DE2744850A1 - Vorrichtung zur behandlung von blut - Google Patents
Vorrichtung zur behandlung von blutInfo
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Description
27A4850
Möhlstraße 37 Baxter Travenol Laboratories, Inc. D-8000München80
Deerfield, 111., V.St.A. Tel.:089/982085-87
k 5. Okt. 1977
Vorrichtung zur Behandlung von Blut
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeit und insbesondere eine Vorrichtung zum Dialysieren
bzw. Oxygenieren, d.h. zur Sauerstoffanreicherung, von Blut
unter Ausnutzung des Flüssigkeitsaustausches durch eine Membran.
Eine bisher verwendete Membran-Flüssigkeitsaustauschvorrichtung umfaßt einmal eine Anzahl von Flüssigkeit-Verteilerplatten,
wobei zwischen je zwei Platten zwei Membranen angeordnet sind, und zum anderen zwischen den einzelnen Platten verpreßte
Bluxverteilerknöpfe bzw. -noppen zur Ermöglichung einer Blutströmung durch von den Warzen gebildete radiale Verteilerkanäle
und zwischen den Membranen hindurch, während im Raum zwischen der jeweiligen Platte und der gegenüberliegenden oder
zugewandten Seite der Membran ein Dialysat- bzw. Sauerstoffstrom vorgesehen wird. Diese Art eines Dialysators bzw. Oxygenators
erfordert vergleichsweise dicke Platten, während das Gehäuse dabei zusätzlich Druckkräfte ausüben muß, um den Stapel
aus Membranen und Platten zu schließen bzw. zu verspannen.
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Weiterhin ist die Notwendigkeit für die Vielzahl von Blutverteilernoppen
mit Verteilerkanälen der kompakten Bauweise der Vorrichtung abträglich, da das Blut dabei zur Strömung
über eine gewundene Strömungsbahn gezwungen wird, was für die optimale Auslegung einer Vorrichtung ungünstig ist, in
welcher das Blut mit einer gleichmäßigen,laminaren Strömung fließen soll.
Aufgabe der Erfindung ist die Vermeidung der Nachteile des Bekannten, insbesondere aber die Schaffung einer Verteileranordnung
für eine Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung, deren Größe aufgrund der besonderen Ausgestaltung vergleichsweise
klein gehalten werden kann.
Im Zuge dieser Aufgabe bezweckt die Erfindung die Schaffung
eines Dialysators oder Oxygenators, bei dem das Vorrichtungsgehäuse keine Druckkräfte auf die Blutverteiler auszuüben
braucht, so daß das Gehäuse vergleichsweise klein und leicht sein kann.
Dabei soll die Verwendung von Blut(verteiler)noppen mit inneren,
radialen Verteilerkanälen vermieden werden.
Die Erfindung sieht auch die Schaffung eines Dialysators oder Oxygenators vor, bei dem das Blut gleichmäßig strömen kann,
ohne zwangsweise durch eine gewundene Strömungsbahn in einem Blutverteiler geleitet zu werden.
In den USA-Patentschriften 3 464 562 und 3 501 010 ist eine Dialysleitvorrichtung beschrieben, bei welcher die Blutverteilung
an einer Seite der Membran-Stützplatten erfolgt und bei der sich die Blutverteileranordnung nicht durch die Membranen
und deren Stützplatten erstreckt. Zur Realisierung der Konstruktionen
gemäß diesen USA-Patentschriften müssen allerdings die Membranen bei der Montage genau im Rahmen zentriert wer-
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den. Die beim Bau einer solchen Vorrichtung erforderliche Präzision geht z.B. aus den Fig. 5 bis 6 der erstgenannten
sowie aus Spalte 3, Zeile 59, bis Spalte 4, Zeile 14, der zweitgenannten USA-Patentschrift hervor.
