DE2134752A1

DE2134752A1 - Stutzplatte fur die Membranen eines Dialysators, insbesondere fur Hämodialyse

Info

Publication number: DE2134752A1
Application number: DE19712134752
Authority: DE
Inventors: Christian Thorkild Farum; Dawids Steen Gamwell Klampenborg Boe, (Danemark)
Original assignee: Danske Sukkerfabrikker AS
Current assignee: Danske Sukkerfabrikker AS
Priority date: 1970-07-13
Filing date: 1971-07-12
Publication date: 1972-01-27
Also published as: GB1355583A; SE385268B; DK123074B; US3827563A; NL7109615A; FR2101592A5

Description

Die Erfindung beziehet sich auf eine Stützplatte für die Membranen eines Dialysators, insbesondere für Hämodialyse, mit auf beiden Seiten angeordneten Vorsprüngen zum Abstützen einer Membran, die zusammen mit der Membran Strömungswege zum Leiten der Dialyse-Flüssigkeit von einem Ende der Stützplatte bis zum anderen Ende bilden, wobei das Blut auf der anderen Seite der Membran in gleicher oder entgegengesetzter Richtung strömt.

Dialysatoren dieser Art umfassen gewöhnlich eine Vielzahl von Membranen, die in Paaren zwischen den Stützplatten angeordnet sind, so daß das Blut in einer verhältnismäßig dünnen Schicht zwischen den beiden Membranen Jedes Paares fließt. Die Dialyse-Flüssigkoit fließt auf der anderen Seite der Membranen in Kanälen, die zwischen den die Membranen unterstützen/Vorsprüngen gebildet sind. Die Membranen worden dabei zwischen den Vorsprüngen leicht verforrnt und bilden entsprechende Kanäle für die Blutströmung.

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Die Membranen können entweder von getrennten Folien gebildet sein oder können aus einer zusammenhängenden Folie eines semipermeablen Materials- im Zick-Zack um die Kanten der Stützplatten und zwischen diese gefaltet sein. Die Anordnung der aufeinander geschichteten Membranen und Platten kann mittels außerhalb des Umfangs der Platten und Membranen angeordneten Bolzen verspannt werden.

Bei den bekannten Dialysatoren sind die Vorsprünge der Platten so ausgebildet, daß sie kontinuierliche Strömungskanäle von einem Ende der Platte zum anderen Ende sowohl für die Dialyse-Flüssigkeit und das Blut bilden, wobei das Blut in den durch das Auswölben der Membranen zwischen den VorSprüngen gebildeten Kanälen schließt. Bei den bekannten Dialysatoren können einige Kanäle Sinus-förmig gestaltet sein, und parallele Kanäle können wechselseitig verbunden sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stützplatte der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Wirksamkeit des Dialysators beträchtlich erhöht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist nach der Erfindung vorgesehen, daß die Vorsprünge in einem Muster angeordnet sind, in welchem jeder Strömungsweg der Dialyse-Flüssigkeit in eine Vielzahl von kurzen, in der Hauptströmungsrichtung oder Längsrichtung verlaufenden Kanälen unterteilt ist, von denen jeder an beiden Enden durch einen Vorsprung behindert ist und mit mindestens einem anderen seitlich versetzten, in Längsrichtung verlaufenden Kanal über einen quer verlaufenden Kanal kommuniziert.

Es wurde festgestellt, daß mit einer Stützplatte nach der Erfindung eine beträchtliche Verbesserung der Wirksamkeit des Dialysators erreicht ist, wobei diese Wirksamkeit z.B. als der reziproke Wert der Zeit gemessen wird, die erforderlich ist, um

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bei einer vorbestimmten Durchflußmenge von Blut und Dialyse-Flüssigkeit und bei Verwendung einer bestimmten Membranfläche eine vorbestimmte Konzentrationsänderung einer chemischen Verbindung oder Ions zu erhalten, für die oder das die Membran durchlässig ist. Die gesamte Membranfläche des Dialysators und damit die Größe des Dialysators kann folglich verringert werden, was bedeutet, daß das Volumen an Blut in dem außerkörperlichen Kreislauf und die Aufenthaltezeit des Bluts in dem Dialysator verringert werden können, so daß die Behandlung für den Patienten angenehm ist. Die Verringerung der Größe des Dialysators führt auch zu einer Verringerung der Herstellkosten, was insbesondere von Bedeutung für einen ortsunabhängigen Dial3^rsator ist.

