DE4007867C2 - Vorrichtung zur kontinuierlichen Oxygenation von Blut - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Oxygenation von Blut gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche Vorrichtung ist bekannt aus DE.-Z.: Der Chirurg, 42. Jahrgang, Heft 5 (1971), Seiten 202- 208. Der Rotationskörper weist dabei mehrere in axialer Richtung aufeinander folgende Kegel auf, die in entsprechend gestaltete, hohlkegelige Ausnehmungen des Gehäuses eingreifen und über die Begrenzungsflächen der Ausnehmungen mit Blut versorgt werden. Die damit erzielte Sauerstoffanreicherung des Blutes ist wenig befriedigend. Die Ein- und Auslaßöffnungen für das Blut und den Sauerstoff sind exzentrisch angeordnet, was neben dem vorstehend angegebenen Merkmal dazu führt, daß die bekannte Vorrichtung, bezogen auf eine bestimmte Leistung, relativ aufwendig in der Herstellung und umständlich in der Bedienung ist.

Aus der US 26 93 802 ist eine Vorrichtung zur Oxygenation von Blut bekannt, bei der das zu oxygenierende Blut dem Rotationskörper konzentrisch zugeführt wird. Dieser wird durch eine nach außen abgeschlossene Kammer gebildet, welche mit Sauerstoff gefüllt ist. Die Vorrichtung ist, bezogen auf eine bestimmte Leistung, relativ groß gebaut. Der Grad der Sauerstoffanreicherung ist wenig befriedigend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, daß sich bei vermindertem Herstellaufwand und vereinfachter Bedienbarkeit eine präzise definierte Leistung bei der Oxygenationation von Blut ergibt.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentan­ spruchs 1 gelöst.

Aus der konzentrischen Zu- und Abführung des Gases und der konzentrischen Zuführung des Blutes resultiert eine besonders geringe Baugröße der Vorrichtung, was deren Verwendung am Bett des Patienten wesentlich vereinfacht. Der Gasaustausch findet im Gegenstromverfahren statt, was es ermöglicht, den Gasaustausch feinfühlig zu steuern. Die Reinigung ist problemlos möglich.

Die Vorrichtung wird mit Sauerstoffüberschuß betrie­ ben, der der Einlaßöffnung für den Sauerstoff kontinuierlich und in reiner Form zugeführt wird. Während seiner Verweildauer in der Vorrichtung wird ein Teil des Sauerstoffs durch das dem Blut entzogene Kohlendioxid ersetzt und das erhaltene Gasgemisch anschließend über eine Auslaßöffnung abgeleitet, welche in den vorliegenden Unterlagen aus Vereinfachungsgründen als Auslaßöffnung für den Sauerstoff bezeichnet ist.

In den Unteransprüchen sind Ausführungs­ arten der Erfindung angegeben.

Der Rotationskörper kann aus zwei einen axialen Abstand voneinander aufweisenden, flüssigkeitsun­ durchlässigen Scheiben bestehen, sowie aus wenigstens zwei einander radial gegenüberliegenden ersten Leit­ schaufeln, die sich achsparallel erstrecken und die Scheiben zwischen der Ausnehmung und dem Außenumfang des Rotationskörpers verbinden. Neben einer gleich­ mäßigen Blutfilmbildung auf den Oberflächen der ersten Leitschaufeln wird hierdurch eine gleichmäßige Blutströmung in allen Teilbereichen gewährleistet, was für die Erzielung eines ausgeglichenen Sauer­ stoffaustausches von großem Vorteil ist. Die ersten Leitschaufeln können in dem Zwischenraum zwischen der Ausnehmung und dem Außenumfang des Rotationskörpers spiralig verlaufend ausgebildet sein. Hierdurch wird nicht nur eine Verbesserung der Pumpwirkung erzielt, sondern darüber hinaus eine besonders schonende Behandlung der Blutkörperchen.

Der Ringvorsprung kann die Gehäusewandung mit radialem Spiel durchdringen, wobei der durch das Spiel gebildete Freiraum die Einlaßöffnung für den Sauerstoff bildet. Neben einer Vereinfachung des Gesamtaufbaus wird hierdurch die Reinigungsfähigkeit der Vorrichtung vereinfacht.

