DE2711995A1

DE2711995A1 - Trennvorrichtung, insbesondere vorrichtung zur haemodialyse

Info

Publication number: DE2711995A1
Application number: DE19772711995
Authority: DE
Inventors: Johannes Petrus Brants; Hendrikus Johannes Spekle
Original assignee: Organon Teknika BV
Current assignee: Biomerieux BV
Priority date: 1976-03-19
Filing date: 1977-03-18
Publication date: 1977-09-29
Also published as: FR2344262A1; US4219426A; GB1537414A; JPS52138071A

Description

'Trennvorrichtung, insbesondere Vorrichtung zur Hämodialyse'

Priorität: 19. März 1976 / Niederlande / Nr. 7 6o2 88o

und Nr. 7 6o2 881

Die Erfindung betrifft eine Trennvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Trennvorrichtung oder Dialysevorrichtung der oben genannten Art wird üblicherweise als künstliche Niere verwendet, wie sie durch Abel, Rowntree und Turner in The Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics, Vol. V, 1913 - 1914, Seiten 275 bis 316, beschrieben worden ist. Durch eine Anzahl von parallel geschalteten schlauchförmigen Kollodium-Membranen ließen sie Blut durchströmen, das sie der Arterie eines Tieres entnahmen. Die Membranen wurden von einem Dialysat umströmt, das zum Abführen niedermolekularer Abfallprodukte diente, die dem Blut durch die Hände der Membranen entzogen wurden. Das gereinigte Blut wurde dem Tier durch eine Vene wieder zugeführt.

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Abel et al. hatten so die Grundlage für eine Anwendung der Hämodialyse außerhalb des Körpers im Falle eines Nierenversagens gelegt. Sie realisierten, daß die Verwendung schlauchförmiger Membranen große Vorteile bietet wie beispielsweise ein günstiges Verhältnis des inneren Volumens zur Oberfläche. Auf diese Weise erhält man eine große Membranaustauschoberfläche in Verbindung mit geringem Blutvolumen und einen kurzen Diffusionsweg genauso wie im Falle der Kapillarblutgefäße in Nieren.

Die Nachahmung der Kapillarblutgefäße durch künstlich geformte Kapillarmembranschläuche ist auch von Huella in Biochemische Zeitschrift 194, 128 (1928) beschrieben worden.

Eine Trennvorrichtung mit schlauchförraigen Membranen zur Isolierung von Heliumgas aus Mischungen ist bekannt aus Bell Labs. Record, Juli 1958 Nr. 7, Seiten 262 - 263, und der französischen Patentschrift 1 227 o3o. Dort sind die Membranen von einem Bündel von Glasrohren gebildet, die eine hohe Durchlässigkeit für Helium und eine geringe Durchlässigkeit für andere Gase haben. Um eine hohe Trennleistung zu erreichen, sollte die Gesamtoberfläche der Membranen groß sein und ihre Wandstärke gering. Zu diesem Zweck wird eine große Anzahl feiner, dünnwandiger Glaskapillaren verwendet, deren Enden in Halterungselemente aus synthetischem Material eingebettet sind. Aufgrund ihres sehr kleinen Durchmessers sind sie trotz der geringen Wandstärke widerstandsfähig gegenüber großen Druckdifferenzen beiderseits ihrer Wände.

Aus der DT-OS 1 226 9 88 ist eine Trennvorrichtung bekannt, die gesponnene Kapillarmembranen verwendet, die unter anderem für Hämodialyse verwendet werden können.

Um die größtmöglichste Membranoberfläche zu erhalten, die zum Austausch zwischen den beiden Medien beitragen kann, sind die bekannten Vorrichtungen der oben beschriebenen Art so aufgebaut, daß die schlauchförmigen Membranen vorzugsweise nicht in dem Raum zwischen den Halterungselementen gestützt sind.

Im Gegensatz hierzu wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß

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in dem Raum zwischen den Halterungselementen das Membranbündel mindestens an einem Verengungselement anliegt, das sich an der Innenwand des zweiten Aufnahmeraumes des Gehäuses befindet und sich im wesentlichen in Umfangsrichtung des Bündels erstreckt.

Obwohl man erwarten konnte, daß diese Abstützung einen ungünstigen Einfluß auf den Wirkungsgrad des Materieaustausches haben würde, wurde das Gegenteil festgestellt.

überraschenderweise wurde ein verbesserter Wirkungsgrad bei einem Bündel erhalten, das an seinem Umfang an mehreren Punkten durch Verengungselemente unterstützt ist. Die günstige Wirkung der Verengungselemente mag daher rühren, daß an der oder den Einschnürungen das Medium in dem zweiten Aufnahmeraum seinen Weg durch das Bündel hindurch nehmen muß.So ist das zv/eite Medium mindestens im Bereich der Einschnürung oder der Einschnürungen zum engstmöglichen Kontakt mit den Membranen gezwungen, was wohl den Materieaustausch mit dem ersten Medium fördert.

Die Trennvorrichtung gemäß der Erfindung befaßt sich insbesondere mit einer Ausführungsform, in welcher der erste Aufnahmeraum zum Durchfluß des ersten Mediums und der zweite Aufnahmeraum zum Durchfluß des zweiten Mediums dient, wobei der Durchfluß im wesentlichen in Längsrichtung des Bündels erfolgt.

