DE2902498A1

DE2902498A1 - Membrandiffusionsvorrichtung fuer blutdiffusionssysteme

Info

Publication number: DE2902498A1
Application number: DE19792902498
Authority: DE
Inventors: William R Bratten; Walter L Richmond Carpenter; Joel N Helfer; Jun Ludwig Wolf
Original assignee: Baxter Travenol Laboratories Inc
Current assignee: Baxter International Inc
Priority date: 1978-01-23
Filing date: 1979-01-23
Publication date: 1979-07-26
Also published as: AU526360B2; DD141456A5; SE441414B; JPS54112597A; ES477079A1; YU14879A; FR2414921B1; PL212927A1; GB2012594B; NL7900505A; ES484630A1; BR7900368A; AU4312879A; HU182847B; FR2414921A1; GB2012594A; GB2022458B; MX146781A; GB2022458A; SE7900542L

Description

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel . Patentanwälte

- i - Registered Representatives

before the European Patent Office

Baxter Travenol Laboratories, Inc./ ...... . „ „_

Mohistraße 37

Deerfield, 111., V.St.A. D-8000 München

Tel.: 089/987085-87 TeIex:05298U2hnkld Telegramme ellipsoid

% Jan, 1979

ΛΟ-779

Membrandiffusionsvorrichtung für Blutdiffusionssysteme

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Membrandiffusionsvorrichtung für Blutdiffusionssysterne.

Membranoxygenatoren werden derzeit verbreitet in sog. Herz/Lungen-Maschinen verwendet, um Atmung und Blutkreislauf des Patienten bei Operationen am freigelegten Herzen und dergleichen aufrechtzuerhalten.

Es ist auch bekannt, bei Blutoxygenatoren einen eingebauten Wärmetauscher vorzusehen, um eine zweckmäßige Temperaturregelung des oxygenierten Bluts zu erlauben (vergl. z.B. US-PS 3 998 593).

Bei Diffusionssystemen für Blut, wie Oxygenatoren, sollte der Druckabfall in der Blutströmungsbahn vom Anfang bis zum Ende des Systems vorzugsweise möglichst klein sein. Außerdem sollten die Vermischungs- und Strömungseigenschaften des Bluts möglichst gut sein, um optimale Oxygenie-

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— fi- bzw. Sauerstoffanreichungs- und Wärmeaustauscheigenschaften zu gewährleisten.

Insbesondere bei der Membranoxygenierung ist es außerdem sehr wünschenswert, eine höchst wirksame Einrichtung zur Abscheidung von Gasblasen aus dem Blut vor dessen Rückführung zum Patienten vorzusehen. Gasblasen können im Blut infolge eines Loslösens von in der Blutströmungsbahn nach dem Vorfüllen der Vorrichtung eingeschlossenen Luftblasen auftreten; ebenso können Gasblasen während der Operation über die Venenleitung in die Blutströmungsleitung eintreten, was ziemlich häufig der Fall sein kann. Speziell im Fall der Verwendung von porösen, hydrophoben Oxygenierungsmembranen gewährleistet eine hochwirksame Blasenabscheidefunktion in der Vorrichtung einen sicheren Schutz des Patienten vor Blasen, die aufgrund eines Druckanstiegs an der Gasseite der Membran durch die Poren der Oxygenierungsmembran hindurchdringen, obgleich bei einer solchen Anlage auch andere, handelsübliche Sicherheitseinrichtungen vorgesehen sein können.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer integrierten bzw. zu einer Einheit zusammengefaßten Diffusionsanlage für Blut, insbesondere eines Oxygenierungssystems, das einen niedrigen Druckabfall in Verbindung mit einer höchst wirkungsvollen Oxygenierung bzw. Sauerstoffanreicherung und einem sehr wirksamen Wärmeaustausch als Anzeichen für ein gutes Vermischen des Bluts gewährleistet. Vorteilhaft soll dabei der Behälter der Vorrichtung eine sehr wirksame Blasenfalle darstellen, die große Mengen an Gasblasen abzutrennen vermag, welche das Fassungsvermögen von anderen, bisher bei der Membranoxygenierung verwendeten Blasenfallen übersteigen können.

Diese Aufgabe wird bei einer Membrandiffusionsvorrichtung für ein Blutdiffusionssystem erfindungsgeinäß gelöst durch

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erste Blutströmungswege, die in verschachtelter DiffusioiisaustauschbeZiehung zu einer Anzahl zweiter Strömungsmittel-Strömungswege auf gegenüberliegenden Seiten einer halbdurchlässigen Membran angeordnet sind und die jeweils mit einem Einlaß und einem Auslaß in Verbindung stehen, durch einen Wärmetauscher mit Einlaß und Auslaß und mit einer den Auslaß der ersten Strömungswege mit dem Einlaß des Wärmetauschers verbindenden Einrichtung, durch einen starren Behälter mit Einlaß und Auslaß und einer den Auslaß des Wärmetauschers mit dem Behältereinlaß verbindenden Einrichtung zur Festlegung eines Blutströmungskreislaufs durch die Membrandiffusionsvorrichtung, den Wärmetauscher und den Behälter, sowie dadurch, daß der Blutkreislauf senkrecht zu den Richtungen des Blutstroms von Einlauf (Anfang) zum Auslauf (Ende) eine im wesentlichen konstante Breite besitzt.

