DE2434571C2

DE2434571C2 - Gasembolie-Sicherheitsvorrichtung für einen Oxygenator

Info

Publication number: DE2434571C2
Application number: DE2434571A
Authority: DE
Inventors: Ronald James Elk Grove Village Ill. Leonard
Original assignee: Baxter Travenol Laboratories Inc
Current assignee: Baxter International Inc
Priority date: 1973-08-22
Filing date: 1974-07-18
Publication date: 1984-10-04
Also published as: AU6983874A; JPS5045498A; US3927980A; NL7408795A; IL45020A0; BR7405230A; IT1017486B; FR2241336A1; NL165935C; DK447774A; FR2241336B1; DE2434571A1; AR201146A1; NO743005L; NL165935B; GB1471308A; JPS5430237B2; CA1037881A; IL45020A; BE814984A

Description

2. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

— daß der oben offene Flüssigkeitsbehälter (62') ein Rohr ist, dessen unteres Ende in ein geschlossenes Gefäß (78) mündet,

— daß das geschlossene Gefäß (78) durch eine mikroporöse Trennwand (i/) mit einer Verbindungsleitung (76) verbunden ist und

— daß die Verbindungsleitun^ (76) in ein gasgefülltes Gefäß (80) mündet, das mit dem zum Oxygenator (20) führenden Ast der ersten Leitung (22) in Strömungsverbindung steht.

ti Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung geil maß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

f| In der Veröffentlichung MEDIZINAL-MARKT/Acta

f* Medicotechnica, 21. Jahrgang, Nr. 2/1973 ist eine Bram-

._: son-Membran-Herzlungenmaschine für die klinische

H Anwendung bei offenen Herzoperationen und Lang-

>■* zeitperfusionen beschrieben, die als Kernstück eine

iis Bramson-Membranlunge in Form eines flaclizylindri-

('·? sehen Körpers aufweist, der im Sandwich-System aus

|·; mehreren Blutzellen zusammengesetzt ist. Jede Zelle

:· ■; weist oben und unten je eine zirkuläre Plastikdoppel-

' ; scheibe als Abschluß auf, die als Wassermatratze bezeichnet wird, da durch sie unter Überdruck stehendes, ''■! temperierbares Wasser zirkuliert. Zwischen den Was-

';; sermatratzen ist ein Kunststoff-Maschennetz angeordnet, durch welches das Blut geleitet wird. Dieses Blutnetz ist nach oben und unten durch eine das Blut vom Sauerstoff trennende und den Sauerstoff- und COYÜbergang zulassende Membran begrenzt, auf deren jeweils anderer Seite ein Sauerstoff-Netz angeordnet ist. Der Blutkreislauf bei der Bramson-Membranlunge ist so gewählt, daß venöses Blut vom Patienten von unten in den Membranoxygenator eintritt und horizontal sowie zentrifugal die Blutzellen durchfließt. Dabei wird es arterialisiert und sammelt sich nach dem Austritt durch am Umfang der Blutzellen angeordnete Blui-Ausflußstutzen in einer Luftblasenfalle, die in Blutströmungsrichtung hinter dem Membranoxygenator, und zwar oberhalb davon angeordnet ist. Von der Luftblasenfalle führt eine arterielle Leitung in das arterielle System des Patienten zurück. Durch die Verwendung einer Luftblasenfalle wird bei der Bramson-Membranlunge zwar weitgehend sichergestellt, daß immer die gesamte Membranoberfläche mit Blut benetzt ist, es

ίο sind jedoch keine Vorkehrungen dafür getroffen, daß im Falle eines zu hohen Gasdrucks eine Luftembolie sicher vermieden wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Gasembolie-Sicherheitsvorrichtung für einen Oxygenator zu schaffen, die den Gasdruck jederzeit niedriger hält als den Blutdruck und welche zuverlässig arbeitet und darüber hinaus so einfach gebaut ist, daß praktisch keine Gefahr eines mechanischen Versagens besteht.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Flüssigkeitsbehälter den an der Membranwand des Oxygenators herrschenden Gasdruck nach oben begrenzt. Wird der Druck in der Sauerstoffleitung nämlich höher als der statische Druck der Flüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter, dann wird dieser Überdruck durch die Ausströmleitung abgelassen, denn der statische Druck der Flüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter wird stets so gewählt, daß er geringer als der statische Druck an der Membranwand ist, der vom Behälter für arterielles Blut erzeugt wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Unteranspruch gekennzeichnet. Dadurch wird eine Sicherheitsvorrichtung geschaffen, welche bei höherem Blutdruck im Oxygenator auch automatisch einen höheren Grenzwert für das Ausströmen des Gases festlegt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 eine schematische DarskT'ung einer Herz-Lungen-Maschine mit Gasembolie-Sicherheitsvorrichtung;

