DE3726453A1 - Medizinische vorrichtung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für medizinische Zwecke,
vor allem zur Anwendung bei Infusionen und bei der extrakorpo
ralen Behandlung von Körperflüssigkeiten, insbesondere Blut,
sowie bei der Spülung von Körperhöhlen und bei der enteralen
künstlichen Ernährung, die wahlweise oder gleichzeitig das
Erwärmen oder Kühlen von Flüssigkeiten einerseits und das Pumpen
oder das Drosseln des Durchflusses von Flüssigkeiten anderer
seits unter sterilen Bedingungen ermöglicht. Gegebenenfalls,
z. B. bei der enteralen künstlichen Ernährung, kann es sich auch
um Flüssigkeiten von breiiger Konsistenz handeln.
Das Erwärmen von Flüssigkeiten, die bei medizinischen Behand
lungen in den menschlichen Körper eingeführt werden, ist z. B.
dann notwendig, wenn solche Flüssigkeiten, wie Infusions
lösungen, Konservenblut oder dergleichen, die häufig gekühlt
gelagert werden, in relativ großer Menge in kurzer Zeit zuge
führt werden sollen.
Das Kühlen von Flüssigkeiten, speziell von Blut, kommt z. B. zum
Zwecke einer künstlichen Unterkühlung von Organen oder Körper
regionen bei Operationen in Betracht.
Es besteht außerdem vielfach die Aufgabe, die Flüssigkeit zu
pumpen, z. B. bei der Zufuhr von Infusionslösungen oder
Nährflüssigkeiten bei der enteralen Nahrungszufuhr sowie zur
Aufrechterhaltung der Blutzirkulation in extrakorporalen
Kreisläufen.
Außerdem ist es häufig erwünscht, einen Flüssigkeitsstrom
definiert zu drosseln, z. B. bei der Zufuhr von Infusionslösungen
oder zur Erzeugung eines Druckgefälles in einem Leitungsab
schnitt eines extrakorporalen Blutkreislaufes.
In allen genannten Fällen ist es eine selbstverständliche For
derung, daß die Flüssigkeit steril bleiben muß und in keiner
Weise kontaminiert werden darf. Da aus diesem Grunde die mit der
Flüssigkeit in Berührung kommenden Teile gewöhnlich nur zum
einmaligen Gebrauch bestimmt sind, ist es außerdem wichtig, daß
die für die genannten Funktionen vorgesehenen Teile einfach und
kostengünstig herstellbar sind.
Vorrichtungen zum Erwärmen einer strömenden Flüssigkeit unter
sterilen Bedingungen sind in verschiedenen Ausführungen bekannt.
Insbesondere gibt es bereits Vorrichtungen dieser Art, bei denen
die Wärmeübertragung in der Weise bewirkt wird, daß man die
Infusionsflüssigkeit durch einen Schlauch leitet, der in Rillen
an der Oberfläche eines heizbaren Metallkörpers eingelegt wird.
Die Rillenstruktur der Oberfläche sorgt für eine definierte Lage
des Schlauches und und dient der Vergrößerung der für den
Wärmeübergang wirksamen Berührungsfläche.
Die gleichen bekannten Vorrichtungen sind bei entsprechender
Ausstattung mit einer Kühlvorrichtung anstelle der Heizvor
richtung auch zum Kühlen einer Flüssigkeit geeignet.
Zum Pumpen von Flüssigkeit unter sterilen Bedingungen sind
ebenfalls verschiedene Vorrichtungen bekannt, von denen die
peristaltische Schlauchpumpe die gebräuchlichste ist. Ferner
kommen Pumpen zu Anwendung, deren Funktion auf der abwechselnden
Vergrößerung und Verkleinerung eines Pumpraumes in Gestalt eines
geeignet geformten Hohlkörpers beruht.
Zum Drosseln eines Flüssigkeitsstromes sind u. a. Schlauch
quetschvorrichtungen bekannt, bei denen der Querschnitt eines
Schlauches, durch den die Flüssigkeit fließt, durch äußere
Einwirkung, z. B. mit durch eine Schraube verstellbaren Klemm
backen, eingeengt wird.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu
schaffen, die jede der oben genannten Funktionen in besonders
vorteilhafter Weise erfüllt, außerdem aber geeignet ist,
verschiedene Kombination der genannten Funktionen gleichzeitig
oder in zeitlicher Aufeinanderfolge zu verwirklichen.
Diese Aufgabe wird bei einer medizinischen Vorrichtung mit einem
in die Zwischenräume einer Oberflächenstruktur eingelegten
Schlauch gemäß der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, daß
die Zwischenräume veränderlich sind.
Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
und zugehörigen Abbildungen näher beschrieben. Aus der Beschrei
bung ergeben sich weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfin
dung sowie Möglichkeiten ihrer weiteren Ausgestaltung, die auch
Kombinationen der bei den einzelnen Beispielen genannten Merk
male einschließt. Von den Abbildungen zeigt
Fig. 1 - ein Ausführungsbeispiel, vorzugsweise geeignet als
Vorrichtung zur Erwärmung von Infusionsflüssigkeiten,
in schematischer Schnittdarstellung,
Fig. 2 - ein zweites Ausführungsbeispiel, vorzugsweise geeignet
als Vorrichtung zur Erwärmung oder Kühlung einer Flüs
sigkeit, ggf. verbunden mit gleichzeitigem Pumpen der
Flüssigkeit, in schematischer Schnittdarstellung,
Fig. 3 - ein Schema eines Flüssigkeitskreislaufes für den
Betrieb der Anordnung nach Fig. 2,
Fig. 4 - ein drittes Ausführungsbeispiel, vorzugsweise geeignet
als Vorrichtung zum Pumpen einer Flüssigkeit, in
schematischer Schnittdarstellung,
Fig. 5 - eine Frontansicht der Anordnung von Fig. 4,
Fig. 6 - ein Schema eines erweiterten Ausführungsbeispiels,
betreffend eine Pump- und Erwärmungsvorrichtung für die
enterale künstliche Nahrungszufuhr,
Fig. 7 - ein Schema eines anderen erweiterten Ausführungsbei
spiels, betreffend eine Hämofiltrationsvorrichtung,
Fig. 8 - ein Steuerungsdiagramm für die Anordnung gemäß Fig. 7.
Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung zeigt in einem schemati
schen Längsschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Wichtiger Bestandteil ist ein dünnwandiger Hohlkörper von im
wesentlichen zylindrischer Gestalt nach Art eines Wellrohres
oder Faltenbalges, wobei die dünnwandige Mantelfläche 10 eine
gewindeartige Struktur aufweist. Ein Ende des Hohlkörpers ist
mit einer Sockelplatte 12 abgeschlossen und durch diese z. B. mit
der Frontplatte eines Gerätes fest verbunden. Das andere Ende
des Hohlkörpers ist durch eine Deckplatte 14 verschlossen. Der
Abstand zwischen der Deckplatte 14 und der Sockelplatte 12 ist
veränderbar, im gezeigten Beispiel mit Hilfe einer in der Deck
platte gelagerten Gewindespindel 16, die einen Drehknopf 18
trägt, und einem entsprechenden Gewinde in der Sockelplatte 12.
In den an der Außenfläche gewindeartig verlaufenden Zwischenraum
der Oberflächenstruktur des Hohlkörpers ist ein Schlauch 20
gewickelt, durch den das Medium, z. B. eine Infusionsflüssigkeit
oder Blut, fließt. Hierzu ist, wie auch bei den weiteren Ausfüh
rungsbeispielen, die Tiefe des Zwischenraumes in der Oberflä
chenstruktur den Maßen des Schlauches angepaßt. Sie liegt
vorzugsweise in der Größenordnung des 1,2- bis 1,8fachen des
Schlauch-Außendurchmessers. Vor dem Aufwickeln des Schlauches
wird der Hohlkörper durch entsprechendes Betätigen des Dreh
knopfes 18 maximal gedehnt, so daß der Schlauch in den Zwischen
raum der gewindeartigen Struktur paßt. Danach wird der Hohlkör
per durch entgegengesetzte Betätigung des Drehknopfes nach
Bedarf zusammengedrückt, wobei auch der Schlauchquerschnitt
entsprechend verformt wird.
Im Inneren des Hohlkörpers ist eine Heizvorrichtung angeordnet.
Sie besteht bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einer
Heizschlange 22, die im Zwischenraum der gewindeartigen Struktur
an der Innenfläche des Hohlkörpers liegt. Besonders vorteilhaft
ist für diesen Zweck eine Heizschlange aus einem elektrisch
leitfähigen elastischen Kunststoff, in den die beiden der Zu-
und Abführungen des Stromes dienenden elektrischen Leiter 24, 26
eingebettet sind, so daß der Heizstrom, in der Querschnittflä
che der Heizschlange betrachtet, von dem Leiter 24 durch den
elektrisch leitfähigen Kunststoff zu dem Leiter 26 fließt, oder
umgekehrt. Geeignete elektrisch leitende Kunststoffe, z. B. mit
Kohlenstoff angereicherter Silikonkautschuk, sind bekannt. Bei
Bedarf kann die Heizschlange eine Isolationsschicht aus einem
gleichartigen, aber elektrisch nichtleitenden Kunststoff aufwei
sen.
Durch das Zusammendrücken des Schlauches im Zwischenraum der
Oberflächenstruktur werden günstige Voraussetzungen für den
Wärmeübergang zwischen dem Inneren des Schlauches und der Heiz
einrichtung geschaffen, u. a. weil hierdurch der größte Teil der
Schlauchoberfläche unter Verdrängung störender Luftschichten in
innigen Kontakt mit der Heizeinrichtung gebracht wird. Eine noch
wichtigere Wirkung besteht jedoch darin, daß durch die Verminde
rung der Querschnittsfläche bei gleichbleibender oder sogar
vergrößerter Oberfläche der Wärmeaustausch im Inneren der strö
menden Flüssigkeit wesentlich verbessert wird.
Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung kann in verschiedener Weise
vorteilhaft abgewandelt oder weiter ausgestaltet werden:
Zur Erlangung einer Pumpfunktion durch abwechselnde Vergrößerung
und Verkleinerung des im Schlauch eingeschlossenen Volumens
unter Verwendung entsprechend gesteuerter Einlaß- und Auslaßven
tile besteht eine zweckmäßige Ergänzung darin, die Gewindespin
del 16 mit einem Antriebsmotor zu verbinden, der die Gewinde
spindel in wechselnder Richtung dreht.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung zu dem gleichen Zweck
besteht darin, eine Einrichtung zur abwechselnden Verminderung
und Erhöhung des Druckes im Innenraum des Hohlkörpers vorzuse
hen, vorzugsweise in der Form, daß der Innenraum mit einer
Flüssigkeit gefüllt ist, deren Druck abwechselnd vergrößert
und verkleinert wird, z. B. mittels eines in der Sockelplatte 12
geführten Tauchkolbens.