Der Blutströmungskreis besitzt also senkrecht zur Richtung der Blutströmung eine im wesentlichen konstante Breite von seinem Anfang am Einlaß in der Membrandiffusionsvorrichtung durch den Behälter. Mit anderen Worten: es ist keine Verengung der Blutströmungsbahn zu einer Rohrleitung zwischen der Membrandiffusionsvorrichtung und dem Wärmetauscher vorhanden, ebensowenig wie zwischen dem Wärmetauscher und dem Behälter. Diese Ausbildung bietet in zwei Fällen Vorteile:

Zum ersten begünstigt das mit weiter Strömungsverteilung in den Wärmetauscher eintretende Blut einen gleichmäßigen Blutstrom durch die einzelnen Strömungswege des Wärmetauschers, der seinerseits beispielsweise von der allgemeinen Art nach der US-PS 3 640 340 sein kann, bei welcher die Wärmetauschereinrichtung eine gewundene Metall-Wärmeaustauschwand bildet, wobei sich der BlutStrömungskreis durch einen ersten Satz von Taschen in der einen Seite der Wärmeaustauschwand erstreckt, während das Wärmeaustauschmedium. durch, die damit verschachtelten Taschen an der anderen Seite der Wärmeaustauschwand fließt.

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Aufgrund der gleichmäßigen und weiten Strömungsstrecke des Bluts über die Gesanttbreite des Wärmetauschers kann die Strömung durch die einzelnen Taschen oder anderen Blutströmungswege des Wärmetauschers vergleichmäßigt werden. Infolgedessen können Unterschiede in der Strömungsverteilung in den Blutströmungswegen des Wärmetauschers vermieden werden. Hierdurch wird wiederum ein verringerter Druckabfall im Wärmetauscher in Verbindung mit einer gleichmäßigen Blutströmung gewährleistet.

Zum zweiten wird durch die unverminderte Breite des Blutstroms vom Wärmetauscher zum Behälter effektiv ein dünnes, turbulenzfreies Blutband gebildet, das vorzugsweise über einen geneigten bzw. schrägen Boden des Behälters zu einer Art einer Blutspeichersäule abwärts fließt; der Behälterauslaß befindet sich dabei am Boden der Säule. Das dünne, breite Band des über den schrägen Behälterboden fließenden Bluts bietet in ihm enthaltenen Blasen genügend Gelegenheit zum Entweichen, während die vergleichsweise ruhige oder stagnierende Blutsäule mit der bodenseitigen Abziehöffnung eine weitere Möglichkeit für eine Blasenbeseitigung bietet. In einem Notfall, in welchem ein großer Blasenanteil in das Blut hineingelangt, können die Blasen somit aus dem im Behälter befindlichen Blut entfernt werden, wobei die Gase über Entlüftungselemente aus dem Behälter entlassen werden.

Erfindungsgemäß wird somit ein sicheres, wirksames Diffusionssystem für Blut, insbesondere ein Oxygenierungssystem, geschaffen, das einen geringen Druckabfall besitzt, die Verwendung einer kleineren Zahl von Pumpen oder solchen mit geringerer Leistung ermöglicht und die Blutzellen geringeren Belastungen unterwirft.

Die Erfindung bietet auch, eine Verbesserung bezüglich der Montage von sog. Zickzackmembran-Oxygenatoren, bei denen ein einstückiges Abstandselement an den jeweiligen, einander gegenüberstehenden Enden der Strömungswege durch

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die Membrantaschen ausgebildet ist, wodurch die Notwendigkeit für ein Abdichtklebeband oder für andere, verhältnismäßig komplexe Maßnahmen zur Abdichtung der Enden des an sich herkömmlich aufgebauten Membranstapels vermieden wird.

Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen, angeformten Abstandhalter kann der gefaltete Membranstape1 bei gleicher oder besserer Zuverlässigkeit der Abdichtung an den Enden wirtschaftlicher zusammengesetzt werden.

