DE3225791A1

DE3225791A1 - Blutoxygenator

Info

Publication number: DE3225791A1
Application number: DE19823225791
Authority: DE
Inventors: Lucas Streator San Juan Capistrano Calif. Gordon
Original assignee: Bentley Laboratories Inc 92714 Irvine Calif; Bentley Laboratories Inc
Current assignee: Baxter International Inc
Priority date: 1981-07-10
Filing date: 1982-07-09
Publication date: 1983-02-03
Also published as: JPS5865169A; GB2101002A; CA1188178A; US4440723A; IT8222330A0; FR2509180B1; BR8204013A; FR2509180A1; IT1152430B; GB2101002B; JPS6316145B2

Description

' PATENTANWÄLTE.—'""""

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) · Dl PL.-I N G. W. EITLE . D R. R E R. KW(T.K. H O F FMAN N · DJPl.-I NG. W. LEH N

DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NATfB. HANSEN ARABELLASTRASSE-1 . D-8000 M D N C H EN 81 . TELE FON (089) 911087 · TE LEX 05-2941» (PATHE)

37 188 p7we

Bentley Laboratories, Inc.
Irvine, Calif./USA

Blutoxygenator

Die Erfindung bezieht sich auf einen Blutoxygenator mit einem Kappenabschnitt, welcher drehbar mit einem äußeren Schalenabschnitt verbunden ist. Die Hystorie der sicheren und zuverlässigen Blutoxygenatoren ist relativ kurz. Der-

,5 artige Oxygenatoren werden bei der offenen Herzchirurgie und anderen Operationen und bei Behandlungen des Körpers verwendet, wenn es notwendig ist, ein außerhalb des Körpers Zirkulationssystem einzurichten, welches zeitweilig die Funktionen des Herzes und der Lunge des Patienten übernimmt, In einem solchen System arbeitet der Oxygenator zur Durchführung der Funktion, die normalerweise durch die Lunge des

Patienten durchgeführt wird, d.h. die lebensstützende übertragung von Sauerstoff in das Blut und das Abtragen von Kohlendioxid aus dem Blut. Der Oxygenator wird zusammen mit einer Pumpe verwendet, welche die Funktion des Herzes übernimmt, um das Blut zu zirkulieren. So wurden in den frühen Versionen der Oxygenator häufig als "Herz-Lunge"-Maschine bezeichnet. Die frühen Herz-Lungen-Maschinen waren rotierende Scheiben, die durch einen Sumpf aus Blut liefen und dabei nur teilweise in das Blut eintauchten, so daß die freie Fläche der Scheibe das Blut dem Sauerstoff aussetzte und eine gewisse Gasüberführung vollzog. Danach wurden sogenannte Balg-Oxygenatoren eingeführt, welche den Scheibenoxygenatoren überlegen waren. Dennoch ließen sie einiges zu wünschen übrig.

Einen wesentlichen Vorteil erzielte man in der Mitte der Sechziger Jahre, als der starre (oder Hartschalen) Blasenoxygenator entwickelt wurde. Die Hystorie derartiger Oxygenatoren begann mit der Vorrichtung, die in der US-PS 3 468 631 dargestellt ist, deren Offenbarungsgehalt Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist. Dieses Gerät kam zuerst in klinische Benutzung zusammen mit der Entwicklung der Geräte, wie sie in den US-PS'en 3 488 158 und 3 578 beschrieben sind. Es handelt sich dabei um die sogenannten Bentley-Oxygenatoren. Derzeit werden solche Oxygenatoren häufiger benutzt als irgendein anderer Typ. Unter den bedeutenden Merkmalen dieser Oxygenatoren findet sich das Vorsehen eines selbstenthaltenden Wärmeaustauschers.