Für das Verengungselement sind mehrere Ausführungsformen möglich. Beispielsweise kann die Innenwand des Gehäuses mit einem oder mehreren schraubenförmigen Rippen versehen sein, an denen das Bündel anliegt. Um aber zu verhindern, daß das zweite Medium teilweise einem bevorzugten Weg um das Bündel herum folgt, nämlich dem Schraubenweg in dem Raum zwischen der Außenseite des Bündels und der Innenwand des Gehäuses, ist es zweckmäßig, das zweite Medium an einigen Punkten zu veranlassen, nach radial innen zu fließen. Eine solche Richtung des Flusses kann etwa dadurch erreicht werden, daß zwischen aufeinanderfolgenden Gängen einer schraubenförmigen Rippe Querrippen angeordnet sind. Die schraubenförmige Rippe kann einstückig mit der Innenwand des

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Gehäuses ausgeführt sein. Sie kann aber auch als ein eigenes Teil in das Gehäuse eingesetzt werden, so daß sie an der Innenwand desselben anliegt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Verengungselement ringförmig ausgebildet ist. In diesem Fall ist kein bevorzugter Flußweg des zweiten Mediums zu erwarten. Folglich brauchen auch keine Vorkehrungen zur Verhinderung solcher bevorzugter Flußbahnen getroffen werden.

Wenn es auch möglich ist, das Gehäuse und den oder die Ringe in einem Stück auszuführen, so daß der Ring eine Ringschulter oder einen Ringwulst in dem Gehäuse bildet, wird jedoch eine Ausführungsform vorgezogen, in welcher das Verengungselement von einem in das Gehäuse einsetzbaren Ring gebildet ist. Denn in diesem Fall ist es möglich, bei Verwendung desselben Gehäuses die Abmessungen des Ringes an den Durchmesser des jeweils verwendeten Membranbündels anzupassen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung ist vorgesehen, daß der Ring mit einem elastischen Abschnitt versehen ist, der an der ümfangsflache des Bündels anliegt. In diesem Fall kann der Durchmesser des Bündels in gewissem Umfang variieren, so daß er stets befriedigend an dem Ring anliegt. Vorzugsweise ist der gesamte Ring aus elastischem Material gefertigt.

Die Erfindung befaßt sich ferner mit einer Vorrichtung zur Hämodialyse gemäß einer der oben genannten Ausführungsformen, in welcher der erste Aufnahmeraum mit einem Einlaß und einem Auslaß für Blut und der zweite Aufnahmeraum mit einem Einlaß und einem Auslaß für eine Dialyseflüssigkeit versehen ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand teilweise schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigen:

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* -ff.

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Gehäuse einer erfindungsgemäßen künstlichen Niere,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Gehäuse der künstlichen Niere gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer künstlichen Niere mit einem Bündel rohrförmiger Membranen, das in einem Gehäuse gemäß Fig. 1 eingeschlossen ist,

Fig. 4 bis 8 Schnittdarstellungen verschiedener Ausführungen von Halterungen für das Membranbündel in dem Gehäuse der künstlichen Niere gemäß Fig. 3,

Fig. 9 einen Teil der künstlichen Niere gemäß Fig. 3 mit einem Halterungsglied gemäß Fig. 8,

Fig. 1o eine zweite Ausführungsform des in Fig. 1 gezeigten Gehäuses,

Fig. 11 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zum Gießen der Halterungsglieder in der künstlichen Niere gemäß Fig. 3 unter der Wirkung einer Zentrifugalkraft,

Fig. 12 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 11, und Fig. 13 einen Teil der Vorrichtung gemäß Fig. 12.

In Fig. 1 ist mit der Ziffer 1 ein zylindrisches aus Polystyrol gefertigtes Gehäuse für eine künstliche Niere unter der Verwendung von Hohlfasern bezeichnet, deren Aufbau im übrigen in Fi.g 3 dargestellt ist. Das Gehäuse 1 besteht im wesentlichen aus einem länglichen Mittelabschnitt 2, der jeweils in durchmessererweiterte Endabschnitte 3 und 4 ausläuft. Innerhalb der durchmessererweiterten Endabschnitte 3 und 4 bilden die Endabschnitte 5 und 6 eine Fortsetzung des Mittelabschnittes 2. Die Endabschnitte 5 und 6 sind mit sich in axialer Richtung erstreckenden

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zinnenartigen Zacken 7, 8 (bzw. 45 und 47 in Fig. 2) versehen, die in Umfangsrichtung einen gleichmäßigen Abstand voneinander aufweisen. Die Zwischenräume zwischen den Zacken bilden Durchgänge für eine Dialyseflüssigkeit, wie dies im folgenden noch anhand der Figur 3 beschrieben werden wird. Zwei dieser Durchgänge sind mit den Bezugsziffern 9 und 1o bezeichnet. Zwischen den durchmessererweiterten Endabschnitten 3 und 4 und den Endabschnitten 5 und 6 sind Ringräume 11 bzw. 12 gebildet.

Zu diesen Ringräumen 11 und 12 führen Anschlußstutzen"13 bzw. für einen Zu- bzw. Abfluß, wobei diese Anschlußstutzen 13, 14 in die durchmessererweiterten Endabschnitte 3 und 4 eingesetzt sind. Die den Ringräumen 11 und 12 zugewandten öffnungen der Anschlußstutzen 13, 14 sind mit 46 bzw. 44 bezeichnet. An ihrem Außenumfang weisen die Endabschnitte 3 und 4 Schraubgewinde 15 bzw. 16 auf, so daß sie mit Mitteln zum Verschließen des Gehäuses 1 der künstlichen Niere versehen werden können.

