DE2202240A1

DE2202240A1 - Vorrichtung zur Erzeugung einer pulsierenden Fluessigkeitsstroemung

Info

Publication number: DE2202240A1
Application number: DE19722202240
Authority: DE
Inventors: Jean Kachelhoffer
Original assignee: Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM
Current assignee: Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM
Priority date: 1971-01-18
Filing date: 1972-01-18
Publication date: 1972-08-10
Also published as: FR2122287B1; US3758237A; FR2122287A1

Description

Patentanwälte

DIpl.-lng. E. Eder Akte; 7838

Dipl.-Ing. K. Schieschke
8 München 13, Elisabethstraße 34

INSTITUT NATIONAL DE LA SANTE ET DE LA RECHERCHE MEDICALE

Paris / Frankreich

"Vorrichtung zur Erzeugung einer pulsierenden Flüssigkeitsströmung"

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung einer ■ kontinuierlichen Flüssigkeitsströmung in eine pulsierende Strömung, und speziell eine Vorrichtung, mit welcher "in Vitro" eine Blutströmung mit arterio-physiologischen Eigenschaften erzeugt werden kann.

In Laboratorien der Physiologie oder experimentellen Chirurgie finden heutzutage Vorrichtungen zur Durchströmung von Organen, die von ihrer normalen Umgebung isoliert sind, in zunehmenden Maße Anwendung. Bei diesen bisher verwendeten, klassischen Durchflußvorrichtungen wird die Strömung der Durchsatzflüssigkeit mittels einer peristaltischen Pumpe oder einer Riemenantriebspumpe (pompe a galets) mit kontinuierlicher Leistung erzeugt. Es gibt zwar bereits Durchflußvorrichtungen mit gepulster Abgabeleistung. Zum großen Teil verlangen diese aber die Hin- und Herbewegung eines mit einem Ventilepaar verbundenen Kolbens. Solche Vorrichtungen sind meist sehr kostspielig, und hinsichtlich der Erzeugung der gewünschten Druck- ;

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wellenform sind sie wenig anpassungsfähig und außerdem auch nicht atraumatisch, wenn die Durchsatzflüssigkeit Blut ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile bisher bekannter Vorrichtungen zur Durchströmung von Organen zu beseitigen und eine einfache Methodik zur Erzeugung von Impulsen oder verschiedenen einmaligen oder aufeinanderfolgenden oder sich wiederholenden Drücken in einer in Bewegung oder in Ruhe befindlichen Flüssigkeit vorzuschlagen.

ZunLösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine Vorrichtung zur Erzeugung einer pulsierenden Flüssigkeitsströmung vor, welche ein geschlossenes Gefäß aufweist, das einerseits mit einer mit einer Flüssigkeitsquelle verbundenen Pumpe konstanter Leistung und andererseits mit einer mit pulsierender Flüssigkeit zu beschickenden Eingabeöffnung in Verbindung steht, wobei das Gefäß zur permanenten Aufnahme einer bestimmten Menge Flüssigkeit und eines Elements mit variablem Volumen als Druckmodulator dient, welches innerhalb des Gefäßes angeordnet und mit einer die Veränderung seines Volumens bewirkenden Impulsquelle verbunden ist.

Dank dieser Merkmale liefert die erfindungsgemäße Vorrichtung an ihrem Ausgang eine zusammengesetzte Druckwelle mit einer konstanten Komponente und einer variablen Modulations-Komponente, die im allgemeinen eine schwächere Amplitude aufweist als die konstante Komponente.

Vorzugsweise ist das Druckmodulations-Element ein Ballon aus elastischem Material, und die Impulsquelle weist einen Behälter mit unter Druck stehendem Gas auf, der über ein Ventil mit dem Ballon verbunden ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand des in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

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In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 ein vereinfachtes Schema einer Vorrichtung zur Erzeugung einer pulsierenden Strömung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig.2A

und 2B vergleichsweise den jeweiligen Druck, der sich in der Femoralarterie eines Hundes und im Arterienast eines mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung außerhalbi'des Körpers des .Hundes durchströmten Darmsegments ergibt (Druck in mm HG als Funktion der Zeit).

