DE2122562B2

DE2122562B2 - Oxygenator

Info

Publication number: DE2122562B2
Application number: DE2122562A
Authority: DE
Inventors: Sotiris Newton Mass. Kitrilakis (V.St.A.)
Original assignee: Searle Cardio Pulmonary Systems Inc
Current assignee: Searle Cardio Pulmonary Systems Inc
Priority date: 1970-05-07
Filing date: 1971-05-07
Publication date: 1980-03-13
Also published as: SE385771B; GB1308742A; DE2122562A1; JPS5137479B1; NL7105902A; US3674440A; CA950304A; NL149705B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Oxygenator nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs I.

Bei einem bereits bekannten Oxygenator dieser Galtung (US-PS 34 13 095) ist das gesamte Scheibenpaket ortsfest angeordnet. Es ist auch bereits ein im wesentlichen aus einem rotierenden Zylinder bestehender Oxygenator bekannt (Medizinal-Markt Nr. 5, 1959. S. 117 —120). Der rotierende Zylinder ist hier schräg nach unten gelagert, so daß ihn das Blut durch seine eigene Schwere durchfließt. Durch in den Hohlraum des Zylinders hineinragende Scheibenflügel, die etwa in Form einer Schnecke angeordnet sind, wird das Blut auf eine Vielzahl von Oberflächen verteilt. Die Scheiben werden durch ringförmige Zwischenscheiben mit exzentrisch angeordneten öffnungen auseinandergehalten. Die von den in das Blut eintauchenden Sichelsegmentscheiben emporgehobene dünne Blutschicht wird dem im Oxygenator enthaltenen Sauerstoff ausgesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Oxygenator der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der eine besonders rasche und intensive Behandlung des Blutes gestattet, ohne dessen natürliche Eigenschaften zu schädigen, dabei aber einen nur geringen Raumbedarf hat, leicht zu zerlegen und zu reinigen und auch von ungeübten Personen ohne Schwierigkeiten zu bedienen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in dem Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Das Blut wird dabei innerhalb eines vergleichsweise kleinen Gesamtraumes der Apparatur über einen langen Strömungsweg mit kleiner Querschnittshöhe und abwechselnd sehr groß und sehr klein werdender Querschnittsbreite geleitet und zugleich kräftig bewegt, während ihm der Sauerstoff zugeführt und das Kohlendioxid entzogen wird.

Möglichkeiten zur besonders vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben.

lin folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Axialquerschnitt durch eine Ausführungsform eines Oxygenators; dabei sind verschiedene Einzelheiten nur schematisch dargestellt und die

ίο herkömmlichen Zusatzeinrichtungen fortgelassen,

Fig.2 einen Querschnitt des von der gekrümmten Linie 2-2 umrahmten Abschnitts von F i g. 1 in größerem Maßstab.
Der hier dargestellte Oxygenator, der sich in der Praxis bereits bewährt hat, weist einen Stator 1 mit mehreren radialen Wänden 2, 3, 4 in Form von Kreisringscheiben auf. 6 ist die Mittelachse. Mit der Wand 1 ist eine Nabe 8 verbunden. Die Wand 2 wird durch ein Abstandsstück 9 und andere Elemente in einem vorbestimmten Axialabstand von der Wand 3 gehalten, die dritte Wand 4 wird in entsprechender Weise durch ein Abstandsstück 11 und andere Elemente von der Wand 3 getrennt. Die Wand 4 geht in eine achssymmetrische Nabe 12 über. Der Stator I wird von

2*> einer hier nicht dargestellten Halterung getragen, so daß die Achse 6 senkrecht steht. Der Stator I ist dadurch leicht zerlegbar, daß die Wände 2. 3, 4 und die Abstandsstücke 9 und 11 ein zusammengeschichtetes Paket bilden. Dieses wird von Befestigungselementen 13, die in einer ungeraden Zahl vorhanden sind, zusammengehalten und verspannt. Auf diese Weise ergibt sich zwischen den Wänden 2 und 3 eine Ringkammer 14 und zwischen den Wänden 3 und 4 eine Ringkammer 16.

i^r> Innerhalb des Stators 1 ist ein Rotor 21 koaxial angeordnet. Seine Naben 22 und 23 werden von je einem Kugellager 24 gehalten. Die Naben 22 und 23 bilden zusammen mit einer radial in die Kammer 14 hineinragenden Wand 26 und einer in die Kammer 16 hineinragenden Wand 27 sowie den dazugehörigen Abstandsstücken 28 ein zweites Peket, das von einer ungeraden Zahl durchgehender Befestigungselemente 29 lösbar zusammengehalten wird. Da die Wände 26 und 27 in die Kammern 14 und 16 hineinragen, ist der auf

■t> diese Weise zwischen den Wänden gebildete Strömungsweg für das Blut ziemlich lang, er verläuft nach Art einer, im Axialquerschnitt gesehen, Mäanderform, während die Breite des Strömungsquerschnitts jeweils von innen nach außen stark zu und von außen nach innen stark abnimmt.