Fig. 3 gibt eine etwas genauere Darstellung des Aufbaus der künstlichen Niere.

Diese besteht im wesentlichen aus einer großen Zahl, etwa 8ooo oder mehr, hohler Fasern 17 aus Kupferseide, die eine gleich große Zahl von selektiv durchlässigen Membranen darstellen. Die hohlen Fasern 17 haben einen Innendurchmesser von 215 .um, eine Wandstärke von 16 »um und eine Länge von 25o mm. Die Enden der in einem Bündel zusammengefaßten hohlen Fasern 17 sind in ein Halterungsglied 18 eingebettet, von dem nur das in Fig. 3 rechte zu sehen ist. Die Halterungsglieder 18 sind aus einem etwas elastischen synthetischen Material, das nach dem Einführen des Faserbündels in das Gehäuse 1 um die Faserenden gegossen und danach gehärtet wird. Wie man in Fig. 3 erkennt, füllt das synthetische Material jeweils einen Teil der Durchgänge 9 bzw. 1o zwischen den Zacken 7 bzw. 8. Auf diese Weise wird das Faserbündel an einer Drehung gehindert. Die Halterungsglieder 18 stehen etwas über die durchmessererweiterten Endabschnitte 3 und 4 vor, wie man an dem rechten Endabschnitt 4 erkennt. An den Stirnflächen der Halterungsglieder 18 sind Kopfstücke 19 angesetzt,

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die Anschlüsse 27 bzw. 28 für das Blut aufweisen. Die Kopfstücke 19 sind mit zwei kreisförmigen und konzentrisch zueinander liegenden Rippen 2o und 21 versehen, von denen die innere (21) in axialer Richtung weiter vorsteht. Diese Ringrippen 2o und werden in die Halterungsglieder 18 unter dem Druck eingepreßt, der von auf die durchmessererweiterten Endabschnitte 3 und 4 aufgeschraubten Abschlußmuffen 22 bzw. 23 auf die Kopfstücke 19 ausgeübt wird.

Zwischen den Halterungsglieder 18 an den jeweiligen Enden wird das Faserbündel 17 zusätzlich an mehreren Stellen durch elastische Ringe24, 25, 26 gehalten, die an der Innenwand des Mittelabschnittes 2 des Gehäuses 1 anliegen. Jeder dieser Ringe 24, 25, 26 ist aus weichem Gummi und bildet eine Einschnürung des Dialyseraumes 3o. Dieser Dialyseraum 3o ist von dem Teil des Raumes innerhalb des Gehäuses 1 gebildet, der nicht von den hohlen Fasern 17 eingenommen wird. Mit seinem Umfang liegt das Faserbündel an der Innenseite der Ringe 24, 25, 26 an. Mehrere andere Ausführungen der stützenden Ringe sind in den Fig. 4 bis 8 dargestellt. Jeder dieser Ringe ist aus einem weichen und elastischen Gummi hergestellt, der sich für biologische Anwendungsgebiete eignet. In der Konstruktion gemäß Fig. 4 weist der Stützring einen Flansch 31 und einen konischen Abschnitt 32 auf. Der Stützring liegt mit dem Flansch 31 an der Innenwand des Gehäuses 1 der künstlichen Niere und mit dem unteren Ende des konischen Abschnittes 32 an der ümfangsfläche des Faserbündels an. In den Konstruktionen gemäß den Fig. 5 und 6 sind die Stützringe symmetrisch zur Achse ausgebildet. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ring liegt das Faserbündel mit seiner Umfangsflache an dem zylindrischen Mittelabschnitt 33 an, während die Ränder 34 und 35 des Stützringes in Berührung mit der Innenwand des Gehäuses 1 stehen. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 liegen die radial inneren Kanten 36, 37 an der Umfangsflache des Faserbündels an, wogegen die äußere Zylinderfläche 38 an der Innenwand des Gehäuses 1 anliegt.

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Bei den Ausführungen gemäß den Fig. 7 und 8 liegen die äußeren Ränder der Flanschteile 39 bzw. 4o an der Innenwand des Gehäuses 1 an, während die schmalen Abschnitte 41 bzw. 42 sich an der Umfangsfläche des Faserbündels abstützen. Wesentlich bei allen Ausführungsformen ist, daß die Ringe so deformierbar sind, daß sie innerhalb eines vernünftigen Durchrnesserbereiches in gutem Kontakt sowohl mit der Außenumfangsfläche des Bündels als auch mit der Innenwand des Gehäuses 1 stehen. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform in dieser Hinsicht ist jene gemäß Fig.~ 8. Fig. zeigt/ wie sich dieser Ring unter der Einwirkung des in ihn eingeschobenen Faserbündels deformiert. Diese Figur zeigt einen Ausschnitt aus der künstlichen Niere gemäß Fig. 3, in welchen jedoch die Ringe 24 bis 26 der Ausführungsform gemäß Fig. 8 entsprechen." Der Vorteil des leicht deformierbaren, dünnen Ringabschnittes 42 ist, daß diese Halterung das Bündel nicht übermäßig zusammenpreßt. Sowohl bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 als auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 wird die künstliche Niere in der Weise zusammengesetzt, daß zunächst die Ringe 24 bis 26 in dem Gehäuse 1 angeordnet werden und danach das Faserbündel eingeführt wird. Die Ringe 24 bis 26 passen so in das Gehäuse ein, daß sie sich bei der nächsten Stufe des Zusammenbaus nicht aus ihrer Lage bewegen. Es ist jedoch auch möglich, das Faserbündel zuerst mit den Ringen 24 bis 26 zu versehen, bevor das Faserbündel in das Gehäuse 1 eingeführt wird. In diesem Fall ist es zweckmäßig, Ringe zu verwenden,deren elastischer Teil nicht auf ihrer radial inneren sondern auf ihrer radial äußeren Seite sich befindet. Zu diesem Zweck kann dann ein Ring gemäß Fig. 8 verwendet werden, der allerdings dann so ausgebildet sein müßte, daß der schmale Ringabschnitt 42 auf der Außenseite und der Flansch 4o auf der Innenseite ausgebildet ist.