Anstelle der an der Innenfläche des Hohlkörpers angeordneten
Heizschlange kann eine im Innenraum des Hohlkörpers befindliche
Flüssigkeit als Heizmedium (oder Kühlmedium) dienen. Das Heiz
medium (bzw. Kühlmedium) wird hierzu z. B. unter Benutzung einer
externen Heizvorrichtung (bzw. Kühlvorrichtung) über an der
Sockelplatte 12 vorgesehene Anschlüsse durch den Innenraum des
Hohlkörpers geführt. Außerdem kann durch periodische Veränderung
des Volumens der im Hohlkörper befindlichen Flüssigkeit hiermit
zugleich, wie bereits erwähnt, eine Pumpfunktion erreicht
werden. Eine solche Anordnung ist besonders vorteilhaft z. B. bei
Vorrichtungen zur Hämodialyse oder Hämodiafiltration einsetzbar,
bei denen bereits ein entsprechender Flüssigkeitskreislauf mit
thermostatisch geregelter Temperatur zur Verfügung steht, an den
die Vorrichtung wie oben angegeben angeschlossen werden kann.
Auf diese Weise ist es z. B. mit geringem Aufwand möglich, die
Wärme der abfließenden gebrauchten Dialysierflüssigkeit zur
Erwärmung einer Infusions- oder Substitionslösung auszunutzen.
Der gesamte Aufwand für eine gesonderte Heizung sowie Tempera
turregelung und -überwachung entfällt hierbei.
Bei dem in Fig. 2 ebenfalls in Form eines schematischen Längs
schnittes gezeigten Ausführungsbeispiel wird eine für das Einle
gen des Schlauches geeignete Oberflächenstruktur mit variablem
Zwischenraum dadurch geschaffen, daß ein Rohr 28 von etwa recht
eckigem Querschnitt um einen zylindrischen Tragkörper 30
gewunden ist und diesen lose umschließt. Der Tragkörper 30 ist
in einem Sockelkörper 32 axial verschiebbar gelagert. Ein Ende
des Rohres 28 ist mit dem Sockelkörper 32 verbunden, wobei durch
einem im Sockelkörper liegenden Kanal 34 eine den Durchlaß von
Flüssigkeit erlaubende Verbindung zwischen dem Inneren des
Rohres 28 und einer an den Sockelkörper angeschlossenen Leitung
36 geschaffen wird. Das andere Ende des Rohres ist mit dem den
frontseitigen Abschluß des Tragkörpers 30 bildenden Flansch 38
verbunden. Durch einen im Flansch bzw. Tragkörper verlaufenden
Kanal 40, 42 besteht eine den Durchtritt von Flüssigkeit erlau
bende Verbindung zwischen dem Inneren des Rohres 28 und der an
den Tragkörper angeschlossenen Leitung 44. Die Leitungen 36 und
44 dienen dazu, eine Heiz- oder Kühlflüssigkeit durch das Rohr
28 zu leiten.
Durch axiale Verschiebung des Tragkörpers 30 in der Führung des
Sockelkörpers 32 wird der Abstand zwischen den Windungen des
Rohres 28 vergrößert oder verkleinert. Die Verschiebung wird
hydraulisch oder pneumatisch durch ein im Inneren des Tragkör
pers angeordnetes System von Kolben und Zylinder bewirkt, wobei
ein im Inneren des Tragkörpers befindlicher Hohlraum 46 als
Zylinder dient. Der Kolben 48 ist durch eine im Tragkörper
geführte Kolbenstange 50 an einer Platte 52 befestigt, die
ihrerseits mit dem Sockelkörper 32 verbunden ist. Durch Verän
dern des Druckes in der Leitung 52, die durch den Kanal 54 mit
dem Hohlraum 46 in Verbindung steht, können Kolben und Zylinder
nach Bedarf gegeneinander verschoben werden.
Der Schlauch 20 ist in den Zwischenraum der Windungen des Rohres
28 gewickelt, und durch nachfolgende Verengung des Zwischen
raumes ist ein Querschnitt nach Bedarf verformt. Dabei ergeben
sich die bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 genannten Vorteile
hinsichtlich des Wärmeüberganges zwischen dem im Schlauch 20
befindlichen Medium und dem durch das Rohr 38 fließenden Heiz-
oder Kühlmedium.
Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel kann ebenfalls in
verschiedener Weise vorteilhaft abgewandelt werden:
An der Stelle des Rohres 28 kann ein gleichartig geformter
elektrischer Heizstab treten. Falls eine Beheizung oder Kühlung
nicht vorgesehen ist, sondern lediglich die Funktion als Pumpe
oder regelbares Drosselorgan in Betracht kommt, ist das Rohr 28
selbstverständlich durch einen einfachen gewundenen Stab
ersetzbar. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß anstelle
des hydraulischen oder pneumatischen Antriebes auch ein
mechanischer Antrieb zur Veränderung der Weite des zum Einlegen
des Schlauches bestimmten Zwischenraumes vorgesehen werden kann.
Eine besonders günstige Kombination der Funktion Heizen/Pumpen
oder Kühlen/Pumpen wird dadurch erreicht, daß der Druck einer
durch das Rohr 28 zu leitenden Heiz- oder Kühlflüssigkeit
gleichzeitig zum Betrieb des hydraulischen Antriebssystems
genutzt wird. Ein Ausführungsbeispiel einer entsprechenden
Anordnung ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Die Enden 36, 44
des gewundenen Rohres 28 sind an einen Flüssigkeitskreislauf
angeschlossen, der eine Pumpe 54, einen Durchlauferwärmer 56 und
ein Ventil 58 aufweist. Wenn das Ventil 58 offen ist, zirkuliert
erwärmte Flüssigkeit durch das Rohr 28. Zwischen dem Auslaß 36
des gewundenden Rohres 28 und dem Ventil 58 zweigt die Leitung 52
ab, die zu dem Antriebszylilnder 46 führt. Wenn das Ventil 58
ganz oder teilweise geschlossen wird, steigt somit der Druck im
Antriebszylinder 46, und das gewundene Rohr 28 wird entsprechend
der zu Fig. 2 gegebenen Beschreibung komprimiert, so daß sich
der Zwischenraum, in den der Schlauch eingelegt ist, entspre
chend verengt. Durch nachfolgendes Öffnen des Ventils 58 kehrt
das Antriebssystem durch die Federkraft des gewundenen Rohres
oder die Kraft einer eventuell zusätzlich vorgesehenen Feder
oder durch eine in Fig. 3 nicht berücksichtigte Umsteuerung des
Druckes auf die andere Seite des Kolbens 48 in die Ausgangs
stellung zurück. Durch periodische Betätigung des Ventils 58,
gesteuert durch einen Zeittaktgenerator oder die Stellung des
Antriebssysstems abtastende Sensoren oder Endschalter, wird somit
eine Pumpfunktion in bezug auf das im Schlauch 20 befindliche
Medium erreicht.
