blut durchströmt den
Sauerstoffreeenerator von oben nach unten, wird dabei in dem eingeschlossenen Membranhüllensystem,
wie in Figur 1 bis 4 gezeigt, völlig mit Sauerstoff gesättigt, sammelt sich in der
eingelassenen Vortiefung 132 und fließt durch das Blut-Auslaßrohr 144 zu der Rohrverzweigung
48. Vcn dort wird es zu dem Haupt-Blutausla# 50, zur Blutpumpe und zu einim Blut-Reservoir
oder direkt zu einem Patienten geleitet.
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Es wurde demgemäß ein verbesßerter Membran-Sauerstoffregenerator
geschaffen, der der Funktion der menschlichen Lunge sehr nahe kommt und der einen
höheren Gasaustausch pro Membranoberfläche zulä#t. Der Sauerstoffregenerator arbeitet
in der Weise, daß der Sauerstoffalleine gepulst wird oder Blut und Sauerstoff gemeinsam.
Je nach Wunsch kann dabei die nicht mit dem Takt übereinstimmende Pulsation der
Wärmeaustauschflüssigkeit dazu benutzt werden, um das Blut in der Membranhülle peristaltisch
flie#en zu lassen. Luft, Sauerstoff und Mischungen beider können ebenso wie Flüssigkeiten
als da sind Das oder sauerstoffgesättigte
Salzlöen oder'Glukosolösungen
zur Sauerstoffregeneraton mittel der Pulsmethode und des pulsierenden Apparates
verwendet werden. Der Sauerstoffregenerator schafft wünschenzwerte Bedingungen nur
Sauerstoffregeneration des Blutes. Es ist möglich, die Herstellung in den einselnen
Aueführungsformen der Erfindung zu verändern, ohne dabei den Bereich der Erfindung
zu verlassen. Es kann z.B. das spezielle SauerstoffvorteLlungsnetzwerk verändert
werden oder das Blut kann an einem Ende des Sauerstoffregenerators zugeführt werden,
um einen Gegenstrom von Sauerstoff und Blut zu ermöglichen. Veränderungen im Bereich
der Erfindung können auch dadurch gemacht werden, daß die Klemm- und Sicherungsvorkehrungen
des Platteurahmene und die Membran hüllen in ihrem schichtweisen Aufbau abgewandelt
werden.
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Figur 6 zeigt mehrere Membranen, Platten und Rahmen 200 in schichtweisem
Aufbau, wie er in dem Blutsauerstoffregenerator der Figur 1 und 3 beschrieben ist.
Die Auwärtsbewegung der Deckplatten 201 und 203 während der Flüssigkeitspulsation
werden durch eine oder mehrere Joch-Klemmvorrichtungen begrenzt, die quer über Jede
äußere Oberflache reichen. Die Klemmvorrichtung besteht aus: einem gebogenem Rahmen
190, einer Anzuge-Spindel 194, die durch eine zentrale Verdickung im Rahmen geht,
und am anderen Ende einen Stellknopf 196 besitzt, mit dem der Druck von nand eingestellt
wird.
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Der Rahmen wird durch Ansatzmuifen 19d und 200 lest über den äu#eren
Platten gehalten. Diese an jedem 2mde des liahmons befindlichen Muffen sind an dcm
Plattenaufbau dadurch befestigt, daß die äußeren, durch Muttern gesicherten Schrauben
durch die Ansatzmutten hindurchreichen. i;s ergab sich, da# drei dieser Klemmvorrichtungen,
gleichmä#ig über die Deckplatten des Schichtaufbaus verteilt, die Answärtsbewegung
der Deckplatten wirkungsvoll begrenzen und dabei die Möglichkeit bieten, don für
den Schichtaufbau nötigen Druck einzustellen. Da die Deckplatten in ihrer Auswärtsbewegung
begrenzt werden und so einen hohen Druck aur die Platten übertragen, können extrem
dünne Blutschichten in der Membranhülle erreicht werden. Die gezeigte Klemmvorrichtung
gewährleistet, da# ein vorgewählter Elemmiruck auf die Oberfläche der Deckplatten
ausgeübt wird. Die von außen wirkende Begrenzung der Deckplatten durch diese Klemmvorrichtung
läßt die Plattenteile sehr schnell in ihre Ruhelage zurückkehren, wenn kein Puls
anliegt.