Ein weiterer Vorteil der Ringe 24 bis 26 in dem zweiten Aufnahineraum zeigt sich bei Anwendung eines speziellen Herstellungsverfahrens, nämlich dem Zentrifugalgießen für die Halterungsglieder 18. Das Zentrifugalgießverfahren kann in der Weise durchgeführt werden, daß während des Gießens der Halterungsglieder 18 die Trenn-

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vorrichtung um eine quer zu dem Bündel verlaufende Achse rotiert. Es kann auch eine größere Anzahl von Halterungsglieder 18 gleichzeitig gegossen werden, wenn eine rotierende Scheibe verwendet wird/ an derem Umfang die Trennvorrichtungen so angeordnet sind, daß die Achsen ihrer Bündel radial relativ zur Scheibe verlaufen. Die in diesem Falle auftretende Neigung der Bündel zur Krümmung und axialen Verrückung unter dem Einfluß der einwirkenden Kräfte wird durch den Zentriereffekt der als Einschnürungen wirkenden Ringe 24 bis 26 kompensiert.

Bei Anwendung der Dialyse bei einem nierenkranken Patienten wird die künstliche Niere an eine Arterie und an eine Vene des Patienten über*die Anschlüsse 27 und 28 angeschlossen. Das aus der Arterie strömende Blut tritt in die künstliche Niere über einen der Blutanschlüsse, beispielsweise den Anschluß 27, ein. Es gelangt zuerst in die Blutkammer zwischen dem entsprechenden Kopfstück 19 und dem gegenüberliegenden Halterungsglied 18. Danach fließt es in die hohlen, in diese Blutkammer einmündenden Fasern 17 und verläßt die künstliche Niere durch die Blutkammer

29 und den am anderen Ende der künstlichen Niere gelegenen Anschluß 28.

Das Blut fließt dann durch die Vene zurück zum Patienten. Um während des Durchganges des Blutes durch die künstliche Niere eine Reinigung des Blutes zu erreichen, wird eine Dialyseflüssigkeit durch einen der Anschlußstutzen 13 oder 14 zugeführt. Wenn beispielsweise die Dialyseflüssigkeit durch den Anschlußstutzen 14 einströmt, wird sie zunächst den Ringraum 12 füllen, was dadurch gefördert wird, daß beispielseweise ein Zacken 45 gegenüber der öffnung 44 des Anschlußstutzens 14 angeordnet ist. Der Ringraum 12 ist durch die in Fig. 3 linksseitige Stirnfläche des Halterungsgliedes 18, die Zacken 8 etc. des Endabschnittes 6 und den durchmessererweiterten Endabschnitt 4 begrenzt. Von dem Ringraum 12 fließt die Dialyseflüssigkeit durch die Durchgänge 1o zwischen den Zacken 8, 45, in den Dialyserauia

30 der künstlichen Niere, der von dem Raum innerhalb des Gehäuses 1 gebildet ist, der nicht von den hohlen Fasern 17 beansprucht

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wird. Die Dialyseflüssigkeit fließt nun an den Fasern 17 entlang in einer zur Strömungsrichtung des Blutes entgegengesetzten Richtung. An den Ringen 24 bis 26 wird die nahe der Innenwand des Gehäuses 1 fließende Dialyseflüssigkeit gezwungen, in Richtung auf die Mitte des Paserbündels zu strömen.

Während des Durchflusses durch den Dialyseraum 3o entzieht die Dialyseflüssigkeit dem Blut Abfallstoffe, welche die selektiv durchlässigen Wände der hohlen Fasern 17 passieren können. Die Dialyseflüssigkeit verläßt schließlich die künstliche Niere durch den Anschlußstutzen 13. Das gereinigte Blut, welches an dem Anschluß 28 ausströmt, wird dem Patienten durch eine Vene wieder zugeführt.

Die oben beschriebene Konstruktion hat den Vorteil, daß die Dialyseflüssigkeit auf ihrem Weg in die Vorrichtung oder aus der Vorrichtung heraus gezwungen wird, gleichmäßig um das Faserbündel herum zu strömen. Auf diese Weise wird die Dialyse wirkungsvoller, da die Dialyseflüssigkeit nicht bevorzugten Wegen in dem Dialyseraum 3o folgt.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß das Faserbündel während des Zentrifugalgießverfahrens der Halterungsglieder 18 in geeigneter Weise zentriert wird. In beiden oben genannten Zentrifugalguß- oder Schleudergußverfahren werden die Enden des Bündels ausreichend gut in ihrer Lage durch die inneren Wände 5 und 6 der Ringräume 11 bzw. 12 gehalten. Diese Art der Halterung der Enden des Bündels in Verbindung mit der Halterung des Bündels zwischen seinen Enden beispielsweise durch die Ringe 24 bis 26 eignet sich hervorragend für den Zentrifugalguß der Halterungsglieder 18 durch das zweite oben beschriebene Verfahren. Dadurch wird der Neigung des Bündels begegnet, sich unter den» Einfluß der auf es einwirkenden Kräfte zu verbiegen und axial zu verschieben.