Das mit dem Flüssigkeitskreislauf in Fig. 3 verbundene Gefäß 60
dient dem Ausgleich der durch die Tätigkeit des Antriebssystems
bedingten Volumenschwankungen.
Auch bei der in Fig. 2 angegebenen Anordnung besteht die beson
ders vorteilhafte Möglichkeit, das durchströmte Rohr in den
Flüssigkeitskreislauf einer Vorrichtung zur Hämodialyse oder
Hämofiltration einzubeziehen, um beispielsweise unter Ausnutzung
der Wärme der gebrauchten Dialyseflüssigkeit eine Infusions-
oder Substitutionslösung, die durch einen zwischen den Windungen
des Rohres eingelegten Schlauch geleitet wird, zu erwärmen. Auch
ein zur Realisierung einer Pumpfunktion notwendiger Antrieb,
z. B. entsprechend dem in Fig. 3 angegebenen Schema, vereinfacht
sich hierdurch, da z. B. die Pumpe 54, das Ausgleichsgefäß 60 und
natürlich auch der Durchlauferwärmer 56 entfallen können.
Fig. 4 zeigt in Form eines schematischen Längsschnittes ein
weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Fig. 5 ist eine
Frontansicht dieser Anordnung dargestellt. Der Schlauch 20 ist
in einen Zwischenraum variabler Weite eingelegt, der im Prinzip
von zwei gegeneinander koaxial beweglichen kreisringförmigen
Flächen 62, 64 und einer inneren zylindrischen Ringfläche 66
gebildet wird. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist zum
Verändern der Weite des Zwischenraumes ein magnetischer Antrieb
vorgesehen, wobei durch gleichzeitige Nutzung von Bestandteilen
des magnetischen Kreises als Teile der Struktur des variablen
Zwischenraumes ein besonders einfacher und dadurch vorteilhafter
Aufbau erzielt wird. Eine der kreisringförmigen Flächen, die den
zum Einlegen des Schlauches 20 bestimmten Zwischenraum begren
zen, wird von der Stirnfläche 62 des Außenkörpers 68 des Magnet
systems, des sogenannten Magnettopfes, gebildet. Die zweite
kreisringförmige Fläche ist die Innenfläche 64 der Polplatte 70,
die mit dem beweglichen Anker 72 des Magnetsystems magnetisch
leitend vereinigt ist. Die innere Begrenzung des Zwischenraumes
besteht aus der zylindrischen Mantelfläche 66 des Führungsringes
74, der den Anker 72 umschließt. Dieser Führungsring besteht aus
nicht magnetisierbarem Material, während die übrigen genannten
Teile 68, 70, 72 des Magnetsystems aus magnetisierbarem Material
bestehen.
Der Magnettopf enthält eine Wicklung 76, durch deren Speisung
mit elektrischem Strom in üblicher Art das Magnetfeld erzeugt
wird, unter dessen Einfluß der Anker 72 in den Spulentopf
gezogen und somit der Zwischenraum, in den der Schlauch 20
eingelegt ist, verkleinert wird. Für die entgegengesetzte
Bewegung ist eine Feder 78 vorgesehen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist zur Steuerung der
Bewegung ein Positionssensor 80 vorgesehen, z. B. in Form eines
elektrischen Widerstandsgebers, der eine Information über die
aktuelle Stellung des Ankers und somit über die Weite des
Zwischenraumes, in den der Schlauch eingelegt ist, in Form eines
elektrischen Signals liefert. Zur genauen Steuerung der Weite
des Zwischenraumes, z. B. nach einer extern vorgegebenen zeit
lichen Funktion, ist ein Regler 82 vorgesehen, der den Istwert
der Position mit einem über die elektrische Signalleitung 84
zugeführten vorgegebenen Sollwert der Position vergleicht und
die Stromversorgung der Magnetspule 76 so beeinflußt, daß
Istwert und Sollwert in Übereinstimmung kommen.
Die in Fig. 4 und Fig. 5 gezeigte Ausführung ist u. a. als
Dosierpumpe mit variablem Hub für Infusionen oder als regelbare
Drossel geeignet. Beim Einsatz als Infusionspumpe oder als
Blutpumpe in extrakorporalen Kreisläufen hat sie gegenüber den
sonst allgemein gebräuchlichen Schlauchpumpen in Form von
Rollenpumpen den wesentlichen Vorteil, daß die mechanische
Beanspruchung und der dadurch bedingte Verschleiß des Schlauch
materials erheblich geringer ist und insbesondere eine Reibung
zwischen den Innenwänden des Schlauches, die zum Abtrieb klein
ster Partikel führen kann, nicht stattfindet. Solche Partikel,
die in den Blutkreislauf eines Patienten gelangen, verursachen
zwar im allgemeinen keine akut erkennbaren Schäden, tragen aber
zu den Risiken einer Langzeitbehandlung, wie beispielsweise
bei der Hämodialyse, durchaus bei.