Mit der Erfindung wird auch eine Diffusionsvorrichtung für Blut mit einer als Diffusionsmittel dienenden, halbdurchlässigen Membran, die zu einem Stapel in Form einer Vielzahl von Membranlagen gefaltet ist, welche eine Blutströmung über eine Vielzahl erster paralleler Strömungswege und eine Strömung eines anderen Strömungsmittels über eine Vielzahl zweiter paralleler Strömungswege zulassen, die zwischen den ersten Strömungswegen angeordnet und durch die Membran von diesen getrennt sind, und mit einer steifen, einstückigen Unterlage, die querverlaufende, im wesentlichen parallele Falz- oder Knicklinien aufweist und längs dieser Knicklinien abschnittsweise gefaltet und in den zweitgenannten Strömungswegen an der einen Seite der Membran angeordnet ist, um die Membranlagen abzustützen, und welche mit auf Abstände verteilten Öffnungen zur Ermöglichung eines Strömungsmitteldurchtritts versehen ist, geschaffen, die gekennzeichnet ist durch an beiden Rändern der steifen Unterlage vorgesehene, seitlich bzw. quer angeordnete Laschen, die nach innen gegen die Innenabschnitte der Unterlage umgefaltet und unter Bildung doppelt dikker Randabschnitte der Unterlage mit dieser verklebt sind, so daß sie an den gegenüberliegenden Membranrändern Abstandhalter und Dichtelemente bilden.

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Vorzugsweise kann die steife, einstückige Unterlage (backing) mit einem dünnen Film eines thermoplastischen Materials, wie Polyäthylen, überzogen sein. Zu einem passenden Zeitpunkt während des Faltvorgangs wird der thermoplastische Überzug auf den Laschen beispielsweise mittels Heißluft erwärmt und dadurch auf den Laschen an der Kante der Unterlage erweicht. Die umgefalteten Laschen können dann an die anderen Abschnitte der Unterlage angepreßt werden, so daß der thermoplastische überzug die Laschen flächig mit dem Rest der Unterlage verklebt.

Wenn die Unterlage zur Bildung des genannten Stapels der Membranlagen mit den zwischengefügten Unterlageteilen längs der querverlaufenden Falz- oder Knicklinien (score lines) gefaltet wird, stellen somit die doppelte Dicke besitzenden Ränder der Unterlage Abstandhalter und Dichtmittel längs dieser Ränder her.

Die Unterlage wird vorzugsweise vor dem Falten an zwischen den auf Abstand stehenden Öffnungen in der Unterlage befindlichen Stellen mit Abstandhaltern belegt. Sodann wird auf die Unterlage und die Abstandhalter eine Diffusionsmembran mit solcher Breite und in solcher Anordnung aufgelegt, daß sie über die Abstandhalter und die Öffnungen zu liegen kommt. Hierauf können Unterlage, Abstandhalter und Membran in gewundene, gefaltete Abschnitte zusammengelegt werden, wobei das Falten längs der Knicklinien erfolgt. Auf diese Weise wird ein Diffusionsmembranstapel mit ineinander verschachtelten Unterlagen- und Membrantaschen gebildet, wobei die umgefalteten Laschen als Dichtelemente mit - im Vergleich zum Rest des Stapels - vergrößerter Dikke dienen, so daß beim Einsetzen des Stapels in ein eng anliegendes Gehäuse eine Abdichtung an den gegenüberliegenden Rändern des Stapels hergestellt wird.

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Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Membrandiffusionsvorrichtung für die Oxygenierung bzw. Sauerstoffanreichung von Blut,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1, um 90° um ihre Hochachse verdreht,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Strömungshülle bzw. -tasche (flow envelope) zur Veranschaulichung eines Teils der Sauerstoff- und Blutströmungsbahn im Inneren der Membrandiffusionsvorrichtung gemäß Fig. 1

Fig. 4 eine Aufsicht auf die Membranunterlage und die zugeordneten Teile, die zur Festlegung der verschiedenen Strömungstaschen der Vorrichtung nach Fig. 1 dienen,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung nach Fig. 1 und

Fig. 6 einen Teilschnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 2.

Das in den Figuren dargestellte Diffusionssystem 10 umfaßt eine Membrandiffusionsvorrichtung 12, die im wesentlichen gemäß den US-PSen 3 879 293 und 3 757 955 aufgebaut sein kann.

Die Membrandiffusionsvorrichtung bzw. der Oxygenator 12 umfaßt eine poröse, hydrophobe Membran, etwa aus Polypropylen, die winzige Poren im Untermikronbereich (Größe unter 1 μπι) besitzt, welche Gas ohne weiteres durch die Membran hindurchtreten lassen, Blutflüssigkeit jedoch zurückhalten.

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Die Membran 14 ist auf die in den genannten US-PSen beschriebene Weise zu einer Vielzahl von (vorzugsweise etwa 75) getrennten Strömungshüllen bzw. -taschen 16 zusammengelegt, wobei sie auf eine flache Unterlage 18 aufgelegt ist, die vorzugsweise aus mit Polyäthylen oder einem ähnlichen thermoplastischen Material behandeltem Karton besteht.