Die Erfindung bezweckt daher weiterhin die Schaffung eines Dialysators oder Oxygenators, der einfach aufgebaut und
wirtschaftlich herzustellen ist, sich für eine automatische Fertigung eignet und nicht der Präzision bedarf, die für den
Bau der Vorrichtungen nach den genannten USA-Patentschriften erforderlich ist.
Diese Vorrichtung soll dabei auch vergleichsweise billige Membran-Stützplatten verwenden, die nach Präge- und Preßverfahren
herstellbar sind.
In der am 20.10.1975 ausgelegten niederländischen Patentanmeldung Nr. 7504359 ist eine Dialysieranordnung beschrieben,
bei welcher zwischen Membran-Stützplatten angeordnete Membranen
an der Dialysat-Verteiler- oder -Sammleröffnung thermisch miteinander verschweißt werden. Bei dieser Schweißverbindung
ist jedoch der Druckunterschied über die Membranen bestrebt, die Schweißverbindung aufplatzen zu lassen. Erfindungsgemäß
wurde nun eine Möglichkeit zur Vermeidung dieses Nachteils gefunden; d.h. erfindungsgemäß werden die auf gegenüberliegenden
Seiten einer Membran-Stützplatte befindlichen Membranen am Blutverteilerzulaß miteinander verschweißt,
so daß das über die Membranen wirkende Druckgefälle die Schweißverbindung keiner Belastung unterwirft, sondern vielmehr
effektiv die Erhaltung dieser Verbindung begünstigt.
Die genannte Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Behandlung von Blut mittels einer Membran erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß zwei Membran-Stützplatten vorgesehen sind, die auf beiden Seiten Mittel zur Unterstützung einer Membran
"mindestens
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— σ —
unter Bildung von offenen Räumen dazwischen tragen, wobei eine erste und eine zweite Membran von den gegenüberliegenden
Seiten der ersten Stützplatte sowie eine dritte und eine vierte Membran von den gegenüberliegenden Seiten der
zweiten Stützplatte getragen werden, daß die zweite Membran der dritten Membran unter Bildung eines Blutdurchgangs zwischen
beiden Membranen zugewandt ist, daß die Räume zwischen jeder Stützplatte und jeder Membran eine Flüssigkeit-Strömungsbahn
bilden, daß eine Blutverteilerstrecke durch die Membranen und die Stützplatten verläuft, daß erste und zweite
Mittel zum Verschließen der ersten und der zweiten bzw. der dritten und der vierten Membran an der Blutverteilerstrecke
vorgesehen sind, daß die Verschlußmittel jeweils die Blut- und die Flüssigkeit-Strömungsbahn voneinander trennen und
daß die beiden Verschlußmittel unter Festlegung einer Blutströmungsbahn zwischen sich auf Abstand voneinander angeordnet
und voneinander unabhängig sind, so daß die vom ersten Verschlußmittel auf die erste und die zweite Membran ausgeübten
Schließ- oder Verspannkräfte von den durch das zweite Verschlußmittel auf die dritte und die vierte Membran ausgeübten
Schließ- oder Verspannkräften unabhängig sind.
In spezieller Ausgestaltung bilden die ersten und zweiten Verschlußmittel eine abgedichtete Durchführung b zw. einen
Augenring mit einer diese(n) durchsetzenden Axialbohrung, die einen Teil der Blutverteilerstrecke bildet.
Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Teilschnittdarstellung
einer Verteileranordnung gemäß der Erfindung, entsprechend einem Schnitt längs der Linie
1-1 in Fig. 4,
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Fig. 2 eine in weiter vergrößertem Maßstab gehaltene Schnittansicht
einer bei der Anordnung gemäß Fig. 1 verwendbaren Durchführung bzw. eines Augenrings,
Fig. 3 eine Teilschnittdarstellung einer Membran-Stützplatte mit zwei von ihr getragenen Membranen,
Fig. 4 eine Aufsicht auf eine Hälfte einer Membran-Stützplatte ,
Fig. 5 eine Teilaufsicht auf die Unterseite der Membran-Stützplattenhälfte
gemäß Fig. 4,
Fig. 6 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Teilansicht der Flüssigkeitsverteilerkanäle in der Membran-Stützplatte
,
Fig. 7 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Teildarstellung eines Abschnitts der Stützplatte gemäß Fig. 4,
Fig. 8 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Teildarstellung eines Abschnitts der Stützplatte gemäß Fig. 4,
Fig. 9 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie 9-9 in Fig. 4 und
Fig.10 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt
längs der Linie 10-10 in Fig. 4.