Die zur Erzielung einer Pumpfunktion notwendigen Ventile, z. B.
in Form von magnetisch betätigten Schlauchklemmventilen, können
vorteilhaft mit den Schlauchhalterungen 86 (Fig. 5) vereinigt
werden.
Die pulsierende Förderung, die sich bei Benutzung der beschrie
benen Anordnungen als Pumpen ergibt, stört bei vielen Anwen
dungen nicht oder ist sogar erwünscht, z. B. bei extrakorporalen
Blutkreisläufen nach dem Single-Needle-Prinzip, wie weiter unten
am Beispiel einer Anwendung bei einer Hämofiltrationsvorrichtung
beschrieben. Bei Bedarf kann durch eine doppelte Anordnung mit
zwei Schläuchen, die abwechselnd komprimiert werden, eine nahezu
pulsationsfreie Förderung erreicht werden, bei der Anordnung
nach Fig. 4 und Fig. 5 besonders vorteilhaft in der Weise, daß
zwischen der Polplatte 70 und einer zusätzlich davor angeordne
ten, mit dem Magnettopf starr verbundenen Platte ein zweiter
Zwischenraum zur Aufnahme des zweiten Schlauches vorgesehen
wird.
Die Anordnung nach Fig. 4 und Fig. 5 kann durch Einbau eines
elektrischen Heizelements auch zur Erwärmung des durch den
Schlauch fließenden Mediums dienen. Besonders interessant ist
hierbei die Möglichkeit, die in der Magnetspule entstehende
Wärme, die normalerweise als Verlustwärme unerwünscht wäre, zur
Erwärmung des durch den Schlauch fließenden Mediums auszunutzen.
Fig. 6 und Fig. 7 zeigen erweiterte Ausführungsbeispiele der
Erfindung in schematischer Form, in denen die zuvor in Fig. 1,
Fig. 2 und Fig. 4 dargestellten oder aus diesen durch weitere
Ausgestaltung oder Kombination von Merkmalen abgeleiteten
Funktionseinheiten wahlweise Anwendung finden können. Die
betreffende Funktionseinheit ist in Fig. 6 und Fig. 7 mit 100
bezeichnet.
Fig. 6 bezieht sich auf eine Pumpvorrichtung mit gleichzeitiger
Erwärmung des gepumpten Mediums, z. B. für die Nahrungszufuhr bei
der enteralen künstlichen Ernährung. Das Medium von breiiger
Konsistenz gelangt aus dem Vorratsgefäß 102 über die Schlauch
leitung 104 und das Einlaßventil 106 zu der Funktionseinheit 100
und von dort durch das Auslaßventil 108 und die Schlauchleitung
110 zum Patienten. Die Funktionseinheit 100 bewirkt in der zuvor
beschriebenen Weise die Erwärmung des Mediums und zugleich durch
abwechselnde Vergrößerung und Verkleinerung des im Schlauch
eingeschlossenen Volumens im Zusammenwirken mit den Schlauch
klemmventilen 106 und 108 seinen Transport. Die abwechselnde
Volumenvergrößerung und -verkleinerung der Funktionseinheit 100
und die Tätigkeit der Ventile 106 und 108 wird durch die
Steuerungs- und Antriebseinheit 112 bewirkt, und zwar in der
Weise, daß für die Dauer der Volumenvergrößerung das Einlaß
ventil geöffnet und das Auslaßventil geschlossen ist und für die
Dauer der Volumenverkleinerung das Auslaßventil geöffnet und das
Einlaßventil geschlossen ist.
Ein wichtiger Vorteil der in Fig. 6 gezeigten Anordnung liegt
darin, daß das gesamte sterile, aus Gründen der Hygiene nur zum
einmaligen Gebrauch bestimmte Überleitungssystem zwischen dem
Vorratsgefäß und dem Patientenanschluß nur aus einem einfachen
einheitlichen Schlauchstück besteht und somit nur geringe Kosten
verursacht.
Fig. 7 ist das Schema einer Hämofiltrationsvorrichtung
dargestellt, bei der eine Funktionseinheit 100 der beschriebenen
Art besonders vorteilhafte Anwendung findet und gegenüber den
bisher zu diesem Zweck gebräuchlichen Einrichtungen wesentliche
Vereinfachungen ergibt. Es handelt sich um eine Anordnung mit
einem extrakorporalen Blutkreislauf nach dem sogenannten Single-
Needle-Prinzip, bei der dem Patienten Blut in kleinen Einzelmen
gen über eine einzige Leitung 114 abwechselnd entnommen und
wieder zugeführt wird.
Die Leitung 114, deren äußeres Ende (links in Fig. 7) an einen in
ein Blutgefäß des Patienten eingeführten Katheter angeschlossen
ist, führt zu diesem Zweck zu einer Leitungsverzweigung 150. Von
dort führt eine Entnahmeleitung 118 das Blut zum Einlaß der als
Pumpelement dienenden Funktionseinheit 100. Vom Auslaß der
Funktionseinheit 100 gelangt das Blut durch die Leitung 122 zum
Einlaß des Blutraumes 126 des Hämofilters 124. Der Auslaß des
Blutraumes 126 ist über die Rückführungsleitung 136, bestehend aus
den Leitungsabschnitten 136 a und 136 b, wieder an die Leitungsver
zweigung 150 angeschlossen.
In der Leitung 136 (136 a, 136 b) ist stromabwärts vom Blutraum des
Hämofilters zusätzlich eine Luftabscheidekammer 142 eingefügt.