Bei der dargestellten Ausführungsform wird ein Streifen eines Maschen— oder Siebmaterials 20 (screening) auf die Karton-Unterlage 18 gelegt, worauf die Membran 14 auf die Unterlage gelegt und letztere längs Falzlinien 24 gemäß den genannten US-PSen in einer Reihe von Tafeln 22 zu einer Folge von (Zickzack-)Windungen (convolutions) gefaltet wird, um die miteinander verbundenen Hüllen bzw. Taschen 16 auszubilden. Die Blutbahn verläuft dabei zwischen Abschnitten der Membran 14 in jeder Tasche 16 von deren einem Rand 31 zum anderen Rand 33, während die Sauerstoff Strömungsbahn mit zwischengefügtem Siebmaterial 20 zwischen den Unterlagenabschnitten 22 und einem Membranabschnitt 14 liegt.

In die Blutbahn der einzelnen, miteinander verbundenen Taschen 16 kann weiteres Maschen- oder Siebmaterial 26 eingesetzt werden.

Die Unterlage 18 weist längsverlaufende Ausschnitte 28 auf, in denen Abschnitte benachbarter Tafeln 22 gemäß Fig. 20 bis 22 der US-PS 3 757 955 unter Bildung zusammenhängender Verteilerströmungsdurchgänge miteinander, zusammenwirken können, um die Strömung von gasförmigem Sauerstoff und Blut in jede und aus jeder Hülle zu begünstigen.

An den Rändern der Unterlage 18 sind zusätzliche Laschen 30 vorgesehen, die längs Falzlinien 32 nach innen umfaltbar sind, um an den Enden jeder Hülle eine Abdichtung

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herzustellen. Das Kartonmaterial der Unterlage 18 kann mit einem einen vergleichsweise niedrigen Schmelzpunkt besitzenden Polyäthylen oder dergleichen Material beschichtet sein, so daß die Laschen 30 durch Anschmelzen dieses Materials verschweißt und somit in ihrer umgefalteten Lage verklebt und abgedichtet werden können. Die Seitenkanten der Unterlage 18 können mit einem doppelseitig klebenden Klebeband überzogen sein. Das vergleichsweise schmale Siebmaterial 2 0 wird zwischen die mit Klebeband versehenen Kanten eingelegt. Sodann wird die Membran 14 aufgelegt, wobei ihre Ränder am Klebeband haften. Die Anordnung wird hierauf längs der Falzlinien 24 harmonikaartig gefaltet, wobei Siebmaterial 26 in die dabei gebildeten, miteinander verbundenen Hüllen oder Taschen 16 eingefügt werden kann. Beim Palten der Anordnung können zur Verbesserung der Abdichtung Wülste eines RTV-Dichtmittels (RTV sealant) längs der Membranränder aufgetragen werden.

Das (thermische) Verschweißen kann einfach dadurch erfolgen, daß Heißluft gegen die Laschen 30 und die Ränder der Unterlage 18 geblasen wird, um die Polyäthylenbeschichtung anzuschmelzen. Die gefaltete Karton-Unterlage 18 kann dabei durch den Heißluftstrahl geführt werden, worauf die gefalteten Laschen 30 nach unten gegen die restlichen Abschnitte der Unterlage 18 gedrückt werden, um nach dem Abkühlen des Polyäthylens zusammenzukleben.

Durch das beschriebene Verfahren wird die Notwendigkeit für die Verwendung von Klebeband bzw. Klebstreifen zur Herstellung der Endabstandhalter und Abdichtungen bzw. Klebstellen der geformten Hüllen oder Taschen vermieden; außerdem wird dadurch die im allgemeinen manuelle Arbeitsweise durch ein Verfahren ersetzt, das voll automatisierbar ist.

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Wahlweise kann anstelle der Heißluft ein Klebmittel aufgesprüht werden, um auf diese Weise die Laschen 30 mit dem Hauptteil der Unterlage 18 zu verkleben.

Darüber hinaus können mittels des Heißluftstrahls auch die Maschen- oder Siebmaterialstücke 20 mit dem Karton verklebt werden, indem dabei das Polyäthylen im Mittelbereich der Kartontafeln oder aber gewünschtenfalls die Siebmaterialstücke angeschmolzen werden.

Gemäß Fig. 4 ist das Siebmaterial 20 vorzugsweise so bemessen, daß es zwischen gegenüberliegenden, voneinander entfernten, längsverlaufenden Ausschnitten bzw. Öffnungen 28 an den beiden Rändern der Unterlage 18 zu liegen kommt. Hierdurch wird ein Verschließen der Öffnungen bzw. Ausschnitte 28 durch das Siebmaterial 2 0 verhindert. Ebenso sind die Laschen 30 vorzugsweise so bemessen, daß sie die Ausschnitte 28 nicht übergreifen. Andererseits besitzt die Membran 14, die nach dem Siebmaterial 2 0 auf die Unterlage aufgelegt wird, gemäß Fig. 4 vorteilhaft eine Breite, welche nahezu derjenigen der Unterlage 18 nach dem Einklappen der Laschen 30 entspricht, um dadurch das Verkleben der Ränder der Membran 14 zu erleichtern.

