DE2836007A1

DE2836007A1 - Verteileranordnung fuer hohlfaserdialysatoren

Info

Publication number: DE2836007A1
Application number: DE19782836007
Authority: DE
Inventors: Klaus Heilmann; Jan E Dr Med Sigdell
Original assignee: Dr Eduard Fresenius Chemisch Pharmazeutische Industrie KG
Current assignee: Fresenius SE and Co KGaA
Priority date: 1978-08-17
Filing date: 1978-08-17
Publication date: 1980-03-06

Description

WG/St.

Dr. Eduard Fresenius
Chemisch-pharmazeutische Industrie KG

Apparatebau KG
Hessenring 82, 6380 Bad Homburg v.d.H.

Verteilerauorndung für Hohlfaserdialysatoren

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verteil er anorc*

für den Ein- bzw. Auslauf des Blutes in bzw. aus Hchlfaserdialysatoren oder Hämofilter.

Hohlfaserdialysatoren sind Filter für künstliche Nieren, in \ denen eine Vielzahl von Hohlfasern (Kapillaren) enthalten \ sind, welche vom Blut durchströmt werden. Ein Problem bei ; diesen Dialysatoren besteht darin, das Blut, das durch einen; Stutzen eintritt, in seinem Strom gleichmäßig auf die vielen;

Hohlfasern aufzuteilen. Bisher übliche Konstruktionen haben | einen Verteilungsraum über die Enden der Hohlfasern nach >. Abb. 1 der¹ Zeichnung. _:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer möglichsjt einfachen Gestaltung des Einlaufs- bzw. Auslaufs eine stauzonenfreie bzw. totwasserfreie Strömung zu den offenen Enden

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- 2 der Hohlfasern zu erzielen.

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Zur Lösung dieser Aufgabenstellung sieht die Erfindung eine ! Verteileranordnung vor, die aus zwei Raumabschnitten am Ende des Hohlfaserbündels besteht, wobei das Blut zuerst in den einen, ringförmigen Raumabschnitt eintritt und hier durch tangentiale Zufuhr eine primäre Kreisströmung erregt, ; wonach das Blut von hier in den anderen Abschnitt spiral-r ; förmig übertritt, bei kombinierter Radial- und Kreisströmung,

i um von hier aus in die Hohlfasern einzutreten. i

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich j

aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung. j

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen bei- j

spielsweise näher erläutert und zwar zeigt: \

Abb. 1 eine Schnittansicht eines Hohlfaser- ι

dialysators nach dem Stand der Technik ;

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Abb. 2 eine Schnj.ttansicht entsprechend Abb.1,> einer erfindungsgemäßen Ausführungsform^

Abb.2a eine Außenansicht des in Abb.2 dargestellten Teiles eines Gehäuses,

Abb. 3 eine Schnittansicht eines anderen Ausführungsbeispiels und

Abb.4 eine Schnittansicht eines weiter abge- j . ' wandelten Ausführungsbeispiels. !

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Abb» 1 zeigt ein Stirnende eines Hohlfaserdialysators schematisch in Schnittansicht, wie er zum Stand der Technik bekannt ist.

Der Querschnitt in dieser Abbildung zeigt das Hohlfaserbündel 1, den Verteilungsraum 2 und einen Einlaufstutzen 3· Der Verteilungsraum und das Hohlfaserbündel sind kreissymmetrisch angeordnet. Das Blut tritt durch den Stutzen 3 ein, weicht im Verteilungsraum 2 radial nach außen und verteilt sich auf die Vielzahl von Faseröffnunen.

Aus verschiedenen veröffentlichten Untersuchungen ist es bekannt, daß diese Anordnung zu einer radial variierenden Durchströmung der Faserbündel führt, und daß häufige Blutgerinnungen im Zentrum und/oder am Rande auftreten.

Nach eigenen Untersuchungen liegt die Ursache der Gerinnung zu einem wesentlichen Teile in dem Auftreten von Stauzonen in der Blutströmung im Verteilungsraum. Eine Staustelle j liegt auf der Schnittfläche 4 quer zum Faserbündel (durch ! diesen Schnitt sind die öffnungen der Faser zum Verteilungsj-

raum hergestellt), gegenüber dem Eintrittsstutzen 3 und !

auf den Zwischenflächen zwischen Faseröffnungen in dieser i Schnittfläche 4· Eine staustellenartige Situation liegt ;

auch am Rande des Verteilungsraums 2 vor, weil sich hier | die Strömungsgeschwindigkeit dem Wert Null nähert. j

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An diesen Stellen können Thrombozyten (Blutplättchen) sich |

länger aufhalten und .haben größere Möglichkeiten an den Fremdflächen anzuhaften, als dort, wo das Blut sich in , \ rascherer Bewegung befindet.

Um diese Nachteile zu vermeiden, wurde bereits eine Anord- ; nung mit einem Ringbündel von Hohlfasern und tangentialer Blutzufuhr zu einem Verteilungsraum vorgelegt.(Siehe deutsche OS 26 46 358).