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Wenn durch den Flüssigkeitspuls relativ hoher Druck anliegt, werden
die Platten nach außen gegen die Druckplatten 192 der Klemmvorrichtung gedrückt
und beim nachlassen des Pulses schnellen sie in eine neutrale Lage zurück. Wie zuvor
beschrieben dienen die geschichteten Platten beim Pulsieren als peristaltisch wirkende
Blutpumpe. Das liest daran, daß das federnde Arbeiten der Platten, insbesondere
zusammen mit der Klemmvorrichtung, bei Anordnung
von Einweg-Ventilen
in der Bluteinla#- und Bluta@sle#-leitung, eins hervorragende Pumpwirkung auf die
in don Membranhällen eingeschlossene Flüsaigkeit ausübt. wenn ein genaues Einstellen
des Ilaltedruckos auf die Deckplutten nicht von Bedeutung ist, kann eine Joch-Vorrichtung
aus vorgespanatem oder federndem Metall mit einer festgelegten Spannungscharaktoristik
verwendet werden, sodaß bei einer Auswärtsbewegung der Deckplatte die gegen die
Plattenoberflache drückonde Kraft der Joch-Vorrichtung ansteigt.
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Figur 7 zeigt eine schaubildliche Ansicht eines abgewandelten, einstufigen
pulsierenden Membran-Gerätes der Figur 3. Hierin ist der durch den SchichtauSbau
dor Platten 106 und 110 gebildete langgestreckte Schlitz 135, duroh don der überschüssige
Sauerstoff in die Atmosphäre entwichen kann, durch einen anhaftenden, flüssigkeitsdichten
Cummiverschlu# oder eine Dichtungsmasse 210 abgediohtot. Dieses Dichtungsmaterial
erstreckt sich auch nach innen über die Ränder der unteren Teile der Platten 106
und 110 zu den Dichtungsrändern der Membranhülle 108. Von dort führt es einwärts
zu der Blutspeicherzone 152. Zusätzlich befindet sich Dichtungsmaterial um das Blutausla#rohr
144 in dom Schlitz, der durch das Zusammentreffen der Schlitze 134 der Platten 106
und 110 mit denen der Platten 104 und 112 entsteht. Dadurch wird auch das Blutauslaßrohr
144 flüssigkeitsundurchlässig abgedichtet. Ein Auslaßrohr 212, das mit Dichtungsmaterial
210 abgedichtet ist, ragt aus'dem Dichtungsschlitz 135.
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Ein Ende dieses Rohres befindet sich in dem inneren Bereich des Blutspeichers
132, während das andere Ende, wie gezeigt, in die offene Atmosphäre führt oder,
wenn gewünscht, in einen Flüssigkeits- oder Sauerstoff-Reinigungs- und Reßenerationsapparat
oder sogar in einen Unterdruckbereich. Das Rohr 212 enthält ein Überdruckventil,
z.B. ein vorgespanntes Flüssigkeitsventil, das bei einem vorgewählten oberen Flüssigkeitsdruck
öffnet und bei einem vorgewähltem unteren Flüssigkeitsdruck schließt, oder aber
ein Ventil, dessen Aufbau genügend groß ist oder dessen Schließperiode genügend
lang ist, um die Flüssigkeit ausfließen zu lassen. Auf diese Weise kann man auch
Sauerstoff aus einem einstufigen Membrangerät schnell auf den gewünschten niedrigen
Druck, wie den Atmosphärendruck, ausströmen lassen.
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In diesem abgewandelten Gerät ist der Sauerstoffregenerator noch
wirkungsvoller beim Regenerieren des Blutes.
