DE3142751A1

DE3142751A1 - Membrane oxygenator

Info

Publication number: DE3142751A1
Application number: DE19813142751
Authority: DE
Inventors: Katsuyuki Tokyo Kuwana; Hikaru Kawasaki Kanagawa Nakanishi
Original assignee: Senko Medical Instrument Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Senko Medical Instrument Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1980-10-28
Filing date: 1981-10-28
Publication date: 1982-06-09

Abstract

Membrane oxygenator which achieves a high degree of efficiency of gas exchange and is easily controlled in order to achieve the required extent of gas exchange. Stirring means located inside a housing in which a multitude of capillary tubes are arranged are employed for forcing the gas to increase the gas exchange. Pressure control means for setting the gas pressure inside the housing are employed for easy control of the degree of efficiency of the gas exchange. The pressure control means are mounted in the vicinity of an outlet orifice in the housing. Temperature control means are provided inside the housing for simultaneously carrying out the gas exchange and the temperature control in the oxygenator. The three novel means can be used in combinations in the same oxygenator.

Description

Bezeichnung derdescription of

Erfindung: Membran-Oxygenator Beschreibung: Die Erfindung bezieht sich auf Blut-Oxygenatoren und insbesondere auf Membran-Oxygenatoren.Invention: Membrane Oxygenator Description: The invention relates to focus on blood oxygenators and, in particular, membrane oxygenators.

Bei den für den extrakorporalen Kreislauf verwendeten Blut-Oxygenatoren findet man etwa vier Arten. Einmal den Schaum-Oxygenator bei dem das Blut dadurch mit Sauerstoff beladen wird, daß es direkt mit vielen Schaumblasen eines Sauerstoffgases in Berührung gebracht wird. Zum anderen den Scheiben-Oxygenator, auf dessen Scheibenoberfläche zur Erzeugung des Gasaustausches ein dünner Blutfilm gebildet wird. Darüberhinaus gibt es den Gitter-Oxygenator bei dem das Blut, während es entlang einer vertikalen Gitteroberfläche herabfließt, oxygeniert wird. Schließlich den Membran-Oxygenator bei dem das Blut durch eine Membran, die z.B. aus Silikon hergestellt ist, mit Sauerstoff beladen wird und ein Gasaustausch ähnlich wie bei der menschlichen Lunge selbst stattfindet. Eine typische Konstruktion eines derartigen Membran-Oxygenators wird in Fig. 1 dargestellt und dient der Erläuterung des Arbeitsprinzips.With the blood oxygenators used for the extracorporeal circulation there are about four species. Once the foam oxygenator in which the blood flows through it is loaded with oxygen that it is directly with many foam bubbles of an oxygen gas is brought into contact. On the other hand, there is the disk oxygenator on the surface of the disk a thin blood film is formed to generate the gas exchange. Furthermore there is the lattice oxygenator in which the blood is drawn while it is along a vertical Lattice surface flows down, is oxygenated. Finally the membrane oxygenator in which the blood is oxygenated through a membrane made of silicone, for example loaded and a gas exchange similar to that of human Lung itself takes place. A typical construction of such a membrane oxygenator is shown in Fig. 1 and serves to explain the operating principle.

In Fig. 1 ist eine Vielzahl von Kapillarröhrchen, die mit dem Bezugszeichen 1 versehen sind, für den Bluttransport vorgesehen, wobei die Kapillarröhrchen aus einem membranähnlichen Stoff, wie z.B. Silikongummi, hergestellt sind, der dünn genug ist um eine Sauerstoff- und Kohlendioxidübertragung zu ermöglichen. Die Kapillarröhrchen 1 sind an jedem ihrer Enden in Sockel 2,2 eingesetzt, wobei die Sockel 2,2 an entsprechenden Hauben 4,4 befestigt sind, die eine im wesentlichen konische Form besitzen und mit Ein- und Auslässen 5,5 versehen sind. Die Kapillarröhrchen sind auf flüssigkeitsdichte Weise in den Sockeln 2,2 befestigt und besitzen freiliegende oder offene Enden, damit von dem Einlaß 5 durch das Innere der Kapillarröhrchen 1 zum Auslaß 5 am gegenüberliegenden Ende der Kapillarröhrchen 1 ein Durchfluß stattfinden kann, der durch den Pfeil in Fig. 1 dargestellt ist. Die somit zwischen den beiden Sockeln 2,2 angebrachten Kapillarröhrchen befinden sich im wesentlichen in der Mitte des Gehäuses 3, an dem die Hauben 4,4 fest angebracht sind, wobei sich die Öffnungen 5,5 davon nach außen für Perfusionen erstrecken. Das Gehäuse 3 ist mit einer Gaseinlaß- und -auslaßöffnung 6,6 versehen, damit ein Gas wie z.B. Sauerstoff, ein Sauerstoff-Luft-Gemisch, ein Sauerstoff-Kohlendioxid-Gemisch o.ä. durch die Gaseinlaßöffnung 6 eingelassen und über die Gasauslaßöffnung 6 abgegeben werden kann, wie durch die Pfeile in Fig. 1 dargestellt wird. Das in das Gehäuse 3 eingeführte Gas fließt zur Gasauslaßöffnung 6, indem sie durch die durch benachbarte Kapillarröhrchen 1 gebildeten Zwischenräume fließt.In Fig. 1 is a plurality of capillary tubes, denoted by the reference numeral 1 are provided, intended for blood transport, the capillary tubes from a membrane-like material such as silicone rubber, which is thin is enough to allow oxygen and carbon dioxide transfer. The capillary tubes 1 are inserted into base 2.2 at each of their ends, with base 2.2 on corresponding ones Hoods 4,4 are attached, which have a substantially conical shape and with Inlets and outlets 5.5 are provided. The capillary tubes are liquid-tight Way fixed in the sockets 2.2 and have exposed or open ends, thus from the inlet 5 through the interior of the capillary tube 1 to the outlet 5 on the opposite At the end of the capillary tube 1, a flow can take place which is indicated by the arrow is shown in FIG. The thus attached between the two sockets 2.2 Capillary tubes are located essentially in the middle of the housing 3 on which the hoods 4.4 are firmly attached, with the openings 5.5 extending outwards therefrom for perfusions extend. The housing 3 is equipped with a gas inlet and outlet opening 6,6 so that a gas such as oxygen, an oxygen-air mixture, an oxygen-carbon dioxide mixture or the like is admitted through the gas inlet opening 6 and can be discharged via the gas outlet opening 6, as indicated by the arrows in Fig. 1 is shown. The gas introduced into the housing 3 flows to the gas discharge port 6 by moving through the spaces formed by adjacent capillary tubes 1 flows.