Ein vermutlicher Grund für die erhöhte Wirksamkeit des Dialysators nach der Erfindung liegt darin, daß die nach dem Muster gemäß der Erfindung angeordneten Vorsprünge die Membran an einem Auswölben derart hindert, daß sich tote Taschen bilden, die sich kontinuierlich in Strömungsrichtung erstrecken. Außerdem werden bei dem Dialysator nach der Erfindung die Dialyse-Flüssigkeit und das Blut ständig zu Strömungsrichtungsänderungen von der Längsrichtung in die Querrichtung und umgekehrt gezwungen. Daher ist die Gefahr von Ablagerungen verringert und beide Flüssigkeitsströmungen v/erden sehr homogen und gleichförmig. Ein zur Homogenität und Gleichförmigkeit ebenfalls beitragender Faktor ist die kontinuierliche Durchmischung der einzelnen Parallel-Strömungen des Blutes, die aus der Querströmung zwischen den versetzten, in Längsrichtung verlaufenden Kanälen stattfindet. Es wurde ferner festgestellt, daß die Störung der Strömung aufgrund von Luftblasenbildung praktisch verhindert ist, da solche Blasen von den strömenden Flüssigkeiten mitgenommen werden, anstatt zwischen den Wänden der Strömungskanäle eingeschlossen zu werden, wodurch sie die Strömung hindern, so daß Teile der Membranfläche außor Funktion gesetzt werden.

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Vorzugsweise kommuniziert jeder in Längsrichtung verlaufende Kanal mit seinen beidön Enden mit jeweils zwei zu beiden Seiten seiner Mündungen versetzt angeordneten entsprechenden Kanälen. Aufgrund dieser Weiterbildung der Erfindung wird die Tendenz zum Vermischen der einzelnen Blutströme vergrößert.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Vorsprünge in Gestalt von Querreihen aus durch Spalte getrennten Rippen angeordnet sind, wobei die Spalte die in Längsrichtung verlaufenden kurzen Kanäle bilden und die Spalte von aufeinander folgenden Reihen seitlich zueinander versetzt sind. Bei solch einem Muster, in dem alle Vorsprünge gradlinig und parallel ausgerichtet sind, ergibt sich ein sanfter und abgerundeter Übergang zwischen den Längs- und den Querkanälen, und es gibt keine scharfen Kanten oder tote Winkel, in denen Blut stehenbleibt, was erfahrungsgemäß die Gefahr eines Gerinnens und einer Ausfällung von Faserstoffen führt. Der Abstand, um welchen die Spalte zweier aufeinander folgender Reiben zueinander versetzt sind, entspricht zweckmäßigerweise der Hälfte des Abstandes zweier in einer Reihe aufeinander folgender Spalten voneinander. Dadurch müssen alle Flüssigkeitsteilcheii vom einen Ende des Dialysators zum anderen Ende eine gleiche Wegstrecke zurücklegen, was zur gleichförmigen und damit optimalen Ausnutzung der Membranflache beiträgt.

Es wurde gefunden, daß der Abstand zweier aufeinander in jeder Reihe folgender Spalte voneinander etwa fünfmal so groß sein soll wie die Breite jedes Spaltes, ura ein günstiges Verhältnis der Längen der Quer- und Längskanäle, sowie ein günstiges Verhältnis der unterstützten und nicht unterstützten Membranflachen im Hinblick auf die oben beschriebenem Vorteile zu erzielen.

Die Erfindung und vorteilhefte Einzelheiten der Erfindung sind im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Aurfuhrungi.beispielen näher erläutert. En zeilen:

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Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Stützplatte nach einer Ausführung der Erfindung, bevor die Platte in einen Dialysator gestapelt wird;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 durch vier Platten und eine dazwischen kontinuierlich gefaltete Membran, so wie diese Teile im fertig montierten Dialysator angeordnet sind, wobei jedoch die Platten und die Membranabschnitte zur klareren Darstellung auseinandergezogen gezeichnet sind;

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Teil der Stützplatte nach Fig. 1 mit Stützrippen;

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 1 in größerem Maßstab und

Fig. 5 bis 8 in Darstellungen entsprechend Fig. 3 vier Beispiele von abgewandelten Mustern für die Anordnung der Vorsprünge.