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Desgleichen ist er auch als k(instliche Niere im Flüssigkeits -Flüssigkeits
Austausch sehr wirkungsvoll. Das Abdichten des Gerätes gegen Sauerstoff durch das
Dichtungsmaterial 210 gestattet es, während der Hochdruekperiode des Pulses, sehr
dünne Blutschichten innerhalb der Membranhülle zu erzeugen.
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Ilierbei wird das eingeschlossene Blutvolumen auf ein Minimum herabgesetzt
und die Saueratoftregeneration äußerst schnell vollzogen, sodaß das Blut oder die
Flüssigleit sogar mit Sauerstoff übersättigt wird. Dieser abgewandelte Apparat kann
z.B. dort, wo eine geringe Menge einer sehr seltenen
Blutgruppe
mit Sauerstoff angereichert werden muß, zuerßt init oiner Glukose-Wasser-Lösung
beschickt werden und dann so betrieben werden, da# eine sehr dünne Blutscaicht,
gerin-(4e£ eingeschlossenes Blutvolumen und hohe SAuerstoffanreicherung erzielt
werden. Wenn der Sauerstoffdruck während des Arbeitsvorganges die vorgewählte obere
Grenze erreicht, z.J3. kurz vor oder gerade bei dem relativ hohen Druckwert der
pulsierenden Sauerstoffquelle, wird das Überdruckventil 214 bei diesem oder wenig
unter diesem Druck geöffnet, um den niohtbenutzten Sauerstoff rasch auszulassen.
Wenn aller Sauerstoff oder der größte Teil oder eine vorgewählte Menge durch die
Leitung 21,2 und das Ventil 214 ausgelassen i3t, schließt das Überdruckventil 214
bis der nächste relativ hohe Sauerstoff-Impuls zugeführt wird. Das Arbeiten des
Ventiles im Wechselspiel von öffnen und Schlie#en, ähnlich dem der Klemmsorriohtung,
hält den Sauerstoff im Gerät zurück, baut dadurch den Sauerstoffdruck schneller
auf und unterstützt so die Biegewirkung der Platten. Die Platten können mit Dichtungen
für den langgestreckten Schlitz 135 versehen werden. Sie können aber auch von Anfane
an so hergestellt werden, daß rechteckige Membranh,üllen verwendet werden können
und der gesamte Umfang der Plattenränder durch Weglassen des Schlitzes 135 ebenso
wie das Blutausla#rohr 144 abgedichtet werden können., Dieee Anordnung begrenzt
den Apparat nicht in der Vielfalt seiner Funktionen. wo es gewünscht wird, können
die einzelnen Rohre 212
zu einer einzigen Rohrverzweigung zusammengeschlossen
werden, die ein einziges Flüssigkeits-Überdruckventil enthält. Es können aber auch
ein oder mehrere Magnetventile verwendet werden, die von einem Zeitgeber geöfinet
und gerjchlouecn werden. Dieser Zeitgeber öffnet das Ventil unmittelbar vor oder
während des Hochdruckpulses und schließt es nach eilroru vorgewähltem Zeitintervall
oder bei einem vorgewählten Druckwert. ihr die verschiedenen Magnetventile können
mehrere getrennte Zeitgeber aber auch ein einziger Zeitgeber 60 verwendet werden.
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Weiterhin kann dis Druckübertragung zwischen den Plattenteilen und
der Blut schicht in der Hülle dadurch eingestellt werden, daß man die äußeren Flügelmuttern
richtig' einstellt. Auf diese Weise kann man die Platten dicht aufeinander packen,
wodurch die Starrheit des Aufbaus vergr10#ert wird. So wird es möglich, eringe Flüssigkeits-
oder Sauerstoffdrücke von etwa 0,07 bis 0,14 at (1 bis 2 psi) erfolgreich bei der
Sauerstoffanreicherung des Blutes zu verwenden. Man erkennt, daß der Saueretoffregenerator
als künstliche Niere verwendet werden kann, um unerwünschte Bestandteile aus der
flüssigen Phase innerhalb der Membranhülle zu entfernen, entweder indem die unerwünschten
Komponeunten durch die semipermeable Membran nach außen treten, oder indem sie selektiv
innerhalb der Membran zurückgehalten werden. Die geeigneten Membranen müssen Jeweils
ausgewählt werden.