Der Rotationskörper kann radial außerhalb des Ring­ vorsprunges mit einer sich im wesentlichen parallel zu seiner Stirnfläche erstreckenden, flüssigkeitsun­ durchlässigen Stirnplatte verbunden sein, wobei die Stirnplatte einen axialen Abstand von der Stirnfläche aufweist und wobei der durch den Abstand gebildete Ringspalt in der Einlaßöffnung in axialer Richtung und im Bereich des Außenumfanges in radialer Richtung offen ist. Der durch den Radialspalt zugeführte Sauerstoff wird hierdurch vor seinem Auftreffen auf den Blutfilm in eine Drehbewegung versetzt, die der­ jenigen des Blutfilmes entspricht. Störungen der laminaren Strömungsbewegung des Blutfilmes und insbesondere einer Schaumbildung wird hierduch begegnet.

Eine weitere gegenseitige Anpassung der beidersei­ tigen Relativgeschwindigkeiten des Sauerstoffes und des Blutfilmes im Bereich der Zone des gegenseitigen Aufeinandertreffens läßt sich erreichen, wenn in dem Radialspalt zweite Leitschaufeln angeordnet sind. Diese können den Leitschaufeln der Laufräder von Radialpumpen entsprechend gestaltet sein, wobei es sich als zweckmäßig erwiesen hat, wenn die zweiten Leitschaufeln den ersten Leitschaufeln entsprechend ausgebildet sind. Bezogen auf die auf den Sauerstoff ausgeübte Förderwirkung heben sich die Wirkungen der ersten und der zweiten Leitschaufeln bei einer sol­ chen Ausbildung gegenseitig auf. Die Steuerung der dem Blutfilm je Zeiteinheit zugeführten Sauerstoff­ menge wird hierdurch stark vereinfacht.

Der Rotationskörper kann im Bereich der Stirnplatte und im Bereich des von der Stirnplatte abgewandten, axialen Endes mit radial nach außen weisenden Ring­ fortsätzen versehen sein, wobei die Ringfortsätze im Bereich ihres Außenumfanges in axialer Richtung bis auf einen geringen Abstand aneinander angenähert sind. Dem Austreten von Schaumblasen wird hierdurch vorgebeugt und eine gute Pumpwirkung erzielt. Die Auslaßöffnung für das Blut ist zweckmäßig radial außerhalb der Ringfortsätze in der Gehäusewandung angeordnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Oxygenation in längsge­ schnittener Darstellung,

Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 quergeschnitten entlang der Ebene A-A,

Fig. 3 die Vorrichtung nach Fig. 1 quergeschnitten entlang der Ebene B-B.

Die in der Zeichnung gezeigte Vorrichtung dient zur kontinuierlichen Oxygenation von Blut. Sie umfaßt ein Gehäuse 3, in dem ein Rotationskörper 1 während der bestimmungsgemäßen Verwendung um eine senkrechte Achse rotiert. Der Rotationskörper 1 ist mit einer axial nach oben geöffneten, konzentrischen Ausnehmung 8 versehen, in die die den Rotationskörper 1 in radi­ aler Richtung, d. h. horizontal, ganz durchdringenden Hohlräume 5 innenseitig münden. Die Ausnehmung 8 ist oberseitig von einem kragenartig ausgebildeten Ring­ vorsprung 11 unmittelbar umschlossen, der die Ge­ häusewandung 4 in einem radialen Abstand senkrecht nach oben durchdringt. In ihn ragt senkrecht von oben ein koaxial zu dem Ringvorsprung 11 angeordnetes Rohr 10 hinein, das in der Radialebene der Hohlräume 5 mündet und einen radialen Zwischenraum zu dem Ringvorsprung 11 freiläßt. Der Zwischenraum dient zugleich als Auslaßöffnung 12 für den Sauerstoff (sowie des darin verteilten, dem behandelten Blut entnommenen Kohlendioxids). Die Einlaßöffnung 13 für den Sauerstoff wird durch den radialen Zwischenraum zwischen dem Ringvorsprung 11 und der Gehäusewandung 4 gebildet.

Der Rotationskörper 1 besteht im wesentlichen aus zwei einen axialen Abstand voneinander aufweisenden, flüssigkeitsundurchlässigen Scheiben 6, 7 sowie aus zwei einander radial gegenüberliegenden, ersten Leitschaufeln 15, die sich parallel zu der Achse 2 erstrecken und die Scheiben 6, 7 zwischen der Aus­ nehmung 8 und dem Außenumfang 16 untereinander verbinden. Die ersten Leitschaufeln 15 haben in dem Zwischenraum zwischen der Ausnehmung 8 und dem Außen­ umfang 16 des Rotationskörpers 1 einen spiraligen Verlauf (Fig. 3).