Der Einlaßstutzen für das Blut ist in die Nabe 8 eingesetzt, so daß er in den Strömungsweg 31 mündet. An den Stutzen ist eine die Flüssigkeit unter hinreichend hohem Druck liefernde Quelle angeschlossen. Mit einer

π Dichtung 33 wird ein Leckfluß zwischen Rotor und Stator verhindert. Das Blut fließt von dem Einlaßstutzen 32 nach Art einer Mäanderform in dem Strömungsweg 31 und von da zu einer Stelle neben einer Dichtung 34, an der sich der Auslaßstutzen 37 für das Blut befindet.

Von dort aus kann das Blut einer anderen Apparatur oder nochmals dem Einlaßstutzen zugeführt werden.

Zum Zwecke des Gasaustauschs mit dem umgewälzten Blut ist die Wand 2 auf ihrer Innenseite mit einer kreisringförmigen Trägerplatte 41 versehen, die etwa

μ bis zum Außendurchmesser der Wand, nicht aber ganz bis zur Achse 6 reicht. Diese Trägerplatte soll einen ausreichenden Gasdurchtritt gestatten. Hierzu kann die Platte beispielsweise aus einem porösen keramikartigen

Werkstoff oder aus einem gewellten oder geschäumten Kunststoffnetz oder dgl. bestehen. Die gewellte Form der Platte 41 bietet den Vorteil, daß in ihrer Nachbarschaft Hohlräume gebildet werdei., welche die Gasströmung in radialer Richtung nur wenig behindern. Die Platte 41 soll sowohl den Gasdurchtritt ermöglichen als auch seine Ausbreitung und möglichst gleichmäßige Verteilung gestatten. Außerdem soll die Platte 41 als Träger für eine auf der der Wand 2 zugewandten Srite angebrachte Membran 42 dienen und eine bestimmte Lage für diese vorgeben. Die Membran 42 besteht aus einem feuchtigkeitsabweisenden Werkstoff, der einerseits nicht leicht benetzbar und andererseits nicht ohne weiteres für Blut durchlässig ist. Die Membran 42 kann aus einem Silikonpolymerisat von etwa 0,125 mm Stärke bestehen und eine Vielzahl von sehr kleinen Perforationen aufweisen, die einen Durchmesser zwischen 2 und 100 μπι haben. Die Membran ist in axialer Richtung für die hier in Betracht kommenden Gase wi~ Sauerstoff und Kohlendioxid durchlässig. Die in ihr befindlichen porenartigen öffnungen sind so klein, daß die über der feuchtigkeitsabweisenden Membran befindliche Blutsäule durch die Membran gehalten wird.

Bestimmte Zonen der Membran, insbesondere Zonen am äußeren Rand und in der Umgebung der Befestigungselemente können undurchlässig ausgebildet sein. Demgemäß weist die Membran 42 η dem Bereich 43 eine verdickte Randzone auf, die aus einem dickeren und demgemäß festeren Werkstoff bestehen kann. Diese Bereiche sind flüssigkeitsabweisend und in jeder Richtung undurchlässig. Wie F i g. 1 zeigt, ist die Wand 2 von der durchlässigen Platte 41 bedeckt, und diese wiederum ist von der teilweise undurchlässigen und teilweise durchlässigen Membran bedeckt. In entsprechender Weise ist die benachbarte Wand 3 auf der benachbarten Seite von einer Tragplatte 44 bedeckt und außerdem mit einer der Membran 42 entsprechenden Membran 4ö versehen, die auf der Trägerplatte 44 so angeordnet ist, daß die Membranen 42 und 46 einander zugewandt sind.

Die Membranen 42 und 46 sind in einem bestimmten gegenseitigen, axialen Abstand angeordnet, innerhalb dessen sich der Strömungsweg 31 für das Blut befindet. Dieser Strömungsweg verläuft, wie aus der Zeichnung zu erkennen, von jeweils einer zur nächsten Kammer des Oxygenators, in welchem jede der Wände 2,3,4,26, 27 von einer Trägerplatte 41, 46 und diese wiederum von einer der Membranen 42, 44 bedeckt ist. Dadurch ergibt sich eine sehr große Fläche für den Gasaustausch zwischen dem Blut und seiner Umgebung.