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Der Apparat kann als künstliche Niere verwendet werden, ween man
datUr sorgt, daJ sich innerhalb und außerhalb der Membranhülle Flüssigkeiten mit
hoher einerseits und relativ niedriger Konzentration andererneite befinden.
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Dabei kann ein einzelnes oder eine Anzahl von Molekülen oder Ionen
aus dor höherkonzentrierten Flüssigkeit darch eine semipermeable- oder Diffusionsmembran
in die Flüssigkeit mit geringerer Konzentration übertreten. Die Membran kann z.B.
eine Flüssigkeit mit hohem Gehalt an Harnstoff, Natrium oder Schwermetallen, oder
organische und anorganische Substanzen innerhalb der Membranhülle durch Dialyse
in eine flüssige Lösung, eine gashaltige flüssige Lösung oder sogar in ein Gas außerhalb
der Ilülle zersetzen. Die Flüssigkeit außerhalb der Hülle kann man pulsieren lassen,
wie im vorhergehenden besprochen wurde. Es wurde außerdem beschrieben, daß der schnelle
Austausch der Ionen und Moleküle durch die pulsierende Bewegung innerhalb des pulsierenden
Membran-Apparates bewirkt wird. Die außerhalb der Membranhülle pulsierende Flüssigkeit,
die nicht so konpressibel ist wie ein Gas, bewirkt, durch ihr Pulsieren einen verstärkten
Ionen, oder Gasaustausch, da die von der Mombranhülle eingeschlosene Flüssigkeit
eine doppelt' so große Au#enfläche besitzt.
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Bei einer Flüssigkeits-Flüssigkeits-Diffusion finden andere Membranmaterialien
Verwendung, etwa Zellophan 300, Polyäthylen, Polypropylen, Gummi oder anderes natürliches
oder synthetisches Dialyse- oder Diffusions-Membranmaterial.
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Die Auswahl des Membranmaterials hängt von den Ionen oder Molekülen
ab, die getrennt werden sollen. Durch Temperaturregelung innerhalb dea Membranapparatos
oder durch Umlauf einer Wärmeaustauschflüssigkeit kann die Diffusion bei jeder beliebigen
Temperatur vollzogen werden. Deshalb kann man den Apparat bequem als künstliche
Niere verwenden.
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Obwohl die Erfindung speziell mit Hinsicht auf Blut in der flüssigen
Phase und Sauerstofi in der gasförmigen Phase beschrieben wurde, wird es für Fachleute
verständlich sein, da# der Apparat für jegliche Art von Plüssigkeitsaustausch verwendet
werden kann, etwa zum Gas-Flüssigkeits-, Gas-Gas- oder Flüssigkeits-Flüssigkeits-Austausch
mittels einer passend gewählten Membran. Das Gerät wird z.B. eine wirksame Anlagerung
von Sauerstoff, Wasserstoff, Halogen oder Schwefel erlauben, und dasselbe mit einer
großen Zahl organischer oder anorganischer Flüssigkeiten, Gase oder Aufschwemmungen.
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Selbstverständlich sollen die Patentansprüche alle allgemeinen und
speziellen Züge der hier beschriebenen Erfindung nach Inhalt und Ausdrucksweise
im weitesten Bereich umfassen.
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Eine der möglichen Abwandlungen der ErfIndung besteht beispielsweise
darin, daß man das Verteilungsnetzwerk an den verlagerbere@ Klappen fortlä#t. Dieses
Verteilungsnetzwerk unter~ stützt zwPr die mit der Erfindung engestrebte Wirkung.
Haupt. sächlich wird diese eber durch die Hin- und Herbewegung der Platten gegenüber
der Membranhülle erreicht.