Der Rotationskörper 1 ist radial außerhalb des Ring­ vorsprunges 11 mit einer sich im wesentlichen parallel zu seiner Stirnfläche erstreckenden, flüssigkeitsundurchlässigen Stirnplatte 17 verbunden, wobei die Stirnplatte 17 einen axialen Abstand von der Stirnfläche des Rotationskörpers 1 aufweist und wobei der durch den Abstand gebildete Radialspalt 18 im Bereich der Einlaßöffnung 13 in axialer Richtung und im Bereich des Außenumfanges 16 in radialer Richtung offen ist. Der durch die Einlaßöffnung 13 eintretende Sauerstoff wird hierin aufgenommen und durch die den Radialspalt in axialer Richtung beid­ seitig begrenzenden, der Drehbewegung des Rotations­ körpers 1 folgenden Flächen während seines Durch­ tretens in Umfangsrichtung beschleunigt, wodurch er bei seinem Austreten aus dem Radialspalt dieselbe Umfangsgeschwindigkeit aufweist wie das aus den Hohlräumen des Rotationskörpers 1 austretende Blut. Zur Unterstützung des diesbezüglichen Effektes sind in dem Radialspalt 18 zweite Leitschaufeln 19 vor­ gesehen, die den ersten Leitschaufeln 15 entsprechend ausgebildet sind (Fig. 2). Der Rotationskörper 1 ist im Bereich der Stirnplatte 17 und im Bereich des von der Stirnplatte 17 abgewandten, axialen Endes mit radial nach außen weisenden Ringfortsätzen 20 ver­ sehen, wobei die Ringfortsätze 20 im Bereich ihres Außenumfanges in axialer Richtung bis auf einen geringen Abstand aneinander und an die Austritts­ öffnung für das Blut angenähert sind. Dieses verläßt den ringförmigen Hohlraum, in dem der Rotationskörper 1 angeordnet ist, in tangentialer Richtung an der tiefsten Stelle (Fig. 1 und 3). Verwirbelungen unbehandelten Blutes mit behandeltem sowie eine Schaumbildung sind dadurch ausgeschlossen.

Zur Funktion ist folgendes auszuführen: Während der bestimmungsgemäßen Verwendung wird das zu oxygenierendende Blut durch die Bluteintrittsöffnung 9 des Rohres 10 in die konzentrische Ausnehmung 8 des Rotationskörpers 1 eingespeist und verteilt sich, ausgehend von der konzentrischen Ausnehmung 8, gleichmäßig auf den Oberflächen der ersten Leit­ schaufeln 15. Diese haben einen spiraligen Verlauf, was dazu führt, daß der anhaftende Blutfilm in Richtung des Außenumfanges beschleunigt und ausein­ andergezogen wird. Hierbei ergibt sich zugleich eine Verminderung der Dicke des Blutfilms. Das Blut ver­ läßt den Rotationskörper 1 im Bereich des Außenum­ fangs in einem in Umfangsrichtung beschleunigten Zustand. Es gelangt danach in die sich tangential anschließende Blutaustrittsöffnung 14, über welche es die Vorrichtung verläßt.

Der die Oxygenierung bewirkende, durch die Sauer­ stoffeintrittsöffnung 13 eingespeiste Sauerstoff passiert die Oberflächen der ersten Leitschaufeln 15 in umgekehrter Richtung, d. h. in radialer Richtung von außen nach innen. Er ist dadurch im Bereich des Außenumfanges der ersten Leitschaufeln in noch völlig reiner Form verfügbar, was die Erzielung eines voll­ ständigen Austauschs des in dem Blut enthaltenen Kohlendioxids gegen Sauerstoff begünstigt. Mit zunehmender Bewegung nach innen ergibt sich eine zunehmende Anreicherung des Sauerstoffs mit Kohlendioxid, bis das enthaltene Mischgas die Vorrichtung über die Auslaßöffnung 12 verläßt.