Gemäß der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung einer pulsierenden Flüssigkeitsströmung eine Pumpe 1 konstanter Leistung auf. Diese Pumpe saugt z.B. die Durchsatzflüssigkeit über eine Leitung 2 an und verdrängt sie dann in eine mit einem geschlossenen, vorzugsweise zyl±drischen Gefäß 4· verbundene Leitung 3· Dieses Gefäß ist auf seiner Unterseite mit einer Ausflußleitung ^verbunden, durch welche die pulsierende Flüssigkeit einem zu durchströmenden Organ zufließt. Das Gefäß 4- kann mit der Atmosphäre über einen normalerweise geschlossenen Hahn 6 verbunden sein, der die Befüllung des Gefäßes ermöglicht.

Ein Element mit veränderbarem Volumen bzw. ein Modulate· 7 ist in der im Behälter 4- enthaltenen Flüssigkeit eingetaucht. Dieser Modulator ist vorzugsweise in Form eines kleinen Ballons aus elastischem Material (z.B. Kautschuk oder elastischer Kunststoff) vorgesehen, welcher an einem fest mit dem Gefäß 4- verbundenen Rohr 8 befestigt ist.

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Ein Behälter 9 üit unter Druck stehendem Gas wie z.B. Stickstoff oder Luft ist mit einem elektrischen Dreiwegeventil 10 über ein Druckverminderungsventil und ein Manometer 11 verbunden. Dieses elektrisch betätigte Ventil 10 ist mit der Leitung 8 über einen Hahn 12 verbunden, wobei ein Hahn 13 in einer Entlüftungsleitung 14zur Atmosphäre eingeschaltet ist. Das elektrische Ventil wird durch einen elektrischen Impulsgeber 15 gesteuert, dessen frequenz zwischen z.B. 3 und 300 pro Minute regulierbar ist und dessen Verhältnis zwischen Arbeitszeit und Ruhezeit beliebig einstellbar ist. Solche Impulsgeber sind in der Technik wohlbekannt und im Handel ohne weiteres erhältlich, so daß sich hier eine weitere Beschreibung erübrigen dürfte.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert wie folgt:

Das Gefäß 4 wird entweder teilweise oder vollständig durch Inbetriebsetzen der Pumpe 1 und öffnen des Hahns 6 zur Atmosphäre gefüllt, wobei die Leitung 5 vorläufig durch einen (nicht dargestellten) Hahn geschlossen ist.

Der Gaskreislauf oberhalb des elektrischen Ventils 11 wird unter Gasdruck gesetzt, dessen Höhe unter Berücksichtigung der geometrischen und mechanischen Eigenschaften des Gefäßes 4 und des Modulators in Abhängigkeit von der gewünschten Impulsamplitude gewählt wird.

Die Impulsfrequenz und das Verhältnis zwischen Arbeitszeit (z.B. Systole) und Ruhezeit (z.B. Diastole) sind auf dem das elektrische Ventil 1Q steuernden Impulsgeber 15 angegeben, und können jederzeit geändert oder eingestellt werden. Sind keine Hähne 12 und 13 zuuRegulierung des jeweiligen Durchsatzes vorgesehen, dann entspricht die sich in der Ablaufleitung 5 ergebende Wellenform der Drücke der zweier aufeinanderfolgender gedämpfter Schwingbewegungen. Die erste ist positiv gegenüber dem mittleren Druck und entspricht

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der Druckeinwirkung auf den Modulator 7 (öffnen des elektrischen Ventils 11) wähieid die zweite negativ ist und beim Schließen des elektrischen Ventils auftritt, welches gleichzeitig das öffnen des Entlüftungskreises für das Druckgas bewirkt (Dreiwegeventil) und damit eine plötzliche Druckentlastung des Modulators 7·

Eine derartige Wellenform ist im allgemeinen uninteressant und ist auf jeden Fall micht physiologisn, ihre Morphologie läßt sich aber durch Hegulierung der zuzuführenden und zu entlüftenden auf den Modulator 7 wirkenden Gasdurchsätze korrigieren. Teilweises und gesteuertes Schließen des Hahns 12 verhindert daher einen abrupten Druckanstieg und 'Vermeidet das Auftreten oszillierender Verhältnisse und ermöglicht es, ohne weiteres den aufsteigenden Ast (Anakrotie) der Wellenform in Profil darzustellen. Auf dieselbe Art und Weise läßt sich der mit beginnender Drucksenkung einsetzende ^erlauf des absteigenden Astes (z.B. Dikrotie) durch Regulierung des entweichenden Durchsatzes d.h. Entblähen des Modulators 7 einstellen. Die Kombination dieser beiden Einstellmöglichkeiten gestattet es, eine breite Palette von Druckprofilen zu erzeugen, und insbesondere physiologische Profile. Druckmessungen und -aufZeichnungen sind im arteriellen Ast ausserhalb des Körpers durchströmter, 30 cm langer Segmente der Gedärme eines Hundes vorgenommen worden. Der bei 1 cm des Gekröses erhaltene Druck ist nahezu identisch in Amplitude, Frequenz und Profil mit dem in einer Femoral-Arterie des Hundes gemessenen Druck (siehe Fig. 2A und 2B).