F i g. 2 eine andere Ausführung der Vorrichtung gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine Herz-Lungen-Maschine mit einem Steuerpult 10, an dem ein Behälter 12 für venöses Blut und ein Behälter 14 für arterielles Blut angebracht sind. Am Steuerpult 10 ist ein Sauerstoffauslaß 15 über eine Sauerstoffleitung 16 mit einer Einlaßöffnung 18 eines Oxygenators 20 verbunden. Der Oxygenator 20 weist ferner eine Austrittsöffnung 19 auf, durch die der über die Einlaßöffnung 18 zugeführte Sauerstoff abströmen kpnn. Das Steuerpult 10 enthält außerdem ein Gasfluß-Rotometer, eine Oxygenator-Druckkontrolle, Thermometer sowie notwendige Steuerknöpfe und Schalter.

Der Oxygenator 20 weist in einer Ausführung als mikroporöse, hydrophobe Membranen z. B. 0,12 mm starke Polytetrafluorethylenfolien mit einer Porengröße von weniger als 0,5 μ oder Polypropylenfolien von etwa 0,025 mm Dicke mit einer Porengröße von 0,1 μ auf, die zur besseren Stabilisierung auf Siebe laminiert sein können.

Der Behälter 12 für venöses Blut ist über eine erste Leitung 22 mit dem Oxygenator 20 verbunden, wobei die erste Leitung 22 von einem Auslaß 24 des Behälters 12 für venöses Blut zu einem Bluteinlaß 26 des Oxygenators 20 führt. Blut und Sauerstoff strömen durch den Oxygenator 20 auf entgegengesetzten Seiten der darin

enthaltenen Membran. Das Blut wird über eine zweite Leitung 28 in einen Wärmeaustauscher 30 geleitet, der z. B. gemäß US-PS 36 40 340 aufgebaut ist Im Wärmeaustauscher 30 wird die Bluttemperatur geregelt; das Blut wird dann über eine dritte Leitung 32 einem Einlaß 34 des Behälters 14 für arterielles Blut zugeführt

Das mit Sauerstoff angereicherte Blut wird mit einer Arterienblutpumpe 36 aus dem Behälter 14 für das arterielle Blut über eine Arterienleitung 38 den Arterien eines Patienten zugeführt Eine Venenblutpumpe 40 pumpt das Blut aus dem Behälter 12 für venöses Blut zum Bluteinlaß 26. Das venöse Blut des Patienten strömt durch eine Venenleitung 43 in den Behälter 12 für venöses Blut. Die Venenblutpumpe 40 und die Arterienblutpumpe 36 schützen den Oxygenator 20 und den Wärmeaustauscher 30 vor Oberdruck. Die Venenblutpumpe 40 fördert das venöse Blut weiter durch den Oxygenator 20 und den Wärmeaustauscher 30 in den Behälter 14 für arterielles Blut.

Da die Arterienblutpumpe 36 und die Venenblutpumpe 40 nicht auf völlig gleiche Fördermengen einstellbar sind, läßt man die Venenblutpumpe 40 mit etwas höherer Drehzahl als die Arterienblutpumpe 36 laufen. Durch eine Ausgleichsleitung 42 zwischen dem Behälter 14 für arterielles Blut und dem Behälter 12 für venöses Blut kann das durch die Venenblutpumpe 40 zu viel geförderte Blut zurückströmen. Auf diese Weise ist immer Biut in dem Behälter 14 für arterielles Blut, während der gleichzeitig die Bildung eines Oberdrucks im Oxygenator 20 verhindert wird. Die Behälter 12 und 14 sind aus physiologischem Polyvinylchlorid oder aus Silikonkautschuk hergestellt; sie sind zusammendrückbar. Fördert die Venenblutpumpe 40 bzw. die Arterienblutpumpe 36 mehr als die in den jeweiligen Behältern 12 bzw. 14 eintretende Blutmenge, so wird der Behälter 12 bzw. 14 zusammengedrückt und beschränkt den Ausfluß, wodurch die Bildung eines Unterdruckes stromaufwärts von dem Behälter 12 bzw. 14 unterbunden wird. Von besonderer Bedeutung ist dies für den Behälter 14 für arterielles Blut, da ein bestimmter Mindestblutdruck im Oxygenator 20 während des Betriebes aufrechterhalten werden muß.

