DE2244148A1 - Oxygenator - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. R Weickmann, ££*+*+ IfO

Dipl.-Ing. EWeickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. R A. Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 27, DEN

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 4S 3921/22

St/th

Richard Allison DeWall, 247 Northview Road, Dayton, Ohio, V.St.A.

Oxygenator

Die Erfindung betrifft einen Oxygenator.

Heutzutage werden vor allem drei Typen von Oxygenatoren verwendet: Der Blasen-Oxygenator, der Oberflächenbeschichtungs-Oxygenator und der Membranen-Oxygenator. Künstliche Oxygenatoren sind mit sehr viel Erfolg für die Übernahme der menschlichen Atemfunktion in einer Herzlungenmaschine, beispielsweise während einer Operation am offenen Herzen, verwendet worden. Die vorliegende Erfindung betrifft vor allem Blasen-Oxygenatoren, obwohl einige Merkmale der Erfindung auch auf einen der anderen Typen von Oxygenatoren anwendbar sind.

Es gibt eine Anzahl von Variablen, die für die Dispersion des Atemgases in dem venösen Blut von Bedeutung sind und bei der Festlegung der Hauptmerkmale der vorliegenden Erfindung von Bedeutung waren. Es ist daher zweckmäßig, diese Variablen an-

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zugeben und ihre Wirkung in Bezug auf die Blut-Oxygenation und die Abgabe von Kohlendioxyd, die zu der Lungenfunktion gehören, dem Wert nach zu erfassen,,

Die erste dieser Variablen ist der Durchsatz der Blutströmung in das Gasaustauschsystem. Der Durchsatz der Blutströmung in ein außerkörperliches Atemgas- und Blutaustauschsystem erfolgt vor allem bei Durchsätzen von weniger als 7 l/min, obwohl sich der Durchsatz von einem Patienten zum anderen und auch bei demselben Patienten in Abhängigkeit von anderen physiologischen Bedingungen ändert.

Eine zweite Variable ist die Atemgasmischung, das heißt, der Prozentanteil des Sauerstoffs und Kohlendioxyds, die in das System strömen. Eine Mischung von 98$ Sauerstoff und 2% Kohlendioxyd wird vielfach verwendet, jedoch können auch andere Mischungen entsprechend anderen Variablen des Systems verwendet werden. Das geeignete Verhältnis wird dadurch bestimmt, daß eine Probe des Blutes des Patienten genommen und der Gasgehalt des Blutes nach der Behandlung gemessen wird, so daß bei Entzug einer übermäßigen oder unzureichenden Menge von Kohlendioxyd aus dem Blut diese eingestellt v/erden kann.

Der Atemgas-Strömungsdurchsatz ist eine weitere Variable und liegt oftmals im Bereich von 1 bis 5 Teilen Atemgas zu 1 Teil Blut für das Verfahren. Wenn das Blut übermäßig oder unzureichend mit Sauerstoff gesättigt ist, wird die Menge des Atemgasgemisches, das in den Oxygenator eingeleitet wird, korrigiert.

Eine weitere Variable ist der Zeitraum, währenddessen Blut und Oxygenationsgas miteinander zusammengebracht werden. Je länger die Berührungszeit ist, desto absoluter ist der maximale Austausch des Blutes mit dem Gas. Der Gasaustausch kann definiert werden als die Abgabe übermäßigen Kohlendioxyds aus dem Blut und die Hinzufügung von ausreichendem Sauerstoff zu dem Blut zur Umwandlung des Blutes aus dem venösen in den arteriellen Zustand. Weiterhin ist Kohlendioxyd gegenüber Sauerstoff in zwanzigfacher Menge in Blut lösbar, so daß die Sättigung des Blutes mit Kohlen-

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dioxyd umso größer wird, je länger die Berührungszeit zwischen Blut und Gas ist.

Eine andere Variable ist die Dicke des Blutfilms um jedes Teil des Atemgases herum. Die Wirksamkeit oder Geschwindigkeit der Bildung des Blut-Gas-Gleichgewichts in einem außerhalb des Körpers liegenden Blut-Atemgas-Austauschsystem hängt in hohem Maße von der Dicke des Blutfilms um jedes Teil-des Ateragases herum ab. Beispielsweise ist bei 1 1 venösen Bluts mit wenigen, verteilten, großen Gasblasen eine sehr dicke Blutzelle zwischen den Gasblasen vorgesehen. Daher wäre eine sehr lange Zeit für das Gas dieser wenigen Blasen erforderlich,--um die Diffusionsgradienten des Blutes zu durchdringen und Gleichgewicht zu bilden. Je größer die Zahl der Blasen bei einem gegebenen Blutvolumen ist, desto geringer wird der Abstand, den das Gas zur Bildung des Gleichgewichts durchdringen muß«,

Der relative Durchmesser jeder Blutblase ist für den Austauschvorgang auf folgende_: Art von Bedeutung. Durch zunehmende Verkleinerung der Blasen bei einer gegebenen Gasmenge wird die freie Oberfläche des Blutes gegenüber der Gasphase merklich vergrößert. Weiterhin verringert sich die Dicke der Blutschicht zwischen den Blasen, je mehr kleine Blasen in das System bei einem gegebenen Blutvolumen eingeleitet werden, und die Geschwindigkeit des Atemgasaustausches erhöht sich_r4la der Diffusionsabstand des Gases durch das Blut hindurch zunehmend verringert worden ist.