Sie hat im wesentlichen die Funktion einer Sicherheitseinrich
tung, die verhindert, daß Luft, die infolge einer Störung in den
extrakorporalen Blutkreislauf gelangen könnte, durch die Leitung
114 in den inneren Blutkreislauf des Patienten gefördert wird. Vom
oberen Teil der Luftabscheidekammer zweigt ein Leitungsstück 144
ab, das normalerweise mit einer Klemme 146 verschlossen ist. Durch
dieses Leitungsstück kann angesammelte Luft nach Bedarf entfernt
werden. Dieses Leitungsstück 144 kann jedoch auch zur Einleitung
einer Infusionsflüssigkeit in den extrakorporalen Blutkreislauf
und/oder zum Anschließen einer Druckmeßeinrichtung zu Überwa
chungszwecken dienen.
Zur Steuerung des Blutflusses und des Filtrationsvorganges sind
mehrere Schlauchklemmventile vorgesehen: Ein erstes Schlauch
klemmventil 116 an der Leitung 118 zwischen der Verzweigungs
stelle 150 und dem Einlaß der Funktionseinheit 100, ein zweites
Schlauchklemmventil 140 am Leitungsabschnitt 136 a zwischen dem
Auslaß des Blutraumes und dem Einlaß der Luftabscheidekammer
142, ein drittes Schlauchklemmventil 138 zwischen dem Auslaß der
Luftabscheidekammer und der Verzweigungsstelle 150. Das Öffnen
und Schließen der Ventile sowie die periodische Erweiterung und
Verengung des Zwischenraumes der Funktionseinheit 100 wird durch
die Steuerungseinheit 148 bewirkt. Die Steuerungseinheit 148
kann dabei eine rein mechanische, z. B. von einem Motor angetrie
bene Vorrichtung sein, die beispielsweise über Kurvenscheiben
oder Nocken unmittelbar die notwendigen Bewegungen bewirkt. Sie
kann aber auch als eine hinsichtlich dieser Funktion gleichwer
tige elektromechanische oder rein elektronische Einrichtung in
Verbindung mit entsprechenden Aktoren, z. B. in Form elektromag
netischer Antriebe, ausgeführt sein. Einrichtungen dieser Art
für ähnliche Zwecke sind bekannt, so sich eine Beschreibung von
Einzelheiten erübrigt.
Eine besondere Eigenschaft des gezeigten Systems besteht in der
Anordnung des Schlauchklemmventils 140 an dem Leitungsabschnitt
136 a zwischen dem Auslaß des Blutraumes des Hämofilters 124 und
dem Einlaß der Luftabscheidekammer 142. Bei der folgenden
Beschreibung der Ventilsteuerung wird zum besseren Verständnis
zunächst davon ausgegangen, daß das Ventil 140 synchron mit dem
Rücklaufventil 136 arbeitet und während der gesamten Rückfüh
rungsphase vollständig geöffnet ist.
In der Entnahmephase ist das Schlauchklemmventil 116 geöffnet
und das Schlauchklemmventil 138 geschlossen. Aufgrund der
gleichzeitig stattfindenden Volumenvergrößerung der Funktions
einheit 100 fließt das Blut vom Patienten durch die Leitungen 114
und 118 und wird in dem erweiterten Volumen des Schlauches 20 in
der Funktionseinheit 100 gespeichert. Das Schlauchklemmventil
140 ist in dieser Phase geschlossen. Es verhindert, daß in der
Luftabscheidekammer 142 angesammelte Luft rückwärts in die
Leitung 136 a gesaugt wird.
In der sich anschließenden Rückführungsphase ist das Schlauch
klemmventil 116 geschlossen und das Schlauchklemmventil 138
geöffnet. Auch das Schlauchklemmventil 140 ist, wie oben voraus
gesetzt, während der gesamten Rückführungsphase vollständig
geöffnet. Durch Volumenverkleinerung des Schlauches 20 in der
Funktionseinheit 100 wird das dort gespeicherte Blut ausgetrie
ben und fließt durch die Leitung 122, den Blutraum 126 des
Hämofilters 124 und die Leitungen 136 (136 a, 136 b) und 114 zurück
zum Patienten.
Die Filtrationsgeschwindigkeit, d. h. die Menge des Filtrats, das
pro Zeiteinheit aus dem Blutraum 126 des Hämofilters 124 durch
die Filtermembran 128 in den Filtratraum 130 übertritt und von
dort durch die Leitung 132 in das Filtrat-Sammelgefäß 134
abfließt, ist von der Durchlässigkeit der Filtermembran und vom
Transmembrandruck abhängig. Der Transmembrandruck ist die
Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten der Filtermembran 128,
d. h. zwischen dem Blutraum 126 und dem Filtratraum 130 des
Hämofilters 124. Bei einem zur Atmosphäre offenen Filtratauslaß
ist der Transmembrandruck gleich dem im Blutraum des Hämofilters
herrschenden Blutdruck.
Wenn, wie vereinfachend vorausgesetzt, das Ventil 140 synchron
mit dem Rückführungsventil 138 arbeitet und in der Rückführungs
phase vollständig offen ist, schwankt unter den genannten
Voraussetzungen der im Blutraum herrschende Druck um einen
Mittelwert, der ziemlich genau mit dem Druck übereinstimmt, der
in dem Blutgefäß des Patienten herrscht, in das der Katheter zur
Blutentnahme und -rückführung eingeführt ist, wobei die Größe
der Schwankung des Druckes um diesen Mittelwert im wesentlichen
vom Strömungswiderstand des Katheters und seiner Anschlußteile
und von den in der Entnahmephase und in der Rückführungsphase in
der Leitung 114 herrschenden Werten des Blutflusses bestimmt
wird.