Die Unterkante des Behälters 14 für arterielles Blut und auch des Behälters 12 für venöses Blut muß wenigstens 75 mm über der obersten Einlaßöffnung des Oxygenators 20 liegen. Auf diese Weise wird durch das Behälterblut immer ein gravitationsbedirgter Flüssigkeitsdruck ausgeübt. Der Gravitationsdruck des Blutes soll immer größer als der Gasdruck im Oxygenator 20 sein, damit keine Gasblasen durch die mikroporöse Membran treten können.

Eine sichere, genaue und verläßliche Druckkontrolle wird durch die Verbindung einer Druckbegrenzungsvorrichtung 60 mit der Einlaßöffnung 18 des Oxygenators 20 erreicht. Die Druckbegrenzungsvorrichtung 60 weist einen offenen Flüssigkeitsbehälter 62 auf, der mit einer Flüssigkeit 64, beispielsweise Wasser, bis zu einer vorgegebenen Höhe gefüllt ist. Eine Ausströmleitung 66 verbindet die Einlaßöffnung 18 mit dem Inneren des Flüssigkeitsbehälters 62, und zwar führt sie in diesem von oben nach unten. Um kein Gas, beispielsweise Sauerstoff, bei geringerem als dem vergebenen maximalen Gasdruck ausströmen zu lassen, ist im Flüssigkeitsbehälter 62 die Flüssigkeit 64 bis zu einer Höhe eingefüllt, die einen ausreichenden Gasrückstau in der Ausströmleitung 66 gewährleistet. Die obere Grenze des Flüssigkeitsspiegels 70 wird Jadurch festgelegt, daß bei Überschreiten des vorgegebenen maximal zulässigen Gasdrucks Sauerstoff an die Atmosphäre ausströmen können soll. Der maximale Gasdruck soll niedriger als der Blutdruck im Oxygenator 20 sein, also niedriger als der Blutdruck an der vertikal höchsten Stelle des Blutströmungsweges durch den Oxygenator 20. Daher muß der Vertikalabstand vom Einlaß 34 des Behälters 14 für arterielles Blut zu der Einlaßöffnung 18 für Sauerstoff am Oxygenator 20 größer als der Vertikalabstand von der Ausströmleitungsmündung 68 zum Flüssigkeitsspiegel 70 sein. Auf diese Weise ist der Gasdruck immer niedriger als die am Bluteinlaß 26 typischerweise mindestens 45 bis 50 cm hohe Blutsäule So kann kein Gas durch die Membran in den Blutraum treten. Ist der Gasdruck so hoch, daß Gas durch die Ausströmleitung 66 strömt, so ist die Wassersäule in der Druckbegrenzungsvorrichtung 60 beispielsweise 35 cm hoch. Strömt kein Gas durch die Ausströmleitung 66, dann ist der Flüssigkeitsspiegel etwas niedriger, da in diesem Fall Flüssigkeit in die Ausströmleitung 66 eintritt. Da beim Verdunsten der Flüssigkeit 64 das Gas, also beispielsweise Sauerstoff, noch eher austritt und eine Gasembolie über den Oxygenator 20 verhindert wird, ist die .!virz-Lungen-Maschine funktionssicher.

F i g. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Druckbegrenzungsvorrichtung 60', wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 versehen sind. Die Druv sbegrenzungsvorrichtung 60' weist einen oben und unten offenen Flüssigkeitsbehälter 62' auf. Der Flüssigkeitsbehälter 62' enthält eine Flüssigkeit 64'. beispielsweise Wasser, wobei die Ausströmleitung 66 wie zuvor von oben nach unten in den Flüssigkeitsbehälter 62' führt. Mit dieser Druckbegrenzungsvorrichtung 60' kann bei Erhöhung des Blutdrucks, beispielsweise aufgrund einer Änderung im Blutdurchfluß, der maximale Gasdruck entsprechend höher eingestellt werden. Damit der Gasdruck aber jederzeit niedriger als der Blutdruck bleibt, ist ein geschlossenes Manometer 80 vorgesehen. Das Manometer 80 enthält eine gewisse Blutmenge 72, die vom Blutdruck in der mit dem Manometer 80 verbundenen ersten Leitung 22 abhängt. Dadurch wird ein ebenfalls vom Druck in der ersten Leitung 22 abhängiger, veränderlicher Gasdruck im Raum 74 über der blutmenge 72 erzeugt. Das Niveau der Flüssigkeit 64' ist damit vom Druck in der ersten Leitung 22 abhängig, der über den Druck im Raum 74 und in einer Verbindungsleitung 76 übertragen wird. Die Verbindungsleitung 76 mündet in einem geschlossenen Gefäß 78, in dem auch der Flüssigkeitsbehälter 62' sitzt. Ein mikroporöser Verschluß 77 verhindert das Eintreten von Blut in die Druckbegrenzungsvorrichtung 60' und bildet eine sterile Barriere, durch die nur das Gas aus dem Raum 74 oder aus dem geschlossenen Gefäß 78 treten kann. Der Verschluß 77 kann aus dem gleichen porösen, hydro phoben Membranmateria! gemacht sein, wie es im Oxygei.ato.-2-3 verwendet wird.

Eine Veränderung der Blutmenge 72 ruft eine Druckänderung im Raum 74 und in der Verbindungsi-itung 76 hervor und verändert dadurch den Flüssigkeitsspiegel der Flüssigkeit 64'. Angenommen, der Blutdruck in der ersten Leitung 22 ^r<.eige beispielsweise aufgrund von erhöhtem Durchsatz, so vergrößert sich die Blutmenge 72 ebenfalls und erhöht damit den Druck im geschlossenen Gefäß 78. Dadurch steigt die Flüssigkeit 64' im Flüssigkeitsbehälter 62' und Sauerstoff kann daher erst bei höherem Druck aus der Ausströmleitung 66 durch die Flüssigkeit 64' in die Atmosphäre abströmen. Nimmt andererseits der Blutdruck in der ersten Leitung 22 ab, so verringert sich die Blutmenge 72 im Manometer 80,

verringert dadurch den Druck auf die Flüssigkeit 64' und läßt den Flüssigkeitsspiegel im flüssigkeitsbehälter 62' absinken. Somit kann Gas in gewünschter Weise bereits bei einem niedrigeren Druck in die Atmosphäre ausströmen.

Diese Ausführung weist den Vorteil auf, daß bei höherem Blutdruck an der Oxygenatormembran auch ein höherer Gasdruck vorliegt, jedoch bei einem plötzlichem Abfall des Blutdrucks der maximale Gasgrenzdruck ebenfalls auf einen sicheren Wert absinkt.

Es erfolgt somit eine automatische Druckregelung /ur Verhinderung einer unbeabsichtigten Erhöhung des Gasdrucks über den Flüssigkeitsdruck, ohne daß bewegliche Teile, Federn, kleine öffnungen oder Scheibchen verwendet v/erden. Die Vorrichtung ist daher nicht nur funktionssicher, sondern kann auch in großen Hohen eingesetzt werden, da die Druckbegrenzungsvorrichtungen 60 und 60' selbst bei Gasdrücken im Oxygenator 20 funktionssicher arbeiten, welche über dem Atmosnhärendriick liegen. ?n

Darüber hinaus gewährleistet die Verwendung der Druckbegrenzungsvorrichtungen 60 und 60' eine kontinuierliche, lebensrettende Sauerstoffversorgung des Patienten sogar im Falle eines eventuell auftretenden Defekts am Gasflaschenventil, wodurch Überdruck auftreten kann, da das Überdruckgas einfach durch die Druckbegrenzungsvorrichtung 60, 60' abgeblasen wird, während der Oxygenator 20 weiterhin einem vorgegebenen maximalen Gasdruck ausgesetzt bleibt.

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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gasembolie-Sicherheitsvorrichtung .^für einen Oxygenator,

— mit einem an eine Sauerstoff-Lekung (16) und an eine erste Leitung (22) für venöses Blut angeschlossenen Oxygenator (20), der eine das Blut vom Sauerstoff trennende und den Sauerstoff- und den CO2-Übergang zulassende mikroporöse, hydrophobe Membranwand aufweist, und

— mit einem in Blutströinungsrichtung hinter dem und höher als der Oxygenator (20) angeschlossenen Behälter (14) für arterielles Blut, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhenlage des Behälters (14) entsprechend dem an der Membranwand gewünschten Flüssigkeitsdruck gewählt wird und daß vor dem Oxygenator (20) an die Sauerstoff-Leitung (16) eine Ausströmleitung (SS) angeschlossen ist,

— die vas oben in einen oben offenen Flüssigkeitsbehälter (62; 62') mündet, dessen Flüssigkeitsspiegel entsprechend dem maximalen Gasdruck gewählt ist