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt dank ihres Prinzips einchöchst interessantes Merkmal: der mittlere Druck und der Differenzialdruck sind voneinander unabhängig. Für gegebene mechanische -Eigenschaften des Materials, aus welchem das Gefäß und das Modulatorelement hergestellt sind, ist die Impulsamplitude (Differenzialdruck) nur Funktion des auf den Modulator einwirkenden Gasdruckes. Der mittlere Druck ist nur vom Strömungswiderstand im unteren Abschnitt des Kreis-

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laufs und von dem mittels der Pumpe 1 zugeführten kontinuierlichen Durchsatz abhängig. Daher ist es möglich, bei einem breiten Bereich von Durchsätzen ein Pulsierverhältnis mit verschiedenartigen, insbesondere physiologischen Eigenschaften unabhängig von dem gewählten mittleren Strömungsdruck zu erzeugen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet also die Erzeugung von Strömungen mit physiologischen Druckprofilen. Für diesen Anwendungsbereich besitzt sie eine auf den Reguliermöglichkeiten für die druckerzeugenden und drucksenkenden Gasdurchsatzmengen beruhende große Anpassungsfähigkeit; sie ist einfach im Aufbau und kann für jede herkömmliche Apparatur für die Durchströmung isolierter Organe verwendet werden, selbst für außerhalb des Körpers verwendete Kreislaufsysteme, wie sie insbesondere in der kardiovaskulären Chirurgie Anwendung finden. Bei derartigen Anlagen erfolgt die Umwandlung eines kontinuierlichen Durchsatzes in einen pulsierenden Durchsatz z.B.auf der Höhe des Bläschenfängers, der normalerweise dem Artenenast des Durchlaufkreises vorgeschitet ist.

Außerdem gestattet die erfindungsgemäße Vorrichtung Fernbedienung bzw. Fernsteuerung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtu-ng ist in allen Fällen anwendbar, in denen ein fließfähiges Medium (Flüssigkeit oder Gas) im Ruhezustand oder im Fluß Träger einer in Druckimpulse oder verschiedene Drücke umwandelbaren Information ist.

Patentanwälte

Dipl.-Ina. E. Eder Dlpl.-Ing. K. Schieschke B München 13, ElisabethstraBe 34

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Claims

Patentanwälte DIpU-Ing. E. Eder DIpI--Ing. K. Schieschke t EliaabettisUaSe3A

Patentansprüche

1.!Vorrichtung zur Erzeugung einer pulsierenden Flüssigkeitsströmung, gekennzeichnet durch ein geschlossenes Gefäß (4), welches einerseits mit einer mit einer Flüssigkeitsquelle verbundenen Pumpe (1) konstanter Leistung und andrerseits mit einer mit pulsierender Flüssigkeit zu beschickenden Einlauföffnung (5) in Verbindung steht, wobei das Gefäß zur p-ermanenten Aufnahme einer bestimmten Flüssigkeitsmeage und eines als Druckmodulator vorgesehenen Elements (7) mit variablem Volumen dient, welches in dem Gefäß (4·) angeordnet und mit einer die Veränderung seines Volumens bewirkenden Impulsquelle (9-15) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das als Druckmodulator vorges-ehene Element (7)ein Ballon aus elastischem Material ist und daß die Impulsquelle einen Behälter (9) mit unter Druck stehendem Gas aufweist, welcher über ein Ventil (10) mit dem Ballon verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gdk-ennzeich.net, daß das Ventil (10) ein von einem elektrischen Impulsgeber (15) elektrisch gesteuertes Ventil ist, wobei Frequenz des Impulsgebers und Veifcältnis zwischen seiner Arbeitszeit und Ruhezeit variabel sind.

M-. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil dreiwe&g ausgebildet ist, wobei der mit dem Modulator (?) verbundene Leitungsweg (8) mit einem Regulierhahn (12) versehen ist und ein zweiter Leitungsweg über einen weiteren Regulierhahn (13) entlüftbar ist.

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5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (4) einen ätin (6) aufweist zur Verbindung des Gefäßes mit der Atmosphäre während seiner Befüllung mit Flüssigkeit.

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