Fig. 1 zeigt eine etwa rechteckige Stützplatte 1 die auf beiden Seiten mit einer Vielzahl von Stützrippen 2 für eine semipermeable Dialyse-Membran 3 (s.Fig. 2). An den Enden der durch die Rippen 2 gebildeten Stützfläche weist die Stützplatte an beiden Enden Kammern 4 und 5 auf, die zum Verteilen der dem Dialysator zugeführten Dialyse-Flüssigkeit und zum Sammeln der aus dem Dialysator zu entfernenden einzelnen Ströme der Dialyse-Flüssigkeit dienen. In beiden Kammern 4 und 5 sind Rippen 6 vorgesehen, die ähnlich ausgebildet sind, wie die Rippen 2, jedoch größere Abmessungen und entsprechend größere Zwischenräume haben. Zur Vereinfachung der Darstellung sind nur einige Rippen 2 und 6 dargor;bellt, die jedoch die ganze Qberflache der Stützplatte in dfiin gezeigten Muster bedecken. Bei jeder Kammer 4 und 5 ist ein nach aufien gezogener Bereich vorgesehen. Zwischen den Rändern rl ie μ ο π Bereiches und den Rippen 6 sind Öffnungen 7 und 8 vorgegeben, die r.ich übor die ganze Stärke dor Stützplattc erstrecken.

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Wenn eine Anzahl von Platten mit dazwischen angeordneten Membranen 3 in dem fertig gestellten Dialysator gestapelt sind, wie es schematisch aus Fig. 2 zu ersehen ist, und dicht zusammengespannt sind, bilden die Öffnungen 7 und 8 der einzelnen Platten vertikale, sich über die ganze Höhe des Plattenstapels erstreckende Kanäle, die über öffnungen in einer nicht gezeigten Deckplatte und einer nicht gezeigten Bodenplatte zu einem Einlaß und einem Auslaß für die Dialyse-Flüssigkeit führen. Wie aus den Fig. 2 und 4 zu erkennen ist, sind die Rippen 2 und 6 einstückig mit einem ebe~ " nen Körper 9 hergestellt, z.B. durch Spritzgießen, wobei sich der Körper mit Ausnahme der Öffnungen 7 und 8 bis zum Rand der Platte 1 erstreckt.

An dem von den Öffnungen 7 und 8 entfernten Längsrand der Platte 1 ist an jeder Ecke je .ein Verbindungselement 10 zum Zuführen und Entfernen von Blut vorgesehen. Jedes Verbindungselement 10 kann mittels einer Scharnierverbindung 11 aus der in Fig. 1 gezeigten Stellung in eine Stellung über oder auf der Platte 1 gebracht werden, in der das Verbindungselement einen Einschnitt 12 im Rand der Platte überlappt. Einzelheiten des Verbindungselementes 10 und der dazugehörenden Teile zum Steuern k der Blutzufuhr und -abfuhr aus dem Dialysator sind in einer gleichzeitig eingereichten Parallelanmeldung beschrieben.

Fig. 2 zeigt den Aufbau des Dialysators aus einer zusamüonhängenden Membranfolie 3 und einer Anzahl von Platten 1. Wie in der genannten Anmeldung näher beschrieben, ist eine Anzahl von Taschen 13 für den Blutstrom zwischen aufeinander folgenden Membranabschnitten gebildet, sov?ie eine Anzahl von Taschen 14 für den Strom der Dialyse-Flüssigkeit längs der anderen Oberfläche jedes Membranabschnitts. In der Kammer 4 wird die über die Öffnung 7 zugeführte Dialyse-Flüssigkeit über die Breite der Platte 1 verteilt, wobei die Flüssigkeit in den Kanülen zwischen den einzlnen Rippen 6 fließt, auf deren oberem Rand die Kembran 3