Hier sollen nun zwei vorteilhafte Gestaltungsvariationen eines Grundprinzips dargestellt werden, welche die Wirkung der tangentialen Zufuhr wesentlich verbessern.

Die vorliegende Erfindung ist somit eine Weiterentwicklung der genannten Idee, mit einer tangentialen Zufuhr Staustellen zu vermeiden, wodurch bedeutende funktioneile Ver- ' beseerungen gewonnen werden.

Eine Anordnung dieser Art, die sich ale vorteilhafte Ausbildung erwiesen hat, ist in Abb.2 und 2a dargestellt.

Das Hohlfaserbündel ist hier zu..einem Ringbündel 1a geformt, das um einen Kern 8 liegt. Bündel und Kern sind in ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 7 eingelegt und an den Enden mit einer Vergußmasse 13 ausgegossen, welche

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das Gehäuse hier abdichtet und die Hohlfasern 1a, sowie den Kern 8 im Gehäuse festhält.

Der Verguß 13 wird nach Aushärten quer zum Gehäuse 7 abgeschnitten, so daß eine ebene Schnittfläche 4a entsteht, worin die Faserenden nach außen offen sind, Hierüber wird ein Flansch 5 dicht befestigt, der einen Verteilungsraum 2a definiert. In der Mitte des Flansches ist ein gegenüber diesem Verteilungsraum abgedichteter Stutzen 6 angebracht, durch den das Dialysat über eine Verlängerung 11 des Kerns mit Seitenlöchern 12 in den Innenraum des Gehäuses eintreten kann und somit an die Außenseiten der Hohlfasern gelangt.

Der Verteilungsraum 2ε. besitzt zwei Abschnitte. Über den Faseröffnungen liegt ein leicht konisch gestalteter Raum 10, der zentral in einen Ringraum 9 übergeht, in den ein tangential angeordneter Stutzen 3a mündet. Im Ringraum 9 kommt es zuöeiner primären Kreisströmung, durch den tangential angeordneten Einlaufstutzen 3a angeregt, von denen aus die Strömung sich dann spiralartig (Kreisströmung plus Radialströmung) im weiteren Verteilungsraum 10 über die Faserenden verteilt; das Blut tritt von dort aus in die Fasern ein. Hierbei besteht die kreisende Tendenz der Blutströnning bis zum äußeren Rande des Verteilung3raumes 10 und das Blut is,t über der ganzen Schnittflächeviη Bewegung.

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Weitere Vorteile dieser Anordnung sind, daß das Volumen des Verteilungsraumes relativ gering gehalten werden kann, (kleiner Radius des Ringraumes 9) und daß die spiralförmige Verteilung des Blutes über die Schnittfläche 4a von der Flieh kraft unterstützt wird. Dagegen ist die Gestaltung insofern ι etwas kritisch, daß es einer sorgfältigen Dimensionierung j

bedarf, um nicht einen Sekundärwirbel zu erzeugen, der ; dann durch frühzeitiges übertreten des durch den Stutzen 3a eintretenden Blutes, über den Rand des Ringraumes 9 an der Stelle gegenüber dem Stutzen 3a, entsteht. Um dies zu vermeiden, muß der Ringraum 3a eine genügende Höhe haben.

Eine andere vorteilhafte Ausbildung ist in Abb. 3 dargestellt. Hier ist der Ringraum 9a nach außea gelegt und die leicht schrä^ge Verteilungszone 10a gegenüber dem ent- j sprechenden Raum 10 in Abb. 2 umgekehrt angeordnet. j Diese Gestaltung ist weniger kritisch, weil ein Sekundärwin-! kel der genannten Art hier nicht entstehen kann. Die Flieh- j

kraft der kreisenden Strömung wirkt hier zwar im Prinzip

der Verteilung entgegen, aber in der fraxis hat sich dieser , 'Ά Effekt als vernachlässigbar erwiesen. !

FAn Nachteil gegenüber der Gestaltung nach Abb. 2 - bei gleicher Spalthöhe im Verteilungsraum 10, 10a und gleicher Ringraumhöhe 9, 9a - scheint zunächst in dem notwendiger-

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weise größeren Volumen des außenliegenden Ringraumis 9a, wegen des größeren Ringradius zu liegen. Es hat sich bei dieser Gestaltungsart jedoch erwiesen, daß die Spalthöhe gegenüber der Gestaltung in Abb. 1 ohne Steigerung der Gerinnungsgefahr viel kleiner gewählt werden kann. Dadurch läßt sich die an sich sonst, wegen der Außenlage des Ringraumes, gegebene Volumenvergrößerung kompensieren. Diese Möglichkeit, bei der Gestaltung nach Abb. 3 mit einer kleineren Spalthöhe zu arbeiten, ist eine Folge der gerinnungsmäßigen Vorteile der vorliegenden Gestaltung.

Es zeigt sich also, daß die genannten theoretischen Nach- | teile einer Außenlage des Ringraumes bei geeigneter Ge- j staltung praktisch ohne Bedeutung sind, wogegen aber die Vor tei-le erhalten bleiben.