Die erfindungsgemäße Stapelanordnung aus der halbdurchlässigen Membran und der Unterlagen, durch welche die einzelnen Hüllen bzw. Taschen 16 gebildet werden, kann nach einem kontinuierlichen, automatisierten Verfahren zusammengesetzt werden, bei dem Materialrollen der Unterlage 18, des Siebmaterials 2o und der Membran 14 verwendet werden und übliche Transportrollen oder dergleichen für die Steuerung des Vorschubs der Anordnung vorgesehen sind.

Der einheitliche Stapel mit den miteinander verbundenen Hüllen bzw. Taschen 16 wird, im wesentlichen in Übereinstimmung mit der US-PS 3 879 293, in einen durch einen Deckel 36 verschließbaren Kanister bzw. Behälter 34 eingesetzt, der

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so bemessen ist, daß er fest an die umgefalteten Laschen 30 im Stapel andrückt und gegen ihre Enden abdichtet.

Ein mit einem Sauerstoffvorrat verbindbarer Gaseinlaß 3 5 dient zur Zufuhr des gasförmigen Sauerstoffs über eine Gas-Einlaßöffnung 37, um das Gas durch den Hüllen- oder Taschenstapel strömen zu lassen. Das über eine Gas-Auslaßöffnung 39 aus der Vorrichtung ausströmende Gas wird über einen Gasauslaß(stutzen) 38 aus der Vorrichtung abgeführt.

Ein Bluteinlaß 40 (Fig. 2) in Form einer weiten oder breiten Öffnung nimmt das Blut von einer lotrecht verlaufenden Leitung 42 ab, die mit einer Einrichtung zur Verbindung mit einer flexiblen Leitung versehen ist, über welche Venenblut vom Patienten abgenommen wird. Mit dem Bluteinlaß 4 0 steht ein Anschluß 44 in Verbindung, der während der Operation mit einem Herzschnittabsauger verbunden sein kann.

Zweck der lotrecht verlaufenden Leitung 42 ist es, bei mit Blut gefüllter Leitung 42 ständig einen bestimmten Stauoder Falldruck im Oxygenator 12 aufrechtzuerhalten.

Das Blut strömt über die breite Einlaßöffnung 40, die sich gemäß Fig. 2 im wesentlichen über die Gesamtbreite des Oxygenators erstreckt, in letzteren ein, um dann in Richtung der Pfeile 46 in die miteinander verbunden Hüllen oder Taschen 16 zu strömen und dann in breiter Verteilung in Richtung der Pfeile 48 die Länge der Hüllen oder Taschen zu durchströmen. Zum Austragen des Bluts an den anderen Enden der Taschen 16 strömt das Blut in Richtung der Pfeile 50 aus den Taschen heraus, um über den breiten Blutauslaß 52 abgezogen zu werden, der unmittelbar mit einem breiten Bluteinlaß 58 eines Wärmetauschers 54 in Verbindung steht.

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Die Blutströmungsbahn, durch den Wärmetauscher 54 besitzt dieselbe Breite wie die Strömungsbahn im Oxygenator 12, und zwar in einer Richtung senkrecht zu den Richtungen 48, 50 und 54, wie speziell aus Fig. 2 ersichtlich. Diese Breite entspricht der Breite der betreffenden Blutströmungsbahnen durch die Taschen 16, durch den Auslaßschlitz 52 des Oxygenators und den Einlaßschlitz 58 des Wärmetauschers .

Der Wärmetauscher 54 ähnelt dem Faltwand-Wärmetauscher gemäß der US-PS 3 640 340. Der Wärmetauscher 54 enthält jedoch vorzugsweise etwa 58 Taschen oder Blutkanäle 59 in seiner gewundenen bzw. gefalteten Wand, so daß er im Vergleich zum bekannten Wärmetauscher eine erheblich vergrößerte Breite und einen wesentlich verringerten Strömungswiderstand besitzt. Die Blutkanäle 59 des Wärmetauschers 54 sind vorzugsweise frei von Strömungsverteilungssieben oder anderen, den Strömungswiderstand erhöhenden Mitteln, so daß eine gleichmäßigere Strömung in den verschiedenen Strömungskanälen zum Wärmetauscher gewährleistet wird. Dies beruht darauf, daß die großen Anschlußbreiten des Blutauslasses 52 vom Oxygenator 12 und des Bluteinlasses 58 des Wärmetauschers 54 eine ungleichmäßige Strömung in den Strömungskanälen 59 weitgehend verringern, so daß ein solches Sieben zur Verteilung unnötig wird.