In den Fig. 1 bis 3 ist eine Verteileranordnung für eine Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung dargestellt. Diese Anordnung
umfaßt eine Anzahl von Membran-Stützplatten, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten je eine Membran tragen. Wie am
besten aus Fig. 1 hervorgeht, ist eine erste Membran-Stützplatte 20, im folgenden auch einfach als Platte bezeichnet,
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aus zwei identischen Hälften 20a und 20b zusammengesetzt.
Gemäß Fig. 4 weist die Plattenhälfte 20a eine Membran-Stützfläche 22 auf, während ihre Unterseite gemäß Fig. 5 eine
ebene bzw. plane Fläche 24 ist. Die mit der Plattenhälfte 20a baugleiche Plattenhälfte 20b liegt mit ihrer ebenfalls
planen Unterseite an der planen Unterseite 24 der Plattenhälfte 20a t wobei beide Hälften eine erste Ilembran-Stützplatte
20 bilden.
Da alle Stützplatten identisch aufgebaut sind, braucht im folgenden nur die Platte 20 näher beschrieben zu werden.
Ersichtlicherweise weist die Platte 20 gegenüberliegende Membran-Stützflächen 22 auf, die jeweils mit einer Vielzahl
von kegelförmigen Vorsprüngen bzw. Noppen 26 besetzt sind, von denen die Membranen 28 und 30 getragen werden. Gemäß
Fig. 3 ist dabei zwischen der Platte 20 und der Membran einerseits sowie der Membran 30 andererseits je ein offener
Raum 32 bzw. 34 vorhanden. Obgleich in den Figuren eine Membran-Stützfläche
mit konischen Noppen dargestellt ist, sind selbstverständlich andere Konfigurationen ebenfalls für eine
einwandfreie Flussigkeitsverteilung geeignet.
Gemäß Fig. 1 ist eine zweite Membran-Stützplatte 40 vorgesehen, die entsprechend den Hälften 20a und 20b der Platte
eine obere Hälfte 40a und eine untere Hälfte 40b aufweist und welche eine dritte und eine vierte Membran 48 bzw. 50 trägt.
Die zweite Stützplatte 40 und die von ihr getragenen Membranen 48 und 50 sind mit der ersten Platte 20 bzw. den Membranen
28 und 30 identisch.
Ebenso umfaßt eine Membranen 68 und 70 tragende dritte Membran-Stützplatte 60 eine obere und eine untere Hälfte 60a
bzw. 60b. Die dritte Platte 60 und die von ihr getragenen Membranen 68 und 70 entsprechen wiederum den Platten 20
und 40 bzw. den Membranen 28, 30 und 48, 50.
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Obgleich nur drei Platten 20, 40 und 60 dargestellt sind, kann die Vorrichtung ersichtlicherweise eine weit größere
Zahl von Membran-Stützplatten aufweisen, die jeweils Membranen unterstützen und der Platte 20 entsprechend ausgebildet
sind. Die Membran selbst kann in an sich bekannter Weise aus einem handelsüblichen Membranmaterial, etwa aus
Cuprophane (eingetr. Warenzeichen), bestehen.