Darüberhinaus bietet die oben genannte Konstruktion auch noch den Vorteil, daß die Halterungsglieder 18 in dem Gehäuse 1 verankert

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werden, so daß sie bei den darauffolgenden Schritten des Zusammenbaus, beispielsweise dem Aufschrauben der Abschlußkappen 22, 2 3 sich nicht verschieben können.

Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Konstruktion, in welcher die Ringräumc

11 und 12 einstückig mit dem Gehäuse 1 ausgeformt sind. So ist

es beispielsweise auch möglich, daß das Gehäuse eines oder mehrere Teile aufnimmt, deren mit Durchgängen versehene Endabschnitte als Innenwände der ringförmigen Kammern für die Dialyseflüssigkeit dienen. Eine Ausführung dieses Aufbaus ist in Fig. 1o dargestellt. In ihr sind gleiche Teile mit den in Fig. 1 verwendeten Bezugsziffern versehen.

In der Ausfuhrungsform gemäß Fig. 1o umschließt das Gehäuse 1 ein Innenrohr 5o, das aus zwei identischen Rohrstücken 48, 49 gebildet ist, wobei in Fig. 1o nur das Rohrstück 49 vollständig dargestellt ist. Es weist an seinem linken Ende einen radial verlaufenden, an seinem Umfang zylindrisch ausgebildeten Flansch 51 und im Bereich seines anderen Endes einen radial verlaufenden, an seinem Umfang konisch ausgebildeten Flansch 52 auf, die an dem Mittelabschnitt 2 bzw. an dem durchmessererweiterten Endabschnitt 4 anliegen. Der in Fig. 1o rechte Endabschnitt des Rohrstückes 49 erstreckt sich über den an seinem Umfang konisch ausgebildeten Flansch 52 in axialer Richtung hinaus und ist wiederum mit Zacken 8 versehen, welche Durchgänge 1o für die Dialyseflüssigkeit zwischen sich einschließen. Dieser rechte Endabschnitt des Rohrstückes 49 bildet die Innenwand einer ringförmigen Kammer 12 für das Dialysat, deren äußere Wand von dem durchmessererweiterten Endabschnitt 4 gebildet ist. Im übrigen ist die künstliche Niere nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1o identisch mit jener gemäß Fig. 3 ausgebildet.

Aufgrund der in den Fig. 3 und 1o dargestellten Ringräume 11 und

12 wird die Dialyseflüssigkeit zunächst in eine tangential zu dem Faserbündel verlaufende Flußrichtung gezwungen, bevor sie in axialer Richtung durch die rund um das Faserbündel vorgesehenen

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Durchgänge fließt. Wenn die Dialyseflüssigkeit am entgegengesetzten Bündelende anlangt/ muß sie zunächst durch die Durchgänge an dem Ringraum strömen/ bevor sie die Trennvorrichtung durch den besagten Ringraum und den Auslaßstutzen in dem Gehäuse 1 verlassen kann.

Es wäre noch hinzuzufügen, daß in Fig. 3 der DT-OS 2 444 54o bereits eine künstliche Niere mit Hohlfasern dargestellt ist, in welcher die Dialyseflüssigkeit mit Ringräumen in Verbindung steht, welche die Enden der hohlen Fasern verbindende Blutkammern umgeben. Diese künstliche Niere weist jedoch keine Ringkammer auf, deren Innenwand mit Durchgängen versehen ist. Bei der bekannten künstlichen Niere sind die Ringräume direkt mit dem zweiten Aufnahmeraum in dem Gehäuse der künstlichen Niere verbunden.

Diese bekannte Vorrichtung hat daher auch den Nachteil, daß die Dialyseflüssigkeit bevorzugten Routen folgt, woraus ein geringerer Wirkungsgrad der Dialyse folgt.

Beispiel

Die mit einer gemäß Fig. 3 aufgebauten jedoch mit zwei Ringen gemäß Fig. 8 versehenen künstlichen Niere erzielten Ergebnisse wurden verglichen mit Ergebnissen, die mit der gleichen künstlichen Niere ohne Ringe erzielt wurden. Das Bündel bestand aus 12ooo hohlen Fasern aus Kupferseide, deren jede einen Innendurchmesser von 215 ,um, eine Wandstärke von 16 ,um und eine Länge von 25o mm aufwies. Der Innendurchmesser des Mittelabschnittes 2 des Gehäuses 1 betrug 5o mm; der für die Dialyse zur Verfügung stehende Teil des Dialyseraums 3o v/ar 22o mm lang.

Die beiden Ringe wurden im Gehäuse 1 so angeordnet, daß sie den Dialyseraum 3o in drei annähernd gleiche Abschnitte unterteilten. Sie wurden aus einem synthetischen Kautschuk (Terpolymerisat auf Basis von Äthylen und Propylen) hergestellt und wiesen.in nicht eingebautem Zustand eine runde öffnung in dem Ring&bschnitt

JJ2 von 38 mm im Durchmesser auf.

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Durch die Pasern wurde eine Salzlösung mit einer Flußgeschwindig keit Qb von 2oo ml/min, geschickt. Die Salzlösung wies im Augenblick des Eintritts in die Fasern eine Konzentration C^. von O/6 g Natriumchlorid pro Liter demineralisierten Wassers auf. Durch den Dialyseraum 3o wurde frisches demineralisiertes Wasser im Gegenstrom mit einer Flußgeschwindigkeit von 5oo ml/min. geschickt.