In den Zwischenjähren wurden einige relativ kleine Modifikationen bei den Blasen-Oxygenatoren vorgenommen, beispielsweise wie sie in den US-PS'en 3 764 271 und 3 769 beschrieben sind. Jedoch alle starren Blasen-Oxygenatoren, wie sie in den vorgenannten Patenten beschrieben sind, und alle anderen dem Anmelder bekannten Oxygenatoren, welche

im klinischen Bereich Anwendung gefunden haben, haben ein fundamentales Merkmal gemeinsam. Diese Gemeinsamkeit liegt darin, daß das Blut und das sauerstoffreiche Gas im unteren Abschnitt der Vorrichtung eingeführt wird und somit eine Säule von Bläschen bildet, die durch den Eingangsbereich der Vorrichtung nach oben strömt. Bei den in den US-PS'en 3 488 158, 3 578 411 und 3 764 271 und 3 769 162 beschriebenen Oxygenatoren liegt ein gewisser nach unten strömender Abschnitt des Strömungsweges der Gas-Blutmischung vor. Es ist jedoch klar, daß sie so konstruiert sind, daß sie einen anfänglichen aufwärts gerichteten Strom der Gas-Blutmischung in dem Stromungswegbereich vorsehen, wo die Blasen ausgebildet werden'. Darüber hinaus offenbart die US-PS 3 204 631 einen Oxygenator, in welchem das Blut an einem oberen Abschnitt eintritt und der Sauerstoff an einem unteren Abschnitt eintritt, so daß ein Gegenstrom auftritt, bei dem das Blut anfänglich nach unten strömt und der Sauerstoff nach oben fließt. Die US-PS 4 138 464 zeigt das Erfordernis der alternativen Anordnung der Strömungsmittelanschlüsse für einen Oxygenator.

Die vorliegende Erfindung ist eine weitere Verbesserung der Vorrichtung, wie sie in den US-PS'en 3 615 238, 3 578 411, 3 488 158 und den US-Patentanmeldungen 436 913, 565 043 (nun US-PS 4 058 369) und 54 268 dargestellt und beschrieben sind. Der Gegenstand dieser Druckschriften ist somit Inhalt der vorliegenden Patentanmeldung. Diese Vorrichtungen repräsentieren jeweils bedeutsame Weiterentwicklungen der Technik der Blutbehandlung. Da jedoch diese Vorrichtungen zeitweilig die Funktion des Herzes und der Lunge eines Patienten während bestimmter Vorgänge oder anderen Behandlungen des Körpers übernehmen, sind weitere Verbesserungen wünschenswert.

Im Sinne dieser Aufgabenstellung ist die Erfindung auf einen Blutoxygenator gerichtet, welcher eine Einrichtung zum Kombinieren des Sauerstoff enthaltenden Gases mit dem flüssigen Blut enthält, wobei der Oxygenator einen äußeren Schalenabschnitt aufweist, welcher drehbar mit einem Kappenabschnitt verbunden ist. Die Fähigkeit der Drehung des äußeren Schalenabschnittes des Blutoxygenators hinsichtlich des Kappenabschnittes erleichtert den sicheren Betrieb der Vorrichtung, indem das medizinische Personal die Vorrichtung drehen kann, um den Strömungsmittelstrom durch ausgewählte Verbindungsteile des Blutoxygenators beobachten zu können. Weiterhin vermindert die Drehbarkeit des äußeren Schalenabschnittes des Blutoxygenators hinsichtlich des Kappenabschnittes die Neigung des OfcKLudierens, d.h. Verstopfens oder der Kinkenbildung der flexib-• len Anschlüsse zum Blutoxygenator während des Einrichtens oder des Betriebes des Blutoxygenators.

Bei der bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Kappenabschnitt des Blutoxygenators zumindest einen Bluteinlaß zusammen mit einem Einlaß für das sauerstoffhaltige Gas, während der äußere Schalenabschnitt zumindest einen Blutauslaß für das mit Sauerstoff versorgte Blut enthält. Es ist ebenso bevorzugt, daß die drehbare Verbindung zwisehen dem Kappenabschnitt des Blutoxygenators und dem äußeren Schalenabschnitt mit dem Äußeren des Blutoxygenators in Ventilationsverbindung steht.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt:

-it

Fig. 1 eine Draufsicht des Oxygenators gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1, 5