Menschliches venöses Blut, das in den Einlaß 5 durch eine nicht gezeigte Pumpe befördert wird, wird in jedes Kapillarröhrchen 1 verteilt, während das Gas über die Einlaßöffnung 6 in die zwischen jedem Kapillarröhrchen befindlichen Zwischenräume eingeführt wird. Das durch die Kapillarröhrchen 1 fließende venöse Blut wird einem Gasaustausch unterworfen unter dem Einfluß des außerhalb der Membran jedes Kapillarröhrchens 1 fließenden Gases und somit wird das venöse Blut in arterialisiertes Blut verwandelt. Nach der Oxygenierung wird das übrige Gas durch die Ausgangsöffnung 6 abgegeben.Human venous blood that enters the inlet 5 through a not shown Pump is delivered, is distributed into each capillary tube 1, while the gas via the inlet opening 6 into the spaces between each capillary tube is introduced. The venous blood flowing through the capillary tube 1 becomes a Subjected to gas exchange under the influence of the outside of the membrane of each capillary tube 1 flowing gas and thus the venous blood is transformed into arterialized blood. After the oxygenation, the remaining gas is released through the outlet opening 6.

Die oben beschriebenen Membran-Oxygenatoren werden weitgehend für den extrakorporalen Kreislauf verwendet. Der Membran-Oxygenator hat jedoch einige Nachteile, die bisher bei der Verwendung in der Praxis auftauchten.The membrane oxygenators described above are largely used for uses the extracorporeal circuit. The membrane oxygenator has a few, however Cons that so far emerged during use in practice.

Aufgrund der Kondensierung von im Gas befindlichen Wasser kann leicht ein dünner Wasserfilm auf der Membran der Kapillarröhrchen 1 entstehen, was zu einem verringerten Wirkungsgrad des Gasaustausches führt.Due to the condensation of water in the gas can easily a thin film of water on the membrane of the capillary tube 1 is created, resulting in a reduced efficiency of the gas exchange leads.

Einem innerhalb des Gehäuses 3 stattfindenden Gasfluß fehlt Gleichförmigkeit hinsichtlich Dichte und Geschwindigkeit. Desweiteren ist es praktisch schwer durchführbar alle Kapillarröhrchen 1 mit gleicher und ausreichender Spannung zwischen den Sockeln 2,2 anzubringen, sodaß die Zwischenräume um die benachbarten Kapillarröhrchen 1 nicht miteinander gleichmäßig gehalten werden können. Das heißt aber, daß einige Abschnitte der Zwischenräume das Gas glatt abgeben können, während andere Abschnitte den glatten Durchfluß des Gases behindern. Dies führt wiederum zu einem niedrigen Wirkungsgrad des Gasaustausches.A gas flow taking place within the housing 3 lacks uniformity in terms of density and speed. Furthermore, it is difficult to do in practice all capillary tubes 1 with equal and sufficient tension between the bases 2.2 to be attached so that the spaces around the adjacent capillary tubes 1 cannot be held evenly with each other. But that means that some Sections of the gaps can release the gas smoothly, while other sections impede the smooth flow of the gas. This in turn leads to a low Efficiency of gas exchange.

Bis jetzt wurde noch kein einfaches und wirkungsvolles Steuerverfahren für die Oxygenierung geschaffen.Up to now there has not been a simple and effective control method created for oxygenation.