In der aus der künstlichen Niere austretenden Salzlösung wurde die NaCl- Konzentration C gemessen und danach der Wirkungsgrad

und die Salzreinigungskapazität = V) χ Q. bestimmt. Die Experimente wurden an jeweils mindestens 1o Vorrichtungen jeder der beiden Ausfuhrungsformen durchgeführt.

Bei der Ausführungsform mit den Ringen wurde ein Wirkungsgrad zwischen o,65 und 6,75 gefunden und folglich eine Salzreinigungskapazität von 13o bis 15o ml/min.

Bei der Ausführungsform ohne Ringe wurde dagegen ein Wirkungsgrad zwischen o,55 und o,65 gefunden und folglich eine Salzreinigungskapazität in einem Bereich von 11o bis 13o ml/min.

Die Figuren 11 bis 13 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Zentrifugalguß der Halterungsglieder 18 der künstlichen Hohlfasernieren. Die künstlichen Nieren entsprechen in ihrem Aufbau jener in Fig. 3 dargestellten, sind jedoch in den Fig. 11 und 12 nur sehr schematisch wiedergegeben. Die Bezugszahl 53 bezeichnet eine Drehscheibe, auf der eine Anzahl künstlicher Nieren 54 angeordnet sind. Die künstlichen Nieren 54 sind mit gleichen Winkelabständen in einem Umfangsbereich der Drehscheibe 53 so angeordnet, daß die Längsachsen ihrer Faserbündel bezüglich der Drehscheibe 53 etwa radial verlaufen. Wie man aus der

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Seitenansicht in Fig. 12 erkennt, sind die künstlichen Nieren auf Haltern 55 gelagert, die jeweils zwei aufrechtstehende Randflansche 56, 57 aufweisen, welche die Gußformen 58, 59 für die zur Halterung des Faserbündels dienenden Halterungsglieder 18 tragen. Die Gußformen 58, 59 schließen die Enden (3 bzw. 4 in den Fig. 1 und 3) der künstlichen Niere ein. Die Gußformen 58, 59 haben die Form von Bechern, an^v deren oberem Rand jeweils Vertiefungen 6o bzw. 61 vorgesehen sind, welche das Ende eines Rohres oder Schlauches 62 (Fig. 11 und 12) zur Zufuhr des GuB-materials aufnehmen.

Die anderen Enden der Rohre 62 sind mit einem Vorratsgefäß 63 verbunden, das fest im Zentrum der Drehscheibe 53 angeordnet ist. Die Verbindungen der Rohre 62 mit dem Vorratsgefäß 63 sind durch die Bezugsziffer 79 bezeichnet. Das Vorratsgefäß 63 ist mit radial verlaufenden Trennwänden 64 versehen, welche das Vorratsgefäß 63 in eine Reihe von Zellen 65 aufteilen, d.h. jeweils eine Zelle 65 für jedes Rohr 62. An seiner Oberkante weist jede Trennwand 64 eine Oberflußaussparung 78 auf. Das Vorratsgefäß 63 befindet sich in einem zylindrischen Gehäuse 66, welches mit einem Deckel 67 verschlossen ist. Die Drehscheibe 53 ist mit einer Antriebswelle 68 verbunden, welche in einem Hellengehäuse 69 (Fig. 12) gelagert ist. An dem freien Ende der Antriebswelle ist ein Treibrad 7o angeordnet, über welches ein von einem Treibrad 72 angetriebener Treibriemen 71 läuft. Das Treibrad 72 befindet sich auf einer Helle 73 eines Elektromotors 74. Die gesamte Vorrichtung ist in einem Zentrifugengehäuse 75 untergebracht, welches mit einem Deckel 76 versehen ist. Der Deckel kann eine Öffnung 77 aufweisen, die zum Einfüllen des Gußmaterials in das Vorratsgefäß 63, gegebenenfalls durch eine öffnung in dem Deckel 67 dient. Die Vorrichtung zum Zentrifugalguß arbeitet auf folgende Heise: Die künstlichen Nieren, deren Bündelenden eingegossen werden sollen, werden auf den Haltern 55 mit den GuB-formen 58 und 59 angeordnet. Die Enden der Rohre 62 werden in die Vertiefungen 6o der radial äußeren Gußformen 58 eingeführt. Da-

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.ta·

nach wird das Gußmaterial für die Halterungsglieder (18 in Fig. 3) in das Vorratsgefäß 63 eingefüllt, und zwar in einer solchen Menge, daß es über die Uberflußaussparungen 78 fließt und daß somit alle Zellen 65 bis zur gleichen Füllstandshöhe gefüllt sind. Darauf wird der Elektromotor 74 gestartet und die die künstlichen Nieren 54 tragende Drehscheibe 53 beginnt sich zu drehen. Unter der Einwirkung der dann auftretenden Zentrifugalkraft steigt das Gußmaterial an der Außenwand des Vorratsgefäßes 63 hoch und fließt durch die Rohre 62 in die Gußformen 58.