Die Stützplatten sind mit Bohrungen 76 versehen, die miteinander fluchten und in welche Augenringe bzw. Durchführungen
zum Verschließen der von den einzelnen Platten getragenen Membranen eingesetzt sind. Gemäß Fig. 1 ist ein Augenring
78 der Platte 20 zum Verschließen der beiden Membranen 28 und 30 zugeordnet. Ebenso ist ein Augenring 80 in der
Bohrung 76 der zweiten Membran-Stützplatte 40 zum Verschliessen der beiden anderen Membranen 48 und 50 angeordnet. Ein
dritter Augenring 82 zum Verschließen der Membranen 68 und ist in die Bohrung 76 der dritten Platte 60 eingesetzt. Für
denselben Zweck sind weitere Augenringe in die Bohrungen 76 aller weiteren Membran-Stützplatten eingesetzt.
Da die einzelnen Durchführungen bzw. Augenringe identisch ausgebildet sind, ist im folgenden nur der Aufbau des Augenrings
78 anhand von Fig. 2 näher erläutert. Der Augenring 78 weist einen oberen Ring bzw. Oberring 90 und einen unteren
Ring bzw. Unterring 92 auf, die zum Verschließen der Membranen 28 und 30 durch Ultraschallschweißung miteinander verbunden
werden. Die einzelnen Membranen sind so vorgestanzt, daß in ihrem auf der jeweiligen Stutzplatte liegenden Zustand
(vgl. Fig. 4) in der Membran vorgesehene öffnungen mit Blutbohrungen
76, 76» sowie Dialysat- oder Sauerstoffbohrungen 94, 95, 96 und 97 fluchten.
Der Oberring 90 ist mit einer Zentralbohrung 100 und einer
um seine Unterseite umlaufenden Schweißrille 102 versehen. Der
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Unterring 92 weist eine Zentralbohrung 104 auf und ist mit einer Scherstufe (shear joint) 106 versehen, die beim Ultraschallschweißen
nach dem dafür bekannten Prinzip wirksam wird. Der Augenring 78 kann beispielsweise aus dem unter
der Handelsbezeichnung Lexan vertriebenen Kunststoff bestehen.
Oberring 90 und Unterring 92 werden durch Ultraschallschweissung
miteinander verbunden, so daß sie miteinander verschmelzen und ein Verschlußmittel für die von den Stützplatten
getragenen Membranen bilden. Die Zentralbohrungen der einzelnen Durchführungen bzw. Augenringe bilden eine Blutverteilerbahn
110, durch welche das Blut ungehindert zu strömen und, wie durch die Pfeile in Fig. 1 angedeutet, in die Blutbahnen
zwischen benachbarten Membranen einzutreten vermag.
Ersichtlicherweise verschließen die einzelnen Augenringe 76,
80, 82 usw. jeweils die von einer zugeordneten Stützplatte getragenen Membranen, wobei die einzelnen Augenringe auf Abstand
voneinander angeordnet sind und dadurch zwischen sich eine Blutströmungsbahn bilden. Außerdem ist jeder Augenring
von den anderen Augenringen unabhängig, so daß die auf jedes Membranpaar einer Stützplatte ausgeübten Schließ- bzw. Verspannkräfte
von den entsprechenden Kräften an den beiden anderen, von einer anderen Stützplatte getragenen Membranen unabhängig
sind.
Obgleich eine Augenringe verwendende Verschlußanordnung dargestellt
ist, können ersichtlicherweise auch andere Verschlußanordnungen angewandt werden. Beispielsweise können die Membranen
28, 30 nicht durch die Augenringe verschlossen, sondern stattdessen thermisch miteinander verschweißt oder miteinander
verklebt sein. Vorzugsweise werden die einzelnen Membranpaare auf dieselbe Weise geschlossen bzw. miteinander verbunden,
wie dies bei den jeweils anderen Membranpaaren der Fall ist.
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Zur Erläuterung der Flüssigkeits-, d.h. Dialysat- oder Sauerstoffströraung
sei auf die Fig. 4 bis 11 verwiesen. Gemäß den Fig. 7 und 8 ist die Membran-Stützfläche 22 mit einer großen
Zahl von konischen Noppen 26 besetzt, wobei größere konische Noppen 126 über die gesamte Stützplattenoberfläche hinweg auf
Abstände verteilt sind.