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unterstützt ist. Um die Verteilung der Flüssigkeit in Querrichtung zu erleichtern, kann der Körper 9 der Platte 1, der im Bereich der öffnung 7 zweckmäßigerweise in der Mitte der Gesamtdicke der Platte liegt, am anderen Rand der Platte, d.h. im Bereich des Einschnitts 12, unterhalb der Mitte der Dicke angeordnet sein, wobei dann die Rippen 6 mit entsprechend von rechts nach links abnehmender Höhe auf beiden Seiten des Körpers 9 verlaufen. Die vertikale Höhe der Bluteinlaßkammer, die zwischen zwei von den Rippen 6 auf der Ober- und Unterseite zweier benachbarter Platten abgestützten Membranen gebildet ist, nimmt dann in den Fig. 1 und 2 gesehen von links nach rechts ab. Um übermäßig scharfe Knickungen der Membran zu vermeiden, die an den Enden der Platte 1 zwischen den Dichtrippen 15 (siehe Fig. 4) und der da-rüberliegenderi nächsten Platte eingespannt ist, ist eine Ausführung bevorzugt, bei der mindestens die dem Rand der Platte zunächst gelegenen Rippen konstante Höhe haben und bei der die Höhe ein gleichförmig zur Mitte der Kammer 4 oder 5 hin abnimmt und darauf zum Übergang zu dem Haupt-Dialysebereich hin wieder zunimmt, wo die Rippen 2 die Membranen unterstützen (s.Fig. 4).

Wie aus den Fig. 1 und 4 zu erkennen ist, sind die Rippen 2 in Querreihen angeordnet, wobei zwischen den einzelnen Rippen jeder Reihe Spalte 16 ausgebildet sind. Auf diese Weise ist ein sich quer zur Hauptrichtung der Strömung der Dialyse-Flüssigkeit erntreckender Kanal 17 gebildet, und das Blut ist zwischen zwei aufeinander folgenden Reihen von Rippen geformt, wobei der Kanal 17 vom einen Rand der wirksamen Merabranflache zum anderen Rand durchläuft. Die einzelnen Reihen von Rippen 2 sind zweckmäßigerwei.se gegeneinander um einen Abstand derart versetzt, daß die Spalte 16 jeder Rippenreihe direkt gegenüber der Mitte der Rippen in der benachbarten Reihe liegeni wie es in Fig. 3 dargestellt ifit. Eine große Anzahl von parallelen Strömungswegen ist zwischen den Rippen 2, dem Körper 9 und der Membran für die Dialyse-Flüssigkeit gebildet. Jeder dieser Strörnunfjnv/eße umfaßt abwechselnd

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sich in Längs- und in Querrichtung erstreckende, durch die Spalte 16 und Teile der Kanäle 17 gebildete Abschnitte. Da die Membran

3 an den abgerundeten Kanten der R'ippen 2 unter der Wirkung des Druckes in der Blutströmung, welche den im Dialyse-Flüssigkeitsstrom herrschenden Druck übersfeigt, anliegt, sind Strömungswege von ähnlicher Gestalt in den zwischen den Membranpaaren zwischen aufeinander folgenden Stützplatten befindlichen Blutschichten ausgebildet, wenngleich die Rippen 2 nicht notwendig eine absolute Sperre für den Blutstrom bilden, weil nämlich die Rippen 2 von aufeinander folgenden Platten mittels zweckmäßiger Abstand-

w halter in einem geringfügigem Abstand voneinander gehalten sind. Sowohl das Blut als auch die Dialyse-Flüssigkeit sind also im Verlauf ihrer Strömung durch den Dialjrsator zu wiederholten Richtungswechseln ihrer Strömungsrichtung gezwungen. Daraus resultiert eine kontinuierliche Vermischung und ein Austausch zwischen den einzelnen parallelen Strömen. Die beschriebene Anordnung führt, wie oben schon beschrieben zu einer sehr wirksamen Ausnutzung der Membranfläche. Die für eine bestimmte Leistung erforderliche Membranfläche kann dadurch entsprechend verkleinert werden. Versuche haben gezeigt, daß es möglich ist, die Gesamtfläche der Membran einer Hämo-Dialysator-Zelle um zwischen 25 und 50 % im Vergleich zu einer üblichen Dialysator-Zelle zu verkleinern. Sehr