Die Blutkanäle 59 im Wärmetauscher können beispielsweise eine Dicke von 1,6 mm, eine Tiefe von 12,7 mm und eine Länge von 108 mm besitzen.

Das Blut strömt aus den Kanälen 59 des Wärmetauschers 54 über einen wiederum eine beträchtliche Breite 56 besitzenden Auslaßschlitz 60 in einen starren Behälter 62, der aus einem durchsichtigen Kunststoff bestehen kann und welcher vom Blut in Form eines breiten, im wesentlichen flachen Bands oder Films durchströmt wird.

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Über einen Einlaß 64 wird Wärmeaustauschlösung in den Wärmetauscher 54 gefördert und über einen Verteiler 66 in die den Blutströmungsbahnen gegenüberliegenden und mit diesen verschachtelten Taschen 68 eingeleitet, die durch die Wärmetauscherwand festgelegt sind und in denen gewünschtenfalls Siebe 69 vorgesehen sein können. Bei der dargestellten Ausführungsform besitzt der Verteiler 66 ebenfalls dieselbe Breite 56 wie die Blutströmungsbahn.

Die verbrauchte Wärmeaustauschlösung tritt aus dem Wärmetauscher 54 in einen ebenfalls die Breite 56 besitzenden Verteiler 68 ein, um von einer Leitung 70 aufgefangen zu werden, die ihrerseits mit einer Abfuhrleitung verbunden ist, über welche die verbrauchte Lösung zu einer geeigneten Temperatüregelvorrichtung geleitet werden kann, um für einen weiteren Durchgang durch den Wärmetauscher 54 erwärmt oder abgekühlt zu werden.

Der Behälter 62 besitzt einen abwärts geneigten Boden 72, auf den das aus dem Auslaß des Wärmetauschers 54 austretende breite Band des oxygenierten und temperaturgeregelten Bluts auffließt. Das Blut fließt dabei in dünner Bandform durch den Auslaß 60 des Wärmetauschers und mit derselben Breite wie am Auslaß 60 durch den Einlaß 61 in den Behälter 62 und über seinen schrägen Boden 72, bis zu einer Blutmasse 74, die in einem lotrechten Rohrschenkel 76 des Behälters 62 enthalten ist.

Gewünschtenfalls kann auf dem Boden 72 ein Blutentschäumungs-Schwammelement in Form einer Kunststoffmatte angeordnet sein, um eine Blasenabtrennung und eine gleichmässige Strömung zu begünstigen.

Der Auslaß 78 vom Behälter, der sich an der Unterseite des lotrechten Rohrschenkeis 76 befindet, kann mit einer Arterienleitung zur Rückförderung des Bluts zum Patienten verbunden sein.

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Während das Blut in Form des dünnen Bands über den schrägen Boden 72 nach unten strömt, besteht somit ausreichend Gelegenheit für ein Trennen von kleinsten Bläschen vom Blut, bevor dieses die vergleichsweise ruhende Blutmasse 74 erreicht, in welcher ebenfalls eine Blasenabscheidung erfolgen kann.

Vorteilhaft werden Einlauf- und Auslauf-Strömungsmenge des Bluts durch die erfindungsgemäße Diffusionsvorrichtung so eingestellt, daß der Spiegel der Blutmasse 74, wie dargestellt, geringfügig über den lotrechten Rohrschenkel 76 überströmt, so daß das Blut eine große Strömungsstrecke über den Boden 72 zurücklegen muß und die Blutmasse 74 ohne übermäßige, blasenerzeugende Turbulenz erreicht.

Vorzugsweise beträgt die größte Tiefe 63 des Behälters 62 neben dem Rohrschenkel 76 nicht mehr als die Hälfte der Breite 56.

Die" Gasblasen können durch in der Oberseite des Behälters 62 vorgesehene Entlüftungsöffnungen 78 entweichen, die vorzugsweise durch ein mikroporöses, hydrophobes Material mit einer effektiven Porengröße von höchstens etwa 5 um, z.B. Polypropylenpapier oder dergleichen, verschlossen sind. Auf diese Weise können Gase aus dem Behälter 62 abgelassen werden, während ein Eintritt von Verunreinigungen über die Entlüftungsöffnungen 78 in den Behälter verhindert wird.

Eine Nebenschluß- oder Umgehungsleitung 80 besteht vorteilhaft aus einem flexiblen Rohr oder Schlauch mit an den Enden vorgesehenen starren Anschlußstücken 82, 84, die ihrerseits mit dem Bluteinlaß 40 des Oxygenators bzw. mit dem unteren Ende des lotrechten Rohrschenkels 76 des Behälters 62 verbunden sind. Die Nebenschlußleitung 80 ist normalerweise durch eine Gefäßklemme oder dergleichen abge-

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klemmt. Nach Abschluß des Oxygenierungsvorgangs kann diese Leitung jedoch geöffnet werden, um das vollständige Ausfließen des Bluts aus der Diffusionsvorrichtung über den Auslaß 78 zu erleichtern.

Der Oxygenator 12 kann zweckmäßig so ausgebildet sein, daß die Blutströmungswege der Hüllen bzw. Taschen 16 eLwa 108 mm lang, 0,64 mm dick (Fig. 2) und 152,4 mm tief (Fig. 1) sind, um auf diese Weise die erforderliche Membranoberfläche zur Verfügung zu stellen, welche dem Beatmungsbedarf eines erwachsenen Patienten genügt.

Die Breite 56 kann 190,5 mm betragen, so daß ein System mit außerordentlich geringem Druckabfall, gleichmäßiger Strömung und höchst wirksamer Oxygenierungs- und Temperaturregelleistung geboten wird. Der Behälter 6 2 kann ebenfalls eine Breite von 190,5 mm besitzen, so daß ihn der bandförmige Blutstrom turbulenzfrei durchströmen kann und Gasbläschen auf dem schrägen Boden 72 abgetrennt werden können.

Selbstverständlich ist die Erfindung keineswegs auf die dargestellte und beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern zahlreichen Änderungen und Abwandlungen zugänglich.

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Claims

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel Patentanwälte

Registered Representatives

before the

European Patent Office

Baxter Travenol Laboratories, Inc. Möhlstraße 37

„. , ,, D-8000 München 80

Deerfield, 111., V.St.A.

Tel.: 089/982085-87

Telex: 05 29 802 hnkj d

Telegramme: ellipsoid

23. Jan. 1979

AO-779

Membrandiffusionsvorrichtung für Blutdiffusions-

systeme

Patentansprüche

Membrandiffusionsvorrichtung für ein Blutdiffusionssystem, gekennzeichnet durch erste Blutströmungswege (16), die in verschachtelter Diffusionsaustauschbeziehung zu einer Anzahl zweiter Strömungsmittel-Strömungswege auf gegenüberliegenden Seiten einer halbdurchlässigen Membran (14) angeordnet sind und die jeweils mit einem Einlaß und einem Auslaß in Verbindung stehen, durch einen Wärmetauscher (54) mit Einlaß und Auslaß und mit einer den Auslaß der ersten Strömungswege mit dem Einlaß des Wärmetauschers verbindenden Einrichtung, durch einen starren Behälter (62) mit Einlaß und Auslaß und einer den Auslaß des Wärmetauschers (54) mit dem Behältereinlaß verbindenden Einrichtung zur Festlegung eines Blutströmungskreislaufs durch die Membrandiffusionsvorrichtung, den Wärmetauscher und den Behälter, sowie dadurch, daß der Blutkreislauf senkrecht zu den Richtungen des Blutstroms von Einlauf (Anfang) zum Auslauf (Ende) eine im wesentlichen konstante Breite besitzt.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Breite mindestens doppelt so groß ist wie die Tiefe des Blut(strömungs)kreislaufs durch den Wärmetauscher .
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter einen vom Behältereinlaß aus schräg nach unten geneigten Boden besitzt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter an seinem von seinem Einlaß entfernten Ende einen im wesentlichen lotrechten, rohrförmigen Kanal- oder Leitungsabschnitt aufweist, an dessen Unterseite der Behälterauslaß angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher eine gewundene Metall-Wärmeaustauschwand aufweist, daß der Blutkreislauf durch einen ersten Satz von Taschen an der einen Seite dieser Wand verläuft und daß der Auslaß des Wärmetauschers im Betrieb in einer Lage lotrecht über der Membrandiffusionsvorrichtung ausrichtbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Oxygenator für Blut darstellt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine abklemmbare Blut-Nebenschlußleitung vorgesehen ist, die zwischen dem Blutweg-Einlaß der Membrandiffusionsvorrichtung und dem Behälter-Auslaß verläuft.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine lotrecht angeordnete Blutleitung vorgesehen ist, die mit dem Blutweg-Einlaß der Membrandiffusionsvorrichtung kommuniziert.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die größte Tiefe des Behälters an einer von der im wesentlichen lotrechten Rohrleitung (76) entfernten bzw. neben dieser gelegenen Stelle nicht mehr als die Hälfte der Breite des Blutkreislaufs durch den Behälter beträgt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Taschen des Wärmetauschers, durch welche der Blut-(strömungs)kreislauf verläuft, frei'sind von Siebelementen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der starre Behälter in einem oberen Bereich desselben zur Außenseite hin entlüftet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsöffnungen mit einem porösen, hydrophoben Material mit Poren mit einem effektiven Durchmesser von praktisch nicht größer als 5 μπι verschlossen sind, um einen Austritt von Gasen zuzulassen, ein Eindringen von Verunreinigungen von außen her in den Behälter jedoch zu verhindern.
13. Diffusionsvorrichtung für Blut, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer als Diffusionsmittel dienenden, halbdurchlässigen Membran, die zu einem Stapel in Form einer Vielzahl von Membranlagen gefaltet ist, welche eine Blutströmung über eine Vielzahl erster paralleler Strömungswege und eine Strömung eines anderen Strömungsmittels über eine Vielzahl zweiter paralleler Strömungswege zulassen, die zwischen den ersten Strömungswegen angeordnet und durch die Membran von diesen getrennt sind, und mit einer steifen, einstückigen Unterlage, die querverlaufende, im wesentlichen parallele Falzoder Knicklinien aufweist und längs dieser Knicklinien abschnittsweise gefaltet und in den zweitgenannten Strömungs-

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wegen an der einen Seite der Membran angeordnet ist, um die Membranlagen abzustützen, und welche mit auf Abstände verteilten Öffnungen zur Ermöglichung eines Strömungsmitteldurchtritts versehen ist, gekennzeichnet durch an beiden Rändern der steifen Unterlage vorgesehene, seitlich bzw. quer angeordnete Laschen, die nach innen gegen die Innenabschnitte der Unterlage umgefaltet und unter Bildung doppelt dicker Randabschnitte der Unterlage mit dieser verklebt sind, so daß sie an den gegenüberliegenden Membranrändern Abstandhalter und Dichtelemente bilden.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalter zwischen der Unterlage und der Membran angeordnet sind, so daß sie eine Flüssigkeitsströmung zwischen beiden begünstigen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalter die steife, einstückige Unterlage jeweils zwischen den Öffnungen überlappen und daß die Unterlage und die Abstandhalter ihrerseits mit der halbdurchlässigen Membran belegt sind, die so breit und so ausgerichtet ist, daß sie die Abstandhalter und die Öffnungen überlappt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die gefaltete Unterlage, die Abstandhalter und die Membran in einem eng an dieser Anordnung anliegenden Gehäuse untergebracht sind, wobei die durch die umgefalteten Laschen gebildeten Abstandhalter und Dichtelemente im Vergleich zum Rest des gefalteten Stapels einer erhöhten Zusammendrückung unterworfen sind.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Laschen so bemessen sind, daß sie die Öffnungen in der Unterlage nicht bedecken.

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18. Verfahren zur Behandlung einer steifen, einstückigen, mit einem thermoplastischen Material beschichteten Unterlage, die mit querverlaufenden, im wesentlichen parallelen Falz- oder Knicklinien sowie mit auf Abstände verteilten Öffnungen zur Ermöglichung einer Flüssigkeitsströmung durch das Diffusionssystem versehen ist, nach dem Falten zu einer gewundenen Anordnung mit einer flexiblen, halbdurchlässigen Membran, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der steifen Unterlage nach innen umgefaltet werden, um an ihren Rändern eine doppelte Dicke der Unterlage festlegende, überlappende Laschen zu bilden, daß der thermoplastische Überzug auf den Laschen am Rand der Unterlage thermisch erweicht bzw, angeschmolzen wird und daß die umgefalteten Laschen gegen den restlichen Teil der Unterlage angepreßt werden, so daß die Laschen mittels des thermoplastischen Überzugs flächig mit den angrenzenden Bereichen der Unterlage verklebt und dabei an den Rändern der Unterlage Abstandhalte-Dichtelemente festgelegt werden.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage anschließend in Bereichen zwischen den auf Abstände verteilten Öffnungen mit Abstandhaltern belegt wird, daß hierauf auf die Unterlage und die Abstandhalter eine Diffusionsmembran mit solcher Breite und in sol-

■ eher Anordnung aufgelegt wird, daß sie die Abstandhalter und die Öffnungen überlappt bzw. bedeckt, und daß sodann die Unterlage mit den Abstandhaltern und der Membran durch Umfalten längs der im wesentlichen parallelen Falzoder Knicklinien zu (bzw. zickzackförmig verlaufenden) gefalteten Abschnitten zusammengelegt wird, welche einen Diffusionsmembranstapel bilden, wobei die Laschen Dichtelemente mit im Vergleich zum Rest des Stapels vergrößerter Dicke bilden, so daß beim Einsetzen des Stapels in ein eng anliegendes Gehäuse eine Abdichtung an den

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gegenüberliegenden Rändern des Stapels hergestellt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Laschen so bemessen sind, daß sie die Öffnungen der Unterlage nicht überlappen.

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