Jede Stützplattenhälfte 20a (oder 20b, 40a, 40b usw.) ist mit Dialysat- bzw. Sauerstoff-Bohrungen 94, 95, 96 und 97 versehen.
Das Dialysat bzw. der Sauerstoff fließt dabei wie folgt durch die Bohrungen 94 - 97S Das Strömungsmittel fließt durch
die genannten Bohrungen und über in der Unterseite 24 vorgesehene Durchgänge oder Kanäle 130, 132 und 134 zu Bohrungen
136, welche die Platte 20a durchsetzen. Die Bohrungen 136 kommunizieren mit einer Flüssigkeit-Verteilerrille bzw. -nut
140, welche die Verteilung des Strömungsmittels durch die zwischen den Hoppen 26, 126 und den von diesen getragenen
Membranen gebildeten Zwischenräume begünstigt. Abgewinkelte Verteilerrillen oder -nuten 141 und 142 stehen mit der Rille
140 in Verbindung, während eine querverlaufende Verteilerrille oder -nut 143 die einwandfreie Verteilung des Strömungsmittels
weiter unterstützt.
Ersichtlicherweise ist die Strömungsmittelbahn für z.B. Dialysat oder Sauerstoff effektiv eingeschlossen, wobei
der Blutraum im Blutverteilerbereich vom Flüssigkeitsraum getrennt ist, ohne daß hierbei Druck ausübende Mittel auf
den Blutverteilerbereich wirken. Da das Gehäuse keine Druckkraft auf den Blutverteilerbereich auszuüben braucht, kann
es kleiner und leichter sein, und die Mittel zum Verschliessen der Membranpaare können klein sein, so daß der Dialysator
bzw. Oxygenator insgesamt vergleichsweise flach ist. Außerdem bildet die Blutströmungsbahn keine gewundene Strecke
durch die Verteilerkanale zwischen den Blutleit-Noppen, son-
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dem vielmehr eine gleichmäßige bzw. hindernis freie Strömungsbahn,
wie dies am besten aus Fig. 1 ersichtlich ist.
Obgleich vorstehend nur eine spezielle Ausführungsform der
Erfindung offenbart ist, sind dem Fachmann selbstverständlich verschiedene Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne
daß vom Rahmen und Grundgedanken der Erfindung abgewichen wird.
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Claims (13)
1. Vorrichtlang zur Behandlung von Blut mittels einer Membran,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Membran-Stützplatten
(20, 40) vorgesehen sind, die auf beiden Seiten Mittel (26, 126) zur Unterstützung einer Membran
(28, 30 usw.) unter Bildung von offenen Räumen dazwischen tragen, wobei eine erste und eine zweite Membran
(28, 30) von den gegenüberliegenden Seiten der ersten Stützplatte sowie eine dritte und eine vierte Membran
(48, 50) von den gegenüberliegenden Seiten der zweiten Stützplatte getragen werden, daß die zweite Membran der
dritten Membran unter Bildung eines Blutdurchgangs zwischen beiden Membranen zugewandt ist, daß die Räume (32,
34) zwischen jeder Stützplatte und jeder Membran eine Flüssigkeit-Strömungsbahn bilden, daß eine Blutverteilerstrecke
(110) durch die Membranen und die Stützplatten verläuft, daß erste und zweite Mittel (78, 80) zum Verschließen
der ersten und der zweiten bzw. der dritten und der vierten Membran an der Blutverteilerstrecke vorgesehen
sind, daß die Verschlußmittel jeweils die Blut- und die Flüssigkeit-Strömungsbahn voneinander trennen und daß
die beiden Verschlußmittel unter Festlegung einer Blutströmungsbahn zwischen sich auf Abstand voneinander
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angeordnet und voneinander unabhängig sind, so daß
die vom ersten Verschlußmittel auf die erste und die
zweite Membran ausgeübten Schließ- oder Verspannkräfte
von den durch das zweite Verschlußmittel auf die dritte
und die vierte Membran ausgeübten Schließ- oder Verspannkräfte unabhängig sind.