Zur Gaszufuhr ist in der Nabe 8 ein Einlaßstutzen 51 für den Sauerstoff vorgesehen, dessen Weg sich innerhalb des Oxygenators in zwei Abschnitte verzweigt Der eine Zweig steht über einen Kanal 52 mit der obersten Platte 41 in Verbindung, so daß das Gas von dieser Platte zu den anderen Platten des Stators gelangen kann, die über Kanäle 53 und 54 miteinander in Verbindung stehen. Der andere Zweig des Sauerstoffweges verläuft durch einen Durchlaß 56, der durch

ίο Dichtungen 33 und 57 begrenzt ist, über eine Durchbrechung 58 in der Nabe 22 zu einer Innenkammer 59, von der aus das Gas über Durchbrechungen 61, 62 in die benachbarte Platte einströmen kann. Das Gas tritt schließlich durch einen Auslaß 63 im unteren Teil

ι ^r> der Mittelachse aus.

ßer somit auf getrennten Wegen zugeführte Sauerstoff steht auf beiden Seiten des Strömungsweges für das Blut zur Verfügung. Der Sauerstoff diffundiert durch die durchlässigen Trägerplatten und die Membranen hindurch in das Blut. Das von dem Blut abgegebene Kohlendioxid tritt durch die Membranen und die sie tragenden Platten hindurch in den Sauerstoffstrom ein. Das durch eine öffnung 64 und den Auslaß 63 abgegebene Gas ist ein Gemisch aus nicht verbrauch-

2¹) tem Sauerstoff und von diesem mitgeführtem Kohlendioxid.

Durch die Drehung des von einem Motor 66 über einen Treibriemen 67 angetriebenen Rotors innerhalb des Stators wird eine sehr hohe Gasaustauschrate, d. h.

so Austauschmenge pro Zeiteinheit erreicht. Die Drehzahl des Rotors kann bei einem Scheibendurchmesser von 30,5 cm, beispielsweise 200—100 U/min betragen. Hierdurch wird das durch den Strömungsweg 31 strömende Blut in Turbulenz versetzt. Auf diese Weise wird durch

3^r> Scherkräfte des Blutes die ansonsten vorhandene Grenzschicht zu einem großen Teil unterbrochen, und der Gasaustausch erheblich gesteigert. Dadurch, daß die Strömungsrichtung des Blutes längs seines Strömungsweges abwechselnd von der Achse zum Umfang und umgekehrt erfolgt, wird auch seine Strömungsgeschwindigkeit abschnittsweise stark verändert. Durch die Veränderung der Stärke der Bewegung und der Scherwirkung werden die Auswirkungen der Grenzflächenschicht, foweit noch vorhanden, verringert und die

i^r> Gasaustauschrate erhöht. Alles dies wird mit Hilfe der Erfindung in einem Gerät mit verhältnismäßig kleinem Volumen erreicht. Das Blut bleibt dabei nur sehr kurze Zeit in Berührung mit den als Fremdstoffe wirkenden Bauteilen des Gerätes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Oxygenator mit einem Aufbau aus schichtweise übereinander angeordneten kreisringförmigen Wänden, gasdurchlässigen Trägerplatten und gasdurchlässigen Membranen sowie Abstandhaltern zwischen diesen zur Bildung von Strömungswegen für das Blut und das auszutauschende Gas, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Stator (1) und einem in ihm drehbar angeordneten Rotor (21) besteht, welche mit Axialabstand ineinandergreifende radiale Wände (2,3,4 bzw. 26, 27) tragen und einen im Axialschnitt mäanderförmig verlaufenden Weg für das hindurchströmende Blut von verhältnismäßig großer Länge und großer Oberfläche zwischen sich begrenzen.

2. Oxygenator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede radiale Wand (2,3,4 bzw. 26, 27) des Stators (1) und des Rotors (21) auf ihrer dem Strömungsweg für das Blut zugewandten Seite einen Gasströmungsweg mit einer darin angeordneten gasdurchlässigen Trägerplatte (41, 46) und darüber eine feuchtigkeitsabweisende, gasdurchlässige Membran (42,44) aufweist.

3. Oxygenator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gasdurchlässigen Trägerplatten (41, 46) eine solche Gestalt haben, daß zwischen ihnen, der Wand, welcher sie zugeordnet sind, und der gasdurchlässigen Membran (42, 44) Hohlräume freibleiben.