Es ist aus praktischen Gründen vorteilhaft, den gleichen Flansch an der Auslaufseite des Hohlfaserbündels anzuwenden Die Schräge des Abschnittes 10, 10a des Verteilungsraumes 2a, 2b, der über den Hohlfaserenden liegt, hat hierbei die j

j besondere Aufgabe, das Heraustreten von Luftblasen su er- j

leichtern. j

Die normale Betriebslage eines Hohlfaserdialysators während!

der Auffüllphase ist lotrecht, mit dem Blutauslauf oben. |

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Bei der Befüllung treten auch Luftblasen durch den Dialysator, die nach der Passage durch die Hohlfasern den Dialysator wieder verlassen sollen, erstens weil sie die Strömung im Verteilungsraum stören können und zweitens, weil 3ie dann in der Luftfalle des Dialysegeräts, wodurch der Sialysator betrieben wird, aufgefangen werden.

Eine weitere Aufgabe der Schräge ist es aber, die radiale Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit des Blutes zu verringern, welche die Absaugung der Zuflußströmung durhh die Hohlfaser bewirken will.

Was die Luftblasen betrifft, hat sich die Gestaltung nach Abb.3 ebenfalls als besonders vorteilhaft erwiesen, weil es hier besser möglich ist, auch auslaufseitig eine Kreisströmungstendenz aufzuprägen, die in Verbindung mit einer geringen Spalthöhe eine Art Absaugung von Luftblasen aus dem engeren Teil 10a des Verteilungsraumes bewirkt. Hierdurch ^! ist es sogar im Prinzip möglich, ohne Ansammlung von Luftblasen den Dialysator in einer Lage mit Blutauslauf unten aufzufüllen, was mit keiner anderen Konstruktion möglich , ist.

Selbstverständlich können verschiedene Variationen des genannten Prinzips ausgearbeitet werden, ohne daß die Idee ; der vorliegenden Erfindung verlassen wird. U.a. sind vielei

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Variationen möglich in der Detailausformung des Querschnittes des Ringkanales 9» 9a, des engeren Abschnittes 10, 10a des Verteilungsraumes und im übergang zwischen diesen Räumen.

Vielter ist die Anwendung des Prinzips nicht auf den Fall eines Ringbündels von Hohlfasern beschränkt, sondern die gleichen Vorteile können auch beim Vollbündel erreicht werden - besonders bei der Gestaltung nach Abb. 3» wobei wie in Abb. 4 gezeigt, dann der enge Teil 10b des Verteilungsraumes nicht mehr in der Mitte unterbrochen ist, sondern über der Schnittfläche 4c durchgehend offen ist, mit der engsten Stelle in der Mitte, wie in Abb. 4 angedeutet. "'

Die gleichen Vorteile lassen sich auch, bei im Prinzip ' gleicher Gestaltung, bei Hohlfaser - Hämofiltemgewinnen. ;

Der Unterschied zwischen einem Hohlfaser - Hämof ilt;er und einem Hohlfaser- Dialysator liegt im wesentlichen (außer -\ in der Betriebsart) nur in der Wandstruktur der Hohlfasern; oder es ist (bei hochdurchlässigen Membranen) kein Unterschied vorhanden, sondern es läßt sich dann der gleiche Filter sowohl als Dialysator als auch als Hämofilter ver- ; wenden. i

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Claims

Ansprüche:

Vertelleranordnung für den Blutstrom in bzw. aus einem Hohlfaserdialysator oder Hamofilter, wobei die offenen Enden der Hohlfasern in einen Verteilungs- bzw. Sammelraum münden, in den seinerseits ein Anschlußstutzen für die Zuführung bzw. Abführung des Blutes mündet, der tangential zu diesem Raum angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilungs- bzw. Sammelraum aus zwei Raumbereichen (9» 10) besteht, von denen der eine (9, 9a) einen Ringraum mit der Einmündung des AnschlußStutzens (3a) umfaßt, während der andere Raumbereich (10, 10a) zur Aufnahme einer kombinierten Kreis- und Radialströmung ausgebildet ist.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der! zweite Raumabschnitt (10, 10a) flach ringförmig gestaltet ist und über -den Enden eines Ringbündels (1a) von Hohlfasern liegt.

Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste ringförmige Raumabschnitt (9) zentral liegt und der zweite Raumabschnitt (10) peripher davon.

Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste ringförmige Raumabschnitt (9a) peripher lieget,| und der zweite Raumabschnitt (10a) zentral davon.

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5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Raumabschnitt (1Ob) durchgehend ist, ohne zentrale Unterbrechung, und über einem VollbUndel von Hohlfasern leigt.

! 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge-

! kennzeichnet, daß der zweite Raumabschnitt (10, 10a,10b) eine schräge Wand gegenüber de3 Hohlfaserbündels aufweist, so daß eine positive (10), bzw. negative (10a,10b) Konizität entsteht.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach im Prinzip gleicher Gestaltung, auch am Auslaufende für Blut am Dialysator verwendet wird, um das aus den Hohlfasern austretende Blut aufzunehmen.

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