In den Gußformen 56 verteilt sich das Gußmaterial um die Bündelenden und dringt ebenfalls zwischen die Enden der einzelnen Hohlfasern ein. Irgendwelche Unterschiede in der Füllmengc innerhalb der Zellen 65 werden dadurch ausgeschaltet, daß während der Rotation das Gußmaterial über die oberen Kanten der Trennwände 64 hochsteigt. Sollte sich ein Überschuß an Gußmaterial in einer bestimmten Zelle befinden, wird dieses auf die benachbarten Zellen 65 verteilt. Wenn das Material genügend erstarrt ist, wird der Antriebsmotor 74 angehalten. Die Rohre 62 werden von den Gußformen 58 abgezogen, die künstlichen Nieren 54 mit den Gußformen 58, 59 werden von den Haltern 55 abgenommen, um 18o° gedreht und schließlich wieder auf den Haltern 55 befestigt. Die freien Enden der Rohre 62 werden danach in die Vertiefungen 61 der Gußforrcen 59 eingeführt.

Nachdem das Vorratsgefäß 63 wieder aufgefüllt worden ist, kann auch der Guß der Halterungsglieder 18 an den anderen Enden der Faserbündel erfolgen.

Es ist nicht unbedingt notwendig, zur Durchführung des Zentrifugalgusses ein Vorratsgefäß mit einer Unterteilung in einzelne Zellen zu verwenden. Es kann auch ein Vorratsgefäß ohne derartige Trennwände verwendet werden. Zur Erzielung einer gleichmäßigen Verteilung des Gußmaterials auf die verschiedenen künstlichen Nieren ist es jedoch dann erforderlich, dem Vorratcgofäß während des Zentrifugierens das Gußtiaterial nach und nach zuzuführen. Deshalb wird das anhand der Fig. 11 bis 13 borehrie-

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bene Zentrifugalgießverfahren mit einem in einzelne Zellen unterteilten Vorratsgefäß 63 vorgezogen, da in diesem Fall die Füllung des Vorratsgefäßes vor dem Zentrifugalguß erfolgen kann.

Bei dem in den Fig. 11 bis 13 dargestellten Ausführungsbeispiel wird jeweils nur eine Reihe von künstlichen Nieren mit Halterungselementen versehen. Es ist jedoch auch denkbar, eine Anzahl künstlicher Nieren übereinander anzuordnen, so daß mehrere Reihen künstlicher Nieren gleichzeitig bearbeitet werden können. In diesem Fall kann jede Reihe mit einem eigenen Vorratsgefäß verbunden sein. •

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Claims

Ansprüche

11\ Trennvorrichtung, insbesondere Vorrichtung zur Hämodialyse, umfassend ein Gehäuse und mindestens ein in dem Gehäuse untergebrachtes Bündel einer großen Anzahl schlauchförmiger, parallel zueinander verlaufender und selektiv permeabler Membranen, deren Querabmessungen sehr klein im Verhältnis zu ihren Längsabmessungen sind und deren Enden in Halterungselementen gefaßt sind, wobei die Membranen das Innere der Trennvorrichtung in einen ersten von den Membranen eingeschlossenen Aufnahmeraum für ein erstes Medium und in einen zweiten, innerhalb des Gehäuses, aber außerhalb der Membranen liegenden zweiten Aufnahme raum für ein zweites Medium teilen, v/o bei der erste und zweite Aufnahmeraum je einen Einlaß und einen Auslaß zum Zu- bzw. Abführen des ersten und zweiten Mediums aufweisen und wobei die Medien durch die Membranwände hindurch miteinander in Austausch treten können, dadurch gekennzeichnet , daß in dem Raum (3o) zwischen den Halterungselementen (18) das Membranbündel (17) mindestens an einem Verengungselement (24, 25, 26) anliegt, das sich an der Innenwand des zweiten Aufnahmerautnes (3o) des Gehäuses (1) befindet und sich im wesentlichen in Umfangsrichtung des Membranbündels (17) erstreckt.

2. Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Aufnahmeraum zum Durchfluß des ersten Mediums und der zweite Aufnahmeraum (3o) zum Durchfluß des zweiten Mediums dient, wobei der Durchfluß im wesentlichen in Längsrichtung des Bündels (17) erfolgt.

3. Trennvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Verengungselement (24, 25, 26) ringförmig ausgebildet ist.

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4. Trennvorrichtung nach Anspruch 3/ dadurch gekennzeichnet , daß das Verengungselement von einem Ring (24, 25, 26) gebildet ist, der in das Gehäuse (1) einsetzbar ist.

5. Trennvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Ring (2,4, 25, 26) mit einem elastischen Abschnitt (41, 42) ausgebildet ist, welcher an der Umfangsflache des Bündels (17) anliegt.

6. Trennvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch g e k e η η ζ e i^ ch η e t , daß der gesamte Ring (24, 25, 26) aus einem elastischen Material hergestellt ist.

7. Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß zur Durchführung einer Hämodialyse der erste Aufnahmeraum mit einem Einlaßanschluß (27) und einem Auslaßanschluß (28) für Blut und der zweite Aufnähmeraum (3o) mit einem Einlaßanschluß (14) und einem Auslaßanschluß (13) für eine Dialyseflüssigkeit versehen ist.

8. Trennvorrichtung, insbesondere Vorrichtung zur Hämodialyse, umfassend ein Gehäuse und mindestens ein in dem Gehäuse untergebrachtes Bündel von schlauchform!gen, parallel zueinander verlaufenden und selektiv perraeablen Membranen, deren Enden in Halterungselementen gefaßt sind, wobei die Membranen das Innere der Trennvorrichtung in einen ersten von den Membranen eingeschlossenen Aufnahmeraum für ein erstes Medium und in einen zweiten, innerhalb des Gehäuses, aber außerhalb der Membranen liegenden zweiten Aufnahmeraum für ein zweites Medium teilen, wobei der erste und zweite Aufnahraeraum je einen Einlaß und einen Auslaß zum Zu- bzw. Abführen des ersten und zweiten Mediums aufweisen und wobei letztere durch die Membranwände hindurch miteinander in Austausch treten können, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (1) nahe den

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Enden des Bündels (17) je einen mit dem Einlaß (14) bzw. dem Auslaß (13) des zweiten Aufnahmeraumes (3o) verbundenen Ringraum (12 bzw. 11) aufweist, und daß an der jeweiligen Innenwand (5, 6) der Ringräume (11, 12) Durchgänge (9, 1o) vorgesehen sind, welche in Umfangsrichtung im wesentlichen gleichen Abstand voneinander aufweisen und durch welche die Ringräume (11, 12) in Verbindung mit dem zweiten Aufnahmeraum (3o) stehen.

9. Trennvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Durchgänge (9, 1o) sich teilweise in die Halterungselemente (18) erstrecken.

10. Trennvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (1) einen Mittelabschnitt (2) und durchmessererweiterte Endabschnitte (3, 4) aufweist, welche jeweils die Außenwand der Ringkammern (11, 12) bilden.

11. Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 1o, dadurch gekennzeichnet , daß die Innenwände (5, 6) der Ringräume (11, 12) mit in axialer Richtung vorstehenden Zinnen oder Zacken (7, 8) versehen sind.

12. Trennvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet ,daß die Innenwände (5, 6) der Ringräume (11, 12) von Fortsätzen des Mittelabschnitts (2) des Gehäuses (1) gebildet sind, die sich in die durchmessererweiterten Abschnitte (3, 4) hinein erstrecken.

13. Trennvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (1) im wesentlichen von einer äußeren Hülse gebildet ist, in welche eine Innenhülse (48, 49) eingesetzt ist, und daß die Innenwände (5, 6) der Ringkammer (11, 12) von den zinnenartig ausgebildeten Endabschnitten der Innenhülse (48, 49) gebildet sind.

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14. Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, bei welchem zur Durchführung einer Hämodialyse der erste Aufnahmeraum mit zwei Blutverteilerkammern in Verbindung steht, welche mit einem Einlaß und einem Auslaß für Blut verbunden sind, dadurch gekennzeichnet , daß die Ringräume (11, 12) mit einem Auslaß bzw. einem Einlaß für eine Dialyseflüssigkeit versehen sind.

15. Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung zu dem zweiten Aufnähmeraum (3o) von der Mündung (44) eines im wesentlichen senkrecht zur Bündellängsrichtung verlaufenden Zuführkanales (14) gebildet ist.

16. Trennvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (44) des Zuführkanals (14) gegenüber eines zwischen zwei Durchgängen liegenden Teiles (45) der Innenwand (6) des Ringraumes (12) liegt.

17. Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß die Auslaßöffnung aus dem zweiten Aufnahmeraum (3o) von der Mündung (46) eines im wesentlichen senkrecht zur Bündellängsrichtung verlaufenden Abführkanales (13) gebildet ist.

18. Trennvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß die Mündung (46) des Abführkanals (13) gegenüber eines zwischen zwei Durchgängen (9) gelegenen Teiles (47) der Innenwand (5) des Ringraumes (11) angeordnet ist.

19. Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet , daß die Membranen von hohlen Fasern (17) gebildet sind.

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2ο. Trennvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Fasern (17) aus Kupferseide hergestellt sind.

21. Trennvorrichtung nach Anspruch 19 oder 2o, dadurch gekennzeichnet , daß die hohlen Fasern (17) einen Außendurchmesser von nicht mehr als 4oo .um aufweisen.

22. Trennvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß die hohlen Fasern (17) eine Wandstärke von nicht mehr als 1oo .um aufweisen.

23. Verfahren zur Herstellung einer Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennz eichnet , daß zur Herstellung der Halterungselemente das Gehäuse (1) zusammen mit dem Mebranbündel (17)und den Verengimgselementen (24, 25, 26) auf einer Drehscheibe (53) nahe deren Umfang in der Weise angeordnet wird, daß die Bündelachse im wesentlichen radial bezüglich der Drehscheibe (5 3) verläuft, daß die Drehscheibe (53) in Drehung versetzt wird und daß mindestens während eines Teiles der Drehzeit Gußmaterial zu den Bündelenden geleitet wird.

24. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch:

a) eine Drehscheibe (53),

b) eine Antriebsvorrichtung zum Drehen der Drehscheibe (53),

c) ein in der Mitte der Drehscheibe (53) angeordnetes Vorratsgefäß (63),

d) im Randbereich der Drehscheibe (5 3) angeordnete Halterungsvorrichtungen (55), von denen jeds eine Trennvorrichtung (54) in der Weise zu halten vermag, daß die Biindelachce im wesentlichen radial bezüglich der Drehscheibe (53) verläuft,

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e) mindestens eine an jedem Halter (55) angeordnete Gußform (58, 59), zur Aufnahme des jeweils nach radial außen weisenden Endes des Gehäuses (1) der Trennvorrichtung (54), und

f) eine Verbindungsleitung (62) zwischen dem Vorratsgefäß (6 3) und jeder der radial außen angeordneten Gußformen (58).

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorratsgefäß (53) Trennwände (64) aufweist, welche den Innenraum des Vorratsgefäßes (63) in eine Reihe von Zellen (65) unterteilen, so daß jeweils eine Zelle (65) für jede Trennvorrichtung (54) vorhanden ist.

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