Der Rotationskörper 1 ist radial außerhalb der Leitschaufeln 15 in axialer Richtung beiderseits mit Ringfortsätzen 20 versehen, die im Bereich ihres Außenumfangs bis auf einen geringen Abstand anein­ ander angenähert sind. Radial außerhalb der Zone, in der eine Sauerstoffanreicherung des Blutes bewirkt wird, ergibt sich hierdurch eine Druckzone, in der das Blut von ungelösten Gasbestandteilen befreit und eine Pumpwirkung auf das Blut ausgeübt wird. Die Verwendung sekundärer Wasch- und Pumpeinrichtungen kann dadurch entfallen.

Der Grad der erreichten Oxygenation läßt sich anhand der Drehzahl des Rotationskörpers und des Sauerstoff­ partikeldrucks relativ leicht verändern. Auch besteht die Möglichkeit, den Rotationskörper 1 bedarfsweise durch eine andere Ausführung zu erset­ zen, beispielsweise eine Ausführung mit einer geänderten Anzahl oder Form der ersten und/oder zweiten Leitschaufeln oder anderen bei Zentrifugen gebräuchlichen Fördermitteln.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Oxygenation von Blut, umfassend ein Gehäuse (3) mit einer Gehäusewandung (4), die von Ein- und Auslaßöffnungen für das Blut (9, 14) und den Sauerstoff (13, 12) durchdrungen ist, sowie einen in dem Gehäuse (3) um eine Achse (2) rotierenden Rotationskörper (1), der radial nach außen geöffnete Hohlräume (5) aufweist und im Bereich seiner axialen Begrenzungsflächen flüssigkeitsundurchlässig abgeschlossen ist, wobei die Auslaßöffnung (14) für das Blut an der tiefsten Stelle des Gehäuses (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (5) im Bereich der Achse (2) in eine konzentrische Ausnehmung des Rotationskörpers (1) übergehen, die mit einer axial in nur einer Richtung offenen Mündung versehen ist, daß die Mündung von einem kragenartig ausgebildeten Ringvorsprung (11) des Rotationskörpers (1) umschlossen ist, der die Gehäusewandung (4) in einem radialen Abstand konzentrisch durchdringt, daß der durch den Abstand gebildete Spalt die Einlaßöffnung (13) für den Sauerstoff bildet, daß die Einlaßöffnung für das Blut (9) von einem Rohr (10) umschlossen ist, das unter Freilassung eines radialen Zwischenraumes in den Ringvorsprung (11) konzentrisch eintaucht und in die Ausnehmung (8) mündet, und daß die Auslaßöffnung für den Sauerstoff (12) durch den radialen Zwischenraum zwischen dem Rohr (10) und dem Ringvorsprung (11) gebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (1) aus zwei einen axialen Abstand voneinander aufweisenden, flüssigkeitsun­ durchlässigen Scheiben (6, 7) besteht sowie aus wenigstens zwei einander gegenüberliegenden ersten Leitschaufeln (15), die sich parallel zu der Achse (2) erstrecken und die Scheiben (6, 7) zwischen der Ausnehmung (8) und dem Außenumfang (16) des Rota­ tionskörpers verbinden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Leitschaufeln (15) in dem Zwischen­ raum zwischen der Ausnehmung (8) und dem Außenumfang (16) des Rotationskörpers (1) spiralig verlaufend ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ringvorsprung (11) die Gehäusewan­ dung (4) mit radialem Spiel durchdringt und daß der durch das Spiel gebildete Freiraum die Einlaßöffnung (13) für den Sauerstoff bildet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (1) radial außerhalb des Ringvorsprunges (11) mit einer sich parallel zu seiner Stirnfläche erstreckenden, flüssigkeitsundurchlässigen Stirnplatte (17) ver­ bunden ist, daß die Stirnplatte (17) einen axialen Abstand von der Stirnplatte aufweist und daß der durch den Abstand gebildete Ringspalt (18) im Bereich der Einlaßöffnung (13) in axialer Richtung und im Bereich des Außenumfanges (16) in radialer Richtung offen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem Ringspalt (18) zweite Leit­ schaufeln (19) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Leitschaufeln (19) den ersten Leit­ schaufeln (15) entsprechend ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rotationskörper (1) im Bereich der Stirnplatte (17) und im Bereich des von der Stirn­ platte (17) abgewandten, axialen Endes mit radial nach außen weisenden Ringfortsätzen (20) versehen ist und daß die Ringfortsätze (20) in Richtung ihres Außenumfanges zunehmend in axialer Richtung anein­ ander angenähert sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfortsätze (20) radial innerhalb der Auslaßöffnung (14) für das Blut angeordnet sind.