Bei Perfusionen ist eine Temperatursteuerung des Blutes ein wichtiger Schritt. Viele Versuche zur Steuerung der Bluttemperatur wurden bisher unternommen. Ein Beispiel für eine Steuerung ist der sogenannte Depot-Oxygenator (storage type oxygenator), bei dem eine Heiz- oder Kühlvorrichtung, die ein Steuermittel, wie z.B. Wasser, verwendet, innerhalb des Oxygenators angeordnet ist, wobei ein Trennungsstoff zwischen dem Blut und dem Steuermittel vorgesehen ist. In diesem Fall können Nachteile dadurch entstehen, daß ein möglicher Wasserausfluß durch das Steuermittel in das Blut zu einer Hämolyse führt. Ein anderes Beispiel ist der Typ, bei dem sich ein Wärmetauscher beim Perfusionskreis außerhalb des Oxygenators befindet. Die Nachteile, die eine derartige Oxygenierung begleiten liegen darin, daß die Blutmenge, die für die Perfusion erforderlich ist, erhöht wird und daß die Gesamtlänge des Perfusionskreises verlängert wird, sodaß die Gefahr von Bluttraumen während des Kreislaufes in dem langen Kreis besteht und darüberhinaus kann sie nicht bei einem Kind oder Säugling aufgrund der geringen zur Verfügung stehenden Blutmenge verwendet werden. Sie besitzt auch die Nachteile eines möglichen Auslaufens, der Abkoppelung o.ä. aufgrund der Hinzufügung des Wärmetauschers außerhalb des Oxygenators in dem Perfusionskreis.In the case of perfusions, temperature control of the blood is important Step. Many attempts to control the Blood temperature were undertaken so far. An example of a control is the so-called depot oxygenator (storage type oxygenator), in which a heating or cooling device, which is a control means, such as water, is located within the oxygenator, with a Separation substance is provided between the blood and the control means. In this In this case, disadvantages can arise from the fact that a possible water leakage through the Control agent in the blood leads to hemolysis. Another example is the guy in which there is a heat exchanger in the perfusion circuit outside the oxygenator. The disadvantages that accompany such oxygenation are that the amount of blood, which is required for perfusion is increased and that the total length of the The perfusion circle is lengthened, so that there is a risk of blood trauma during the Circuit exists in the long circle and beyond that it cannot with one Child or infant due to the small amount of blood available will. It also has the disadvantages of possible leakage, the uncoupling or the like due to the addition of the heat exchanger outside the oxygenator in the Perfusion circle.

Somit ist es Aufgabe der Erfindung einen Membran-Oxygenator zu schaffen, bei dem die Bildung eines dünnen Wasserfilms auf der Membran vollständig verhindert wird, ein Gas gleichmäßig durch die gesamte Außenfläche der Membran verbreitet wird und ein wirkungsvoller Gasaustausch erzielt werden kann.It is therefore the object of the invention to create a membrane oxygenator, in which the formation of a thin film of water on the membrane completely prevents a gas from spreading evenly through the entire outer surface of the membrane and an effective gas exchange can be achieved.

Weitere Aufgabe ist es, einen Membran-Oxygenator zu schaffen, bei dem eine leichte und wirkungsvolle Steuerung der Oxygenierung leicht erzielt wird.Another task is to create a membrane oxygenator at which easy and effective control of oxygenation is easily achieved.

Weitere Aufgabe ist es, einen Membran-Oxygenator zu schaffen, bei dem ein Gasaustausch und eine Temperatursteuerung gle#ichzeitig innerhalb des Oxygenators mit der kleinstmöglichen Blutmenge und unter der geringsten Gefahr eines Bluttraumas durchgeführt wird.Another task is to create a membrane oxygenator at gas exchange and temperature control at the same time within the oxygenator with the smallest possible amount of blood and with the least risk of blood trauma is carried out.

Die Erfindung wird bei einem Membran-Oxygenator von der Art angewandt, der aus einer Vielzahl von Kapillarröhrchen und einem Gehäuse besteht. Venöses Blut wird in eine Vielzahl von Kapillarröhrchen geleitet und das Gehäuse ist mit Einlaß- und Auslaßöffnungen für das Ein- und Ausfließen eines Gases versehen, das in einem Gasaustauscher verwendet wird, indem es durch die Zwischenräume zwischen den Kapillarröhrchen fließen muß. Der Membran-Oxygenator gemäß der Erfindung besteht aus der Kombination von Rührmitteln die zwangsläufig das in das Gehäuse eingeführte Gas bewegen, von Drucksteuermitteln, die in der Nähe der Ausgangsöffnung befestigt sind um den Gasdruck innerhalb des Gehäuses einzustellen und von Temperatursteuermitteln, -die so angeordnet sind, daß sie den von den Rührmitteln innerhalb des Gehäuses bewegten Gasfluß empfangen. Aufgrund der Schaffung der Kombination der drei obigen Mittel werden die dem herkömmlichen Membran-Oxygenator eigenen Nachteile vollständig beseitigt. Die Rührmittel sind vorzugsweise ein elektrischer Ventilator und die Temperatursteuermittel sind vorzugsweise ein Widerstand, der elektrisch erregt wird um das Gas innerhalb des Gehäuses zu erhitzen bzw. zu kühlen.The invention is applied to a membrane oxygenator of the type which consists of a large number of capillary tubes and a housing. Venous blood is fed into a number of capillary tubes and the housing is equipped with an inlet and outlet openings for the inflow and outflow of a gas provided in one Gas exchanger is used by passing it through the spaces between the capillary tubes must flow. The membrane oxygenator according to the invention consists of the combination of stirring means which inevitably introduced into the housing Move gas by pressure control means attached near the exit port are to adjust the gas pressure inside the housing and by temperature control means, -which are arranged to be affected by the agitation means inside the housing received moving gas flow. Due to the creation of the combination of the three above Means completely eliminate the disadvantages inherent in the conventional membrane oxygenator eliminated. The stirring means are preferably an electric fan and the Temperature control means are preferably a resistor which is electrically excited to heat or cool the gas inside the housing.