^ gute Erkenntnisse wurden mit einer Rippenlänge der Rippen 2 von

4 mm und einer minimalen Spaltbreite der Spalte 16 von 1 mm, d.h. einem Fünftel des Rippenabstandes in einer Querreihe, erzielt. Die Breite oder Stärke der Rippen in der Hauptrichtung der Strömung lag bei diesem Beispiel bei 0,5 mm und die Summe aus Rippenbreite und Spalt in der Hauptrichtung bei 1,5 mm, so daß die Spaltbreite der Kanäle 17 also ebenfalls 1 mm betrug. Die Höhe der Rippen 2 betrug etwa 0,8 mm, während die Stärke des Körpers 9 der Platte bei 1,1 mm lag. Die Gesamtstärke der Platte 1 war 3 mm, so daß die Rippen 2 auf jeder Seite um etwa 0,15 mm zurückstanden, so daß die Stärke der Blutnchicht zwischen den beiden von den Rippen unterstützten Membranen bei 0,3 mm lag. Mit einer

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so bemessenen Dialysatorplatte wurden besonders gute Ergebnisse erzielt.

In einem wie oben beschrieben gestalteten Dialysator kann das Blut in den einzelnen Taschen in derselben Richtung wie die Dialyse-Flüssigkeit oder in entgegengesetzter Richtung fließen. Theoretisch ist die Gegenstrom-Dialyse etwas wirkungsvoller; jedoch wird in der Praxis die Strömung der beiden Flüssigkeiten in gleicher Richtung häufig bevorzugt, weil es dann möglich ist, eine praktisch konstante Druckdifferenz über die gesamte Membranfläche aufrecht zu erhalten.

Die Fig. 5 bis 8 zeigen andere Ausführungsbeispiele für ein Muster von Stützvorsprüngen nach der Erfindung. Bei den Mustern nach Fig. 5, 7 und 8 haben die Vorsprünge 2 die Form von rippenähnlich denjenigen nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 . Bei der Ausführung nach Fig. 6 sind die Vorsprünge 2' abgerundet und mit etwa dreieckigem Querschnitt ausgebildet. In den Fig. 5 bit; 8 ist ml L. dem Pfeil 18 die Strömungsricbtung angedeutet.

Claims

Ans ρ r ü c h e

1. Stützplatte für die Membranen eines Dialysators, insbesondere für Hämodialyse, mit auf beiden Seiten angeordneten Vorsprüngen zum Abstützen einer Membran, die zusammen mit der Membran Strömungswege zum Leiten der Dialyse-Flüssigkeit von einem Ende der Stützplatte bis zum anderen Ende bilden, wobei das Blut auf der anderen Seite der Membran in gleicher oder entgegengesetzter Richtung strömt, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorsprünge (2, 6) in einem Muster angeordnet sind, in welchem jeder Strömungsweg der Dialyse-Flüssigkeit in eine Vielzahl von kurzen, in der Hauptströmungsrichtung oder Längsrichtung verlaufenden Kanälen (16) unterteilt ist, von denen jeder an beiden Enden durch einen Vorsprung (2. 6) behindert ist und mit mindestens einem anderen, seitlich versetzten, in Längsrichtung verlaufenden Kanal (16) über einen quer verlaufenden Kanal (17) kommuniziert.

Stützplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß jeder in Längsrichtung -verlaufende Kanal (1 *:.".> mit seinen böiuia End&n mit jeweils sv;ei zu Leiden Se-.ixen s~-l'uQi' Mündungen v~:r:->$izt angeordneten ent£p -^ehend-n Kanal on

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bilden und die Spalte von aufeinander folgenden Reihen seitlich zueinander versetzt sind.

4. Stützplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand, um welchen die Spalte (16) zweier aufeinander folgender Reihen (2) zueinander versetzt sind, der Hälfte des Abstandes zweier in einer Reihe aufeinander folgender Spalte (16) voneinander entspricht.

5. Stutzplatte nach Anspruch 3 oder 4, dadurch g e ke η η zeichnet, daß der Abstand zweier aufeinander in Reihe folgender Spalte (16) voneinander etwa fünf mal so groß ist wie die Breite jedes Spaltes.

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