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 2,

und
Fig. 4 einen Teilquerschnitt durch den Oxygenator der

Erfindung.
10

Entsprechend der Darstellung in Fig. 3 umfaßt der Oxygenator

200 der Erfindung einen Einlaß 202 für Sauerstoff enthaltendes Gas und Einlasse 203 und 204 für das Blut. Ein Einlaß 205 ist vorgesehen für das In-Gang-Setzen wie für die optimale medizinische Administration und, wenn nötig, als Rückkehreinlaß vom Kardiotomie-Behälter. Eine Gasentlüftung 209 ist ebenso vorgesehen, wie ein Einlaß 210 und ein Auslaß 211 für das Wärmeaustauschmedium. Der Gaseinlaß 202, die Bluteinlässe 203 und 204, der Einlaß 205, die Entlüftung 209 und der Einlaß 210 und der Auslaß 211 für das Wärmeaustauschmedium befinden sich vorzugsweise im Kappenabschnitt 190, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Dieser Kappenabschnitt 190 des Blutoxygenators 200 ist drehbar an einem Außenschalenabschnitt 201 des Oxygenators 200 angeschlossen. Vorzugsweise umfaßt der Außenschalenabschnitt

201 des Blutoxygenators Blutauslässe 206 und 207.

Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen. Dort ist der innere Aufbau des Oxygenators 200 mehr im einzelnen dargestellt.

Entsprechend dieser Darstellung ist der Gaseinlaß 202 mit einer Ringkammer 212 verbunden, welcher am oberen Ende durch eine Diffusionseinrichtung 213 begrenzt ist. Diese Diffusionseinrichtung 213 kann ein Teil sein, welches mit geeigneten Poren oder perforierten öffnungen versehen ist, vorzugsweise handelt es sich um ein perforiertes Teil.

»- Q —

Die Bluteinlässe 203 und 204 stehen mit dem Inneren einer Ringkammer 214 im wesentlichen tangential in Verbindung. Wenn so die Ringkammer 214 mit Blut gefüllt wird, welches spiralförmig strömt, wird Sauerstoff enthaltendes Gas der Vorrichtung durch den Einlaß 202 zugeführt. Dieses Gas, wie beispielsweise Sauerstoff oder ein sauerstoffreiches Gemisch, gelangt durch den Einlaß 202 in die Ringkammer 212 und durch die Diffusionseinrichtung 213 in den Körper des Blutes in der Ringkammer 214.

Die Ringkammer 214 ist mit einer Ringkammer 215 und einem wellenförmigen Verteilungskanal 216 verbunden, wobei letzterer eine konische Gesamtform hat. Der Kanal 216 steht mit einer ringförmigen Mischkammer 217 in Verbindung, welche mit einem Wärmeaustauschrohr 218 versehen ist und einen absteigenden Strömungsweg für das Blut enthält. Das Wärmeaustauschrohr 218 ist ein schraubenförmig gewickeltes Rohr mit einem Abschnitt 219 großen Durchmessers und einem Abschnitt 220 kleinen Durchmessers. Obwohl das Wärmeaustauschrohr einen Abschnitt 219 großen Durchmessers hat, welcher im wesentlichen derselbe Durchmesser ist wie der Radialabstand zwischen der Innenwand 221 und der Außenwand 222 der Mischkammer, befinden sich eine Vielzahl von absteigenden Strömungswegen zwischen den Wänden der Mischkammer und der Wand des Rohres 218, gebildet durch die schraubenförmige Windung. Da zusätzlich das Rohr 218 schraubenförmig um die Innenwand 221 gewickelt ist, befindet sich ein schraubenförmiger, absteigender Strömungsweg durch die Mischkammer.

Am unteren Ende der Kammer 217 endet die Außenwand 222 auf einer Höhe von nahezu 2/3 des Abstandes von der Oberseite zum Boden des Oxygenators, damit Blutbläschen mit einer Entschaumungseinrichtung (Antischaumeinrichtung) 223 in Berührung kommen können. So ist die Höhe der Blutauslässe

206 und 207 niedriger als der Boden des gewundenen Strömungsweges zur Mischkammer. Während verschiedene Antischaumeinrichtungen verwendet werden können, beispielsweise die der US-PS 3 468 631, ist es jedoch bevorzugt, das Schaummaterial aus einem Polyurethanschaum zu bilden, welcher nahezu 10 bis 30 Poren pro 2,54 cm hat. Polyurethanschaum wird mit einem Silicon-Antischaummittel beschichtet. Optimalerweise kann zwischen dem Antischaummaterial 223 und der Wand 222 ein Abstandhalter 225 vorgesehen sein. Der Abstandhalter 225 kann ein Rippengebilde umfassen, welches zwischen sich offene Räume vorsieht.

Die offenen Räume 226 sind im Abstandhalter 225 vorgesehen und erlauben dem Blut, mit dem Entschauraungsmaterial in Berührung zu kommen. Das untere Ende des Oxygenators • ist mit einem Reservoir 229 versehen, wo das flüssige Blut gesammelt wird.

Eine Ringpassage 230 steht mit der Entlüftungseinrichtung 209 in Verbindung,.so daß die Entlüftungsgase aus dem Oxygenator ausgestoßen werden können. Wie noch mehr vollständig beschrieben wird, wenn Fig. 4 im einzelnen diskutiert wird, ist eine drehbare Verbindung zwischen dem Kappenabschnitt 190 und der Außenschale 201 vorgesehen, um die Gase aus dem Oxygenator 200 abzulassen. Eine Maschenhülse 231, welche aus einem Polyester-, Polypropylen-, Polyäthylen-, Nylon- oder einem anderen geeigneten Tuch bestehen kann, befindet sich um das Entschaumungsmaterial 223 und ist mit elastischen Rändern 232 versehen, um diese am Ort zu halten. Eine öffnung 205 steht mit einer Kammer 235 in Verbindung, welche ihrerseits wiederum mit einer Leitung 236 in Verbindung steht.

Die öffnung 205 wird dazu verwendet, den Oxygenator anzufahren und kann ebenso dazu verwendet werden, eine Medika-

tion dem Blut zuzuführen oder für das Blut, welches .vom Kardiotomiereservoir kommt.

Es wird nun auf Fig. 4 Bezug genommen. Die drehbare Verbindung zwischen dem Kappenabschnitt 190 und der Außenschale 201 wird nun im einzelnen beschrieben. Der Außenumfang des Kappenabschnittes 190 umfaßt einen ringförmigen Ausnehmungsabschnitt 194, in dem eine kanalförmige Lagerfläche 193 angeordnet werden kann, welche gegen Schultern 195 und 196 der Außenschale 201 stößt. Ein Vorsprung 197 der Außenschale 201 steht in Berührung mit Flanschabschnitten 198 und einem Stegabschnitt 199 der kanalförmigen Lager— fläche 193. Der Kappenabschnitt 190 umfaßt weiterhin Zungen 191, welche auf der Schulter 192 der Außenschale 201 anliegen, um die Außenschale 201 und den Kappenabschnitt 190 miteinander zu befestigen. Die Zungen 191 verursachen ein Anliegen des Vorsprunges 197 am Stegabschnitt 199 der kanalförmigen Lagerflächen 193, gegebenenfalls unter Druck. Das Zwischenverhältnis zwischen der Zunge 191 des Kappenabschnittes 190 und der Schulter 192 der Schale 201 sind in Fig. 3 in größerem Detail dargestellt. Vorzugsweise sind der Kappenabschnitt 190 und der Außenschalenabschnitt 201 aus einem Polycarbonat und die kanalförmige Lagerfläche aus einem Acetalharz hergestellt, wie beispielsweise aus "Delrin" (ein Warenzeichen der E.I. Dupont). Dadurch wird die Reibung an der Lagerfläche reduziert.

Die drehbare Verbindung zwischen dem Kappenabschnitt 190 und der Außenschale 201 befindet sich vorzugsweise neben der Ringpassage 230, welche sich in Lüftungsverbindung mit der Gasentlüftung 209 befindet, so daß die Entlüftungsgase entweder durch die Gasentlüftung 209 aus dem Oxygenator oder durch die nicht unter Druck stehende drehbare Verbindung zwischen dem Kappenabschnitt 190 und der Außen-

schale 201 ausgestoßen wird. Es wird bevorzugt/ daß diese drehbare Verbindung sich zwischen dem Kappenabschnitt 190 und dem Außenschalenabschnitt 201 befindet, weil diese Wahl der Lage für eine drehbare Verbindung zwischen Teilen des Oxygenators 200 nicht unter Druck stehende Schläge erfordert, um eine mögliche Blutleckage aus der Vorrichtung zu verhindern. Die Fähigkeit, den Kappenabschnitt 190 relativ zur Außenschale 201 zu drehen, erlaubt der Bedienungsperson der Vorrichtung die Sicherstellung dessen, daß das flexible Rohr, welches den Oxygenator 200 mit dem einkommenden Blut oder einem Sauerstoff angereicherten Gas oder einem ausgehenden, mit Sauerstoff versetzten Blut verbindet, nicht teilweise ok&udiert werden oder mit Kinken versehen werden kann, um so die Betriebswirksamkeit der Vorrichtung zu beeinträchtigen. Gleicherweise verhindert die drehbare Verbindung zwischen dem Kappenabschnitt 190 und der Außenschale 201 jegliche partielle OfckLusion hinsichtlich des am Punkt 205 angeschlossenen flexiblen Rohres, welcher Punkt für das Anfahren des Oxygenators 200 ebenso verwendet werden kann wie für eine optische medizinische Administration oder als ein Rückkehreinlaß von einem Kardiotomiereservoir. Die Drehung der Außenschale 201 relativ zum Kappenabschnitt 190 erlaubt der Bedienungsperson des Oxygenators 200,die Außenschale 201 und die daran angebrachten Blutauslässe 206 und 207 zu drehen, um möglichst nahe dem Betrieb des Oxygenators 200 während bestimmter Abschnitte des Oxygenatorbetriebes zu beobachten, einschließlich dem anfänglichen Einrichten bzw. Einstellen der Vorrichtung, wenn die Sicherstellung dahingehend von Bedeutung ist, daß keine Gasblasen an den Blutauslässen 206 und 207 auftreten. Es ist ebenso häufig wünschenswert, die Blutauslässe 206 und 2O7 während der Konklusion des Vorganges des mit Sauerstoff-Versetzens zu beobachten, wenn das Blutniveau innerhalb des Oxygenators in die Nähe der Blutauslässe 206 und 207 heruntergezogen

wird, um so viel Blut wie möglich zum Patienten zurückzubringen, während sichergestellt wird, daß ein geeignetes Blutniveau innerhalb der Vorrichtung aufrechterhalten wird.

Beim Betrieb des Oxygenators 200 gelangt Sauerstoff durch den Einlaß 202 und von dort durch die Ringkammer 212 und das perforierte Teil 213. Der Sauerstoff vermischt sich dann mit dem Blut, welches durch die Bluteinlässe 203 204 eintritt. Die Mischung strömt in Spiralrichtung durch die Ringkammer 214 innerhalb der Ringkammer 215 und dann in den konischen Verteilungskanal 216, welcher einen wellenförmigen Querschnitt hat. Dieser wellenförmige Querschnitt erlaubt einen sekundären Strom und das aufgeblasene Blut wird nach außen und nach unten in die ringförmige Misch— kammer (Blasensäule) 217 verteilt, wo die Strömung weiter • nach unten durch zwei primäre Strömungswege über das Wärmetauscherrohr 218 fortgesetzt wird. Die Blutmischung des Oxygenators gelangt daraufhin durch die Entschaumungseinrichtung 223 und von dort nach außen durch die Blutauslasse 206 und 207.-

Claims

PAT Ii N* TAN WALT K

DR. ING. E, HOFFMANN (1930-197i5) · DIPL.- ING. W.EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN ■ DIPL.-ING. W. IEHN

DIPL.-ING. K. FOCHSLE . DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELIASTRASSE A . D-8000 M D NCII CN 81 . TELEFON (OB?) 911007 · TELEX 05-2?619 (PATHE)

37 188 p/we

Bentley Laboratories, Inc.
Irvine, Calif./ USA

Blutoxygenator

Patentansp r ü ehe

Blutoxygenator mit einem Gehäuse und daran befindlichen Ein- und Auslassen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse einen äußeren Schalenabschnitt (201) und einen Kappenabschnitt (190) umfaßt, daß der Kappenabschnitt drehbar mit dem äußeren Schalenabschnitt verbunden ist, daß das Gehäuse weiterhin einen Bluteinlaß (2O3; 204), einen Blutauslaß (206; 207), einen Einlaß (202) für Sauerstoff enthaltendes Gas und einen Auslaß für das mit Sauerstoff versetzte Gas umfaßt, und daß eine Einrichtung (217) zum Verbinden des

_ 2 —

Sauerstoff enthaltenden Gases mit dem flüssigen Blut vorgesehen ist, die sich innerhalb des Gehäuses befindet.
2. Blutoxygenator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die drehbare Verbindung zwischen dem Kappenabschnitt (190) und dem äußeren Schalenabschnitt (201) weiterhin so gestaltet ist, daß sie eine kanalförmige Lagerfläche (193) mit einem Kanal und Stegabschnitten umfaßt, welche sich zwischen dem Kappenabschnitt und dem äußeren Schalenabschnitt befindet.
3. Blutoxygenator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die drehbare Verbindung weiterhin so gestaltet ist, daß sie einen Vorsprung (197) des äußeren Schalenabschnittes (2O1) umfaßt, welcher gegen den Stegabschnitt (199) und die Flanschabschnitte (198) der kanalförmigen Lagerfläche (193) drückt.
4. Blutoxygenator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die drehbare Verbindung weiterhin eine Vielzahl von Zungen (191) umfaßt, welche ringförmig beabstandet um das Äußere des Kappenabschnittes angeordnet sind, um mit Schultern (195; 196) des äußeren Schalenabschnittes (201) im Eingriff zu stehen.
5. Blutoxygenator, dadurch gekennzeichnet , daß ein Gehäuse mit einem äußeren Schalenabschnitt (201) und einem Kappenabschnitt (190) so ausgebildet ist, daß zwischen dem Kappenabschnitt und dem äußeren Schalenabschnitt eine drehbare Verbindung angeordnet ist, die mit dem Äußeren des Oxygenators in Verbindung steht, daß der Kappenabschnitt (190) zumindest einen Bluteinlaß (203; 204) und einen Einlaß (202) für das Sauerstoff enthaltende Gas umfaßt, daß der äußere

Schalenabschnitt zumindest einen Auslaß (206; 207)
für das mit Sauerstoff versetzte Blut aufweist und daß
eine Einrichtung (217) vorgesehen ist, um das Sauerstoff enthaltende Gas mit dem im Gehäuse befindlichen flüssigen Blut zu kombinieren.
6. Blutoxygenator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die drehbare Verbindung zwischen dem Kappenabschnitt (190) und dem äußeren Schalenabschnitt (201) weiterhin so gestaltet ist, daß sie eine
kanalförmige Lagerfläche (193) mit einem Kanal und
Stegabschnitten umfaßt, welche sich zwischen dem Kappenabschnitt und dem äußeren Schalenabschnitt befindet.
7. Blutoxygenator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die drehbare Verbindung weiterhin so gestaltet ist, daß sie einen Vorsprung (197) des äußeren Schalenabschnittes (201) umfaßt, welcher gegen
den Stegabschnitt (199) und die Flanschabschnitte (198) der kanalförmigen Lagerfläche (193) drückt.
8. Blutoxygenator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die drehbare Verbindung weiterhin eine Vielzahl von Zungen (191) umfaßt, welche ringförmig beabstandet um das Äußere des Kappenabschnittes
angeordnet sind, um mit Schulter (195; 196) des äußeren Schalenabschnittes (201) im Eingriff zu stehen.