Zwar endet die Beschreibung mit den Ansprüchen, die im einzelnen und genau den Gegenstand beschreiben und in Anspruch nehmen, der als erfinderisch angesehen wird. Dennoch wird davon ausgegangen, daß die Erfindung besser verstanden wird, wenn die folgende genaue Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen in Betracht gezogen wird, in denen die selben Bezugszeichen die entsprechenden Teile in den verschiedenen Ansichten bezeichnen. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Membran-Oxygenators des Stands der Technik; Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Membran-Oxygenators mit einem Ventilator innerhalb eines Gehäuses gemäß der Erfindung; Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Membran-Oxygenators mit einem Ventilator und einer Führungsplatte für einen Gasfluß gemäß der Erfindung; Fig. 4 ein Diagramm, das die Entfernung des Kohlendioxids mit bzw. ohne Verwendung eines Ventilators in dem Gehäuse der Fig. 2 darstellt; Fig. 5 ein Diagramm, das die Abnahme des partiellen Drucks des Kohlendioxids in dem arterialisierten Blut bei bzw. ohne Verwendung eines Ventilators innerhalb des Gehäuses der Fig. 2 zeigt; Fig. 6 eine schematische Ansicht eines Membran-Oxygenators mit einer Drucksteuervorrichtung, die an einer Ausgangsöffnung befestigt ist; Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Membran-Oxygenators mit einer Drucksteuerungsvorrichtung; Fig. 8 einen Schnitt, der die Drucksteuerungsvorrichtung von Fig. 7 darstellt; Fig. 9 ein Diagramm, das den Sättigungsgrad von Sauerstoff in dem arterialisierten Blut wiedergibt, wenn eine Drucksteuerungsvorrichtung verwendet bzw. nicht verwendet wird; Fig. 10 ein Diagramm, das die Sauerstoffübergangsrate darstellt, wenn eine Drucksteuerungsvorrichtung verwendet bzw. nicht verwendet wird; Fig. 11 eine schematische Ansicht eines Membran-Oxygenators mit einem Ventilator und einer Temperatursteuerungsvorrichtung; und Fig. 12 ein Diagramm, das die freie Hämoglobinmenge im Plasma wiedergibt, wenn das Ausführungsbeispiel der Fig. 11 verwendet bzw. nicht verwendet wird.The description ends with the claims, which in detail and accurately describe and claim the subject matter considered inventive will. Nevertheless, it is believed that the invention will be better understood when the following detailed description is taken in conjunction with the accompanying drawings It is contemplated that the same reference numbers refer to corresponding parts in the different views. 1 shows a schematic view a prior art membrane oxygenator; Fig. 2 is a schematic View of a membrane oxygenator with a fan inside a housing according to the invention; 3 is a schematic view of a membrane oxygenator with a fan and a guide plate for a gas flow according to the invention; Fig. 4 is a graph showing the removal of carbon dioxide with and without use a fan in the housing of Fig. 2; Fig. 5 is a diagram showing the decrease in the partial pressure of carbon dioxide in the arterialized blood with or without the use of a fan within the housing of FIG. 2; 6 shows a schematic view of a membrane oxygenator with a pressure control device, which is attached to an exit port; 7 shows a further embodiment a membrane oxygenator with a pressure control device; 8 shows a section, which illustrates the pressure control device of Fig. 7; Fig. 9 is a diagram showing represents the degree of saturation of oxygen in the arterialized blood when a pressure control device is used or not used; Fig. 10 is a graph showing the oxygen transfer rate when a pressure control device used or not used; 11 is a schematic view of a membrane oxygenator with a fan and a temperature control device; and FIG. 12 a Diagram showing the amount of free hemoglobin in plasma when the embodiment 11 is used or not used.

In Fig. 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Membran-Oxygenators dargestellt. Das Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem der Fig. 1 nur darin, daß Rührmittel, in diesem Ausführungsbeispiel ein elektrischer Ventilator 10, in dem Gehäuse 3 vorgesehen und einem Antriebsmotor 11 operativ beigeordnet sind, der außerhalb des Gehäuses 3 angebracht ist. Die anderen Bauteile 1 bis 6 sind dieselben wie die in Fig. 1, sodaß von der Beschreibung dieser Teile aus Kürzungsgründen abgesehen wurde. Der Ventilator 10 kann von herkömmlicher Art sein. Es wird jedoch ein Ventilator mit einer elektromagnetischen Kupplung bevorzugt, da dann der Motor 11 getrennt von dem Gehäuse 3 angeordnet werden kann. In Fig. 2 is a first embodiment of the invention Membrane oxygenator shown. The embodiment differs from that of Fig. 1 only in that stirring means, in this embodiment an electric Fan 10, provided in the housing 3 and operationally associated with a drive motor 11 which is attached outside of the housing 3. The other components 1 to 6 are the same as those in Fig. 1, so that the description of these parts is omitted for brevity was disregarded. The fan 10 can be of a conventional type. It will, however a fan with an electromagnetic clutch is preferred, as then the motor 11 can be arranged separately from the housing 3.

Beim Betrieb wird das in das Gehäuse 3 durch die Gaseinlaßöffnung 6 eingeführte Gas durch den Ventilator 10 in Bewegung gebracht um einen gleichmäßig hohen Gasfluß zu erzeugen, der auf die Zwischenräume zwischen jedem benachbarten Kapillarröhrchen 1 ausgerichtet ist. Wie schon erläutert wurde, sind die Zwischenräume zwischen jedem Röhrchen 1 manchmal unregelmäßig; aufgrund der Wirkung des Ventilators 10 berührt das Gas jedoch die Membran jedes Kapillarröhrchens 1 gleichmäßig. Außerdem ist der Gasfluß verhältnismäßig schnell und verhindert somit die Bildung eines dünnen Wasserfilms. Somit bürgen der gleichmäßig hohe Gasfluß und die Verhinderung der Bildung eines dünnen Wasserfilms auf den Kapillarröhrchen 1 für einen hohen Wirkungsgrad des Gasaustausches im Vergleich mit einem herkömmlichen Oxygenator. Dieser Vergleich ist in den Diagrammen der Fig. 4 und 5 dargestellt. In Fig. 4 gibt die Abszisse des Diagramms einen partiellen Druck des Kohlendioxids in dem venösen Blut und die Ordinate die Kohlendioxid-Übertragungsrate (eine Menge des entfernten Kohlendioxids) wieder, während in Fig. 5 die Abszisse den selben Parameter wie in Fig. 4 darstellt und die Ordinate eine Abnahme des partiellen Drucks des Kohlendioxids in dem arterialisierten Blut wiedergibt, d.h. den partiellen Druckunterschied von Kohlendioxid zwischen dem venösen und arterialisierten Blut. In beiden Fällen ist offensichtlich, daß die Menge des entfernten Kohlendioxids zunehmend beim Betrieb des Ventilators verbessert wird. Die Versuchswerte wurden unter den folgenden Bedingungen erzielt: Gehäusekapazität 2,0 e Flußrate des Ventilators 2 x 103e /min Flußrate Sauerstoffgas 3e /min Flußrate Blut 1,0 e /min Membranflächen 1,0 m2 Hämatokritwert 35 % Eine Abwandlung des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispieles ist in Fig. 3 gezeigt. Dort ist eine Führungsplatte 20 für den Gasfluß in der Mitte des Gehäuses 3 und im rechten Seitenraum des Gehäuses 3 vorgesehen. Unterhalb der Führungsplatte 20 im rechten Seitenraum sind eine Einlaßöffnung 6 und ein elektrischer Ventilator 10 und eine Ausgangsöffnung 6 ist oberhalb der Führungsplatte 20 im rechten Seitenraum vorgesehen. So lange der Gasfluß zu den Kapillarröhrchen 1 gerichtet ist, können in diesem abgewandelten Ausführungsbeispiel die Einlaß- und Auslaßöffnungen 6,6 und der Ventilator 10 in jeder beliebigen Stellung in dem Gehäuse 3 angebracht werden. Es muß auch hervorgehoben werden, daß obwohl kapillarähnliche Membrane in den Ausführungsbeispielen verwendet wurden, auch bahnenförmige Membrane verwendet werden können. Diese Abwandlungen gelten auch für andere, im folgenden beschriebene Ausführungsbeispiele.In operation, this is done in the housing 3 through the gas inlet opening 6 introduced gas by the fan 10 set in motion around a uniformly generate high gas flow acting on the spaces between each adjacent Capillary tube 1 is aligned. As already explained, the spaces are sometimes irregular between each tube 1; due to the action of the fan 10, however, the gas contacts the membrane of each capillary tube 1 uniformly. aside from that the gas flow is relatively fast and thus prevents the formation of a thin Water films. Thus guarantee the uniformly high gas flow and the prevention of Formation of a thin water film on the capillary tube 1 for high efficiency of gas exchange compared to a conventional oxygenator. This comparison is shown in the diagrams of FIGS. In Fig. 4 there is the abscissa of the diagram shows a partial pressure of carbon dioxide in the venous blood and the Ordinate is the rate of carbon dioxide transfer (an amount of carbon dioxide removed) again, while in FIG. 5 the abscissa represents the same parameter as in FIG and the ordinate shows a decrease in the partial pressure of carbon dioxide in the arterial one Represents blood, i.e. the partial pressure difference of carbon dioxide between the venous and arterialized blood. In both cases it is obvious that the amount of carbon dioxide removed increases with the operation of the fan is improved. The test values were obtained under the following conditions: Housing capacity 2.0 e Fan flow rate 2 x 103e / min Oxygen gas flow rate 3e / min flow rate blood 1.0 e / min membrane areas 1.0 m2 hematocrit value 35% one Modification of the embodiment shown in FIG. 2 is shown in FIG. There is a guide plate 20 for the gas flow in the middle of the housing 3 and provided in the right side space of the housing 3. Below the guide plate 20 in the right side space are an inlet opening 6 and an electric fan 10 and an exit opening 6 is above the guide plate 20 in the right side space intended. As long as the gas flow is directed to the capillary tube 1, can in this modified embodiment the inlet and outlet openings 6,6 and the fan 10 can be mounted in the housing 3 in any desired position. It must too it should be emphasized that although capillary-like membrane were used in the exemplary embodiments, sheet-shaped membranes were also used can be. These modifications also apply to others described below Embodiments.

In Fig. 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Membran-Oxygenators gemäß der Erfindung dargestellt, bei dem Drucksteuermittel, die im allgemeinen mit 60 bezeichnet sind, an einer Ausgangsöffnung 6 befestigt sind. Die Drucksteuermittel 60 bestehen aus einem Druckmeßgerät 61 und einem mechanischen Ventil 62, das in Bezug zum Messgerät 61 stromabwärts angebracht ist, wobei das Druckmessgerät 61 den Druck innerhalb des Gehäuses 3 anzeigt und das mechanische Ventil 62 so eingestellt werden kann, daß es die Ausgangsmenge des Gases von der Auslaßöffnung 6 steuert.In Fig. 6 is a second embodiment of the membrane oxygenator shown according to the invention, in the pressure control means, generally with 60 are designated, are attached to an outlet opening 6. The pressure control means 60 consist of a pressure gauge 61 and a mechanical valve 62, which is shown in Relation to the measuring device 61 is attached downstream, the pressure measuring device 61 indicates the pressure within the housing 3 and the mechanical valve 62 is so set can be that it controls the output amount of the gas from the outlet port 6.

Wenn die Gasausgangsmenge von der Öffnung 6 verringert wird, erhöht sich somit der Gasdruck innerhalb des Gehäuses 3, um die Oxygenierung des durch die Kapillarröhrchen 1 fließenden Blutes zu steigern. Diese Neigung folgt aus der Tatsache, daß die Löslichkeit von Gas in der Flüssigkeit proportional zum Gasdruck zunimmt.When the amount of gas discharged from the port 6 is decreased, it is increased thus the gas pressure inside the housing 3 to oxygenate the through the capillary tubes 1 to increase flowing blood. This tendency follows from the The fact that the solubility of gas in the liquid is proportional to the gas pressure increases.

In Fig. 7 ist eine Abwandlung des in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiels dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Drucksteuermittel 60 ähnlich angeordnet und bestehen aus einem Druckmeßgerät 61, einer Drucksteuervorrichtung 63 und einer Druckzufuhr 64. Wie aus der Vergrößerung in Fig. 8 hervorgeht, besteht die Drucksteuervorrichtung 63 aus harten Röhren 65, einer weichen Röhre 66, die zwischen den harten Röhren 65 angeschlossen ist und einem Gehäuse 67, das flüssigkeitsdicht die Röhren 65 und 66 abdeckt, wobei sich die Endöffnungen der Röhren 65 zur Außenseite des Gehäuses 67 erstrecken. Die harte Röhre 65 ist mit der Ausgangsöffnung 6 an der Außenseite des Gehäuses 3, wie in Fig. 7 dargestellt wird, verbunden, bzw. sie ist mit der Ausgangsöffnung an der Innenseite des Gehäuses (nicht gezeigt) verbunden. Die letztere Anordnung dient dazu, die Temperatur innerhalb des Gehäuses 67 genauso hoch wie die innerhalb des Gehäuses 3 zu halten.FIG. 7 shows a modification of the exemplary embodiment shown in FIG. 6 shown. In this embodiment are the pressure control means 60 are arranged similarly and consist of a pressure measuring device 61, a pressure control device 63 and a pressure feeder 64. As can be seen from the enlargement in FIG the pressure control device 63 of hard tubes 65, a soft tube 66, the is connected between the hard tubes 65 and a housing 67 which is liquid-tight covers tubes 65 and 66, with the end openings of tubes 65 facing the outside of the housing 67 extend. The hard tube 65 is connected to the exit port 6 the outside of the housing 3, as shown in Fig. 7, connected, or they is connected to the outlet opening on the inside of the housing (not shown). The latter arrangement serves to keep the temperature within the housing 67 as well high as that within the housing 3.

Das flüssigkeitsdicht abdeckende Gehäuse 67 besitzt an seinem einen Ende eine Leitung 68, durch die eine Druckflüssigkeit von dem Druckspeicher 64 zugeführt wird.The liquid-tight covering housing 67 has at its one End of a line 68 through which a pressure fluid is supplied from the pressure accumulator 64 will.

Die harten Röhren 65 sind aus einem Stoff, wie z.B. festem Vinylchloridharz, und die weiche Röhre 66 z.B. aus weichem Vinylchloridharz hergestellt. Deshalb wird, wenn eine unter Druck gesetzte Flüssigkeit in das Gehäuse 67 eingeführt wird, nur die weiche Röhre 66 verformt, wie durch gestrichelte Linien in Fig. 8 dargestellt wird, wodurch die Abgabemenge des Gases innerhalb des Gehäuses 3 verringert wird. Diese Wirkung kann leicht von dem Betrieb des Ausführungsbeispiels in Fig. 6 abgeleitet werden. Somit kann der Wirkungsgrad des Blut-Gas-Austausches leicht im gewünschten Maß durch den Druck, der von dem Druckbehälter 64 abgeleitet wird, gesteuert werden.The hard tubes 65 are made of a cloth such as solid vinyl chloride resin, and the soft tube 66 made of, for example, soft vinyl chloride resin. Therefore, when a pressurized liquid is introduced into the housing 67, only the soft tube 66 is deformed as by dashed lines in Fig. 8 is shown, whereby the discharge amount of the gas within the housing 3 is decreased. This effect can be easily derived from the operation of the embodiment can be derived in FIG. 6. Thus, the efficiency of the blood-gas exchange easily to the desired extent by the pressure derived from the pressure vessel 64 will be controlled.

Die Versuchsergebnisse, die bei den folgenden Bedingungen erzielt wurden, werden im folgenden erörtert: Blutflußrate 1,0 e /min/m2 Sauerstofflußrate 3,0 e /min/m2 Hämotokritwert 35 % In Fig. 9 gibt die Abszisse des Diagramms einen Sättigungsgrad von in venösem Blut enthaltenem Sauerstoff (Sv02) wieder und die Ordinate stellt einen Sättigungsgrad von in arterialisiertem Blut enthaltenem Sauerstoff (SaO2) dar, während in Fig. 10 die Abszisse den selben Parameter wie in Fig. 9 und die Ordinate eine Übertragungsrate von Sauerstoff darstellt. In beiden Diagrammen zeigen die gestrichelten Linien, daß Sauerstoff innerhalb des Gehäuses 3 nicht unter Druck ist, während die durchgezogenen Linien zeigen, daß Sauerstoff innerhalb des Gehäuses 3 unter Betätigung der Drucksteuermittel 60 mit 100 mmHg unter Druck steht. Es ist offensichtlich, daß in beiden Fällen bei Verwendung der Drucksteuermittel 60 gemäß der Erfindung der Sättigungsgrad des in dem arterialisierten Blut enthaltenen Sauerstoffs oder der Übertragungsrate von Sauerstoff beträchtlich erhöht ist, insbesondere in dem Bereich des unteren Sättigungsgrades von Sauerstoff des venösen Blutes.The test results obtained under the following conditions are discussed below: blood flow rate 1.0 e / min / m2 oxygen flow rate 3.0 e / min / m2 haemotocrit value 35% In FIG. 9, the abscissa of the diagram gives a Degree of saturation of oxygen contained in venous blood (Sv02) again and the The ordinate represents a degree of saturation of oxygen contained in arterialized blood (SaO2), while in Fig. 10 the abscissa represents the same parameter as in Fig. 9 and the ordinate represents a transfer rate of oxygen. In both diagrams show the dashed lines that oxygen within the housing 3 is not under Pressure is while the solid lines show that oxygen inside the housing 3 by actuating the pressure control means 60 with 100 mmHg is under pressure. It is obvious that in both cases using the Pressure control means 60 according to the invention the degree of saturation of the arterialized Oxygen contained in the blood or the rate of transmission of oxygen is increased, especially in the region of the lower degree of saturation of oxygen of venous blood.

Ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Membran-Oxygenators ist in Fig. 11 dargestellt, bei dem ein elektrischer Ventilator 10 und sein Antriebsmotor 11 auf dem Gehäuse 3 in ähnlicher Weise wie in dem ersten Ausführungsbeispiel befestigt sind. Außer diesen Teilen 10 und 11 sind weiterhin Temperatursteuermittel 110 vor dem elektrischen Ventilator 10 vorgesehen. Die Temperatursteuermittel 110 erhalten einen von dem Ventilator 10 bewegten Gasfluß zur Steuerung der Temperatur des Gases, wobei die Steuermittel entweder eine Heizvorrichtung oder eine Kühlvorrichtung entsprechend den Anfordernissen der Bluttemperatur sind. Es sollte hervorgehoben werden, daß bei diesem Ausführungsbeispiel ein Gasaustausch von hohem Wirkungsgrad und eine Temperatursteuerung gleichzeitig innerhalb des Membran-Oxygenators stattfinden können. Demgemäß ist es nicht nötig, eine große Blutmenge im Vergleich zum herkömmlichen Membran-Oxygenator zu verwenden, bei dem die Temperatursteuermittel außerhalb des Gehäuses 3 angeordnet sind. Außerdem ist das bei der Per fusion verwendete Blut relativ frei von Traumagefahr aufgrund des kurzen Perfusionskreises.A third embodiment of the membrane oxygenator according to the invention is shown in Fig. 11, in which an electric fan 10 and its drive motor 11 is fixed on the housing 3 in a manner similar to that in the first embodiment are. In addition to these parts 10 and 11, temperature control means 110 are also provided the electric fan 10 is provided. The temperature control means 110 are obtained a gas flow moved by the fan 10 to control the temperature of the gas, the control means being either a heating device or a cooling device, respectively the requirements of blood temperature are. It should be emphasized that in this embodiment, a gas exchange of high efficiency and a Temperature control at the same time inside the membrane oxygenator can take place. Accordingly, it is not necessary to compare a large amount of blood to use the conventional membrane oxygenator in which the temperature control means are arranged outside the housing 3. In addition, this is the one used in the perfusion Blood relatively free from the risk of trauma due to the short perfusion circle.

Das Diagramm von Fig. 12 zeigt einen Vergleich der freien Hämoglobinmenge im Plasma in Bezug zur Dauer des extrakorporalen Kreises. In dem Diagramm bezeichnet "A" die Veränderung der freien Hämoglobinmenge, wenn ein Wätmetauscher, dessen Blutinhalt 120 me ist außerhalb eines herkömmlichen Oxygenators angeordnet ist, dessen Kapazität 24 me beträgt, wobei andere Kreise 120 me enthalten.The graph of Figure 12 shows a comparison of the amount of free hemoglobin in the plasma in relation to the duration of the extracorporeal circle. Denoted in the diagram "A" the change in free hemoglobin, if a heat exchanger, its blood content 120 me is arranged outside a conventional oxygenator, its capacity 24 me, with other circles containing 120 me.

"B" stellt die Veränderung der freien Hämoglobinmenge im Plasma dar, wenn die Temperatursteuermittel sich innerhalb des Gehäuses befinden. Wenn diese beiden Mengen von freiem Hämoglobin im Plasma verglichen werden, ist es offensichtlich, daß der Membran-Oxygenator gemäß diesem Ausführungsbeispiel im Hinblick auf das Bluttrauma gut arbeitet."B" represents the change in the free amount of hemoglobin in the plasma, when the temperature control means are inside the housing. If those When comparing the two amounts of free hemoglobin in plasma, it is obvious that the membrane oxygenator according to this embodiment with regard to the Blood trauma works well.

Es ist offensichtlich, daß die Erfindung nicht auf die gezeigten und dargestellten einzelnen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern innerhalb des durch die Ansprüche bestimmten Rahmens verschieden abgewandelt und ausgeführt werden kann.It is obvious that the invention is not limited to the ones shown and shown individual preferred embodiments is limited, but differently modified within the scope defined by the claims and can be executed.

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Claims

Title of the invention: Membrane oxygenator Patent claims: @ Membrane oxygenator for gas exchange with a large number of capillary tubes through the venous Blood flows and with a housing in which a multitude of capillary tubes are located is and that with inlet and outlet openings for the inflow and outflow of a gas that is used in gas exchange by passing it through the spaces is passed between capillary tubes, characterized in that the membrane oxygenator Includes stirring means which forcibly move the gas introduced into the housing.

2. membrane oxygenator according to claim 1, characterized in that the membrane oxygenator further comprises temperature control means so arranged that they the gas flow generated by the agitation means within the housing receive.

3. Membrane oxygenator according to claim 1 or 2, characterized in that that the stirring means is an electric fan and the temperature control means Resistance that is electrically excited to heat or cool the gas inside the case.

4. Membrane oxygenator for gas exchange with a variety of Capillary tube through which venous blood runs and with a housing in which a A plurality of capillary tubes is located and that with inlet and outlet openings for the one or. Outflow of a gas is provided which is used in the gas exchange by passing it through the spaces between the capillary tubes, characterized in that the membrane oxygenator comprises pressure control means which are mounted near the outlet opening to keep the gas pressure inside the housing to adjust.

5. membrane oxygenator according to claim 4, characterized in that the membrane oxygenator further comprises agitation means which is introduced into the housing Forcibly move the gas.

6. membrane oxygenator according to claim 5, characterized in that the membrane oxygenator further comprises temperature control means so arranged are to receive the gas flow generated by the agitation means within the housing.

7. membrane oxygenator according to one of claims 5 or 6, characterized characterized in that the agitation means is an electric fan and the temperature control means are a resistor that is electrically used for heating or

Cooling of the gas within the housing is excited.