Üblicherweise wird der Katheter aus medizinischen Gründen in
eine der größeren Venen eingeführt, in denen ein relativ
niedriger Blutdruck herrscht. Da dieser niedrige Druck unter den
genannten Voraussetzungen (und unter der Annahme, daß das Ventil
140 lediglich synchron mit dem Ventil 138 gesteuert und in der
Rückführungsphase vollständig geöffnet wird) als Mittelwert für
die Filtrationsgeschwindigkeit maßgebend ist, ergibt sich eine
mittlere Filtrationsgeschwindigkeit, die sehr niedrig ist und
weniger als 10 Prozent der mit einer solchen Vorrichtung norma
lerweise angestrebten Filtrationsgeschwindigkeit beträgt.
Ausgehend von diesem nahezu vernachlässigbaren Minimalwert der
Filtrationsgeschwindigkeit kann nun mit Hilfe des Ventils 140
die Filtrationsgeschwindigkeit nach Bedarf gesteuert werden.
Hierzu ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung die Steuerungs
einheit 148 so eingerichtet, daß das Ventil 140 während eines
Teils der Rückführungsphase geschlossen wird, wobei die Schließ
dauer des Ventils 140 im Verhältnis zur Dauer der Rückführungs
phase zwischen 0 und einem Höchstwert von maximal 50 Prozent
nach Bedarf einstellbar ist.
Der zeitliche Ablauf mit den jeweiligen Zuständen der Ventile
und der Vergrößerung und Verkleinerung des Volumens des Pumpele
ments ist für diesen Fall in Fig. 8 angegeben. Das Diagramm
zeigt insbesondere, daß das Ventil 140, das gemäß Fig. 7 den
Durchlaß von Blut durch die Leitung 136 a zwischen dem Auslaß des
Blutraumes des Hämofilters 124 und dem Einlaß der Luftabscheide
kammer 142 steuert, während eines bestimmten, einstellbaren
Teils (Tf) der Rückführungsphase (Tr) geschlossen wird. Inner
halb der Zeit Tf bewirkt die als Pumpelement dienende Funktions
einheit 100 eine Volumenverdrängung Vf. Da dieses Volumen Vf
wegen des geschlossenen Ventils 140 nicht über den Auslaß des
Blutraumes abfließen kann, muß ein entsprechendes Filtratvolumen
Vf durch die Filtermembran gehen und am Filtratanschluß des
Hämofilters austreten. Das Filtratvolumen Vf verhält sich zu dem
in einem Zyklus geförderten Gesamtvolumen Vc wie die Filtra
tionszeit Tf zu der Rückführungszeit Tr. Durch Verändern der
Filtrationszeit Tr, d. h. der Schließungsdauer des Ventils 140
während der Rückführungsphase, kann somit das in jedem Zyklus
abfiltrierte Flüssigkeitsvolumen Vf gesteuert werden. Somit ist
auch der zeitliche Mittelwert der Filtrationsgeschwindigkeit auf
diese Weise einstellbar.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß in der
Leitung 136 stromabwärts des Blutraumes 126 des Hämofilters 124
in der Rückführungsphase ein regelbarer Strömungswiderstand
wirksam ist, vorzugsweise in der Form, daß das Ventil 140 in der
Rückführungsphase nur teilweise geöffnet wird, so daß es einen
nicht vernachlässigbaren Strömungswiderstand bildet. Hierzu ist
eine Einstellvorrichtung 120 vorgesehen, die z. B. in der Weise
wirkt, daß sie den Öffnungshub des Ventils 140 in regelbarem
Maße begrenzt.
Auch auf diese Weise wird eine Erhöhung des zeitlichen Mittel
wertes des Druckes im Blutraum des Hämofilters erreicht, so daß
die Filtrationsgeschwindigkeit entsprechend beeinflußt wird.
Claims (29)
1. Medizinische Vorrichtung mit mindestens einem in den
Zwischenraum einer Oberflächenstruktur einzulegenden Schlauch,
wobei die Längserstreckung des Zwischenraumes ein Vielfaches des
Schlauchdurchmessers beträgt und Weite und Tiefe des Zwischen
raumes durch mechanische Begrenzungen vorgegeben werden, die den
Schlauch an drei Seiten seines Umfanges (im wesentlichen U-förmig)
umschließen, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite des Zwischen
raumes veränderlich und regelbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Tiefe des Zwischenraumes das 1- bis 2,5fache des Schlauch-
Außendurchmessers beträgt.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß sie einen Kraftantrieb zur Verstellung der
Weite des Zwischenraumes aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß sie eine die Veränderung der Weite des
Zwischenraumes erfassende Abtastvorrichtung aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß sie Einrichtungen aufweist, die dazu
bestimmt sind, die die Oberflächenstruktur bildenden Teile auf
eine von der Umgebungstemperatur abweichende Temperatur zu
bringen.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbe
sondere nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine
thermische Kopplung vorgesehen ist, um von dem Kraftantrieb
entwickelte Wärme auf die den zum Einlegen des Schlauches
bestimmten Zwischenraum bildenden Teile der Oberflächenstruktur
zu übertragen.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Oberflächenstruktur auf dem Umfang eines
im wesentlichen zylindrischen Körpers ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Oberflächenstruktur gewindeartig ausgebildet ist.