Wenn die Blasen extrem klein werden, wird das Verhältnis der Oberfläche dieser Blasen zu ihrem Volumen sehr groß. Da die Oberfläche der sehr kleinen Blasen eine begrenzte Menge von Atemgasen enthaltenden Blut bildet, gleichen sich die Gase schnell aus zwischen dem Blut und den Gasen innerhalb der Blase. Wie erwähnt, ist Kohlendioxyd um mehr als das Zwanzigfache gegenüber Sauerstoff in Blut lösbar. Da das verfügbare Volumen der Blasen klein im Vergleich zu dem Oberflächenfilm ist, stabilisiert sich der Partialdruck des Gases mit der Entziehung einer unzureichenden Menge von Kohlendioxyd. Da Sauerstoff von der Blase in. das Blut aufgenommen wird, verringert sich das Volumen der Blase in dem

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Maße der Abgabe des Sauerstoffs und vergrößert sich, entsprechend dem freigegebenen Kohlendioxyd. Jedoch beträgt der prozentuale Anteil des Kohlendioxyds in dem Atemgas nur etwa 2$. Daher besteht bei sehr kleinen Blasen die Möglichkeit, daß Kohlendioxyd über die Notwendigkeit hinaus festgehalten wird, und es besteht eine letzte und günstigste Blasengröße, bei der im allgemeinen Mikro-Blasen vermieden werden.

Nach der Laplace'sehen Gleichung ist die Spannung in der Wand einer plastischen (oder nicht-starren) Kugel direkt proportional zu dem Druck in der Kugel und ihrem Durchmesser (T=kPR). Daher entsteht bei zunehmendem Durchmesser in einer Blase bei konstantem Druck eine zunehmende Spannung in ihren Wänden. Wenn der Durchmesser übermäßig vergrößert wird, erhöht sich die Spannung aufgrund der Oberflächenspannung des Pluidgehaltes des Blutes und der eigenen Elastizität bis zu einem Punkt, bei dem sich die Blase nicht halten kann und zerfällt. Daher sind große Blasen leichter aus dem System zu entfernen als kleine Blasen, da sich die großen Blasen vielfach selbst auslösen.

Daher kann es wünschenswert sein, wenn kleinere Blasen am Punkt der Oxygenation innerhalb des Oxygenators und größere Blasen, die leicht zerstört werden-können, an einem Punkt in dem System vorliegen, in dem die Sammlung der Blasen und die Entschäumung erfolgt. Der Anfangsdurchmesser der Blase wird beeinflußt durch die Größe der öffnung und den Durchsatz des Eintritts des Atemgases in das Blut« Weiterhin vergrößert sich eine Blase, die in einer Blutsäule (und Blasen) aufsteigt, aufgrund der Abnahme des hydrostatischen Drucks.

Die Temperatur des Blutes beeinflußt die Reaktion zwischen dem Blut und den Atemgasen. Wenn die Temperatur gegenüber der Normaltemperatur abnimmt, ist das Blut bei ständig niedrigeren Partialdrttcken des Sauerstoffs gesättigt. Die Gewebe brauchen weniger Sauerstoff für die Stoffwechselfunktion, wenn die Temperatur sinkt. Wenn gesättigtes, kaltes Blut mit einem niedrigeren Partialdruck pO₂ zugeführt wird, wird das Druckdifferential zwischen dem Blut und den Geweben auf ein Minimum gebracht, und den Ge-

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weben steht weniger Sauerstoff zur Verfügung. Warmes Blut, das in· einem gesättigten Zustand zugeführt wird, weist einen wesentlich höheren Partialdruck pCU auf und daher eine größere Partialdruckdifferenz zwischen den Geweben und dem Blut, und daraus ergibt sich ein stärkeres Bestreben zum Übergang des Sauerstoffs aus dem Blut in die Gewebe· Aus diesen Gründen ist ein wirksames Temperatursteuerungssystem bei einem Oxygenator außerordentlich wichtig.

Die Erfindung ist vor allem unter Berücksichtigung auf diese Variablen darauf gerichtet, einen Blasen-Oxygenator zu schaffen, der eine optimale Blasengröße aufweist und damit einen höchst wirksamen Blut-Gasaustausch ermöglicht. Heben der Blasengröße sollen die Gasdiffusion, der Abbau der Blasen und die Entschäumung und die Temperatursteuerung der ebenen Strömung des Blutes in optimaler Weise ausgeführt sein.

Die Erfindung bezieht sich auf einen im allgemeinen würfelförmigen Blasen-Oxygenator. Durch den Oxygenator verlaufen etwa ebene Strömungskanäle, die (1) die gleichmäßige Verteilung der Gasblasen in der Oxygenationskammer verbessern, (2) die Wirksamkeit des Entschäumungsvorganges in einer von der Oxygenationskammer getrennten Blasen-Sammelkammer erhöhen und (3) eine laminare Strömung über eine Heizrampe gestatten und damit die Gleichmäßigkeit der Erwärmung des Blutes verbessern.

Bei einer Ausführungsform ist ein Gasverteilungssystem am Boden der Oxygenationskammer vorgesehen, das ein waagerecht verlaufendes Gasverteilungsrohr umfaßt. Dieses Rohr weist eine Anzahl von Öffnungen auf seiner Unterseite auf, die wahlweise durch ein Blattventil verschlossen werden können, wenn die Tendenz besteht, daß das Blut in das Gasverteilungsrohr eintritt. Dieser Zustand ist natürlich unerwünscht, da das Blut, das in das Gasverteilungsrohr fließt - beispielsweise wenn das Gas abgesperrt wird trocknet und beim Wiedereintritt des Gases in hämolysiertem Zustand in die BIut-Oxygenationskammer zurückgeführt werden kann.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist ein Gasverteilungsrohr vorgesehen, das eine Anzahl von Reihen von Öffnungen

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aufweist, wobei die öffnungen in jeder Reihe eine unterschiedliche Größe haben. Das Rohr wird von einem anderen Rohr umgeben, das wahlweise eine der Reihen gegenüber der Oxygenationskaminer freigibt und so die Größe der Gasblasen, die in die Kammer eingeleitet werden, verändert. Wie oben erwähnt wurde, ist es umso schwieriger, das Kohlendioxyd zu entfernen, je kleiner die Blasengröße ist. Natürlich ist es wünschenswert, einiges Kohlendioxyd in dem Blut durch Veränderung der Blasengröße zurückzuhalten. Durch die wahlweise Verbindung einer Reihe von Öffnungen mit der Kammer kann der Kohlendioxydgehalt in gewünschter Weise verändert werden·

Die Oxygenationskammer ist an einem Ende des würfeiförmigen Oxygenators vorgesehen und erstreckt sich vollständig über den Oxygenator. Eine der Schwierigkeiten bei herkömmlichen Oxygenationsvorrichtungen bestand darin, daß sie keine Möglichkeit einer Anpassung an die Anforderungen des Patienten boten, die sich zwischen 5 und 7 l/min in Abhängigkeit von der Größe und Aufnahmefähigkeit des Patienten und von anderen individuellen Variablen des Patienten ändern können. Zur Anpassung an diese verschiedenen Strömungsdurchsätze ist eine Wand der Oxygenationskammer an ihrem unteren Ende schwenkbar angebracht und weist einen Vorsprung auf, der sich von dem Oxygenatorgehäuse erstreckt, so daß die Wand während des Gebrauches geschwenkt werden kann und sich somit das Volumen der Oxygenationskammer ändert. Dadurch wird nicht nur die Strömungskapazität des Oxygenators geändert, sondern zugleich eine gleichmäßige Gasverteilung durch die gesamte Oxygenationskammer während des Gasaustauschvorganges ermöglicht.

Wenn die Blasen in der senkrecht ausgerichteten Oxygenationskammer aufsteigen, vergrößert sich die Blasengröße, da sich der hydrostatische Druck, der auf die Blasen einwirkt, zunehmend verringert. Wenn die Blasen größer werden, entsteht eine größere Spannung auf ihren Wänden, wie zuvor ausgeführt wurde, und sie werden in stärkerem Maße zerstört und in dem gesamten Blut vereinigt.

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Der Blutströmungsdurchsatz muß mit den Stoffwechselbedürfnissen des Patienten übereinstimmen. Wenn der Strömungsdurchsatz unterhalb der maximalen Leistungsfähigkeit des Systems (des Oxygenationssysterns) liegt, steht eine überschüssige Blutmenge in dem Gasaustauschsystem und belastet das gesamte verfügbare Blutvolumen des Patienten. Zur Ausschaltung dieser Schwierigkeit wird die bewegliche Wand nach und nach geschlossen, so daß die Blasen gleichmäßig aufwärts zu der oberen Seite der Oxygenationskammer strömen. Dadurch wird das oben erwähnte Zeitintervall gesteuert, währenddessen das Blut und die Gasphasen in Berührung sind, und folglich das Ausmaß des Gasaustauschprozesses verändert. Ein Verschließen der Wand senkt die Berührungszeit und ein Öffnen der Wand vergrößert die Berührungszeit. Durch Regulierung des Gaseintritts und des Volumens der Oxygenationskammer kann der Arzt die optimale Berührungszert, die optimalen Gas-Partialdrücke in dem Blut und die v/irksame Ausnutzung eines gegebenen Blutvolumens bei einem minimalen Umrühren steuern und für eine optimale Blasengröße für ihre Vereinigung am Schluß sorgen.

Ein kennzeichnender Vorteil für die bewegliche Wand der vorliegenden Erfindung, die die Oxygenationskammer verändert, liegt darin, daß sie dazu eingesetzt werden kann, die Behandlung des venösen Blutes, das während des Betriebes des Systems beim Fortschreiten der Perfusion des Patienten zurückgeführt wird, optimal zu gestalten.

Eine etwa waagerechte Blasensammelkammer ist erfindungsgemäß getrennt von der Oxygenationskammer vorgesehen. Die Blasensammelkammer wird durch ein starres Maschengitter auf fünf Seiten begrenzt und ist auf der sechsten Seite gegenüber der Oxygenationskammer offen und durch ein weiteres Maschengitter umgeben, das mit einem geeigneten Entschäumungsmittel überzogen und durch einen Filter umgeben ist. Ein Vorteil dieses Aufbaus und der horizontalen Anordnung der Kammer liegt darin,daß einige der Blasen in das Entschäumungsmaschengitter oberhalb der Blasensammelkammer aufsteigen und nach dem Zerplatzen als Blut in die Sammelkammer zurückfallen, in der sie als Katalysator für die

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- 8 Vereinigung von weiteren Blasen dienen.

Das wiederhergestellte gesamte Blut fällt sodann von dem Entschäumungsmaschengitter auf eine leicht geneigte Rampe, die die Entschäumungsanordnung trägt. Von dieser Rampe strömt das Blut auf eine weitere R^mpe, die sich quer über den Oxygenator erstreckt und in diesem einen Behälter bildet. Bei einer Ausführungsform ist eine Platte in einem Abstand von der Rampe vorgesehen und parallel zu dieser angeordnet. Die Platte dient zur Steuerung der Temperatur des Blutes, während dieses laminar zwischen der Rampe und der Platte strömt. Weiterhin dient die Platte als Blasenfangeinrichtung aufgrund des herrschenden hydrostatischen Drucks und der laminaren Strömung des Blutes zwischen der Rampe und der Temperatursteuerplatte.

Bei einer anderen Ausführungsform weist die Rampe eine Anzahl von Rillen auf, die auf einer Seite geschlossen sind und durch die .ein Fluid zur Steuerung der Temperatur fließt. Die Rillen dienen ebenfalls dazu, den Blutstrom gleichmäßig auszurichten. Weiterhin steuern sie die Bildung von Strömen in dem Blut, das sich über die Rampe herabbewegt, so daß die Bildung von Blasen verhindert wird, die andernfalls auftreten würde. Eine weitere Punktion der Rillen besteht darin, den Oberflächenbereich des gegenüber der gerillten Rampe ausgesetzten Blutes, das der Temperatursteuerung unterworfen ist, auf einen Maximalwert zu bringen. Die gerillte Platte kann aus einem metallkeramischen Widerstand gebildet sein, der eine gegebene Temperatur gleichmäßig über die Platte einhält, wenn ein geeigneter Strom hindurchgeleitet wird.

Bei dieser Ausführungsform ist eine Verschlußvorrichtung in dem Behälter vorgesehen, durch die der Fluidspiegel in dem Behälter und die Blutmenge in dem Behälter, die in Berührung mit der Temperatursteuerungsoberfläche ist, erhöht werden können.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Temperatursteuerung dadurch bewirkt, daß eine getrennte Halterung vorgesehen ist, auf der die Rampe des Oxygenators aufliegt.

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Weitere Einzelheiten, Merlanale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Bes ehr ei bung von "bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.

Pig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung;

Pig. 2 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig.1; Fig. 3 ist ein Querschnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2; Fig. 4 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie 4-4 in Fig.1;

Fig. 5 zeigt einen oberen Querschnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 1;

Fig. 6 ist ein teilweiser Schnitt, der die Einlasse für das venöse Blut und die Gasverteilung entsprechend der Schnittlinie 6-6 in Fig. 5 zeigt;

Fig. 7 ist ein teilweiser Schnitt entlang der Linie 7-7 in Fig. 2;

Fig. 8 zeigt einen teilweisen Schnitt einer abgewandelten Ausführungsform des Gasverteilungsrohrs, das in Fig. 6 dargestellt ist;

Fig. 9 ist ein Querschnitt eines abgewandelten Blasen-Oxygenators gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer gerillten Behält errampe;

Fig. 10 ist ein vergrößerter teilweiser Schnitt entlang der Linie 10-10 in Fig. 9 und zeigt die gerillte Rampe;

Fig. 11 ist ein teilweiser Schnitt durch ein abgewandeltes Gasverteilungsrohr;

Fig. 12 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie" 12-12 in Fig. 11;

Fig. 13 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

In den Figuren und insbesondere in Fig. 1 bis 7 ist ein Oxygenator 10 dargestellt, der als Blasentyp ausgebildet ist und für eine Herzlungenmaschine oder andere Umleitungsverfahren verwendet werden kann. Entsprechend der Darstellung weist der Oxygenator

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eine etwa würfelförmige Gestalt auf und umfaßt eine vordere Wand. 12, eine hintere Wand 14 und seitliche Wände 15 und 16. Die hintere, die vordere und die seitlichen Wände sind miteinander durch eine untere Wand 18 und eine obere Wand 20 verbunden.

An der seitlichen V/and 15 sind - von dieser Wand vorspringend ein Anschluß 21 für den Gasverteilungseinlaß, ein Anschluß 23 für einen venösen RückfUhreinlaß, ein Anschluß 25 für einen kardiotomischen Rückführeinlaß und ein Anschluß 28 für einen Auslaß angebracht, die geeignete Röhren zur Rückführung des oxygenierten Blutes zu dem Patienten aufnehmen können.

Der Gasverteilungs-Anschluß 21, der venöse Rückfuhr-Anschluß 23 und der kardiotomische Rückfuhr-Anschluß 25 öffnen sich oberhalb des Bodens der Oxygenationskammer 27. Wie die Fig. 2, 6 und 7 zeigen, ist der Gasverteilungs-Anschluß 21 mit einem Gasverteilungs-Rohr 30 verbunden, das sich zwischen den seitlichen Wänden 15 und 16 erstreckt. Das Gasverteilungs-Rohr 30 weist zwei Reihen von öffnungen 31 und 32 auf, die im allgemeinen in abwärtiger Richtung offen sind, wie die Fig. 6 und 7 zeigen. Über diese zwei Reihen von Öffnungen 31 und 32 erstreckt sich ein bogenförmiges Blattventilglied 34, das - wie beispielsweise am Punkt 36 - im mittleren Bodenbereich des Rohres befestigt ist. Das Blattventilglied 34 ist biegsam und so angeordnet, daß dann, wenn der Druck in der Oxygenationskammer den Druck in dem Gaaverteilungsrohr 30 übersteigt, das Blattventilglied 34 wie ein Ventil wirkt und die beiden Reihen der öffnungen 31 und 32 verschließt und somit eine Strömung des Blutes in das Gasverteilungs-Rohr verhindert. Dadurch wird unterbunden, daß Blut innerhalb des Gasverteilungs-Rohres trocknet. Dies würde die Folge eines Einströmens von Blut in das Rohr beim Absperren der Gaszufuhr in das Gasverteilungs-Rohr sein, das sich beispielsweise beim V/echseln der Gasquelle ergibt.

In herkömmlicher Weise ist der Anschluß 21 für die Gasverteilung dafür vorgesehen, mit einer geeigneten Aterasasquelle, wie etwa einer Mischung aus 98?S Sauerstoff und 2?S Kohlendioxyd, verbunden zu werden.

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Uninitterbar oberhalb des Gasverteilungs-Rohrs 30 ist ein Einlaß-Rohr 38 für venöses Blut vorgesehen, das mit dem venösen Rückführ-Anschluß 23 in Verbindung steht und sich zwischen den seitlichen V/änden 15 und 16 erstreckt. Das Einlaß-Rohr 38 weist eine schlitzförmige Öffnung 40 auf, wie aus Pig. 6 und 7 hervorgeht, die sich über eine wesentliche Strecke zwischen den seitlichen Wänden 15 und 16 erstreckt.

Der kardiotomische Rückführ-Anschluß 25 steht direkt mit der Oxygenationskammer 27 in Verbindung und ist nicht mit einem durch die Kammer laufenden Rohr verbunden. Der kardiotomische Rückführ-Anschluß 25 ist dafür vorgesehen, mit einem geeigneten Absauggerät verbunden zu werden, das Blut von der Wunde des Patienten abzieht und im allgemeinen nicht einen kontinuierlichen Strom von venösem Blut an den Oxygenator 10 leitet. Auf diese Art wird das Blut des venösen Einlaß-Rohres 38 mit den Atemgasen aus dem Gasverteilungs-Rohr 30 vermischt, wobei kleine Blasen des Gases innerhalb des Blutes durch die Öffnungen 31 und 32 gebildet werden, die sich vergrößern, während der Fluiddruck beim Aufsteigen der Blasen innerhalb der Oxygenationskammer 27 abnimmt. . "

Eine Alternative zu dem Gasverteilungs-Rohr 30 ist in den Fig.11 und 12 dargestellt. In diesen Figuren ist eine Gasverteilungsrohr-Anordnung 44 gezeigt, die im wesentlichen derart arbeitet, daß sie wahlweise die Blasengröße des Gases in der Oxygenationskammer 27 ändert und damit den Kohlendioxydgehalt in dem Blut entsprechend den obigen Ausführungen variiert« Zu diesem Zwecke umfaßt die Gasverteilungs-Anordnung 44 ein inneres Rohr 46 mit einem Ende 48, das mit einer geeigneten Quelle eines Atemgases verbunden werden kann. Das Rohr 46 weist drei Reinen von Öffnungen 49, 50 und 51 in einem Winkelabstand von 45° auf. Die Öffnungen einer Reihe weisen eine unterschiedliche Größe gegenüber den Öffnungen in den anderen Reihen auf. Das Rohr 46 ist drehbar in einem äußeren Rohr 53 angeordnet, das einen länglichen Schlitz 55 aufweist* Bei dieser Anordnung kann das innere Rohr 46 durch den Benutzer gedreht und damit wahlweise eine der Reihen der Öffnungen 49, 50 und 51 mit dem Schlitz 55 zur

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Deckung gebracht werden, und auf diese V/eise kann die Blasengröße des aus dem Rohr 46 austretenden und durch den Schlitz 55 in die Oxygenationskammer 27 gelangenden Gases gesteuert werden.

Während eines Wechsels der Gasquelle etc. kann das innere Rohr 46 blockiert werden, indem der öffnungslose Bereich oder Quadrant 57 mit dem Schlitz 55 zur Deckung gebracht wird. Dadurch wird jede Rückströmung des Blutes in das Gasverteilungs-Rohr verhindert. Weiterhin ist eine Öffnung 60 außerhalb der seitlichen Wand 15' mit einer Öffnung in dem inneren Rohr 46 ausgerichtet, wenn der Schlitz 55 durch den Quadranten 57 blockiert ist, so daß die Gase nach außerhalb des Oxygenators austreten können.

Eine weitere Abwandlung des Gasverteilungs-Rohres in der Oxygenationskammer ist in Pig. 8 gezeigt. Bei der Ausführungsform der Pig. 8 weist das Gasverteilungs-Rohr 30' eine Anzahl von öffnungen auf und ist innerhalb einer bogenförmigen Kammer 65 angeordnet. Die Kammer 65 wird durch die Gasverteilungs-Platten 61 und 62 verschlossen, die Reihen von Bohrungen 63 und 64 aufweisen, die durch Blattventile 66 und 67 verschlossen werden können. Die Blattventile 66 und 67 dienen dazu, die Strömung des Blutes in das Gasverteilungs-Rohr 30* durch Verschließen der Bohrungen 63 und 64 zu verhindern, wenn Gefahr besteht, daß das Blut in die Kammer 65 strömt.

Wie Pig. 2 zeigt, weist die Oxygenationskammer oder Blasenkammer 27 ein veränderliches Volumen zur Anpassung an verschiedene Blutströmungsdurchsätze und zur Erzielung einer gleichmäßigen Aufwärtsströmung und Bildung von Blasen innerhalb der Oxygenationskammer 27 auf. Zu diesem Zweck wird die Oxygenationskammer 27 durch eine feststehende Wand 69 begrenzt, die eine leichte Neigung gegenüber der Vertikalen aufweist und sich zwischen den seitlichen Wänden 15 und 16 erstreckt, wie Pig. 3 zeigt. Die andere Seite der Oxygenationskammer 27 wird durch eine bewegliche Wand 70 begrenzt, die schwenkbar an der Verbindungslinie der unteren Viand 18 und der hinteren Wand 14 bei 72 angebracht ist. Die Stellung der beweglichen Wand 70 wird durch einen Vorsprung 73 gesteuert, der sich durch eine öffnung 74 in der hinteren Wand

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14 erstreckt, wie aus Pig· 2 hervorgeht. Ein "bogenförmiges Glied ■ 75, das an der oberen Wand 20 "befestigt ist, dichtet die obere Kante 77 der beweglichen Wand ab und verhindert eine Strömung des Blutes oder von Blutblasen um die obere Kante herum hinter die Wand 70.

Über eine Eintrittsöffnung 79 steht mit der Oxygenationskammer 27 eine Entschäumungskammer 81 in Verbindung," die durch die Seitenwand, die obere Wand 20, die Flüssigkeits-Rückführ-Rampe 82 und die Ablenkplatte 83 gebildet wird. Die Rückführ-Rampe 82 und die Ablenkplatte 83 erstrecken sich zwischen den seitlichen Wänden 15 und 16, wie aus Pig. 3 hervorgeht. Die Blut-Rückführ-Rampe weist eine Anzahl von parallelen Rippen 86 auf, die eine Entschäumungs- und Filterbeutelanordnung 87 tragen (Fig. 3). Der Entschäumungsbeutel 87 umfaßt ein starres Maschen-Rahmenwerk mit einer oberen Wand 89, einer vorderen Wand 90, einer unteren Wand 91 und einer hinteren Wand 92, wobei die unteren und oberen Wände durch seitliche Wände 95 und 96 verbunden sind, wie Fig.3 zeigt. Dieses innere Maschen-Rahmenwerk kann aus einer Anzahl von Rippen mit 1,6 mm (1/16 Zoll) Durchmesser hergestellt sein, die zur Bildung eines rautenförmigen Zwischenraumes zwischen den Rippen von jeweils etwa 6 mm (1/4 Zoll) in Längsrichtung miteinander verschweißt sind. Das innere Rahmenwerk ist bei 97 und 98 an die obere Wand 20 und die Viand 69 der Oxygenationskammer geschweißt, so daß der gesamte Blutstrom aus der Kammer in den Entschäumungs- und Filterbeutel 87 eintreten muß. Wie aus Fig. 3 und 5 hervorgeht, bildet das innere Rahmenwerk 81 eine Entschäumungskammer 100 mit einer Breite, die um ein Vielfaches größer als die Höhe ist, wobei die Kammer 100 im wesentlichen horizontal angeordnet ist. Eine Anzahl von Öffnungen 101 ist in der unteren Wand 91 des inneren Rahmenwerks 81 vorgesehen. Der Vorschub des eintretenden Atemgases und Blutes treibt die Blasen durch die rautenförmigen Zwischenräume des Maschen-Netzwerks.

TJm das starre Rahmenwerk 81 herum und als Teil des Entschäumungsbeutels 87 ist ein loses Maschengewebe 105 vorgesehen, das durch Schichten aus einem groben Material wie einem Polypropylennetz oder einem offenporigen Kunststoff wie Polyurethan gebildet ist

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und mit einer üblichen Blutentschäumungssubstanz wie Polymethylsilioxan oder einem Silicon-Entschäumungsmittel überzogen sein kann. Das Maschengewebe ist in mehreren Schichten lose gepackt. Um den Entschäumungs- und Blasenentziehungsbeutel 87 herum ist ein Filter 129 angeordnet. Die Blasen aus der Blut-Oxygenationskammer 27 treten in die Entschäumungskammer 100 ein· Ein Teil der Blasen senkt sich aufgrund der Schwerkraft direkt in das Maschengewebe 105, und das überschüssige Gas wird aus dem Blut entfernt. Das gesamte Blut sammelt sich sodann auf der Rückführ-Rampe 82. Die Abstände zwischen den Rippen 86 bilden freie Strömungskanäle für die Rückführung des gesamten flüssigen Blutes.-

Weitere Blasen gelangen aus der Entschäumungskammer 100 in Richtung des Pfeiles 110 in Pig. 2 in das Maschengewebe 105. Diese Blasen berühren das Maschengewebe 105, so daß das überschüssige Gas entzogen wird und das zurückgebildete Blut wieder zurück in die Entschäumungskammer 100 fällt, in der es auf katalysierende Art als Entschäumungsmittel auf die neuen Blasen in der Kammer einwirkt. Überschüssiges Gas aus der Hauptentschäumungskammer , 180 tritt durch eine öffnung 112 aus.

Das entschäumte gesamte Blut strömt die Rampe 82 herab und gelangt durch den Schlitz 114 zwischen der Rampe 82 und der Ablenkplatte 83 hindurch und strömt auf die Behälter-Rampe 115. Die Behälter-Rampe 115 erstreckt sich vollständig zwischen den beiden seitlichen Wänden 15 und 16 und bildet einen Behälter 117 für das Blut in dem Oxygenator. Die Behälter-Rampe 115 weist an ihrem Ende eine senkrecht verlaufende Prallfläche 118 auf, die - wie in Pig. 4 gezeigt ist - bei 119 kurz vor der Wand 16 endet, so daß das Blut um die Prallfläche 118 herum in einen Trog 120 fließen kann, der mit dem venösen Auslaß-Anschluß 28 an der vorderen unteren Seite der seitlichen Wand 15 in Verbindung steht. Ein Schwimmer 122 ist in dem Trog 120 vorgesehen und dient dazu, zu verhindern, daß eine auf den Anschluß 28 ausgeübte Saugwirkung Luft aus dem Oxygenator-Behälter 117 zieht, wenn dieser kein Blut enthält. Der Behälter 117 weist eine Öffnung 125 in der vorderen Wand 12 auf, durch die gewünschtenfalls ein Medikament in das Blut gegeben werden kann. Eine Öffnung 93 ist in der

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Rampe 82 vorgesehen und sorgt für freie Druckentlastung des Be- . ' hälters 117.

In dichtem Abstand oberhalb der Behälter-Rampe 115 ist eine Temperatursteuerplatte 126 angeordnet, die einen oberen, gekrümmten Bereich 128 zum glatten Umlenken des Blutstromes zwischen die Temperatursteuerplatte 26 und die Behälter-Rampe 115 aufweist. Die Temperatursteuerplatte 126 erstreckt sich im wesentlichen über den Abstand zwischen den seitlichen wänden 15 und 16. Diese Platte wird entweder elektrisch betrieben oder weist geeignete Wassereinlässe zum Steuern der Temperatur der Plat-te und damit des Blutes, das zwischen der Platte und der Behälterrampe 115 strömt, und des Blutes, das sich in dem Behälter 117 befindet, auf. Die geneigte Anordnung der Behälter-Rampe 115 und der Temperatursteuerplatte 126 dient ebenfalls zur Vergrößerung der Berührungsfläche des Blutes in dem Behälter 117 mit der Temperatursteuerplatte 126.

Eine zusätzliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 9 und 10 gezeigt, in denen die Oxygenator-Anordnung 150 veranschaulicht ist. Die Oxygenator-Anordnung 150 ist ähnlich derjenigen, die unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 beschrieben wurde, unterscheidet sich jedoch dadurch, daß die Blutströmungs-Rückführ- und Behälterrampen entgegengesetzt angeordnet sind und eine etwas andere Form aufweisen.Die Rückführ-Rampe ist nach vorwärts geneigt, so daß das Blut aus der Entsehäumungskammer 152 durch den schlitzförmigen Durchlaß 153 auf eine kombinierte Anordnung aus Behälter-Rampe und Temperatursteuerplatte 155 strömt. Wie aus Fig. 10 hervorgeht, wird die Temperatursteuerplatte 155 aus einer Bodenplatte 166 und einer gewellten oberen Platte 167 mit Schweißpunkten 168 gebildet. Die gewellte obere Platte 167 bildet eine Reihe von miteinander verbundenen Kanälen 170, durch die temperaturgesteuertes Wasser von dem " Durchlaß 172 zu dem Durchlaß 174- strömen kann. Die Wellen in der Temperatursteuerplatte 155 verhindern die Bildung von Blasen und sichern zugleich eine glatte, gleichmäßige Verteilung des Blutes auf der Oberfläche der Temperatursteuerplatte.

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Eine leere Kammer 177, die innerhalb der Behälterkammer 176 vorgesehen ist, drückt das Blut innerhalb der Behälterkammer nach oben.

Ein weiterer Unterschied der Ausführungsform der Fig. 9 bestellt darin, daß die bewegliche Wand 179 der Oxygenations- oder Mischkammer 181 mit dem oberen Ende 182 dicht mit dem Entschäumungsbeutel über ein flexibles Kunststoffglied 185 bei 186 verbunden ist.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in. Fig. 13 gezeigt, in der ein Oxygenator 200 dargestellt ist, der im allgemeinen ähnlich wie derjenige der Fig. 1 bis 5 aufgebaut ist. Bei der Ausführungsform der Fig. 13 jedoch dient die Rampenplatte 201 nicht zur Steuerung der Bluttemperatur. Dafür ist eine Rahmenanordnung 204- vorgesehen, die das gesamte Oxygenatorgehause trägt und einen Wasserkanal 206 aufweist, der kongruent mit der Rampe 208 ausgebildet ist und mit der Rampe in Berührung tritt und deren Temperatur steuert. Für die Zufuhr temperaturgesteuerten Wassers in den Wasserkanal 206 sind Einlaß- und Auslaßanschlüsse 209 und 210 vorgesehen.

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Claims (24)

1. Patentansprüche

   ' 1.) Oxygenator, gekennzeichnet durch eine "* ' Rahmenanordnung (12, 14, 16, 18, 20), Einrichtungen (23, 38) zum Einlassen von venösem Blut in die Rahmenanordnung, eine Oxygenationskammer (27; 181) zum Vermischen von Atemgas und Blut, Einrichtungen (21, 30; 30·; 31, 32) zum Einlassen von Sauerstoff in die Oxygenationskammer und selektiv arbeitende Ventileinrichtungen (34; 53; 66, 67) zum Sperren eines Blutstromes aus der Oxygenationskammer in Richtung .der.Einrichtungen zum Zuführen von Sauerstoff in die Kammer.
2. 2. Oxygenator nach'Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Verhindern eines Blutstromes aus der Oxygenationskammer (27) in Richtung der Einrichtungen (21, 30, 30^r) zum Zuführen von Sauerstoff durch ein Einwegventil (34) gebildet werden.
3. 3. Oxygenator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (21, 30) zum · Zuführen von Sauerstoff in die Oxygenatorkammer (27, 181) ein längliches Rohr (30) in der Oxygenatorkammer, eine Anzahl von Öffnungen (31, 32) in dem Rohr und ein längliches Blattventil über den Öffnungen umfassen, wobei das Blattventil die Öffnungen schließt, wenn die Gefahr eines Rückstroms durch die Öffnungen besteht.
4. 4· Oxygenator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Zuführen von Sauerstoff in die Oxygenatorkammer (27, 181) ein erstes Rohr (46) in der Oxygenatorkammer, ein zv/eites Rohr (53), das das erste Rohr umgibt, erste Öffnungen (49, 50, 51) in dem ersten Rohr und eine zweite Öffnung (55) in dem zweiten Rohr umfaßt, wobei die Öffnungen teilweise miteinander in Verbindung gebracht werden können und so den Sauerstoffstrom aus den Einrichtungen freigeben oder den Sauerstoffstrom und den Blutstran in die oder aus der Oxygenationskammer durch die Rohre

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   blockieren.
5. 5. Oxygenator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Blattventilglied (34) bogenförmig ausgebildet ist und sich im wesentlichen entlang der Lange des Rohres (30) erstreckt.
6. 6. Oxygenator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (49, 50, 51) unterschiedliche Größen aufweisen, und daß Einrichtungen (53, 55) vorgesehen sind, durch die wahlweise die verschiedenen Öffnungen mit der Oxygenationskammer (27, 181) zur Steuerung der Gasblasengröße und des Kohlendioxydgehalts in dem Blut in Verbindung gebracht werden können.
7. 7. Oxygenator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxygenator (10) als Blasen-Oxygenator ausgebildet ist und Einrichtungen zum Verändern der Strömungskapazität der Oxygenationskamraer einschließlich Einrichtungen (70, 73, 74, 179) zum Verändern der Größe der Oxygenationskammer (27, 181) während des Gebrauches umfaßt.
8. 8. Oxygenator nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine bewegliche Wand (70, 179) in dem Gehäuse (12, 14, 16, 18, 20), die eine Seite der Oxygenationskammer (27, 181) begrenzt.
9. 9. Oxygenator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (70, 179) schwenkbar in dem Gehäuse angebracht ist, und daß die Einrichtungen zum Verstellen der Wand einen Vorsprung (74) umfassen, der an der Wand befestigt ist und von dem Gehäuse (14) vorspringt.
10. 10. Oxygenator nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Entschäumungskammer (152) im oberen Bereich des Gehäuses und ein elastisches Glied (185), das das obere Ende (182) der beweglichen Wand (179) dicht mit der Entschäu-

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    mungskammer verbindet.
11. 11. Oxygenator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse etwa

    senkrechte seitliche Wände (15, 16) umfaßt, die durch eine hintere Wand (14) verbunden sind, wobei eine waagerechte, untere Wand (18) die Seitenwände und die hintere Wand miteinander verbindet, wobei ferner die ·Oxygenationskammer (27, 181) durch eine feststehende, etwa senkrechte Wand (69) begrenzt wird, dia.einen Abstand von der hinteren Wand (14) aufweist und zwischen den seitlichen Wänden (15, 16) verläuft, und wobei die bewegliche Wand (70, 179) zwischen den beiden seitlichen Wänden etwa parallel zu der feststehenden Wand (69) und der hinteren Wand (14) angeordnet ist.
12. 12. Oxygenator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a 'durch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (23, 38; 21, 30) zum Einleiten von venösem Blut und Sauerstoff in der Nähe des Bodens der Oxygenationskammer (27, 181) angeordnet sind.
13. 13. Oxygenator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die etwa waagerechte Entschäumungskammer (84, 100, 152) in dem Gehäuse getrennt von, jedoch angrenzend an die Oxygenationskammer (27, 181) angeordnet ist.
14. 14· Oxygenator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Entschäumungskammer (84, 100, 152) durch ein entschäumendes Material (105 ···} umgeben ist und an fünf Seiten (89, 90, 91/91, 95, 96) geschlossen und an einer Seite offen ist.
15. 15. Oxygenator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Entschäumungskammer (84, 100, 152) die Aufwärtsbewegung der Blasen j η das entschäumende Material zum Zerstören eines Teiles der Blasen und zum Herabfließen des Blutes in die Entschäumungskammer gestattet. ·

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16. 16. Oxygenator nach Anspruch 15, dad u r c h gekenn-, zeichnet, daß die Entschäumungskammer (84, 100, 152) im wesentlichen in waagerechter Richtung verlauft und daß die Länge und Breite wesentlich größer als die Höhe der Kammer sind.
17. 17· Oxygenator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12 .·· 20) etwa rechtwinkelig ausgebildet ist, und daß das entschäumende Material (105 ο..) rechtwinkelig angeordnet ist und im oberen Bereich des Gehäuses liegt.
18. 18. Oxygenator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Behälter (117; 176) in dem Gehäuse und Einrichtungen (82, 114; 151, 153) zum Fördern des oxygenierten Blutes aus der Entschäumungskammer (84, 100, 152) in den Behälter, die eine etwa ebene Rampe (115, 155, 208), über die das Blut eben hinwegfließt, und Einrichtungen (126, 167, 206) zur Steuerung der Temperatur des über die Rampe fließenden Blutes umfassen·
19. 19· Oxygenator nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine Leitplatte (126, 201) oberhalb der Rampe, die einen geringen Abstand von der Rampe aufweist und eine Blasenfangeinrichtung für das zwischen der Rampe und der Leitplatte fließende Blut bildet.
20. 20. Oxygenator nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Steuern der Temperatur der Leitplatte (126) zur Steuerung der Bluttemperatur.
21. 21. Oxygenator nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Rampe (115, 155, 208) eine Seite des Behälters (117) innerhalb des Gehäuses bildet, und daß der Behälter auf der unteren Seite schmal ist und sich nach oben und außen erweitert.
22. 22. Oxygenator nach Anspruch 18, gekennzeichnet

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    durch eine im Winkel geneigte Stütz- und Temperatur-Steuereinrichtung (206) für das Gehäuse, die direkt mit der Rampe (208) in Verbindung tritt.
23. 23· Oxygenator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Rampe (155) eine Anzahl von Rillen umfaßt, durch die der Blutstrom abwärtsgelenkt wird, und Einrichtungen zum Verschließen der unteren Seite der Rillen sowie Einrichtungen zum Zuführen eines temperatursteuernden Fluids in die geschlossenen Rillen aufweist.
24. 24. Oxygenator nach Anspruch 18, gekennzeichnet -durch eine angrenzend an die Rampe (155) in deren unterem Bereich angeordnete Kammer (177) zum Anheben des Blutspiegels in dem Behälter (176) und zum Erhöhen der der Temperatursteuerung ausgesetzten Blutmenge,

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