die vom ersten Verschlußmittel auf die erste und die
zweite Membran ausgeübten Schließ- oder Verspannkräfte
von den durch das zweite Verschlußmittel auf die dritte
und die vierte Membran ausgeübten Schließ- oder Verspannkräfte unabhängig sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verschlußmittel jeweils eine abgedichtete
Durchführung bzw. einen Augenring umfassen.
Durchführung bzw. einen Augenring umfassen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abgedichteten Augenringe von einer Axialbohrung durchsetzt
sind, die einen Teil der Blutverteilerbahn bildet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die beiden Verschlußmittel jeweils thermisch verschweißte Membranabschnitte umfassen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verschlußmittel jeweils durch Klebmittel miteinander
verbundene Membranabschnitte umfassen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flussigkeit-Strömungsbahn eine Dialysat-Strömungsbahn
ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flussigkeit-Strömungsbahn eine Sauerstoff-Strömungsbahn
ist.
8. Vorrichtung zur Behandlung von Blut mittels einer Membran, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß Mittel zur Trennung des Blut-
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raums vom Behandlungsflüssigkeitsraum im Blutverteilerbereich
vorgesehen sind, daß die Trennmittel eine erste und eine zweite Membran um eine erste Membran-Stützplatte
herum verschließen, daß Mittel zum Verschließen einer dritten und einer vierten Membran um eine zweite Membran-Stützplatte
herum vorgesehen sind, daß die zweite und die dritte Membran unter Bildung einer Blutströmungsbahn
zwischen sich einander zugewandt sind, daß zwischen jeder Membran und ihrer zugeordneten Stützplatte Flüssigkeitsverteilerräume
festgelegt sind und daß die Verschlußmittel auf Abstand voneinander angeordnet sind und eine durch
die Membranen und die Stützplatten verlaufende Blutverteilerbahn bilden, welche einen Blutstrom in die Zwischenräume
zwischen den einzelnen Verschlußmitteln zur Strömung zwischen den einander zugewandten Membranen zulässt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran-Stützplatten parallel zueinander angeordnet
sind und die Blutverteilerbahn eine senkrecht zu den Längsachsen der Stutzplatten verlaufende Strömungsbahn ist.
10. Vorrichtung zur Behandlung von Blut mittels einer Membran, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch einen «Stapel aus parallel zueinander angeordneten Membranen und Membran-Stützplatten, von
denen jede auf gegenüberliegenden Seiten eine Membran trägt, durch eine den Stapel durchsetzende Blutverteilerbahn
und durch Verschlußmittel, welche die Membranen auf beiden Seiten jeder Stützplatte an der Blutverteilerbahn
gegeneinander abdichten und die unter Bildung einer Blutströmungsbahn zwischen sich auf Abstand voneinander angeordnet
und voneinander unabhängig sind, wobei die vom einen Verschlußmittel auf seine zugeordneten Membranen
ausgeübten Schließ- oder Verspannkräfte von den durch das
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andere Verschlußmittel auf seine zugeordneten Membranen ausgeübten Kräften unabhängig sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußmittel jeweils eine abgedichtete Durchführung
bzw. einen Augenring mit einer diese bzw. diesen durchsetzenden und einen Teil der Blutverteilerbahn bildenden
Axialbohrung umfassen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußmittel thermisch verschweißte Membranabschnitte
umfassen, die einen Teil der Blutverteilerbahn bilden.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Verschlußmittel durch Klebmittel verbundene Membranabschnitte umfassen, die einen Teil der Blutverteilerbahn
bilden.
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