9. Medizinische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen dünnwandigen,
elastischen, im wesentlichen zylindrischen Hohlkörper nach Art
eines Wellrohres oder Faltenbalges aufweist, dessen Mantelfläche
(10) die Oberflächenstruktur bildet.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
sich im Zwischenraum der gewindeartigen Struktur an der Innen
seite der Mantelfläche des Hohlkörpers eine Heizvorrichtung (22)
befindet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der
Hohlkörper Einrichtungen zu seiner Durchströmung mit einem als
Wärmeträger dienenden Medium aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-11, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Weite des Zwischenraumes
der Oberflächenstruktur eine Einrichtung zur Veränderung des
Druckes im Inneren des Hohlkörpers vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckübertragung zum Zwecke der Veränderung der Weite
des Zwischenraumes durch das als Wärmeträger dienende Medium
erfolgt.
14. Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die gewindeartige Struktur von den Zwischenräumen
eines um einen Kern (30) gewundenen Stabes/Rohres (28) gebildet
wird.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
das gewundene Rohr (28) in ringförmig den Kern (30) umschließen
den Flanschen (32, 38) endet.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 und 15, dadurch
gekennzeichnet, daß sich im Inneren des gewundenen Stabes/Rohres
(28) eine elektrische Heizvorrichtung befindet.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 und 15, dadurch
gekennzeichnet, daß das gewundene Rohr mit Einrichtungen zur
Durchströmung des Rohres mit einem als Wärmeträger dienenden
Medium verbunden ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14-17, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Kern ein Antriebssystem (46, 48) zur Verände
rung der Weite des zwischen den Windungen des Stabes/Rohres
gebildeten Zwischenraumes enthält.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß
das Antriebssystem vom Druck des gemäß Anspruch 17 als Wärmeträ
ger dienenden Mediums betätigt wird.
20. Medizinische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7,
dadurch gekennzeichnet, daß der zum Einlegen des Schlauches
bestimmte Zwischenraum von zwei gegeneinander koaxial beweg
lichen, sich radial erstreckenden kreisringförmigen Flächen
(62, 64) und einer inneren zylindrischen Ringfläche (66) gebildet
wird.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Veränderung des Abstandes der kreisringförmigen Flächen
(62, 64), entsprechend der Weite des Zwischenraumes, ein
Antriebssystem mit einem Elektromagneten dient.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß
die den zum Einlegen des Schlauches bestimmten Zwischenraum
begrenzenden Teile gleichzeitig Bestandteile des magnetischen
Kreises des Antriebssystems sind.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20-22, gekennzeichnet
durch eine elektrische Heizvorrichtung, die in mindestens einem
der den zum Einlegen des Schlauches bestimmten Zwischenraum
begrenzenden Teile wirksam ist.
24. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche mit einem den Zwischenraum periodisch vergrößernden
und verkleinernden Kraftantrieb in Verbindung mit einem Einlaß
ventil (106) und einem Auslaßventil (108) als Pumpvorrichtung.
25. Verwendung einer Vorrichtung gemäß Anspruch 24, dadurch
gekennzeichnet, daß das Einlaß- und das Auslaßventil als
Schlauchklemmventile ausgebildet sind.
26. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-23
als Funktionseinheit (100) einer Hämofiltrationsvorrichtung mit
einem extrakorporalen Blutkreislauf nach dem Single-Needle-
Prinzip mit einer zu einer Leitungsverzweigung (150) führenden
Katheterleitung (114), einer von der Leitungsverzweigung (150)
über ein Ventil (116) zum Einlaß der als Pumpelement dienenden
Funktionseinheit (100) führenden Entnahmeleitung (118), einer
vom Auslaß der Funktionseinheit (100) zum Einlaß des Blutraumes
(126) des Hämofilters (124) führenden Leitung (122), einer vom
Auslaß des Blutraumes (126) zu einer Luftabscheidekammer (142)
führenden Leitung (136 a) und einer vom der Luftabscheidekammer
über ein Ventil (138) zur Leitungsverzweigung (150) führenden
Rückführungsleitung (136 b), wobei eine Steuerungseinheit (148)
bewirkt, daß in der Entnahmephase das Ventil (138) der Rückfüh
rungsleitung (136 b) geschlossen ist, das Ventil (116) der
Entnahmeleitung (118) geöffnet ist und das Volumen der Funk
tionseinheit (100) sich vergrößert und in der Rückführungsphase
die genannten Ventile die entgegengesetzte Stellung haben und
das Volumen der Funktionseinheit (100) sich verkleinert, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung des Durchflusses durch die
Leitung (136 a) zwischen dem Auslaß des Blutraumes (126) des
Hämofilters (124) ein zusätzliches von der Steuerungseinheit
(148) gesteuertes Ventil (140) vorgesehen ist.
27. Verwendung einer Vorrichtung gemäß Anspruch 26, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuerungseinheit (148) so ausgebildet
ist, daß das zusätzliche Ventil (140) in der Entnahmephase
geschlossen ist und in der Rückführungsphase zeitweise ebenfalls
geschlossen ist, wobei die Zeitdauer des geschlossenen Zustandes
in der Rückführungsphase im Verhältnis zur Gesamtdauer der
Rückführungsphase einstellbar und regelbar ist.
28. Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 26-
27, gekennzeichnet durch einen in der Rückführungsphase in der
Leitung (136 a, 136 b), die den Auslaß des Blutraumes (126) des
Hämofilters (124) mit der Leitungsverzweigung (150) verbindet,
wirksamen regelbaren Strömungswiderstand.
29. Verwendung einer Vorrichtung gemäß Anspruch 28, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Einstellvorrichtung (120) vorgesehen
ist, die bewirkt, daß das zusätzliche Ventil (140) in der Rück
führungsphase in regelbarem Maße geöffnet ist und hierbei den
regelbaren Strömungswiderstand bildet.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19873726453 DE3726453A1 (de) | 1987-08-08 | 1987-08-08 | Medizinische vorrichtung |
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DE3726453A1 true DE3726453A1 (de) | 1989-02-16 |
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ID=6333373
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |