DE60031706T2

DE60031706T2 - Vorrichtung zur blutoxygenierung

Info

Publication number: DE60031706T2
Application number: DE60031706T
Authority: DE
Inventors: Jr. Vincent Mission Viejo DIVINO; R. William Irvine PATTERSON; L. Jeffrey Marina Del Rey CREECH; E. Stephen Tustin MYRICK; S. Mark Huntington Beach BUHR
Original assignee: Therox Inc
Current assignee: Therox Inc
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2020-09-28
Also published as: ATE344066T1; EP2143453B1; EP1762256B1; DE60043467D1; WO2001026709A2; EP2143453A3; JP5502927B2; ES2273731T3; JP4448640B2; EP1767231A1; EP1767230A3; JP2009172393A; EP1762256A1; ES2335680T3; EP1767230B1; EP1220695B1; AU7618900A; WO2001026709A3; EP2143453A2; EP1220695A2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zur Blutoxygenierung bzw. Sauerstoffanreicherung, und genauer eine Vorrichtung zum Abgeben des oxygenierten bzw. mit Sauerstoff angereicherten Bluts, beispielsweise hyperoxämischen oder hyperbaren Bluts, an einen Patienten.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Sauerstoff ist ein entscheidender Nährstoff für Humanzellen. Eine Zellschädigung kann aus Sauerstoffmangel, sogar für kurze Zeitperioden resultieren, welcher zu einer Organfunktionsstörung oder einem Versagen führen kann. Beispielsweise erfahren Herzanfall- bzw. Infarkt- und Schlaganfallopfer Blutflußverstopfungen oder Diversionen bzw. Ablenkungen, die Sauerstoff daran hindern, zu den Zellen von vitalem Gewebe abgegeben zu werden. Ohne Sauerstoff verschlechtern sich zunehmend Herz und Gehirn. In schweren Fällen resultiert der Tod aus einem vollständigen Organversagen. Weniger schwere Fälle haben typischerweise kostspielige Hospitalisierung bzw. Spitalsaufnahme, spezialisierte Behandlungen und lange Rehabilitation zur Folge.
Blutsauerstoffniveaus können hinsichtlich der Konzentration von Sauerstoff beschrieben werden, die in einer gesättigten Lösung bei einem gegebenen Partialdruck von Sauerstoff (pO₂) erreicht werden würde. Typischerweise reichen für arterielles Blut normale Blutsauerstoffniveaus (d.h. Normoxie oder Normoxämie) von 90-110 mm Hg. Hypoxämisches Blut (d.h. Hypoxämie) ist arterielles Blut mit einem pO₂, ge ringer als 90 mm Hg. Hyperoxisches Blut (d.h. Hyperoxämie oder Hyperoxie) ist arterielles Blut mit einem pO₂ größer als 400 mm Hg (siehe Cason et. al (1992) Effects of High Arterial Oxygen Tension on Function, Blood Flow Distribution, and Metabolism in Ischemic Myocardium, Circulation, 85(2):828-38, aber weniger als 760 mm Hg (siehe Shandling et al. (1997) Hyperbaric Oxygen and Thrombolysis in Myocardial Infarction: The "HOT MI" Pilot Study, American Heart Journal 134(3):544-50). Hyperbares Blut ist arterielles Blut mit einem pO₂ größer als 760 mm Hg. Venöses Blut weist typischerweise ein pO₂ Niveau von weniger als 90 mm Hg auf. Beim durchschnittlichen Erwachsenen reichen beispielsweise normale venöse Blutsauerstoffniveaus im allgemeinen von 40 mm Hg bis 70 mm Hg.
Blutsauerstoffniveaus könnten auch hinsichtlich von Hämoglobinsättigungsniveaus beschrieben werden. Für normales arterielles Blut ist eine Hämoglobinsättigung ungefähr 97 und variiert nur geringfügig, wenn pO₂ Niveaus zunehmen. Für normales venöses Blut ist eine Hämoglobinsättigung ungefähr 75%.
Bei Patienten, die an akutem Myokard- bzw. Herzinfarkt leiden, wenn das Myokardium adäquate Niveaus von oxygeniertem Blut für längere Zeit entbehren muß, kann eine irreversible Schädigung am Herzen resultieren. Wo sich der Infarkt in einer Herzattacke manifestiert, versagen die Koronar- bzw. Herzkranzarterien, einen adäquaten Blutfluß zum Herzmuskel bereitzustellen.
Die Behandlung von akutem Myokardinfarkt oder Myokardischämie umfaßt häufig ein Durchführen einer Angioplastie oder eines Stenting bzw. Aufweitens der Gefäße, um die Ver stopfung(en) innerhalb der Gefäßwände zu komprimieren, chirurgisch zu entfernen bzw. abzutragen oder anders zu behandeln. Beispielsweise verwendet eine erfolgreiche Angioplastie einen Ballon, um die Größe der Gefäßöffnung zu vergrößern, um einen gesteigerten Blutfluß zu erlauben.
Selbst mit der erfolgreichen Behandlung von verstopften Gefäßen kann noch ein Risiko einer Gewebeverletzung existieren. Während einer perkutanen transluminalen Koronarangioplastie (PTCA) ist die Ballonaufblaszeit durch die Toleranz des Patienten gegenüber Ischämie beschränkt, die durch die temporäre bzw. vorübergehende Blockierung eines Blutflusses bzw. -stroms durch ein Gefäß während einer Bal-lonaufblasung verursacht ist bzw. wird. Eine Reperfusionsverletzung kann auch beispielsweise aufgrund eines langsamen koronaren Rückflusses oder keines Rückfließens nachfolgend auf die Angioplastie resultieren.
Für einige Patienten sind Angioplastieverfahren nicht eine attraktive Option für die Behandlung von Gefäßblockierungen bzw. -blockaden. Derartige Patienten sind typischerweise bei erhöhtem Risiko von Ischämie aus Gründen, wie beispielsweise einer schwachen linken Ventrikelfunktion, -läsionstyp und -stelle bzw. -lage, oder der Menge des Myokardiums bzw. der Herzmuskulatur in Gefahr. Die Behandlungsoptionen für derartige Patienten beinhalten somit invasivere Verfahren, wie beispielsweise koronare Bypaß-Chirurgie.
Um das Risiko einer Gewebeverletzung bzw. -schädigung zu reduzieren, die typischerweise mit Behandlungen von akutem Myokardinfarkt und Myokardischämie assoziiert bzw. verbunden ist, ist es gewöhnlich wünschenswert, oxygeniertes Blut oder an Sauerstoff angereicherte Fluide an gefährdete bzw. Risikogewebe zu liefern. Eine Gewebeverletzung wird minimiert oder verhindert durch die Diffusion des gelösten Sauerstoffs vom Blut oder von Fluiden an das Gewebe und/oder eine Blutperfusion, die Metaboliten bzw. Stoffwechselzwischenprodukte entfernt und die andere chemische Nährstoffe bereitstellt.
In einigen Fällen beinhaltet die gewünschte Behandlung von akutem Myokardinfarkt und Myokardischämie eine Perfusion von oxygeniertem Blut oder an Sauerstoff angereicherten Fluiden. Während PTCR kann beispielsweise die tolerierte Ballonaufblaszeit durch die gleichzeitige Einführung von oxygeniertem Blut in die Koronararterien des Patienten erhöht werden. Erhöhte Blutsauerstoffniveaus können auch das normal perfundierte bzw. durchströmte linke Ventrikelherzgewebe zu einer Hyperkontraktilität veranlassen, um weiterhin einen Blutfluß bzw. -strom durch die behandelten Koronar- bzw. Herzkranzgefäße zu erhöhen.
Die Infusion von oxygeniertem Blut oder an Sauerstoff angereicherten Fluiden kann auch nachfolgend auf den Abschluß einer PTCA Behandlung oder anderer Verfahren (beispielsweise Operation bzw. chirurgische Behandlung) fortgesetzt werden, wobei ein Herzgewebe-"Betäuben" mit assoziiertem Funktionskompromiß aufgetreten ist. In einigen Fällen kann eine fortgesetzte Infusion die Umkehrung bzw. Aufhebung von Ischämie beschleunigen und eine Wiedererlangung einer Myokardfunktion erleichtern.
Herkömmliche Methoden bzw. Verfahren für die Lieferung bzw. Abgabe von oxygeniertem Blut oder an. Sauerstoff angereicherten Fluiden an gefährdeten bzw. Risikogeweben invol vieren die Verwendung von Blutoxygenatoren. Derartige Verfahren involvieren allgemein ein Entnehmen von Blut von einem Patienten, sein Zirkulieren durch einen Oxygenator, um eine Sauerstoffkonzentration des Bluts zu erhöhen, und dann ein Abgeben des Bluts zurück an den Patienten. Ein Beispiel eines im Handel erhältlichen Blutoxygenators ist der Maxima Blutoxygenator, der durch Medtronic, Inc., Minneapolis, Minnesota hergestellt wird.
Es gibt jedoch Nachteile zur Verwendung eines herkömmlichen Oxygenators in einem Kreislauf außerhalb eines Körpers, um Blut zu oxygenieren bzw. an Sauerstoff anzureichern. Derartige Systeme sind typischerweise kostspielig, komplex und schwierig zu bedienen. Häufig ist ein qualifizierter Perfusionist bzw. ein eine Perfusion Verabreichender erforderlich, um das System vorzubereiten und zu überwachen.
Herkömmliche bzw. konventionelle Oxygenatorsysteme weisen auch typischerweise ein großes Primingvolumen auf, d.h. das Gesamtvolumen des Bluts, das innerhalb des Oxygenators, eines Rohrs bzw. einer Verrohrung und anderer Systemkomponenten und assoziierter bzw. verbundener Vorrichtungen enthalten ist. Es ist nicht ungewöhnlich in einem Fall eines typischen erwachsenen Patienten für das Oxygenierungssystem, mehr als ein bis zwei Liter an Blut zu halten. Derartige große Primingvolumina sind aus vielen Gründen unerwünscht. Beispielsweise kann in einigen Fällen eine Bluttransfusion notwendig sein, um das temporär an das Oxygenierungssystem infolge seines großen Primingvolumens verlorene Blut zu kompensieren. Heizgeräte müssen häufig verwendet werden, um die Temperatur des Bluts bei bzw. auf einem akzeptablen Niveau beizubehalten, wenn es sich durch den Kreislauf außerhalb des Körpers bewegt. Weiterhin sind herkömmliche Oxygenatorsysteme relativ schwierig ein- und auszuschalten. Beispielsweise könnten, wenn der Oxygenator ausgeschaltet wird, große stillstehende Blutlachen im Oxygenator koagulieren.
Außerdem gibt es bei Kreisläufen außerhalb des Körpers, die herkömmliche Blutoxygenatoren umfassen, ein relativ hohes Risiko einer Entzündungszellreaktion und Blutkoagulation aufgrund der relativ langsamen Blutflußraten bzw. -geschwindigkeiten und des großen Blutkontaktoberflächenbereichs. Ein Blutkontaktoberflächenbereich von ungefähr 1–2 m² und Geschwindigkeitsflüssen bzw. -strömen von ungefähr 3 cm/s sind nicht ungewöhnlich mit bzw. bei herkömmlichen Oxygenatorsystemen. Somit ist eine relativ aggressive Antikoagulationstherapie, wie beispielsweise Heparinisierung, üblicherweise als ein Zusatz erforderlich, um den Oxygenator zu verwenden.
Vielleicht einer der größten Nachteile, um herkömmliche Blutoxygenierungssysteme zu verwenden, besteht darin, daß der maximale Partialdruck von Sauerstoff (pO₂), der Blut mit im Handel erhältlichen Oxygenatoren verliehen werden kann, ungefähr 500 mm Hg ist. Somit können pO₂ Niveaus von Blut nahe oder über 760 mm Hg nicht mit herkömmlichen Oxygenatoren erzielt werden.
Einige experimentelle bzw. Versuchsstudien, um Myokardinfarkt zu behandeln, haben die Verwendung von hyperbarer Sauerstofftherapie umfaßt. Siehe beispielsweise Shandling et al. (1997), Hyperbaric Oxygen and Thrombolysis in Myocardial Infarction: The "HOT MI" Pilot Study, American Heart Journal 134(3):544-50. Diese Studien haben allgemein ein Plazieren von Patienten in Kammern von reinem Sauer stoff umfaßt, die bei bis zu 2 Atmosphären mit Druck beaufschlagt waren, was in einer systemischen Oxygenierung von Patientenblut bis zu einem pO₂ Niveau von ungefähr 1200 mm Hg führte. Jedoch ist eine Verwendung einer hyperbaren Sauerstofftherapie, die auf eine Wiederherstellung einer Durchgängigkeit einer Koronararterie beim Einstellen eines akuten Myokartinfarkts folgt, nicht praktisch. Ein Überwachen von kritisch kranken Patienten in einer hyperbaren Sauerstoffkammer ist schwierig. Viele Patienten werden klaustrophob. Eine Ohr- bzw. Gehörschädigung kann auftreten. Weiterhin können Behandlungszeiten länger als 90 Minuten nicht ohne Sorge bzw. Bedenken für eine pulmonare bzw. Lungensauerstofftoxizität bereitgestellt werden.
Aus WO 99/08733 A sind ein System und ein Verfahren zum Erhöhen einer Gaskonzentration in Blut bekannt, welche ein generalisiertes System außerhalb des Körpers und ein Verfahren verwenden, um hypoxämisches Blut von einem Patienten zu behandeln, indem das Blut mit einer an Sauerstoff übersättigten Lösung gemischt wird, um ein hyperoxämisches Blut zu generieren bzw. zu erzeugen, um zurück zum Patienten infundiert zu werden. Das System außerhalb des Körpers umfaßt ein Rohr bzw. eine Verrohrung, durch welche(s) Blut von dem Patienten zirkuliert wird, eine Blutpumpe zum Entnehmen von Blut aus dem Patienten, wenigstens einen Kanal, um an Sauerstoff übersättigtes Fluid abzugeben, und einen Mischbereich, um übersättigtes Fluid ohne Blasenausbildung einzubringen. Durch ein Infundieren des an Sauerstoff übersättigten Fluids in das Blut von dem Patienten wird hyperoxämisches Blut dadurch erzeugt. Das hyperoxämische Blut wird dann zum Patienten rückgeführt. Der Mischbereich wird durch zwei Rohre ausgebildet, wobei eines in das andere eingesetzt ist.
Aus US 4,596,210 A sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auflösen von Gas, insbesondere Kohlendioxid oder Druckluft, in einer Flüssigkeit bekannt, die Bedingungen von Druck und Temperatur ausgesetzt ist bzw. wird, bei welchen, wenn die Lösung anschließend in die Verbrennungsluft eingebracht wird, sie in einem übersättigten Zustand sein wird und sich demgemäß fein dispergiert bzw. zerstreut und sich selbst gleichförmig verteilt. Der Kraftstoff wird durch eine Pumpe in einen Mischer getrieben, zu welchem Gas durch einen Strömungs- bzw. Flußregulator geliefert wird. Stromabwärts vom Mischer sind ein turbulenter bzw. Wirbelabschnitt, ein Mischdom und ein Auslaßabschnitt, von welchem die Lösung frei von Blasen zum Vergaser oder zur Einspritzeinrichtung einer Verbrennungskraftmaschine, eines Heizungsbrenners oder eines Reaktionsmotorbrenners geliefert wird.
Die vorliegende Erfindung löst eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Es versteht sich, daß, obwohl einige der im Folgenden beschriebenen Anwendungen von therapeutischer, chirurgischer oder diagnostischer Natur sind und am menschlichen Körper in die Praxis umgesetzt sind bzw. werden, diese Verfahren nicht innerhalb des Umfangs des Schutzes fallen.
Aus diesen Gründen ist die Behandlung von lokaler Organischämie im allgemeinen nicht klinisch entwickelt worden. Somit verbleibt eine Notwendigkeit für ein einfaches und zweckdienliches System, um oxygeniertes Blut und andere Fluide an Patienten für die lokalisierte Prävention von Ischämie und die Behandlung von postischämischem Gewebe und von Organen zu liefern bzw. abzugeben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung kann sich an ein oder mehrere der Probleme richten, die oben dargelegt sind. Bestimmte mögliche Aspekte der vorliegenden Erfindung sind unten als Beispiele dargelegt. Es sollte verstanden werden, daß diese Aspekte bloß präsentiert werden, um den Leser mit einer kurzen Zusammenfassung von bestimmten Formen zu versorgen, die die Erfindung annehmen kann, und daß diese Aspekte den Umfang der Erfindung nicht beschränken sollen. Tatsächlich kann die Erfindung eine Vielfalt von Aspekten umfassen, die unten nicht dargelegt werden können.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein System für die Vorbereitung und Lieferung bzw. Abgabe von oxygeniertem Blut bereitgestellt. In Anwendungen, die die Verhinderung von Ischämie oder die Behandlung von ischämischem Gewebe einschließen, kann das System für die Vorbereitung und Lieferung bzw. Abgabe von oxygeniertem Blut an eine spezifische Stelle innerhalb des Körpers eines Patienten verwendet werden. Das System kann einen Kreislauf außerhalb des Körpers für eine Blutoxygenierung bzw. Sauerstoffanreicherung, beispielsweise zum Erhöhen des Niveaus von Sauerstoff im Blut umfassen, in welchem das Blut, das zu oxygenieren bzw. mit Sauerstoff anzureichern ist, Blut ist, das vom Patienten entnommen ist. Das System kann auch vorteilhafterweise für eine lokale bzw. regionale oder lokalisierte Lieferung von oxygeniertem Blut verwendet werden.
Faktoren, die die Bestimmung von Blutfluß- bzw. -strömungsmerkmalen für den Kreislauf außerhalb des Körpers beeinflussen, können eine(n) oder mehrere der vielen klinischen Parameter oder Variablen des oxygenierten Bluts enthalten, das an den Patienten zu liefern ist, beispielsweise die Größe des Patienten, den Prozentsatz einer Gesamtzirkulation, die bereitzustellen ist, die Größe des Ziels, auf das zuzugehen ist, Hämolyse, Hämodilution bzw. Blutverdünnung, pO₂, Pulsatilität, Massenflußrate bzw. -strömungsgeschwindigkeit, Volumenflußrate, Temperatur, Hämoglobinkonzentration und pH.
Interventions- bzw. Eingriffsvorrichtungen (Katheter, Infusionsführungsdrähte usw.)
Das System kann eine Liefer- bzw. Abgabeanordnung umfassen, enthaltend eine längliche rohrförmige Anordnung, die ein zentrales Lumen und wenigstens ein Ende beinhaltet, das innerhalb eines Patientenkörpers nahe einer Gewebestelle plazierbar ist, die zu behandeln ist, wobei das Ende eine Auslaßöffnung für das oxygenierte Blut beinhaltet. Die Abgabeanordnung umfaßt vorteilhafterweise einen Katheter, der einen Fluidpfad bzw. -weg definiert, der einen proximalen Abschnitt, der zum Koppeln mit einer Zufuhranordnung für oxygeniertes Blut adaptiert ist, und einen distalen Abschnitt beinhaltet, der einen Fluidpfad definiert, der innerhalb eines Patientenkörper entfernbar bzw. demontierbar zum Infundieren des oxygenierten Bluts an vorbestimmte Stellen einsetzbar ist. Alternativ kann die Abgabeanordnung einen Infusionsführungsdraht, eine Hülle bzw. Ummantelung oder eine andere ähnliche Eingriffs- bzw. Interventionsvor richtung des Typs umfassen, der verwendet wird, um Fluide an Patienten zu liefern bzw. abzugeben.
Die Ausführungsformen können in Verbindung mit angiographischen oder Führungskathetern, arteriellen Hüllen, und/oder anderen Vorrichtungen verwenden werden, die in einer Angioplastie und in anderen eingreifenden kardiovaskulären Verfahren verwendet werden. Das System kann in Anwendungen verwendet werden, die eine oder mehrere vaskuläre Öffnung(en) umfassen, d.h. entweder in kontralateralen oder ipsilateralen Verfahren.
In kontralateralen Verfahren wird Blut vom Patienten bei bzw. an einer ersten Stelle entnommen, beispielsweise der linken Oberschenkelarterie. Das oxygenierte Blut wird zu dem Patienten bei einer zweiten Stelle zurückgeführt, die nahe dem Gewebe ist, das zu behandeln ist. Eine Blutoxygenierung tritt auf, wenn das Blut, das durch den Kreislauf oder eine Schleife außerhalb des Körpers gepumpt wird, durch eine Oxygenierungsanordnung hindurchtritt und das oxygenierte Blut ausbildet, das zu liefern bzw. abzugeben ist. In Anwendungen, wo das System einen Katheter beinhaltet, kann der Katheter ein distales Ende beinhalten, das innerhalb eines Patientenkörpers durch eine zweite Stelle, wie beispielsweise die rechte Oberschenkelarterie des Patienten, entfernbar einsetzbar ist. Das distale Ende beinhaltet wenigstens eine Öffnung in Fluidkommunikation bzw. -verbindung mit dem zentralen Lumen bzw. Hohlraum und durch welches das oxygenierte Blut abgehen bzw. austreten kann. Weiterhin kann der distale Abschnitt des Katheters mit einem Spitzenabschnitt adaptiert sein, der geformt ist, um ein Einsetzen der Vorrichtung, wie beispielsweise durch die gleiche Hülle, die für interventionelle bzw. eingreifende Prozeduren bzw. Verfahren, wie Angioplastie, verwendet werden, an speziellen vorbestimmten Stellen innerhalb eines Patientenkörpers zu fördern bzw. zu unterstützen. Beispiele von Spitzenabschnittsformen, welche verwendet werden können, enthalten irgendwelche von klinisch akzeptierten Standardspitzenkonfigurationen, die mit Vorrichtungen, wie Führungskathetern, zum Bereitstellen eines Zugangs zu und zum Halten in bzw. an Stellen, wie dem koronaren Ostium, verwendet werden. Demgemäß kann das Verfahren weiterhin den Schritt eines Positionierens des Abschnitts des distalen Endes des Katheters, der die Fluidauslaßöffnung beinhaltet, an einer vorbestimmten Stelle innerhalb eines Patientenkörpers nahe dem Gewebe enthalten, das zu behandeln ist.
In ipsilateralen Prozeduren kann das System zusammen mit einem oder mehreren von irgendwelchen einer Anzahl von geeigneten, klinisch akzeptierten Führungskathetern und/oder Einführhüllen in Standardgrößen verwendet werden. Das System kann beispielsweise einen Katheter, einen Katheter und einen Führungskatheter, oder einen Katheter und eine Hülle zur Verwendung innerhalb eines Führungskatheters oder einer Einführungshülle umfassen, die für das primäre interventionelle Verfahren verwendet wird.
Die Abgabeanordnung umfaßt vorteilhafterweise einen Katheter, der zur subselektiven Abgabe des oxygenierten Bluts geeignet ist. Jedoch wird die für eine Verwendung ausgewählte Katheterausführungsform von den Umständen abhängen, die in einer besonderen Anwendung involviert sind. Beispielsweise kann in einigen Fällen, die die Prävention von Myokardischämie oder die Behandlung von ischämischen Myokardgeweben umfassen, ein selektiver oder nicht selektiver Katheter bevorzugt sein bzw. werden.
Die Lieferung bzw. Abgabe von oxygeniertem Blut kann über eine "einfache" Interventionsvorrichtung (beispielsweise einen Katheter oder Infusionsführungsdraht) oder eine Abgabevorrichtung oder ein Lumen auftreten, die bzw. das mit einem Teil einer Mehrkomponentenanordnung assoziiert ist oder ein Teil davon bildet, die für die Durchführung von diagnostischen und/oder therapeutischen Verfahren (d.h. zusätzlich zu der Abgabe von oxygeniertem Blut) betreibbar ist. Beispiele von derartigen Anordnungen enthalten, ohne Einschränkung, Vorrichtungen für die Anordnung von Stents, Angioplastieballonkatheter, Bestrahlungsabgabesysteme, Arzneimittelabgabevorrichtungen, usw. Flußraten von ungefähr 25 ml/min bis ungefähr 200 ml/min für das oxygenierte Blut können vorteilhaft sein, insbesondere ungefähr 75 ml/min bis ungefähr 125 ml/min.
Fluidabgabepfade
Vorteilhafterweise wird oxygeniertes Blut an einer besonderen gewünschten Stelle durch eine Fluidabgabevorrichtung bereitgestellt, die beinhaltet: (1) eine im allgemeinen längliche Fluidabgabeanordnung, die einen proximalen Abschnitt und einen distalen Abschnitt aufweist, wobei der distale Abschnitt einen Abschnitt beinhaltet, der wenigstens teilweise innerhalb eines Patientenkörpers entfernbar einsetzbar ist, wobei der entfernbar bzw. demontierbar einsetzbare Abschnitt wenigstens eine Fluidauslaßöffnung in Fluidkommunikation bzw. -verbindung mit einem Fluidabgabelumen beinhaltet, das sich zwischen dem proximalen Abschnitt und dem entfernbar einsetzbaren Abschnitt der Fluidabgabeanordnung erstreckt; und (2) eine Fluidleitung, die aufweist: einen ersten Endabschnitt, um eine Blutzufuhr am Auslaß einer Blutpumpe zu erhalten, die betreibbar bzw. betätigbar mit der Fluidleitung gekoppelt ist; ein zweites Ende, das lösbar mit einem Fluidabgabelumen der Fluidabgabeanordnung gekoppelt ist; und einen zwischenliegenden Abschnitt zwischen dem ersten und zweiten Ende, die zum Oxygenieren der Blutzufuhr adaptiert sind; wobei die Fluidleitung und das Fluidabgabelumen einen kontinuierlichen Fluidpfad bzw. -weg zwischen dem ersten Endabschnitt der Fluidleitung und der (den) Fluidauslaßöffnung(en) definieren. Vorteilhafterweise stellt der Fluidabgabeapparat bzw. die Fluidabgabevorrichtung oxygeniertes Blut, und am vorteilhaftesten hyperoxämisches oder hyperbares Blut, an einen Patienten ohne potentiell klinisch bedeutende Gasblasen im Blut zur Verfügung. Noch vorteilhafter kann die Fluidabgabevorrichtung oxygeniertes Blut an einen Patienten bereitstellen, das einen pO₂ von größer als ungefähr 760 mm Hg aufweist, aber weniger als pO₂max für eine gegebene Blutflußrate Q_blood, wo pO_2max gleich dem maximalen Rück- bzw. Gegendruck ist, der innerhalb des Fluidabgabeapparats durch einen Betrieb der Blutpumpe erzeugt wird, um die Strömungs- bzw. Flußrate Q_blood zu erzielen.
Der zwischenliegende Abschnitt der Fluidleitung, die adaptiert ist, um das Blut zu oxygenieren, das durch die Blutpumpe zugeführt bzw. geliefert wird, d.h. die Oxygenierungsanordnung kann einen Hochdruckmembran-Oxygenator umfassen. Der zwischenliegende Abschnitt der Fluidleitung umfaßt eine Anordnung, die einen Mischbereich beinhaltet, in welchem ein oxygeniertes Fluid, beispielsweise ein an Sauerstoff übersättigtes Fluid, mit dem Blut kombiniert, um eine direkte Oxygenierung von Flüssigkeit zu Flüssigkeit zu bewirken. Der zwischenliegende Abschnitt kann eine Anordnung zum Kombinieren von zwei Fluidströmen umfassen (bei spielsweise einen Apparat, der allgemein einem y-Rohr, einem t-Adapter oder dgl. ähnelt), wobei die Anordnung zum Koppeln mit Abgabesystemen adaptiert ist, um Blut zu liefern, das zu oxygenieren ist, und oxygeniertes Blut oder andere Fluide zu liefern bzw. zuzuführen.
Demgemäß kann die Fluidabgabevorrichtung vorteilhafterweise einen ersten Rohrabschnitt, der sich zwischen einer Blutpumpe und einer Oxygenierungsanordnung erstreckt; die Oxygenierungsanordnung; einen zweiten Rohrabschnitt, der sich zwischen der Oxygenierungsanordnung und dem proximalen Ende einer Fluidabgabeanordnung erstreckt; und die Fluidabgabeanordnung umfassen.
Bei einem Patienten, der Luft durch die Lungen atmet, sind gleich die gelösten Gase im Blut des Patienten (Stickstoff, N2; Kohlendioxid, CO2; und Sauerstoff, O2) dem Atmosphärendruck. Chemisch wird diese Beziehung durch die Gleichung beschrieben P_total = pN₂ + pCO₂ + pO₂ wo P_total Atmosphärendruck ist und die rechte Seite der Gleichung die relativen oder partiellen Drücke der gelösten Gase in Luft zeigt. Die obige Gleichung wird annähernd wie folgt ausgeglichen: 760 mm Hg = 600 mm Hg + 45 mm Hg + 115 mm Hg Für Blut, das gelöste Gase enthält, die die oben dargelegten Partialdrücke aufweisen, während eines Hyperoxygenierungsprozesses, der am zwischenliegenden Abschnitt der Fluidleitung auftritt, wird der pO₂ erhöht bzw. angehoben und P_total kann Atmosphärendruck übersteigen. Beispielsweise würde, wenn der pO₂ auf 800 mm Hg ohne Änderung in pN2 und pCO2 ansteigt, dann P_total 1445 mm Hg gleich sein, eine beinahe zweifache Zunahme.
Der Fluiddruck am Auslaß des zwischenliegenden Abschnitts der Fluidleitung P_fluid ist ein Maß des Druckdifferentials bzw. -gefälles über den Abschnitt der Fluidleitung zwischen dieser Stelle und der (den) Fluidauslaßöffnung(en) plus dem Auslaßdruck. Um die Ausbildung von potentiell klinisch bedeutsamen Gasblasen zu vermeiden, ist es insbesondere vorteilhaft, den Fluiddruck am Auslaß des zwischenliegenden Abschnitts der Fluidleitung auf ein Niveau zu erhöhen, das den Druck des gesamten gelösten Gases übersteigt. Somit kann eine Lieferung bzw. Abgabe von oxygeniertem Blut blasenfrei auftreten, d.h. ohne die Ausbildung von potentiell klinisch bedeutsamen Blasen, wo P_fluid > P_total
Da die meisten Druckmessungen Manometerdrücke verwenden (d.h. Manometerdruck = Gesamtdruck minus Atmosphärendruck), kann die Beziehung für eine blasenfreie Abgabe auch vereinfacht und angenähert werden auf ΔP_fluid > PO_2(out), wo pO_2(out) der pO₂ des oxygenierten Bluts ist, das an den Patienten zu liefern ist. Mit anderen Worten, ein Betreuer könnte nur zwei einfache Messungen vergleichen müssen, Δ_Pfluid und pO_2(out), um eine blasenfreie Lieferung während einer Prozedur sicherzustellen.
Experimentelle Daten unterstützen eine Verwendung der vereinfachten und angenäherten Beziehung ΔP_fluid > pO_2(out) zur Erzielung einer blasenfreien Abgabe. Wie in Tabelle I gezeigt, wurde eine Fluidabgabevorrichtung, die eine Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit-Oxygenierungsanordnung beinhaltete, mit zwei Kathetern verwendet, die verschiedene effektive bzw. wirksame Durchmesser aufwiesen, um oxygeniertes Blut in das linke Herzkranzgefäßsystem eines 40 kg Schweins zu infundieren, um zu bestimmen, ob die Beziehung zwischen Δ_Pfluid und pO_2(out) eine Blasenbildung während einer Infusion von oxygeniertem Blut beeinflußt. In Versuchen, wo ΔP_fluid > pO_2(out) wurden keine Blasen unter Verwendung einer 2D-Echokardiographie während einer Infusion von oxygeniertem Blut beobachtet, und ein Ultraschall-Blasendetektionssystem detektierte keine Blasen von größer als ungefähr 100 μm Durchmesser. Andererseits wurden in Versuchen, wo ΔP_fluid < pO_2(out), 3-4 Blasen pro Herzschlag im rechten Atrium bzw. Vorhof unter Verwendung von 2D-Echokardiographie während einer Infusion von oxygeniertem Blut beobachtet, und das Ultraschall-Blasendetektionssystem detektierte zahlreiche Blasen von größer als ungefähr 100 μm Durchmesser.
Typischerweise kann pO_2(out) durch den Betreuer auf der Basis der Umstände ausgewählt werden, die in der speziellen Anwendung involviert sind. Somit kann eine blasenfreie Abgabe sichergestellt werden, indem ein geeigneter Fluidabgabe apparat ausgewählt wird, d.h. einer, welcher stromabwärts des zwischenliegenden Abschnitts der Fluidleitung einen Fluiddruckabfall bewirken kann, der den ausgewählten Ziel- pO₂ für eine gegebene Blutflußrate übersteigt. Weiterhin kann der Fluiddruckabfall abhängig von Faktoren, wie beispielsweise Fluidabgabelänge und Fluidlumengeometrie (beispielsweise Innendurchmesser, Verjüngung, Querschnittsprofil usw.) variieren, Faktoren, welche abhängig von der spezifischen involvierten Anwendung variieren können. Somit kann es sich als hilfreich erweisen (beispielsweise, um eine Leichtigkeit einer Auswahl zu fördern bzw. zu unterstützen), alles oder einen Abschnitt der Fluidabgabevorrichtung stromabwärts des zwischenliegenden Abschnitts der Fluidleitung hinsichtlich eines effektiven Durchmessers oder hinsichtlich von erzielbaren pO₂ Niveaus für eine gegebene Oxygenierungsanordnung und/oder gegebene Bedingungen am Auslaß des zwischenliegenden Abschnitts der Fluidleitung zu charakterisieren bzw. zu kennzeichnen.
Beispielsweise ist in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für einen beispielhaften Fluidabgabeapparat für oxygeniertes Blut der Druck des oxygenierten Bluts bei der Oxygenierungsanordnung eine Funktion der Blutflußrate und des effektiven Durchmessers des Katheters. Für einen Fluidabgabeapparat von oxygeniertem Blut kann die Beziehung zwischen der Blutflußrate und dem Druck des oxygenierten Bluts an der Oxygenierungsanordnung für einen gegebenen Katheter unter Verwendung des Hagen-Poiseuille-Gesetzes bestimmt werden:
welches allgemein laminare Fluidströmungen durch Leitungen bestimmt, in welchen Q = volumetrische Flußrate; L = Lei tungslänge; D = Innendurchmesser der Leitung; η = Fluidviskosität; und ΔP = Druckdifferenz über die Leitungslänge. Andere Ausführungsformen können auch abhängig von den Umständen verwendet werden, die in einer speziellen Anwendung involviert sind, beispielsweise einer Ausführungsform für Anwendungen einer turbulenten Strömung, für welche die Beziehung zwischen der Blutflußrate und dem Druck des oxygenierten Bluts bei der Oxygenierungsanordnung unter Verwendung von Modellen bestimmt werden kann, die eine turbulente Strömung bestimmen bzw. regeln.
Im allgemeinen nimmt bei einem gegebenen Fluidabgabeapparat für oxygeniertes Blut für eine konstante Blutflußrate Q_blood, wenn der effektive Innendurchmesser des Katheters zunimmt, der Blutdruck P_fluid(geuge) an der Oxygenierungs- bzw. Sauerstoffanreicherungsanordnung ab. In Kenntnis der vereinfachten und angenäherten Beziehung einer blasenfreien Abgabe ΔP_fluid > pO_2(out), kann ein Betreuer, der einen Katheter besitzt, der durch den effektiven Innendurchmesser gekennzeichnet ist, bestimmen, ob ein geeigneter Bereich von Blutflußraten erzielbar ist, wenn der Betreuer einen Fluidabgabeapparat verwenden würde, der den Katheter beinhaltet, um Blut abzugeben, das einen gewünschten pO₂ aufweist. Alternativ kann ein Betreuer, der einen erwünschten pO₂ von oxygeniertem Blut und einen Flußratenbereich von oxygeniertem Blut spezifiziert, einen Katheter zur Verwendung in einem Fluidabgabeapparat für eine spezielle Anwendung auswählen.
Hochdruckmembran-Oxygenierungsanordnungen
Das System kann eine Membranoxygenatoranordnung und Anordnungen zum Liefern von geregelten bzw. gesteuerten Flüssen bzw. Strömen oder Zufuhren von Sauerstoffgas und Blut beinhalten. Der zwischenliegende bzw. Zwischenabschnitt der Fluidleitung kann eine Membranoxygenatoranordnung umfassen, die bei hohen Drücken betreibbar ist, d.h. Sauerstoffgas- und Blutzufuhrdrücken innerhalb der Membranoxygenatoranordnung von größer als Atmosphärendruck.
Die Anordnung zum Liefern bzw. Zuführen von geregelten bzw. gesteuerten Flüssen bzw. Strömen oder Zufuhren von Sauerstoffgas kann eine regulierte Quelle von Sauerstoffgas beinhalten, so daß Sauerstoffgas zu der Membranoxygenatoranordnung bei einem Druck größer als Atmosphärendruck geliefert wird. Vorteilhafterweise wird Sauerstoffgas zu der Membranoxygenatoranordnung bei einem Druck größer als Atmosphärendruck und geringer als ungefähr 50 p.s.i.a. geliefert, dem ungefähren maximalen Druck, der durch im Handel erhältliche Blutpumpen erzeugt werden kann, die Blut liefern bzw. abgeben. Die Anordnung zum Zuführen geregelter bzw. gesteuerter Ströme oder Zufuhren von Sauerstoffgas kann eines der vielen, im Handel erhältlichen und klinisch akzeptierten Sauerstoffabgabesysteme sein, die für eine Verwendung mit Humanpatienten geeignet sind (beispielsweise in Flaschen abgefüllter regulierter Sauerstoff).
Die Anordnung zum Zuführen geregelter bzw. gesteuerter Flüsse oder Zufuhren von Blut kann eine Quelle von Blut in Kombination mit Mitteln zum Bereitstellen des Bluts an die Membranoxygenatoranordnung beinhalten. Vorteilhafterweise umfaßt das Blut, das zu oxygenieren ist, Blut, das von einem Patienten entnommen ist, so daß die Blutzufuhranordnung einen Bluteinlaß, der entlang eines Abschnitts eines Katheters oder einer anderen ähnlichen Vorrichtung angeordnet ist, der bzw. die wenigstens teilweise entfernbar innerhalb des Patientenkörpers einsetzbar ist; eine Pumpenschleife, die in Kombination mit dem Katheter oder einer anderen Vorrichtung einen kontinuierlichen Fluidpfad zwischen dem Bluteinlaß und der Membranoxygenatoranordnung definiert; und eine Blutpumpe zum Regeln bzw. Steuern des Blutflusses durch die Pumpenschleife, d.h. des Blutflusses, beinhaltet, der an die Membranoxygenatoranordnung bereitgestellt wird. Die Blutpumpe kann eine der vielen, im Handel erhältlichen und klinisch akzeptierten Blutpumpen sein, die für eine Verwendung mit Humanpatienten geeignet sind. Ein Beispiel einer derartigen Pumpe ist das Modell 6501 RFL3. 5 Pemco peristaltische Pumpe, die von Pemco Medical, Cleveland, Ohio erhältlich ist.
Das System kann eine Zufuhranordnung für oxygeniertes Blut beinhalten, umfassend eine Membranoxygenatoranordnung, die wenigstens eine Membran beinhaltet, die innerhalb der Membranoxygenatoranordnung das Sauerstoffgas, das durch die Sauerstoffgaszufuhranordnung bereitgestellt wird, und das Blut trennt, das durch die Blutzufuhranordnung zur Verfügung gestellt wird, und über welche Sauerstoff und andere Gase diffundieren können. Vorteilhafterweise wird Sauerstoff zu der "Gasseite" der Membranoxygenatoranordnung durch die Sauerstoffgaszufuhranordnung bei einem Druck der Gasseite bereitgestellt, der größer als Atmosphärendruck ist; eine Zufuhr von Blut wird durch die Blutzufuhranordnung zu der "Blutseite" der Membranoxygenatoranordnung bei einem Druck der Blutseite bereitgestellt, der größer ist als der Druck der Gasseite; und das Sauerstoffgas und wenigstens ein Anteil der Zufuhr von Blut werden in Kontakt mit der Membran beibehalten, so daß Sauerstoff durch die Membran diffundiert und sich in der Zufuhr von Blut löst.
Die Membran kann entweder ein festes Material (beispielsweise Silikongummi) oder ein mikroporöses Material (beispielsweise ein Polymermaterial, wie beispielsweise Polypropylen) umfassen. Vorteilhafterweise wird der Druck der Blutseite bei bzw. auf einem höheren Niveau als der Druck der Gasseite beibehalten, um einen Volums- bzw. Hauptmengengasfluß durch bzw. über die Membran zu verhindern. Jedoch können niedrigere Drücke der Blutseite verwendet werden, wenn eine feste, nicht poröse Membran verwendet wird. Der Typ einer verwendeten Membran und die Drücke der Gas- und Blutseite (welche beispielsweise durch ein gegebenes Druckdifferential über die Membran definiert sein bzw. werden können) können abhängig von den Umständen variieren, die in einer speziellen gewünschten Anwendung involviert sind.
Die Gasseite der Membranoxygenatoranordnung kann entweder in einem "offenen" oder einem "geschlossenen" Modus betrieben werden. Im offenen Modus "fegt" ein Gasseitenstrom, der Sauerstoffgas beinhaltet, das durch die Sauerstoffgaszufuhranordnung bereitgestellt wird, durch die Gasseite der Membranoxygenatoranordnung. Während des Fegens bzw. Überstreichens diffundiert Sauerstoff durch die Membran, um sich im Blut aufzulösen, und Blutgase, wie beispielsweise Kohlendioxid und Stickstoff, können durch die Membran diffundieren, um sich dem Gasseitenstrom anzuschließen. Der Gasseitenstrom verläßt die Membranoxygenatoranordnung über eine Entlüftung oder eine andere Fluidausgangsleitung. Im geschlossenen Modus ist die Entlüftung oder die andere Fluidauslaßleitung geschlossen, um das Entweichen von Hauptmengengas von der Gasseite der Membranoxygenatoranordnung zu verhindern.
Die Membranoxygenatoranordnung kann einen Gaseinlaß beinhalten, ist aber nicht mit einer Entlüftung oder anderen Fluidauslaßleitung auf der Gasseite adaptiert. Dieses System umfaßt somit eine Vorrichtung eines geschlossenen Modus. Im Betrieb des geschlossenen Modus ist der Druck der Gasseite vorteilhafterweise gleich dem Druck, bei welchem die Sauerstoffgaszufuhranordnung Sauerstoffgas an die Membranoxygenatoranordnung zur Verfügung stellt. Im offenen Modus fällt der Druck der Gasseite durch die Membranoxygenatoranordnung ab, obgleich vielleicht nur geringfügig, von dem Druck, bei welchem die Sauerstoffgaszufuhranordnung Sauerstoffgas an die Membranoxygenatoranordnung bereitstellt.
Die Membranoxygenatoranordnung ist vorteilhafterweise in der Größe abhängig von den Umständen bemessen, die in einer speziellen gewünschten Anwendung involviert sind. Beispielsweise für einen Abgabefluß von oxygeniertem Blut von weniger als 0,3 Liter pro Minute ist ein aktiver Membranoberflächenbereich von viel weniger als zwei Quadratmeter (der ungefähre aktive Membranoberflächenbereich für einen herkömmlichen Oxygenator für Erwachsenengröße, der fähig ist, sechs Liter Blut pro Minute handzuhaben) erforderlich. Beispielsweise enthalten Faktoren, die ein Bemessen der Membranoxygenatoranordnung beeinflussen, das erwünschte Sauerstoffniveau für das Blut, das zu oxygenieren ist, und die Flußrate bzw. Strömungsgeschwindigkeit des oxygenierten Bluts.
Das System kann oxygeniertes Blut von der Membranoxygenatoranordnung zu einer gegebenen Stelle ohne die Ausbildung oder Freigabe von klinisch bedeutsamen Sauerstoffblasen liefern bzw. abgeben. Eine Abgabe von oxygeniertem Blut an eine gegebene Stelle ohne eine Ausbildung oder Freigabe von klinisch bedeutsamen Blasen kann vorteilhafterweise durch die Auswahl eines Kathetermaterials, die Verwendung eines geeignet bemessenen Abgabekatheters, und/oder das Konditionieren desselben, um Kernbildungsstellen zu beseitigen, erreicht werden. Das exakte bzw. genaue Material, die Größe und das konditionierende Verfahren können abhängig von den Umständen variieren, die in einer speziellen Anwendung involviert sind. Für die Abgabe von ungefähr 3 ml/s von oxygeniertem Blut mit einer Membranoxygenatoranordnung, die mit einem Gasseitendruck von ungefähr 50 p.s.i. arbeitet, würde ein Katheter, der eine Länge von ungefähr 130 cm und einen Durchmesser von ungefähr 40 mils aufweist, eine allmähliche Druckverringerung bereitstellen, welche helfen kann, die Freigabe von potentiell klinisch bedeutsamen bzw. signifikanten Gasblasen zu verhindern.
Eine Methode zum Anreichern von Blut mit Sauerstoff kann ein Bereitstellen einer Membran, die erste und zweite Seiten aufweist; ein Bereitstellen in Kontakt mit der ersten Seite der Membran von Sauerstoffgas bei einem Druck P1, der größer als Atmosphärendruck ist; ein Bereitstellen einer Zufuhr von Blut an der zweiten Seite der Membran bei einem Druck P2, der größer ist als P1; und ein Beibehalten wenigstens eines Anteils der Zufuhr von Blut in Kontakt mit der zweiten Seite der Membran umfassen, so daß Sauerstoff durch die Membran diffundiert und sich in der Zufuhr von Blut auflöst. Vorteilhafterweise ist der Druck P1 größer als der Atmosphärendruck und geringer als ungefähr 50 p.s.i.a. Das Verfahren kann weiterhin ein Bereitstellen eines Stroms, der Sauerstoffgas beinhaltet, in Kontakt mit der ersten Seite der Membran umfassen. Vorteilhafterweise hält der Strom einen Kontakt mit der ersten Seite der Mem bran aufrecht, so daß ein Gas (beispielsweise Kohlendioxid, Stickstoff, Wasserdampf, usw.) in der Zufuhr von Blut durch die Membran diffundiert und sich dem Strom anschließt.
Ein Verfahren kann bereitgestellt werden zum Abgeben von oxygeniertem Blut an eine spezifische Stelle innerhalb eines Patientenkörpers. Das Verfahren kann ein Erhöhen bzw. Anheben des pO₂ Niveaus von Blut, das an den Patienten zu liefern ist, und eine Lieferung bzw. Abgabe eines derartigen Bluts an eine gegebene Stelle umfassen. Das Verfahren kann den Schritt eines Regelns bzw. Steuerns oder Bereitstellens geregelter bzw. gesteuerter Mengen von Blut und Sauerstoffgas an eine Membranoxygenatoranordnung umfassen, um oxygeniertes Blut zur Abgabe an eine spezifische vorbestimmte Stelle zu erzeugen. Sauerstoffniveaus im Blut (beispielsweise pO₂) können beibehalten, eingestellt oder auf andere Weise geregelt bzw. gesteuert werden, indem die Flußraten geregelt bzw. gesteuert werden oder geregelte bzw. gesteuerte Mengen von Blut und/oder Sauerstoffgas bereitgestellt werden. Somit wird ein Blut-Gas-Regel- bzw. -Steuerverfahren bereitgestellt.
Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit-Oxygenierungsanordnungen
Der zwischenliegende bzw. Zwischenabschnitt der Fluidleitung, der zum Oxygenieren des Bluts adaptiert ist, das durch die Blutpumpe geliefert wird, kann eine Anordnung umfassen, die einen Mischbereich bzw. eine Mischregion beinhaltet, in welchem(r) ein oxygeniertes Fluid, beispielsweise ein an Sauerstoff übersättigtes Fluid, mit dem Blut kombiniert. Vorteilhafterweise wird der Mischbereich durch eine kammerartige Anordnung definiert, die eine Einspritzungszone beinhaltet, in welcher sich das oxygenierte Fluid mit dem Blut bei einem höheren Druck als der Ziel pO₂ für das Blut mischt. Die Oxygenierung bzw. Sauerstoffanreicherung des Bluts tritt als ein Ergebnis eines konvektiven Mischens auf, das die zwei kontaktierenden Fluide involviert, und zu einem geringeren Ausmaß als ein Ergebnis eines direkten Diffundierens von Sauerstoff von der oxygenierten Flüssigkeit zum Blut, d.h. Dispersion bzw. Zerstreuung. Das Mischen ist vorteilhafterweise ein konvektives Mischen, das rasch und vollständig auftritt.
Die kammerartige Anordnung kann eine Mischkammer umfassen, die eine im allgemeinen längliche zylinderförmige oder rohrförmige Anordnung beinhaltet, die obere und untere Enden aufweist, wobei jedes Ende eine Kappe oder eine ähnliche Vorrichtung aufweist, die daran fix angebracht bzw. festgelegt ist, um einen Innenraum darin zu definieren. Vorteilhafterweise beinhaltet die Mischkammer in Fluidkommunikation mit dem Innenraum eine erste Einlaßöffnung, die adaptiert ist, um eine Zufuhr von Blut zu erhalten, das zu oxygenieren ist; eine zweite Einlaßöffnung, die adaptiert ist, um eine Zufuhr von oxygeniertem Fluid zu erhalten, das mit dem Blut zu mischen ist; und eine Auslaßöffnung, die zur Abgabe des oxygenierten Bluts an eine spezielle gewünschte Stelle adaptiert ist.
Um ein Mischen des Bluts und oxygenierten Fluids innerhalb des Kammerinnenraums zu fördern bzw. zu unterstützen, tritt das Blut, das zu oxygenieren ist, vorteilhafterweise in die Mischkammer von einer Stelle und in einer Richtung ein, so daß ein wirbelartiger oder zyklonischer Fluß des Bluts innerhalb der Kammer erzeugt wird. Vorteilhafterweise tritt das Blut in die Kammer entlang eines Pfads ein, der im wesentlichen tangential zur Kammerwand ist. Vorteilhafter weise tritt die oxygenierte Flüssigkeit in die Kammer nahe dem Bluteinlaß ein, und das oxygenierte Blut verläßt die Kammer durch eine Öffnung im Boden der Kammer. Noch vorteilhafter tritt die oxygenierte Flüssigkeit in die Kammer im allgemeinen in einer Richtung nach oben normal zur Anfangsrichtung einer Bewegung des Bluts ein, das in die Kammer eintritt.
Die Mischkammer ist vorteilhafterweise mit Druck beaufschlagbar, wobei der untere Abschnitt der Kammer eine Zufuhr von Blut anhäuft und der obere Abschnitt einen Gaskopf beinhaltet. Der Gaskopf hilft vorteilhafterweise, die Pulsatilität bzw. das Pulsieren des Bluts zu dämpfen, das in die Kammer eintritt.
Das oxygenierte Fluid umfaßt vorteilhafterweise ein an Sauerstoff übersättigtes Fluid, in welchem der Gehalt an gelöstem Sauerstoff ein Volumen von zwischen ungefähr 0,5 und ungefähr dem 3-fachen des Volumens des Lösungsmittels einnehmen würde, normalisiert auf Standardtemperatur und -druck. Beispiele von Lösungsmitteln, welche verwendet werden können, enthalten Kochsalzlösung, taktierte Ringer'sche, und andere wäßrige physiologische Lösungen. Das oxygenierte Fluid wird vorteilhafterweise an die Mischkammer über eine oder mehrere Kapillare(n) geliefert, die einen Innendurchmesser im Bereich von ungefähr 15 bis ungefähr 700 μm (vorteilhafterweise ungefähr 100 μm) aufweist bzw. aufweisen, wobei die Kapillaren einen kontinuierlichen Fluidflußpfad zwischen der Mischkammer und einer Zufuhr oder einer Anordnung zum Bereitstellen einer Zufuhr des oxygenierten Fluids ausbilden.
Das oxygenierte Fluid wird typischerweise an die Mischkammer in Übereinstimmung mit Parametern abgegeben, die durch den Betreuer für die gewünschte klinische Indikation spezifiziert und ausgewählt sind. Der Fluß von oxygeniertem Fluid ist im allgemeinen stetig und kontinuierlich, obwohl variable oder intermittierende Flüsse bzw. Ströme verwendet werden können. Flußraten können von ungefähr 0,1 cm³/min bis ungefähr 40 cm³/min reichen, obwohl besondere vorteilhafte Flußraten zwischen ungefähr 2 cm³/min und 12 cm³/min sein bzw. liegen können. Sauerstoffkonzentrationen, die auf Standardtemperatur und -druck normalisiert sind, können von ungefähr 0,1 ml O₂ pro ml physiologischer Lösung bis ungefähr 3 ml O₂ pro ml physiologischer Lösung reichen, obwohl besondere vorteilhafte Konzentrationen ungefähr 1 ml 0₂ pro ml physiologischer Lösung sein können.
Ein Verfahren zur Vorbereitung und Abgabe von oxygeniertem Blut kann bereitgestellt werden. Das Verfahren umfaßt ein Bereitstellen einer Kammeranordnung, in welcher sich Blut und eine oxygenierte Flüssigkeit, beispielsweise eine an Sauerstoff übersättigte Flüssigkeit, unter Druck mischen, um oxygeniertes Blut zu bilden. Das Verfahren kann den Schritt eines Regelns bzw. Steuerns oder eines Bereitstellens von geregelten bzw. gesteuerten Mengen von Blut und oxygenierter Flüssigkeit zu der Kammeranordnung umfassen, um Sauerstoffniveaus im Blut aufrechtzuerhalten, einzustellen oder auf andere Weise zu regeln bzw. zu steuern. Somit wird ein alternatives Blut-Gas-Regel- bzw. -Steuerverfahren bereitgestellt.
Temperatur
Das oxygenierte Blut wird vorteilhafterweise an den Patienten bei ungefähr 37°C bereitgestellt, d.h. der Systembetrieb beeinflußt nicht merklich die Temperatur des Patientenbluts. Jedoch kann in einigen Fällen ein Kühlen des oxygenierten Bluts erwünscht sein, beispielsweise um lokale oder regionale Hypothermie (beispielsweise Temperaturen unter ungefähr 35°C) zu induzieren. Nur beispielsweise kann in neurologischen Anwendungen ein derartiges Kühlen erwünscht sein, um einen neuroprotektiven Effekt zu erzielen. Hypothermie kann auch als eine vorteilhafte Behandlungs- oder Konservierungs- bzw. Erhaltungstechnik für ischämische Organe, Organspenden oder zum Reduzieren eines Stoffwechselaufwands während Perioden einer reduzierten Perfusion betrachtet werden.
Demgemäß kann das bereitgestellte System eine Wärmeaustauscheranordnung umfassen, die betreibbar ist, um die Temperatur des oxygenierten Bluts wie in Anbetracht der Umstände erwünscht, die in einer speziellen Anwendung involviert sind, beizubehalten, zu erhöhen oder zu verringern. Vorteilhafterweise werden Temperaturen für das oxygenierte Blut im Bereich von ungefähr 35°C bis ungefähr 37°C im allgemeinen erwünscht sein, obwohl Bluttemperaturen außerhalb dieses Bereichs (beispielsweise vielleicht so niedrig wie 29°C oder mehr) vorteilhafter sein können, vorausgesetzt, daß die Patienten-Kern- bzw. -Herztemperatur bei bzw. auf sicheren Niveaus in Anbetracht der Umstände verbleibt, die in der speziellen Anwendung involviert sind. Ein Temperaturüberwachen kann auftreten, wobei beispielsweise ein oder mehrere Thermoelement(e), Thermistor(en) oder Temperatursensor(en) in die elektronische Schaltung eines rückkopplungsgeregelten bzw. -gesteuerten Systems integriert sind, so daß eine Bedienungsperson eine ge wünschte Perfusattemperatur mit einer erwarteten Systemansprechzeit von Sekunden oder Minuten abhängig von Infusionsflußraten und anderen Parametern eingeben kann, die mit der aktiven Infusion von gekühltem oxygeniertem Blut assoziiert bzw. verbunden sind.
Beispiele von Wärmeaustauschanordnungen, die zum Gebrauch bzw. zur Verwendung mit dem vorliegenden System entweder alleine oder integriert mit einer Systemkomponente geeignet sind, enthalten irgendeines der zahlreichen, im Handel erhältlichen und klinisch akzeptierten Wärmetauschersysteme, die in Blutabgabesystemen heutzutage verwendet werden, beispielsweise Wärmetauscher, Wärmestrahlungsvorrichtungen, konvektive Kühlvorrichtungen und geschlossene Kühlvorrichtungen. Derartige Vorrichtungen können beispielsweise leitende/konvektive Wärmeaustauschrohre enthalten, die typischerweise aus nicht rostendem Stahl oder Polymeren hoher Festigkeit hergestellt sind, in Kontakt mit Blut auf einer Seite und mit einem Kühlmittel auf der anderen Seite.
In einer Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit-Oxygenierungsanordnung kann gekühltes oxygeniertes Blut durch Mischen von Blut mit einer gekühlten oxygenierten Flüssigkeit, beispielsweise einer an Sauerstoff übersättigten Flüssigkeit bereitgestellt werden. Jedes beliebige, im Handel erhältliche und klinisch akzeptable Wärmeaustauschsystem kann verwendet werden, um die oxygenierte Flüssigkeit zu kühlen und/oder das oxygenierte Blut zu kühlen. Da die meisten Gase eine erhöhte Löslichkeit zeigen, wenn sie in wäßrigen Flüssigkeiten bei niedrigen Temperaturen gelöst werden (beispielsweise erhöht sich die Sauerstofflöslichkeit in Wasser bei einer Rate von 1,3% pro Grad Celsius Abnahme), bietet ein derartiges Verfahren den zusätzlichen Nutzen einer ge steigerten Stabilität des oxygenierten Bluts, welche in einigen Fällen erhöhte Sauerstoffkonzentrationen ermöglichen kann.
Blasendetektions- und andere Anordnungen
Das System kann einen oder mehrere Gasblasendetektor(en) beinhalten, wobei wenigstens einer von ihnen fähig ist, das Vorhandensein von Mikroblasen, beispielsweise Blasen mit Durchmessern von ungefähr 100 μm bis ungefähr 1000 μm zu detektieren. Zusätzlich kann das System einen oder mehrere Makroblasendetektor(en) umfassen, um größere Blasen zu detektieren, wie beispielsweise Blasen mit Durchmessern von ungefähr 1000 μm oder mehr. Derartige Makroblasendetektoren können einen beliebigen geeigneten, im Handel erhältlichen Detektor umfassen, wie beispielsweise einen außenliegenden, am Rohr montierten Blasendetektor, der zwei Transducer bzw. Meßwandler beinhaltet, die eine Abschwächung eines Schallimpulses messen, der sich von einer Seite des Rohrs zur anderen bewegt. Ein derartiger geeigneter Detektor kann von Transonic Inc. von New York käuflich erworben werden.
Die Mikroblasen- und Makroblasendetektoren versorgen den Arzt oder Betreuer mit einer Warnung einer Erzeugung von potentiell klinisch bedeutsamen Blasen. Derartige Warnungen können auch durch die Verwendung eines transthorakalen bzw. Brustkorb 2-D Echos (beispielsweise um nach einem Echo aufhellen von Myokardgewebe zu suchen) und das Überwachen von anderen Patientendaten erhalten werden.
Vorteilhafterweise ist das Blasendetektionssystem fähig, zwischen Blasen verschiedener Größe zu unterscheiden. Weiterhin arbeitet das Blasendetektionssystem vorteilhafter weise kontinuierlich und ist betriebsfähig bzw. operativ an ein Gesamtsystem gekoppelt, so daß eine Gesamtsystem-Stillegung beim Abtasten bzw. Erfassen einer Makroblase auftritt.
Das System kann auch verschiedene herkömmliche Gegenstände, wie beispielsweise Sensoren, Durchflußmesser (welche auch eine doppelte Rolle als ein Makroblasendetektor erfüllen können), oder andere klinische Parameter überwachende Vorrichtungen; hydraulische Komponenten, wie beispielsweise Akkumulatoren und Ventile, um Flußdynamiken zu managen; Zugangsöffnungen, welche eine Entnahme von Fluiden erlauben; Filter oder andere Sicherheitsvorrichtungen, um zu helfen, eine Sterilität sicherzustellen; oder andere Vorrichtungen enthalten, die im allgemeinen ein Regeln bzw. Steuern des Flusses von einem oder mehreren der Fluide in dem System unterstützen können. Vorteilhafterweise werden irgendwelche derartige Vorrichtungen innerhalb des Systems positioniert und verwendet, um ein Verursachen der Ausbildung von klinisch bedeutenden Blasen innerhalb der Fluidflußpfade zu vermeiden, und/oder um Fluidflußunterbrechungen, beispielsweise Blockierungen von Kapillaren oder anderer Fluidpfade zu verhindern. Weiterhin umfaßt das System vorteilhafterweise ein biokompatibles System, das für eine klinische Verwendung mit menschlichen Patienten akzeptabel ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und bei einer Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich werden, in welchen:
1 ein schematisches Diagramm ist, das eine beispielhafte Ausführungsform eines Systems zur Blutoxygenierung bzw. Sauerstoffanreicherung illustriert bzw. darstellt;
2 ein schematisches Diagramm ist, das eine beispielhafte Ausführungsform einer Blutoxygenierungsanordnung illustriert, die einen Hochdruckmembranoxygenator beinhaltet;
3 eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Hochdruckmembranoxygenators ist;
4 ein schematisches Diagramm ist, das eine beispielhafte Ausführungsform eines Kreislaufs außerhalb eines Körpers illustriert, der ein Blutoxygenierungssystem beinhaltet, das einen Hochdruckmembranoxygenator aufweist;
5 ein schematisches Diagramm ist, das eine beispielhafte Ausführungsform einer Oxygenierungsanordnung illustriert, die eine Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit-Oxygenierungsanordnung beinhaltet;
6 ein schematisches Diagramm ist, das eine beispielhafte Ausführungsform eines Kreislaufs außerhalb eines Körpers illustriert, der ein Blutoxygenierungssystem beinhaltet, das eine Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit-Oxygenierungsanordnung aufweist;
7A eine vertikale Querschnittsansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit-Oxygenierungsanordnung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist;
7B eine Draufsicht auf die beispielhafte Ausführungsform der Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit-Oxygenierungsanordnung ist, die in einer Querschnittsansicht in 7A gezeigt ist;
7C eine Boden- bzw. Unteransicht der beispielhaften Ausführungsform der Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit-Oxygenie rungsanordnung ist, die in einer Querschnittsansicht in 7A gezeigt ist;
7D eine teilweise weggeschnittene Ansicht des unteren Abschnitts der Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit-Oxygenierungsanordnung ist, die in einer Querschnittsansicht in 7A gezeigt ist;
7E eine Querschnittsansicht ist, die entlang der Linie E–E des unteren Abschnitts der Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit-Oxygenierungsanordnung genommen ist, die in einer Querschnittsansicht in 7D gezeigt ist;
8 eine teilweise weggeschnittene Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Katheteranordnung zur Lieferung von oxygeniertem Blut ist;
8A eine Querschnittsansicht der beispielhaften Katheteranordnung ist, die in 8 gezeigt ist, entlang der Linie A–A genommen;
8B eine Querschnittsansicht der beispielhaften Katheteranordnung ist, die in 8 gezeigt ist, entlang der Linie B–B genommen;
8C eine Querschnittsansicht der beispielhaften Katheteranordnung ist, die in 8 gezeigt ist, entlang der Linie C–C genommen;
8D eine Querschnittsansicht der beispielhaften Katheteranordnung ist, die in 8 gezeigt ist, entlang der Linie D–D genommen;
8E eine Querschnittsansicht der beispielhaften Katheteranordnung ist, die in 8 gezeigt ist, entlang der Linie E–E genommen;
8F eine Endansicht der Spitze der in 8 gezeigten beispielhaften Katheteranordnung ist;
9 ein schematisches Diagramm ist, das eine beispielhafte Ausführungsform einer Fluidabgabevorrichtung für oxygeniertes Blut illustriert;
10 ein schematisches Diagramm ist, das eine beispielhafte Ausführungsform eines Systems zum Liefern bzw. Zuführen eines an Sauerstoff übersättigten Fluids illustriert;
11 ein schematisches Diagramm ist, das eine alternative beispielhafte Ausführungsform eines Systems zum Liefern eines an Sauerstoff übersättigten Fluids illustriert;
12 ein Graph für eine beispielhafte Fluidabgabevorrichtung für oxygeniertes Blut eines Drucks von oxygeniertem Blut bei der Oxygenierungsanordnung als eine Funktion einer Blutflußrate und eines effektiven Katheterinnendurchmessers ist;
13 ein Graph für eine beispielhafte Fluidabgabevorrichtung von oxygeniertem Blut eines Drucks von oxygeniertem Blut bei der Oxygenierungsanordnung als eine Funktion des effektiven Katheterinnendurchmessers und Hämatokrit ist;
14 ein Graph für eine beispielhafte Fluidabgabevorrichtung für oxygeniertes Blut eines vorausgesagten oxygenierten Blut pO₂ als eine Funktion von oxygeniertem Fluid pO₂ und patientensystemischen pO₂ ist;
15 ein Graph für eine beispielhafte Fluidabgabevorrichtung für oxygeniertes Blut eines vorausgesagten oxygenierten Blut pO₂ als eine Funktion von oxygeniertem Fluid pO₂ und Blutflußrate ist;
16 ein Graph für beispielhafte Ausführungsformen eines Hochdruckmembranoxygenators einer Oxygenatornutzleistung bzw. -effizienz als einer Funktion einer Oxygenatorlänge für eine beispielhafte Blutströmungs- bzw. -flußrate ist.
Der Klarheit und Bequemlichkeit halber werden die verschiedenen Ausführungsformen hierin im Kontext bzw. Zusammenhang von intervenierenden bzw. eingreifenden kardiovaskulären Anwendungen beschrieben, die im allgemeinen akute oder zeitlich vorübergehende Ischämie oder post-ischämische Gewebe involvieren. Jedoch können die Ausführungsformen auch in anderen medizinischen Anwendungen nützlich sein, wie beispielsweise Krebstherapie (beispielsweise die Abgabe von an Sauerstoff angereicherten Fluiden direkt in schlecht vaskularisierte bzw. mit Blutgefäßen versorgte Tumore während Bestrahlungs- oder Chemotherapiebehandlungen), neurovaskuläre Anwendungen (beispielsweise die Behandlung von Herzschlag- und Gehirntraumapatienten), Lungenunterstützung in Trauma- und Lungenkrankheitspatienten, und Wundversorgungs- bzw. -behandlungsmanagement.
Auch wird, obwohl die Ausführungsformen auch verwendet werden können, um Sauerstoffniveaus, beispielsweise in venösem und arteriellem Blut, in Blutersätzen, beispielsweise Perfluorkohlenstoffen, und in Kombinationen davon zu erhöhen, der Klarheit und Bequemlichkeit halber hierin nur auf arterielles Blut bezug genommen.
Weiterhin können die Ausführungsformen auch in Verbindung mit Arzneimittel- bzw. Medikamentenfluidinfusionstherapien verwendet werden, um Ischämie zu verhindern und/oder auf andere Weise die Wirksamkeit der Therapien zu steigern. Beispiele von Arzneimittelfluiden, die in kardiovaskulären und neurologischen Prozeduren bzw. Verfahren verwendet werden, welche (entweder vor, nach oder zusammen mit dem oxygenierten Blut) infundiert werden können, in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen beinhalten, ohne Be- bzw. Einschränkung, Vasodilatoren bzw. gefäßerweiternde Substanzen (beispielsweise Nitroglycerin und Nitroprussid), blutplättchenaktive Materialien (beispielsweise ReoPro und Orbofiban), Thrombolytika bzw. thrombolytische Substanzen (beispielsweise t-PA, Streptokinase und Urokinase), Antiarrhythmika (beispielsweise Lidocain, Procainamid), Betablocker (beispielsweise Esmolol, Inderal), Kalziumkanalblocker (beispielsweise Diltiazem, Verapamil), Magnesium, inotrope Mittel (beispielsweise Epinephrin, Dopamin), Perfluorkohlenstoffe (beispielsweise Fluosol), Kristalloide (beispielsweise normale Kochsalzlösung, laktierte Ringer'sche), Kolloide (Albumin, Hespan), Blutprodukte (Erythrozytenkonzentrat, Blutplättchen, Vollblut), Na+/H+-Austauschinhibitoren bzw. -hemmstoffe, Fänger freier Radikale, Diuretika (beispielsweise Mannitol), antiepileptische Medikamente (beispielsweise Phenobarbital, Valium) und Neuroprotektantien (beispielsweise Lubeluzol). Die Arzneimittelfluide können entweder alleine oder in Kombination abhängig von den Umständen infundiert werden, die in der speziellen Anwendung involviert sind, und können mit anderen Agentien bzw. Mitteln als jene speziell aufgelisteten infundiert werden, wie beispielsweise mit Adenosin (Adenocard, Adenoscan, Fujisawa), um eine Infarktgröße zu verringern oder um eine erwünschte physiologische Reaktion zu bewirken.
Sich nun den Zeichnungen zuwendend wird ein System bereitgestellt, in welchem Blut oxygeniert bzw. an Sauerstoff angereichert wird, beispielsweise zur Abgabe an einen speziellen vorbestimmten Bereich innerhalb eines Körpers des Patienten zur Behandlung von Zuständen, wie beispielsweise Gewebe-Ischämie und post-ischämische Gewebe. Wie schematisch in 1 gezeigt, beinhaltet eine Ausführungsform eines derartigen Systems eine Blutpumpenanordnung 20, die adaptiert ist, um eine Zufuhr von Blut von einer Blutzufuhranordnung 10 zu erhalten. Die Blutzufuhranordnung 10 kann eine Zufuhr von Blut umfassen, das für eine Infusion an einen Patienten oder an eine andere spezielle gewünschte Stelle vorgesehen ist. Beispielsweise und ohne Einschränkung kann die Zufuhr von Blut von einem Beutel oder einem anderen Blutbehälter; von einer Blutübertragungsvorrichtung, wie beispielsweise einem Herzbypaßsystem, einem Blutoxygenator, einer Blutfiltrationsanordnung, einem künstlichen Herzen und dgl.; von einem anderen Individuum; oder vom Patienten erhalten werden.
Die Pumpenanordnung 20 stellt das Blut an eine Blutoxygenierungsanordnung 30 bereit. Die Oxygenierungsanordnung 30 umfaßt einen Apparat zum Erhöhen bzw. Anheben des pO₂ des Bluts, vorteilhafterweise auf hyperoxämische oder hyperbare Niveaus. In einer Ausführungsform umfaßt die Oxygenierungsanordnung einen Hochdruckmembranoxygenator. In einer anderen Ausführungsform umfaßt die Oxygenierungsanordnung einen Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit-Oxygenator.
Die Oxygenierungsanordnung 30 oxygeniert Blut, das von der Pumpenanordnung 20 erhalten wird. Das oxygenierte bzw. an Sauerstoff angereicherte Blut wird dann an eine Abgabeanordnung 40 zum Abgeben an eine gewünschte Stelle bereitgestellt. Vorteilhafterweise tritt eine Blutoxygenierung wenigstens teilweise bei einem Druck größer als Atmosphärendruck auf, und das oxygenierte Blut wird mit einem gleichzeitigen Druckabfall geliefert, so daß die Ausbildung von klinisch bedeutsamen bzw. signifikanten Blasen vermieden wird, d.h. eine Blutoxygenierung und Abgabe treten blasenfrei auf.
Was eine blasenfreie Abgabe bzw. Lieferung ausmacht bzw. darstellt, wird von den Umständen abhängen, die in einer speziellen Anwendung involviert sind. Vorteilhafterweise wird eine blasenfreie Abgabe mit einer völligen Abwesenheit von Blasen auftreten. Jedoch können in einigen Fällen von "blasenfreier" Abgabe eine oder mehrere (vielleicht sogar Tausende von) nicht klinisch bedeutsame Blase(n) abgegeben werden, insbesondere wo die Gasblasen Sauerstoffgasblasen umfassen, von welchen angenommen wird, daß sie leichter durch den Körper akzeptiert bzw. aufgenommen werden als Blasen von anderen Gasen. Außerdem kann sich ein klinisch akzeptables Niveau von Blasen in einer Anwendung (beispielsweise einem Koronarverfahren) nicht als klinisch akzeptabel in einer anderen Anwendung (beispielsweise einem neurologischen Verfahren) erweisen.
Wenig harte bzw. gesicherte Daten sind verfügbar. Jedoch kann für intervenierende bzw. eingreifende Kardiologieanwendungen beispielsweise ein Faktor, der sich der Frage zuwendet, was eine klinisch bedeutsame Blase ausmacht bzw. darstellt, das Gesamtvolumen von Gas pro Kilogramm Körpergewicht sein, das in den Koronarkreislauf geliefert bzw. abgegeben wird. In Fällen, wo das Gas Luft ist (im Gegensatz zu Fällen, welche Sauerstoffgasblasen involvieren), haben erfahrene Angiographiefachleute erlebt bzw. bezeugt, daß eine einzige Blase oder mehrere Blasen bis zu ungefähr 3 mm (3000 μm) im Durchmesser bewiesen) in einer Koronararterie eines Patienten während einer Angiographieprozedur ohne ein resultierendes klinisches Problem embolisiert(en). Das Volumen von Luft in einer Blase mit 3 mm Durchmesser ist ungefähr 14 Mikroliter. Somit ist dieses Volumen an Luft, die in eine einzige Blase in einer menschlichen Koronararterie embolisiert, günstig. Außerdem studierten Khan et al. (1995) Coronary Air Embolism: Incidence, Severity, and Suggested Approaches to Treatment, Cathe terization and Cardiovascular Diagnosis 36:313-18, zurückblickend 3715 Koronararterien-Angiogramme, um das Auftreten und die Schwere von Koronararterien-Luftembolie zu beurteilen, und brachten die klinische Schwere mit dem Blasenvolumen wie folgt in Beziehung: minimal (mehrere Blasen, die sofort ohne Symptome verschwinden); mild (1 ml Luft mit milden, transienten bzw. zeitlich vorübergehenden Symptomen); moderat bzw. gemäßigt (2–3 ml Luft, gewöhnlich mit schweren Symptomen assoziiert bzw. verbunden); und massiv (> 3–5 ml Luft, die mit ernsten, lebensbedrohlichen Komplikationen assoziiert sind). Der milde klinische Effekt, der mit 1 ml Luft in der Studie beobachtet wird, ist ungefähr dem äquivalent, was bei einer einzigen Blase mit einem Durchmesser von 12 mm erfahren wird, da das Volumen dieser Blase 1 ml ist. So scheint es, daß eine Luftblase mit 3 mm Durchmesser klinisch belanglos ist – es ist ein minimales Volumen von Luft pro Einheit Körpergewicht.
Demgemäß wird für eine Koronararterienanwendung, in welcher die primären bzw. hauptsächlichen Blasen von Interesse Sauerstoffblasen sind, geglaubt, daß ein gesamtes geliefertes Gasvolumen von weniger als zwischen ungefähr 1–2 ml eine klinische Bedeutungslosigkeit repräsentiert. Jedoch wird, weil Sauerstoff metabolisch verbraucht wird, eine Sauerstoffblaseninfusion nicht für so traumatisch gehalten wie die Infusion von Inertgasen (beispielsweise Stickstoff).
Sich nun 2 zuwendend, ist eine beispielhafte Oxygenierungsanordnung schematisch dargestellt, die eine Hochdruckmembranoxygenatoranordnung 50 beinhaltet. Die Membranoxygenatoranordnung 50 beinhaltet eine Membran 52, die tatsächlich bzw. eigentlich die Anordnung 50 in zwei geson derte Fluidabteile teilt: ein Gasseitenabteil 54 und ein Blutseitenabteil 56. Sauerstoffgas von einer Sauerstoffgaszufuhranordnung 58 wird zu dem Inneren des Abteils 54 bei einem Druck P1 bereitgestellt. Vorteilhafterweise ist die Anordnung 58 eine regulierte Sauerstofflasche und der Druck P1 ist ein Druck größer als atmosphärisch und weniger als ungefähr 30 p.s.i.a. Am vorteilhaftesten ist der Druck P1 ungefähr 2 Atmosphären. Blut, das zu oxygenieren bzw. an Sauerstoff anzureichern ist, wird durch eine Blutzufuhranordnung 60 zu dem Inneren des Abteils 56 bei einem Druck P2 bereitgestellt. Vorteilhafterweise ist der Druck P2 größer als ungefähr P1, und ein Volums- bzw. Massengasfluß bzw. -strom durch bzw. über die Membran 52 wird vermieden.
Wenn das Sauerstoffgas dem Abteil 54 zur Verfügung gestellt ist bzw. wird und das Blut, das durch die Blutzufuhranordnung 60 bereitgestellt ist bzw. wird, durch das Abteil 56 fließt bzw. strömt, diffundiert Sauerstoff durch die Membran 52, um das Blut zu oxygenieren bzw. an Sauerstoff anzureichern. Oxygeniertes Blut verläßt das Abteil 56 über eine Leitung 62, beispielsweise zur Abgabe über einen Katheter an einen Patientenkörper.
In einer abgewandelten Ausführungsform ist die Membranoxygenatoranordnung mit einer Massengasauslaßentlüftung 64 adaptiert, so daß Gas durch das Abteil 54 fließen bzw. strömen kann, wenn die Entlüftung 64 offen ist. Vorteilhafterweise beinhaltet die Entlüftung bzw. Entlüftungsöffnung 64 ein einstellbares Ventil oder andere Mittel, das bzw. die betätigbar ist bzw. sind, um die Rate eines Gasflusses durch das Abteil 54 für einen gegebenen Druck P1 zu regeln bzw. zu steuern. Der Fluidstrom, der das Abteil 54 verläßt, kann zur Atmosphäre oder zu anderen geeigneten Mitteln abgelassen bzw. entlüftet werden, um das austretende Fluid zu be- bzw. verarbeiten und zu beseitigen. Abhängig von den Umständen, die in einer speziellen Anwendung involviert sind, können Gase durch die Membran 52 vom Blut diffundieren, das durch das Abteil 56 strömt, um sich dem Strom anzuschließen, der das Abteil 54 verläßt.
Die Form, welche die Membranoxygenatoranordnung 50 annehmen kann, und ihre exakte Größe und Form können abhängig von den Umständen variieren, die in einer speziellen Anwendung involviert sind. Nur beispielsweise und ohne Beschränkung hinsichtlich des Umfangs der vorliegenden Erfindung kann die Membranoxygenatoranordnung 50 einen Faserbündeloxygenator mit externem bzw. äußerem Fluß umfassen, in welchem das Abteil 54 eine Mehrzahl von hohlen Fasern umfaßt, durch welche Gas fließen kann; das Abteil 56 umfaßt ein Gehäuse oder Gefäß bzw. einen Behälter, das bzw. der die hohlen Fasern umgibt und innerhalb welchem Blut, das dem Inneren des Gehäuses oder Gefäßes bereitgestellt ist, die äußere Oberfläche der hohlen Fasern kontaktieren kann; und die Membran 52 umfaßt den gesamten aktiven Oberflächenbereich der hohlen Fasern, durch bzw. über welche Sauerstoff diffundiert, wenn Blut zu dem Inneren des Gehäuses oder Gefäßes bereitgestellt ist, und Sauerstoffgas zu dem Inneren der hohlen Fasern bereitgestellt ist.
In einer abgewandelten Ausführungsform (siehe 3) umfaßt der Hochdruckmembranoxygenator eine Blutoxygenatoranordnung eines internen Flusses vom Hohlfasertyp. Vorteilhafterweise beinhaltet die Anordnung eine im allgemeinen zylindrisch geformte Gehäuseanordnung, die lose mit einer Mehrzahl von hohlen Fasern 70 gepackt ist. Das Gehäuse umfaßt vorteilhafterweise einen im allgemeinen rohrförmigen Hauptkörperabschnitt 72, der erste und zweite Enden aufweist; und Endkappen 74, 76, die fest an dem ersten bzw. zweiten Ende (beispielsweise mit UV-Klebstoff) angefügt bzw. festgelegt sind. Die Enden der hohlen Fasern 70 sind vorteilhafterweise innerhalb der Gehäuseanordnung durch ein Vergießmaterial, beispielsweise ein Polyurethanharz gesichert. Vorteilhafterweise bildet das Vergießmaterial Fluidbarrieren 78, 80 nahe dem ersten bzw. zweiten Ende aus. Die hohlen Fasern 70 erstrecken sich durch die Barrieren 78, 80, so daß die Gehäuseanordnung vier Fluidflußbereiche bzw. -regionen innerhalb der Gehäuseanordnung umfaßt: einen Bluteinlaßverteiler 82, umfassend den Fluidraum, der durch die Barriere 78 und die Kappe 74 definiert ist; einen Blutauslaßverteiler 84, umfassend den Fluidraum, der durch die Barriere 80 und die Kappe 76 definiert ist; eine Sauerstoffkammer 86, umfassend den Fluidraum, der durch die Barrieren 78, 80, den Gehäusekörperabschnitt 72 und die äußeren Oberflächen der hohlen Fasern 70 definiert ist; und das Innere der hohlen Fasern 70, welcher Bereich eine Mehrzahl von kontinuierlichen Fluidpfaden zwischen dem Bluteinlaß- und -auslaßverteiler 82, 84 umfaßt.
Vorteilhafterweise beinhaltet die Endkappe 74 eine Bluteinlaßöffnung 88, und die Kappe 74 ist mit einem Luer-Verbinder 92 zum lösbaren Koppeln der Oxygenatoranordnung an einen Apparat adaptiert, um eine Zufuhr von Blut bereitzustellen, das zu oxygenieren ist. Die Endkappe 76 beinhaltet eine Blutauslaßöffnung 90, und die Kappe 76 ist mit einem Luer-Verbinder 94 zum lösbaren Koppeln der Oxygenatoranordnung mit einem Abgabeapparat bzw. einer Abgabevorrichtung für oxygeniertes Blut adaptiert, beispielsweise einem Rohr und einem Katheter oder einem Infusionsführungsdraht. Der Gehäusekörperabschnitt 72 beinhaltet Gaseinlaß- bzw. -aus laßöffnungen 96, 98. Die Gaseinlaßöffnung 96 ist vorteilhafterweise mit einem Luer-Verbinder 100 zum lösbaren Koppeln der Oxygenatoranordnung mit einer bzw. an eine Sauerstoffgaszufuhranordnung adaptiert. Die Gasauslaßöffnung 98 ist vorteilhafterweise mit einem Luer-Verbinder 102 zum lösbaren Koppeln der Oxygenatoranordnung mit einem Apparat zum Ventilieren lassen des Gasstroms, der die Oxygenatoranordnung verläßt, zur Atmosphäre oder zu einer Filteranordnung vor einer Entsorgung adaptiert.
Somit wird ein Verfahren bereitgestellt, in welchem Sauerstoff zur Sauerstoffkammer 86 bei einem Druck über Atmosphärendruck zugeführt wird. Das Blut tritt in den Bluteinlaßverteiler 82 über die Öffnung 88 ein und bewegt sich durch die hohlen Fasern 70, wo eine Oxygenierung des Bluts aufgrund der Sauerstoffdiffusion durch bzw. über die Fasern 70 auftritt. Ein Massengastransfer wird vermieden, indem der Blutdruck größer als der Gasdruck beibehalten wird. Das oxygenierte Blut verläßt dann die Oxygenatoranordnung über den Blutauslaßverteiler 84 und die Öffnung 90 zur Abgabe an eine gegebene bzw. bestimmte Stelle.
Die hohlen Fasern 70 umfassen vorteilhafterweise eine Länge von 160 cm von verflochtenen Fasern (wobei jede Faser vorteilhafterweise ungefähr 8–10 cm in der Länge ist) lose in eine zylindrische Form gerollt, so daß ungefähr ein Raum von 0,05 Zoll zwischen dem Außendurchmesser der Faserrolle und dem Innendurchmesser des Oxygenatorgehäuses verbleibt. Die Enden der Fasern, die nahe dem Einlaß- bzw. Eintritts- und Auslaßverteiler sind, sind vorteilhafterweise offen und sauber. Eine besonders vorteilhafte verflochtene Faser, die im Handel erhältlich ist, zur Verwendung ist die Akzo Oxyphan^TM Fasermatte, eine Polypropylen-Hohlfasermatte, die 16,8 Fasern/cm beinhaltet, wobei jede Faser eine Wanddicke von ungefähr 50 μm und ungefähr einen Innendurchmesser von 280 μm aufweist, die von Akzo Nobel, Deutschland erhältlich ist.
Für einen gegebenen Eingabeblut pO₂ und einen spezifizierten Sauerstoffdruck an der Gasseite der Membran ebenso wie eine spezifizierte Blutflußrate bzw. -strömungsgeschwindigkeit und ein Fasergehäusedurchmesser, kann eine Membranoxygenatorlänge bestimmt werden, um eine Gleichgewichts-Sauerstoffsättigung sicherzustellen. Selbstverständlich sind viele Variationen möglich. Nur beispielhaft und ohne Einschränkung ist eine Einheit ausreichend, die einen Durchmesser von ungefähr 4 cm und eine Länge von ungefähr 10 cm aufweist, mit einem Hohlraumvolumen von ungefähr 0,4 für Fasern von ungefähr 380 μm Außendurchmesser und ungefähr 280 μm Innendurchmesser, um eine Gleichgewichtssättigung für eine Blutflußrate von ungefähr 200 ml/min zu erzielen. Eine derartige Vorrichtung würde ein gesamtes Blutpriming- bzw. -anlaßvolumen von ungefähr 41 ml aufweisen. Selbstverständlich werden niedrigere Blutflußraten, Fasern kleineren Durchmessers, eine dichtere Faserpackung und Hochtreiben des Sauerstoffdrucks das Größenerfordernis der Vorrichtung verringern, welches unabhängig vom gewünschten Blut pO₂ ist. In jedem Fall ist die umfassende Charakterisierung von Massenübertragungs- bzw. -transferkoeffizienten, die typischerweise für externe Blutflußmembranoxygenatoren erforderlich ist, nicht notwendig, und kleinere Priming- bzw. Vorbereitungsvolumina können erzielt werden.
In einer Ausführungsform kann der Sauerstofftransfer auf das Blut angenähert werden, indem ein Modell verwendet wird, das auf der konvektiven Diffusionsgleichung basiert, welche den Blutfluß durch ein kreisförmiges Rohr als eine Variante des Graetz-Nusselt-Leveque Massentransfer- bzw. -übertragungsproblems für eine Diffusion eines gelösten Stoffs durch die Wände eines Rohrs betrachtet, in welchem das Lösungsmittel einen laminaren Hagen-Poiseuille-Fluß erfährt. Unter diesem Modell kann für Sauerstoff, der durch die Rohrwände bei einem Partialdruck gleich dem Druck von Sauerstoffgas zugeführt ist, das dem Oxygenator zugeführt wird, wie dies beispielsweise in 16 gezeigt ist, eine Oxygenatorgröße durch eine Anwendung bzw. Einbringung in das Modell von mehreren Variablen (beispielsweise Blutflußrate, Sauerstofflöslichkeit, die Anzahl und/oder Größe der Fasern, Sauerstoffdiffusität bzw. -ausbreitungsvermögen im Blut usw.) bestimmt werden. Für eine gewünschte maximale Blutflußrate Q_max wird eine Oxygenatorgröße vorteilhafterweise so minimiert, daß ein gewünschter Wirkungsgrad β erzielt werden kann, wobei β das Verhältnis des Auslaß- bzw. Ausgangsbluts pO_2(out) und des Sauerstoffgasdrucks ist. Wie in 16 gezeigt, resultiert eine Blutflußrate von 75 ml/min mit einem Oxygenator, der 4100 Fasern von 280 μm Innendurchmesser beinhaltet, eine Oxygenatorlänge von ungefähr 6 cm oder mehr in einem Wirkungsgrad β = 1.
Andere Modelle zum Bestimmen eines Sauerstofftransfers können auch verwendet werden, beispielsweise Modelle, basierend auf empirischem Nach- bzw. Beweis von Massentransfer- bzw. -übertragungskoeffizienten, oder Massentransfer bzw. -übertragungsmodelle, die für spezielle Anwendungen zugeschnitten sind, die andere Massentransfergrenzbedingungen, Flußgeometrien, Fluide, Betriebsparameter, usw. involvieren. Vorteilhafterweise kann das Sauerstoffübertragungsmodell verwendet werden, um einen Oxygenator zu kenn zeichnen, um seine Auswahl durch einen Betreuer für eine spezielle Anwendung zu fördern bzw. zu unterstützen. In einer Ausführungsform wird ein Verfahren bereitgestellt, das die Schritte eines Verwendens eines Sauerstoffübertragungsmodells beinhaltet, um eine Oxygenatoranordnung zu kennzeichnen, um eine Auswahl der Vorrichtung für eine Anwendung zu fördern, in welcher oxygeniertes Blut dem Patienten bei einer gewünschten Flußrate und pO₂ bereitzustellen ist. Vorteilhafter wird das oxygenierte Blut bei einem pO₂ Niveau zur Verfügung gestellt, das größer als ungefähr 760 mm Hg ist.
Da die Vorrichtung vorteilhafterweise für eine Gleichgewichtsmassenübertragung ausgelegt sein kann, kann auch eine Gleichgewichtswärmeübertragung auftreten. Somit kann ein Systemerfordernis Mittel zum Regeln bzw. Steuern der Temperatur des Bluts beinhalten, das die Anordnung verläßt. Beispielsweise kann eine einfache Erwärmungsvorrichtung, beispielsweise eine elektrische Decke beinhalten, die um die Oxygenatoreinheit gewickelt ist, mit einer Feedback- bzw. Rückkoppelungsregelung bzw. -Steuerung zur Aufrechterhaltung der Temperatur des Bluts bei ungefähr 37°C.
Sich 4 zuwendend, ist ein Kreislauf außerhalb eines Körpers zum Oxygenieren von Blut gezeigt, der einen Hochdruckmembranoxygenator 110 beinhaltet. Die Systemerfordernisse können eine Blutpumpenanordnung 112 und eine Sauerstoffgaszufuhranordnung 114 beinhalten, die betrieblich bzw. operativ mit dem Hochdruckmembranoxygenator 110 gekoppelt sind. Andere Komponenten können Bluttemperaturregel- bzw. -steuervorrichtungen, Blasendetektionsapparate bzw. -vorrichtungen, Druck/Temperatursensoren, pO₂ Sensoren, usw. (in 4 nicht gezeigt) beinhalten. Vor teilhafterweise sind die verschiedenen Systemkomponenten betrieblich mit einer be- bzw. verarbeitenden und Regel- bzw. Steueranordnung 116 gekoppelt, die eine elektronische Schaltung beinhaltet, um das Senden und Empfangen von Signaleingängen und/oder Regel- bzw. Steuerbefehlen unter einer oder mehreren der verschiedenen Systemkomponenten zu ermöglichen. Eine Anzeigeanordnung 118, die mit der verarbeitenden und Regel- bzw. Steueranordnung 116 gekoppelt ist, kann als ein gesondertes Benutzerinterface für die Eingabe von Daten und/oder Prozeß- bzw. Verfahrensregel- bzw. -steuerbefehlen und/oder für die Anzeige eines Systemstatus und/oder be- bzw. verarbeitender Ausgaben dienen.
Die Flußmerkmale bzw. Strömungseigenschaften des oxygenierten Bluts, das die Membranoxygenatoranordnung 110 verläßt, werden von den Umständen abhängen, die die spezielle involvierte Anwendung umgeben. Typischerweise wird beispielsweise die Zufuhr von oxygeniertem Blut, das an einen Katheter zur Infusion zu einem Patientenkörper bereitgestellt wird, ein geregelter bzw. gesteuerter Fluß sein, der durch die Flußparameter definiert ist bzw. wird, die durch den Betreuer ausgewählt sind. In einer Anwendung, die die subselektive Abgabe von oxygeniertem Blut zur Behandlung von ischämischen Geweben und/oder die Verhinderung von Ischämie involviert, können Flußraten von ungefähr 75–100 ml/min vorteilhaft sein. Wiederum können Faktoren, die die Bestimmung von Blutflußmerkmalen beeinflussen, eine(n) oder mehrere der vielen klinischen Parameter oder Variablen des oxygenierten Bluts umfassen, das dem Katheter zuzuführen ist oder an den Patienten zu liefern ist, beispielsweise die Größe des Patienten, der Prozentsatz einer Gesamtzirkulation, die bereitzustellen ist, die Größe des Blutgefäßes, auf das zuzugreifen ist, Hämolyse, Hämodilution, pO₂, Pulsatilität, Massenflußrate, Volumenflußrate, Temperatur, Hämoglobinkonzentration und pH.
Sich 5 zuwendend, ist schematisch eine abgewandelte Ausführungsform einer Oxygenierungsanordnung gezeigt, die eine Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit-Oxygenierungsanordnung 200 beinhaltet. Die Anordnung 200 kombiniert vorteilhafterweise eine Zufuhr von an Sauerstoff übersättigtem Fluid, das von einer Zufuhranordnung 210 erhalten wird, mit einer Zufuhr von Blut, das von einer Zufuhranordnung 220 erhalten wird, um ein oxygeniertes Blut zur Abgabe an eine gegebene Stelle zu bilden.
In einer Ausführungsform beinhaltet das an Sauerstoff übersättigte Fluid vorteilhafterweise ein Volumen an gelöstem Sauerstoff, das auf Standardtemperatur und -druck normalisiert ist, von zwischen ungefähr dem 0,5- und ungefähr 3-fachen des Volumens des Lösungsmittels. Das Fluid kann zu dem System bei einem Druck von zwischen ungefähr 100 p.s.i. und ungefähr 5000 p.s.i., vorteilhaft zwischen ungefähr 100 p.s.i. und 600 p.s.i. zugeführt werden, obwohl der exakte Druck abhängig von den Umständen variieren kann, die in einer speziellen Anwendung involviert sind. Weiterhin kann das zugeführte an Sauerstoff übersättigte Fluid steril sein und einen Abgabepfad aufweisen, welcher nicht Gas oder Oberflächenstellen beinhaltet, an welchen möglicherweise klinisch bedeutsame Blasen einen Kern bilden und/oder wachsen können.
Wie hierin beschrieben, ist ein bevorzugtes Fluid zur Verwendung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ein an Sauerstoff übersättigtes Fluid. Jedoch können Fluide, die an anderem Gas übersättigt sind, abhängig von den Umständen verwendet werden, die in einer speziellen gewünschten Anwendung involviert sind, wie beispielsweise übersättigte Fluide, in welchen ein oder mehrere Gas(e), wie beispielsweise Helium, Stickoxid bzw. Lachgas, Kohlendioxid und Luft gelöst ist bzw. sind.
Beispielhafte Apparate bzw. Vorrichtungen und Verfahren zur Vorbereitung und Abgabe von an Sauerstoff übersättigten Fluiden sind in U.S. Patent Nr. 5,407,426 an Spears mit dem Titel "Method and Apparatus for Delivering Oxygen into Blood" ("Verfahren und Vorrichtung zur Lieferung von Sauerstoff in Blut"); U.S. Patent Nr. 5,569,180 an Spears mit dem Titel "Method for Delivering a Gas-Supersaturated Fluid to a Gas-Depleted Site and Use Thereof" ("Verfahren zum Liefern eines an Gas übersättigten Fluids an eine an Gas verarmte Stelle und Verwendung hiefür"); U.S. Patent Nr. 5,599,296 an Spears mit dem Titel "Apparatus and Method of Delivery of Gas-Supersaturated Liquids" ("Vorrichtung und Verfahren einer Abgabe von an Gas übersättigten Flüssigkeiten"); und U.S. Patent Nr. 5,893,838 an Daoud et al. mit dem Titel "System and Method for High Pressure Delivery of Gas-Supersaturated Fluids" ("System und Verfahren für eine Hochdruckabgabe von an Gas übersättigten Fluiden") geoffenbart; von denen jedes hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist. Außerdem kann eine Offenbarung betreffend beispielhafte Apparate und Verfahren zur Vorbereitung und/oder Verwendung von an Gas übersättigten Fluiden, enthaltend beispielsweise an Sauerstoff übersättigte Fluide, in verschiedenen Anwendungen in den folgenden Patenten und Patentanmeldungen gefunden werden, von denen jedes) hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist: die gleichzeitig anhängige U.S. Patentanmeldung Serien Nr. 08/581,019, eingereicht am 3. Jänner 1996, welche eine continuation in part der U.S. An meldung Serien Nr. 273,652 ist, eingereicht am 12. Juli 1994, nun U.S. Patent Nr. 5,569,180, welche eine continuation in part der U.S. Anmeldung Serien Nr. 152,589 ist, eingereicht am 15. November 1993, nun U.S. Patent Nr. 5,407,426, welche eine continuation in part der U.S. Patentanmeldung Serien Nr. 818,045 ist, eingereicht am 8. Jänner 1992, nun U.S. Patent Nr. 5,261,875, welche eine continuation der U.S. Patentanmeldung Serien Nr. 655,078 ist, eingereicht am 14. Februar 1991, nun U.S. Patent Nr. 5, 086, 620.
In einer alternativen Ausführungsform (siehe 10) umfaßt die Zufuhranordnung für an Sauerstoff übersättigtes Fluid einen Apparat, der eine Kammer 300 beinhaltet, die an eine regulierte Quelle von Sauerstoffgas 310 gekoppelt ist, die einen gewünschten Druck in der Kammer 300 beibehält. Vorteilhafterweise ist das Kammervolumen ungefähr 100 ml, und der Druck in der Kammer 300 ist ungefähr 600 p.s.i. Ein physiologisches Fluid (beispielsweise Kochsalzlösung) tritt in die Kammer 300 durch eine Düse 320 ein. Die Düse 320 bildet vorteilhafterweise Fluidtröpfchen aus, in welche Sauerstoff diffundiert, wenn sich die Tröpfchen innerhalb der Kammer 300 bewegen. Vorteilhafter umfaßt die Düse 320 eine Zerstäuberdüse, die adaptiert ist, um einen Tröpfchenkonus 330 auszubilden, der durch einen enthaltenen Winkel α definierbar ist, welcher vorteilhafterweise ungefähr 20 bis ungefähr 40 Grad bei Betriebskammerdrücken (beispielsweise ungefähr 600 p.s.i.) für einen Druckabfall durch die Düse 320 von größer als ungefähr 15 p.s.i. ist. Die Düse 320 ist eine verwirbelte, mit Druck beaufschlagte Zerstäuberdüse vom Simplextyp, welche eine Fluidöffnung von ungefähr 100 μm Durchmesser beinhaltet. Vorteilhafterweise bildet die Düse 320 feine Fluidtröpfchen von weniger als ungefähr 100 μm Durchmesser aus, und vorteilhafterweise von ungefähr 25 μm. Das Fluid wird vorteilhafterweise zu der Kammer 300 durch eine Pumpe 340 bereitgestellt, die betriebsfähig bzw. operativ mit einer Fluidzufuhranordnung 350 gekoppelt ist. Das Fluid wird vorteilhafterweise bei einer geregelten bzw. gesteuerten Rate basierend auf der gewünschten Auslaßflußrate des an Sauerstoff übersättigten Fluids bereitgestellt. Am Boden der Kammer 300 sammelt sich das Fluid, um eine Lache 360 auszubilden, welche vorteilhafterweise ein Fluid beinhaltet, das ein Volumen an gelöstem Gas, normalisiert auf Standardtemperatur und -druck von zwischen ungefähr dem 0,5- und ungefähr 3-fachen des Volumens des Lösungsmittels aufweist. Das Fluid wird von der Kammer 300 (beispielsweise über eine Pumpe 370, welche vorteilhafterweise eine Regelung bzw. Steuerung der Flußrate erlaubt, oder aufgrund des Drucks in der Kammer 300) zur Abgabe an eine gegebene bzw. bestimmte Stelle (beispielsweise an eine Blutoxygenierungsanordnung) entfernt.
Vorteilhafter wird, wie in 11 gezeigt, ein an Sauerstoff übersättigtes Fluid durch ein Zerstäuben einer physiologischen Flüssigkeit, wie beispielsweise Kochsalzlösung, die von einer Zufuhranordnung 400 bereitgestellt wird, in eine Kammer 410 erzeugt, die auf ungefähr 600 p.s.i. durch Sauerstoff mit Druck beaufschlagt ist. Der Sauerstoff wird vorteilhafterweise zu der Kammer 410 von einer Sauerstoffzufuhranordnung 412, beispielsweise einer E-Flasche medizinischer Qualität bereitgestellt.
Die Kochsalzlösung wird vorteilhafterweise zu der Kammer 410 (beispielsweise von einem Kochsalzlösungsbeutel oder anderem Behälter) über eine Düse 411 durch eine kolbenartige Anordnung bereitgestellt, umfassend eine Spritzenpumpe 416, die fähig ist, 600+ p.s.i. Kochsalzlösung entweder kontinuierlich oder intermittierend abhängig von den in einer speziellen Anwendung involvierten Umständen abzugeben. Die Spritzenpumpe 416 beinhaltet vorteilhafterweise einen Kolben 418, der operativ mit einer Motoranordnung 420 gekoppelt ist. Ein Rückschlagventil 422 verhindert einen unerwünschten Verlust an Fluid von der Leitung 413 während eines Füllens der Spritzenpumpe 416. Ein Rückschlagventil 424 verhindert einen unerwünschten Fluß von Kochsalzlösung zur Fluidzufuhranordnung 400, wenn Fluid die Spritzenpumpe 416 verläßt. Vorteilhafterweise beinhaltet die Spritzenpumpe 416 ein Fluidreservoir, das ein Volumen von ungefähr 10 bis ungefähr 100 ml aufweist, obwohl Spritzenpumpen verschiedener Größe abhängig von den Umständen verwendet werden können, die in einer speziellen Anwendung involviert sind. Außerdem wird vorteilhafterweise der Kammereinlaß gefiltert, um vor irgendwelchem Schmutz zu schützen, der im Pumpsystem vorhanden sein könnte.
Drei Nadelventile 426, 428, 430 werden vorteilhafterweise verwendet, um den Fluidfluß zu und von der Kammer 410 zu regeln bzw. zu steuern. Tabelle II beschreibt die Moden einer Tätigkeit bzw. Betätigung für die Nadeln. Während eines normalen Betriebs ist das Pumpsystem ausgeschaltet und nur das Liefer- bzw. Abgabeventil (Nadel 430) ist offen, um eine Fluidabgabe bzw. -lieferung von der Kammer 410 über das Fluidauslaßlumen 401 und den Anordnungsauslaß 402, beispielsweise zu einer Blutoxygenierungsanordnung zu erlauben. Wenn die Kammer (beispielsweise in Antwort auf ein Sensorsignal, das anzeigt, daß das Fluidniveau in der Kammer auf ein vorbestimmtes Niveau abgefallen ist) gefüllt werden muß, beginnt vorteilhafterweise eine zweiteilige Füllsequenz. In Teil Eins der Füllsequenz wird das Pump system eingeschaltet und ein Verdünnungsfluß ist bzw. wird eingeschaltet, d.h. ein Verdünnungsventil (Nadel 426) ist offen, um eine Fluidabgabe von der Leitung 413 an die Kammer 410 über eine Leitung 403 zu erlauben. In Teil Zwei wird die Nadel 426 geschlossen, und ein Fluß wird von einer Leitung 413 durch die Zerstäuberdüse 411 über eine Leitung 405 gelenkt bzw. gerichtet. Das Abgabeventil (Nadel 430) verbleibt während beiden Teilen Füllsequenz offen. Durch ein Variieren der Zeit jedes Teils der Füllsequenz kann die Konzentration des Fluids in der Kammer variiert werden. Beispielsweise würde, um eine 300 p.s.i. Konzentration in einer mit Druck auf 600 p.s.i. beaufschlagten Kammer zu erzielen, für eine 40 Sekunden Gesamtfüllzeit jedes Teil der zweiteiligen Füllsequenz ungefähr 20 Sekunden dauern. Ein Rückschlagventil 434 verhindert einen Rückfluß von der Kammer durch die Zerstäuberdüse zum Pumpsystem, wenn das Pumpsystemreservoir gefüllt wird. Vorteilhafterweise beinhaltet das Rückschlagventil 434 eine Kugel, welche unter Druck gegen einen Abschnitt des Ventilkörpers sitzt, um einen unerwünschten rückwärtigen Fluidfluß zu verhindern. Weiterhin wird, um die Kammer zu umgehen, d.h. daß Fluid weder in die Kammer eintritt noch diese verläßt, eine Spülsequenz eingeleitet. Während eines Spülens sind das Abgabeventil (Nadel 430) und das Verdünnungsventil (Nadel 426) geschlossen, das Spülventil (Nadel 428) ist offen, und das Pumpsystem ist eingeschaltet, so daß nicht oxygenierte Kochsalzlösung durch das System durchtritt.
Vorteilhafterweise wird jede der Nadeln 426, 428, 430 entweder unabhängig oder in Verbindung mit dem Öffnen oder Schließen einer oder mehrerer anderen(r) Nadel(n) geöffnet und geschlossen, um einen erwünschten Fluß bzw. Strom an an Sauerstoff übersättigtem Fluid von der Anordnung zu erzielen. Die Betätigungsanordnung 432 kann Schalt- bzw. Umschaltmittel, beispielsweise Solenoide umfassen, die betrieblich bzw. betätigbar mit jedem Ventil gekoppelt sind, um die Ventile zwischen offenen und geschlossenen Positionen zu bewegen.
Die Kammer 410 umfaßt vorteilhafterweise ein wegwerfbares Gehäuse 415 und eine Kappe 417, die (beispielsweise durch einen Gewindeeingriff) verbunden sind oder (beispielsweise durch UV-Klebstoff) starr festgelegt sind, um den Innenraum zu definieren, in welchen Kochsalzlösung und Sauerstoff eingeführt werden. Die Kammer 410 kann weiterhin eine Bakterienfilteranordnung 414 zum Entfernen von unerwünschten Partikeln aus dem Gas beinhalten, das in die Kammer 410 eintritt. Das Gehäuse 415 und die Kappe 417 können aus Polycarbonat oder einem anderen geeigneten biokompatiblen Material ausgebildet sein.
Zur Sicherheit kann die Kammer 410 wenigstens teilweise innerhalb einer Schutzgehäuseanordnung 438 angeordnet sein, die beispielsweise eine Halterung aus rostfreiem Stahl umfaßt. In einer Ausführungsform kann ein Block 419 innerhalb der Halterung bzw. dem Halter 438 über der Kammer 410 angeordnet sein. Vorteilhafterweise ist der Block 419 mit einer Ausnehmung bzw. Vertiefung oder allgemein mit einem konkav geformten unteren Oberflächenabschnitt adaptiert, so daß ein Gasplenum 421 durch die untere Oberfläche des Blocks 419 und das obere Ende oder die Oberfläche der Kammer 410 definiert wird. Vorteilhafterweise ist die Grenze zwischen dem Block 419 und der Kammer 410 (beispielsweise mit einem O-Ring, einer Dichtung oder anderen abdichtenden Mitteln) abgedichtet. Ein Ring 423 in Gewindeeingriff mit der Halterung 438 kann helfen, den Block 419 abgedichtet und am Platz gegen die Kammer 410 zurückzuhalten, wenn Sauerstoffgas von der Zufuhranordnung 412 in das Plenum 421 durch eine Gaseinlaßöffnung im Block 419 eingebracht wird. Vom Plenum 421 kann Gas in die Kammer 410 durch das Filter 414 eintreten, das entlang einer Öffnung durch die Kappe 417 angeordnet ist. Vorteilhafterweise sind ein Gasdruck innerhalb des Plenums 421 und der Kammer 410 ungefähr gleich.
Vorteilhafterweise beinhalten die Kammer 410 und andere Systemkomponenten einen oder mehrere Sensor(en), beispielsweise Fluidniveausensoren, Druckmeßwandler, usw., (in 11 nicht gezeigt), um das Überwachen eines Systemstatus während eines Betriebs zu ermöglichen. Vorteilhafterweise sind die Sensoren und verschiedene Systemkomponenten mit einer be- bzw. verarbeitenden und Regel- bzw. Steueranordnung 436 gekoppelt, die eine elektronische Schaltung beinhaltet, um das Senden und Empfangen von Signaleingaben und/oder Regel- bzw. Steuerbefehlen unter einer oder mehreren der verschiedenen Systemkomponenten zu ermöglichen. Eine Anzeigeanordnung 440, die mit der verarbeitenden und Regel- bzw. Steueranordnung 436 gekoppelt ist, kann als ein gesondertes Benutzerinterface für die Eingabe von Daten und/oder Prozeßregel- bzw. -steuerbefehlen und/oder für die Anzeige eines Systemstatus und/oder be- bzw. verarbeitende Ausgaben dienen.
Der Klarheit und Bequemlichkeit halber wurden Zufuhranordnungen für an Sauerstoff übersättigtes Fluid wie die in 10 und 11 gezeigten beschrieben, die eine Flüssigkeit zerstäubende Anordnungen beinhalten. Jedoch können andere Mittel zum Kontaktieren der Flüssigkeit und des Gases verwendet werden. Beispielsweise kann es in einigen Fällen wünschenswert sein, die Flüssigkeit innerhalb der mit Druck beaufschlagten Kammer als einen dünnen Film in Kontakt mit Sauerstoffgas bereitzustellen. Der Flüssigkeitsfilm kann beispielsweise durch Platten, Siebe, Gitter oder andere mechanische Mittel erzeugt werden, die entweder innerhalb oder als ausbildendes Teil der Kammer angeordnet sind. Außerdem können Fluidzufuhranordnungen anders als die gezeigten Pumpen- und Spritzenpumpenausführungsformen, ventilierende bzw. Ventilanordnungen und/oder Flüssigkeitsflußpfade bzw. -wege in Kombination mit den verschiedenen anderen, hierin beschriebenen Komponenten verwendet werden.
Sich nun 6 zuwendend, wird ein Blutoxygenierungskreislauf außerhalb des Körpers gezeigt, der eine Pumpenanordnung 500 beinhaltet, die betreibbar ist, um Blut, das von einem Patienten entnommen ist, an eine beispielhafte Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit-Oxygenierungsanordnung 600 zu liefern. Die Anordnung 600, von welcher Abschnitte in größerem Detail in 7A–E gezeigt sind, beinhaltet vorteilhafterweise ein Injektorgehäuse 610, eine Seitenwandanordnung 620 und eine Kappe 630, die verbunden sind, um einen Innenraum 612 zu definieren, innerhalb welchem Blut, das durch das Zufuhrrohr 640 bereitgestellt wird, sich mit an Sauerstoff übersättigtem Fluid mischt, das durch die Kapillarenanordnung 650 bereitgestellt ist bzw. wird, um oxygeniertes Blut zu bilden. Das oxygenierte Blut verläßt den Innenraum 612 über einen Auslaß 614 zur Abgabe über ein Rückführrohr 660 zu einem Fluidliefer- bzw. -abgabeapparat 510. Das Injektorgehäuse 610, die Seitenwandanordnung 620, die Kappe 630 und andere Anordnungskomponenten sind vorteilhafterweise wegwerfbar und aus biokompatiblen Materialien, beispielsweise Polycarbonat, Polyethylen und dgl. hergestellt. Die Rohrleitung umfaßt vorteilhafterweise eine PVC-Rohrleitung bzw. -Verrohrung medizinischer Qualität.
Das Blutzufuhrrohr 640, welches eine Drucküberwachungsöffnung 642 beinhalten kann, umfaßt vorteilhafterweise einen kontinuierlichen Blutflußpfad bzw. -strömungsweg zwischen einem ersten Rohrende, das operativ mit dem Auslaß der Blutpumpenanordnung 500 gekoppelt ist, und einem zweiten Rohrende, das starr am Injektorgehäuse 610 angefügt bzw. festgelegt ist und in Fluidkommunikation bzw. -verbindung mit dem Innenraum 612, beispielsweise über einen Fluiddurchgang 644 ist, der sich durch wenigstens einen Abschnitt des Gehäuses 610 erstreckt und eine Fluidöffnung 646 beinhaltet. Vorteilhafterweise tritt das Blut durch die Öffnung 646 aus, um einen wirbelartigen oder zyklonischen Fluß innerhalb des Innenraums 612, beispielsweise entlang eines Pfads im wesentlichen tangential zur Kammerwand zu erzeugen.
Die Kapillarenanordnung 650 beinhaltet vorteilhafterweise eine einzelne Quarzglaskapillare, die einen Innendurchmesser von 100 μm und einen Außendurchmesser von 350 μm aufweist, welche einen kontinuierlichen Fluidweg zwischen einem ersten Ende der Anordnung 650, das operativ mit dem Auslaß einer Zufuhranordnung 550 für an Sauerstoff übersättigtes Fluid gekoppelt ist, und einem zweiten Ende der Anordnung 650 umfaßt, das angeordnet ist, um dem Fluid zu erlauben, das die Kapillare verläßt, in den Innenraum 612 des Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit-Oxygenators einzutreten. Vorteilhafterweise beinhaltet die Kapillarenanordnung 650 zwischen ihrem ersten und zweiten Ende ein Luer-Paßstück bzw. einen Luer-Fitting 652, um die Kapillare am Platz zu sichern, wenn sie innerhalb eines Lumens 654 positioniert wird, das durch wenigstens einen Abschnitt des Injektorgehäuses 610 zum Innenraum 612 durchtritt. Die Kapillarenanordnung kann vorteilhafterweise weiterhin eine Stütz- bzw. Supportanordnung (beispielsweise ein starres Rohr, innerhalb welchem wenigstens ein Abschnitt der Kapillare angeordnet ist) nahe dem zweiten Ende der Anordnung 650, um zu helfen, die Kapillaren-Fluidauslaßöffnung am Platz innerhalb des Innenraums 612 beizubehalten, und/oder eine Beanspruchungsentlastungsanordnung (beispielsweise ein flexibles Rohr, innerhalb welchem wenigstens ein Abschnitt der Kapillare angeordnet ist) beinhalten, um zu helfen, ein übermäßiges Biegen oder Knicken der Kapillare zu verhindern.
Alternativ kann die Kapillarenanordnung 650 eine Mehrzahl von Kapillaren umfassen, die Innendurchmesser im Bereich von ungefähr 20 μm bis ungefähr 1000 μm aufweisen, wobei ein Innendurchmesser von ungefähr 100 μm bis ungefähr 125 μm besonders vorteilhaft ist. Die Kapillaren werden vor zugsweise miteinander vergossen oder auf eine andere Weise an ihren äußeren Oberflächen verbunden, um ein einziges Kapillarenbündel auszubilden. Die Kapillaren können auch aus Glas, PEEK (Polyetheretherketon) oder einem anderen biokompatiblen Material ausgebildet sein. Ein Behandeln der Kapillaren mit einer wasserbenetzbaren Beschichtung oder Flüssigkeitsspülung vor einer Verwendung kann sich vorteilhaft erweisen, um sicherstellen zu helfen, daß die Kapillareninnenfläche(n) nicht eine klinisch bedeutsame Blasenbildung fördert bzw. fördern.
Vorteilhafterweise ist der Innenraum 612 mit Druck beaufschlagbar bzw. unter Druck setzbar, so daß während eines Betriebs sich eine Zufuhr von Blut im Boden ansammelt und ein Gaskopf an der Spitze bzw. Oberseite der Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit-Oxygenierungsanordnung verbleibt. Die Kappe 630 kann mit einer Öffnung 632 adaptiert sein, um ein Überwachen des Drucks innerhalb des Innenraums 612 zu erlauben. Die Anordnung kann auch eine oder mehrere Fluidprobenöffnung(en), beispielsweise eine Öffnung 634 am Rücklaufrohr 660 beinhalten.
Die Fluß- bzw. Strömungsmerkmale bzw. -eigenschaften des oxygenierten Bluts, das die Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit-Oxygenierungsanordnung 600 verläßt, werden von den Umständen abhängen, die die spezielle involvierte Anwendung umgeben. Typischerweise wird beispielsweise die Zufuhr von oxygeniertem Blut, das an einen Katheter zur Infusion an einem Patientenkörper bereitgestellt wird, ein geregelter bzw. gesteuerter Fluß sein, der durch die Flußparameter definiert ist, die durch den Betreuer ausgewählt sind. In einer Anwendung, die die subselektive Abgabe von oxygeniertem Blut zur Behandlung von ischämischen Myokard- bzw.
Herzmuskelgeweben und/oder die Verhinderung von Myokard- bzw. Herzmuskelischämie involviert, können Flußraten von ungefähr 75-100 ml/min vorteilhaft sein. Wiederum können Faktoren, die die Bestimmung der Blutflußmerkmale bzw. -strömungseigenschaften beeinflussen, eine(n) oder mehrere der vielen klinischen Parameter oder Variablen des oxygenierten Bluts enthalten, das dem Katheter zuzuführen ist oder an den Patienten zu liefern bzw. abzugeben ist, beispielsweise die Größe des Patienten, der Prozentsatz der gesamten Zirkulation, die bereitzustellen ist, Hämolyse, Hämodilution, pO₂, Pulsatilität, Massenflußrate, Volumenflußrate, Temperatur, Zielblutgefäß, Hämoglobinkonzentration und pH.
Es ist möglich, den pO₂ des oxygenierten Bluts, das die Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit-Oxygenierungsanordnung 600 verläßt, für eine spezielle Anwendung anzunähern. Vorteilhafterweise umfaßt bzw. beinhaltet die be- bzw. verarbeitende und Regel- bzw. Steueranordnung einen Computer, eine elektronische Schaltung, und/oder eine be- bzw. verarbeitende Software, die innerhalb der elektronischen Schaltung eingebettet ist (beispielsweise programmierte elektronische Chips), die kontinuierlich ein pO₂ Annäherungsmodell während eines Systembetriebs ausführt, der, wenn dies erforderlich ist, mögliche pO₂ Schwankungen berücksichtigt und korrigiert, die aus Variablen, wie beispielsweise Temperatur, pH, Basenüberschuß (BE), pCO₂, P₅₀, Hämoglobin-Sauerstoff-Sättigungsniveaus, usw. resultieren. Die verarbeitende und Regel- bzw. Steueranordnung zeigt vorteilhafterweise Modellergebnisse (beispielsweise vorausgesagten pO₂) für den Betreuer auf der Anzeigeanordnung, zusammen mit einem oder mehreren der eingegebenen, abgetasteten bzw. erfaßten, berechneten oder auf andere Weise erhaltenen Werte der auf das Modell bezogenen Variablen an.
Beispielsweise kann ein pO₂ Annäherungsmodell vorteilhafterweise auf der Severinghaus-Gleichung basieren. Siehe Severinghaus, J.W., Simpel, Accurate Equations for Human Blood O₂ Dissociation Computations, Journal of Applied Physiology 46(3):599-602. Vorteilhafterweise werden die oxygenierten Fluid-pO₂- und Sauerstoffkonzentrations-Werte eingestellt, um hinsichtlich irgendeines Unterschieds zwischen der Temperatur des oxygenierten Fluids, das in die Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit-Oxygenierungsanordnung eintritt, und der Temperatur des oxygenierten Bluts zu korrigieren, das zu infundieren ist. Die Hämoglobin-Sauerstoffsättigung wird berechnet, um die Menge, wenn vorhanden, des Sauerstoffs aus dem oxygenierten Fluid abzuschätzen, die sich an Hämoglobin binden wird, bevor eine Zunahme in Plasmasauerstoffniveaus bewirkt wird. Der Unterschied zwischen dem Ausgangs- bzw. Anfangssauerstoffgehalt des Patientenbluts und dem berechneten Sauerstoffgehalt, der 100% Hämoglobinsättigung erzielen würde, repräsentiert die Menge an Sauerstoff, die durch das Hämoglobin vor einer Plasma-pO₂-Anhebung gebunden werden wird. Durch ein Berechnen der Konzentration des oxygenierten Fluids, das in das fließende Blut geliefert bzw. abgegeben wird, und dann ein Einstellen dieser Menge nach unten durch bzw. um eine Menge gleich der Menge an Sauerstoff, die durch das Hämoglobin vor einer Plasma-pO₂-Anhebung gebunden wird, kann der vorausgesagte pO₂ durch ein Kombinieren der eingestellten Konzentration an oxygeniertem Fluid mit dem Anfangs-Patienten-pO₂ erhalten werden.
Beispielhafte vorausgesagte pO₂ Werte, die unter Verwendung eines Annäherungsmodells, basierend auf der Severinghaus-Gleichung erhalten werden, sind in 14 und 15 dargelegt. 14 zeigt den vorausgesagten pO₂ als eine Funktion von oxygeniertem Fluid pO₂ und patientensystemischem pO₂. 15 zeigt vorausgesagten pO₂ als eine Funktion von oxygeniertem Fluid pO₂ und Blutflußrate. Abhängig von den Umständen, die in einer speziellen Anwendung involviert sind, können andere pO₂ Annäherungsmodelle vorteilhafterweise verwendet werden. Derartige andere Annäherungsmodelle können beispielsweise auf anderen Gleichungen und/oder Methoden zum Bestimmen von pO₂ basieren, wie beispielsweise jene, die in Sharan, M., Singh, M.P., Aminataei, A. (1989), A Mathematical Model for the Computation of the Oxygen Dissociation Curve in Human Blood ("Ein mathematisches Modell für die Berechnung der Sauerstoff-Dissoziationskurve in menschlichem Blut"), Biosystems 22(3):249-60; und Siggard-Anderson, O., Wimberley, P.D., Gothgen, I., Siggard-Anderson, M. (1984), A Mathematical Model of the Hemoglobin-Oxygen Dissociation Curve of Human Blood and of Oxygen Partial Pressure as a Function of Temperature ("Ein mathematisches Modell der Hämoglobin-Sauerstoff-Dissoziationskurve von menschlichem Blut und des Sauerstoffpartialdrucks als eine Funktion der Temperatur"), Clin. Chem. 30(10):1646-51 beschrieben sind.
Der Abgabeapparat 510 kann irgendeine klinisch akzeptable Fluidabgabevorrichtung, wie beispielsweise einen Katheter (beispielsweise rascher Austausch, über den Draht, usw.), Infusionsführungsdraht, Hülle und dgl. umfassen. Nur beispielsweise, wie in 8 und 8A–F gezeigt, umfaßt eine derartige Liefer- bzw. Abgabevorrichtung einen Katheter 700, der ein proximales Ende 710, das zum Koppeln an den Auslaß der Oxygenierungsanordnung adaptiert ist (siehe beispielsweise die Anordnungen, die in 4 und 6 gezeigt sind) und ein distales Ende 720 beinhaltet, das entfernbar innerhalb eines Patientenkörpers einsetzbar ist. Vorteilhafterweise beinhaltet der Katheter 700 einen relativ steifen proximalen Abschnitt 730, um eine Schiebbarkeit und Verdrehbarkeit bereitzustellen, einen relativ flexiblen distalen Abschnitt 740, der einen Ausgleich von Steifheit und Flexibilität bereitstellt, um dem Gefäßsystem zu folgen, und einen Übergangsabschnitt 750 von zwischenliegender relativer Steifheit und Flexibilität. Der Katheter 700 umfaßt ein im allgemeinen rohrförmiges Glied, das ein zentrales Lumen 760 aufweist, das einen kontinuierlichen Fluidpfad zwischen den Enden 710, 720 ausbildet. Der distale Abschnitt 740 des Katheters 700 beinhaltet vorteilhafterweise ein zweites Lumen 780 durch wenigstens einen Abschnitt seiner Länge. Das zweite Lumen 780 umfaßt vorteilhafterweise ein Führungsdrahtlumen von ungefähr 0,017 Zoll Innendurchmesser und von ausreichender Länge, um ein Spurhalten des Katheters über einen 0,014 Zoll Führungsdraht zu fördern bzw. zu unterstützen, der durch das Lumen 780 eingesetzt ist, und um einen raschen Austausch des Katheters ohne die Verwendung von Verlängerungsdrähten zu erlauben. Eine Länge eines Lumens 780 von ungefähr 4 cm, eine Länge eines distalen Abschnitts 740 von ungefähr 5 cm, und eine gesamte Katheterlänge von ungefähr 140 cm können insbesondere für Anwendungen vorteilhaft sein, die die subselektive Abgabe von oxygeniertem Blut involvieren.
Fluid kann vorteilhafterweise das zentrale Lumen 760 durch ein Endloch verlassen, das an der distalen Spitze des Katheters 700 angeordnet ist, und/oder durch ein oder mehrere Seitenloch (-löcher) 790, das bzw. die entlang des distalen Abschnitts 740 angeordnet ist bzw. sind. Vorteilhafterweise sind die Seitenlöcher 790 entlang des Abschnitts des Katheters angeordnet, der sich nach rückwärts um ungefähr 0,5 Zoll von der distalen Spitze erstreckt, wobei sequentielle bzw. aufeinanderfolgende Seitenlöcher vorteilhafterweise so beabstandet sind, daß die Seitenlochdurchgangsachsen im allgemeinen senkrecht zur zentralen Achse des Katheters und ungefähr parallel zu schrägen Achsen sind, die am Umfang voneinander um ungefähr 90 Grad versetzt sind (vergleiche beispielsweise 8D und 8E). Das Fluidlumen kann von irgendeiner Form sein, beispielsweise D-förmig, nierenförmig, rund, oval, quadratisch usw.
Der Katheter 700 kann ein oder mehrere strahlungsdichte(s) Markierungsband (-bänder) 800 beinhalten, um den Betreuer bei der Anordnung der Vorrichtung zu unterstützen. Das distale Ende 720 des Katheters kann auch eine atraumatische bzw. nicht gewebeschädigende Spitze beinhalten, vorteilhafterweise von 80 Shore A Härte, um eine Leichtigkeit einer Anordnung zu fördern bzw. zu unterstützen, ohne eine klinisch bedeutsame Schädigung an vaskulären Geweben zu fördern bzw. zu unterstützen. Der proximale Schaft weist vorteilhafterweise eine höhere Shore Härte auf als der distale Schaft, um Schiebbarkeit bereitzustellen. Beispielsweise kann der proximale Abschnitt 730 des Katheters einen 5 Fr Außendurchmesser, einen 3,6 Fr Innendurchmesser beinhalten und aus einem 70 Shore D Material hergestellt sein; und der distale Abschnitt 740 kann einen 3,8 Fr Außendurchmesser, ein Fluidlumen 760 mit einem 2,3 Fr Innendurchmesser umfassen und aus einem 55 Shore D Material hergestellt sein. Materialien, die verwendet werden, um den Katheter 700 herzustellen, können Polyethylen oder irgendein anderes geeignetes biokompatibles Material (beispiels weise Polyurethan, Polyamid, Polyester, Elastomere, PET, Thermoplaste, usw.) beinhalten.
Sich 9 zuwendend, beinhaltet ein Abgabeapparat für oxygeniertes Fluid vorteilhafterweise eine Blutpumpenanordnung 900; eine erste Länge einer Rohrleitung bzw. Verrohrung 910 zwischen der Pumpenanordnung 900 und einer Blutoxygenierungsanordnung 920; eine zweite Länge einer Rohrleitung 930 zwischen der Blutoxygenierungsanordnung 920 und einer Abgabeanordnung 940; und die Abgabeanordnung 940. Wie in 9 gezeigt, beinhaltet die Abgabeanordnung 940 einen proximalen Abschnitt 950, einen zwischenliegenden Abschnitt 960 und einen distalen Abschnitt 970. Vorteilhafterweise umfaßt der Fluidabgabeapparat einen kontinuierlichen Fluidpfad zwischen der Blutpumpenanordnung 900 und der distalen Spitze 980 der Abgabeanordnung 940.
Wie in 9 gezeigt, kann der zwischenliegende Abschnitt 960 ein relativ kurzes Segment (beispielsweise ungefähr 1 cm in der Länge) umfassen, welches nach unten zum proximalen Abschnitt 950 halst, um den distalen Abschnitt 970 zu treffen. In alternativen Ausführungsformen kann der zwischenliegende Abschnitt ein Übergangssegment von größerer Länge umfassen, das einen oder mehrere Abschnitt (e) beinhaltet, der bzw. die von Ende zu Ende verbunden ist bzw. sind, wobei jeder Abschnitt ein inneres Fluidlumen beinhaltet, durch welches oxygeniertes Blut fließen kann. Durch ein Variieren der Größe, Form und Materialien der verschiedenen Katheterabschnitte und der Fluidlumina von oxygeniertem Blut kann ein Katheter, der einen gewünschten effektiven Durchmesser, Handhabungseigenschaften, usw. aufweist, für eine spezielle gewünschte Anwendung bereitgestellt werden. Außerdem kann durch ein Variieren der Größe und Länge des Rohrs 930, und/oder Inkludieren von Flußrestriktoren bzw. Strömungsbeschränkungseinrichtungen und/oder anderer Anordnungen, die den Druckabfall entlang des Abgabepfads für das oxygenierte Blut beeinflussen (beispielsweise eine Druckmanschette), ein Fluidabgabeapparat (welcher in einigen Fällen hinsichtlich eines wirksamen Durchmessers eines Gesamtfluidpfads von oxygeniertem Blut gekennzeichnet wird) bereitgestellt werden, um einen gewünschten Bereich von pO₂ von oxygeniertem Blut für eine spezielle Anwendung zu erzielen.
Beispielsweise wird für einen beispielhaften Fluidabgabeapparat für oxygeniertes Blut, umfassend einen 1,4 m langen Katheter, der an seinem proximalen Ende mit einem 3 m Rückführrohr für oxygeniertes Blut gekoppelt ist, das einen Innendurchmesser von 0,094 Zoll aufweist, der Druck von oxygeniertem Blut bei der Oxygenierungsanordnung 920 in 12 als eine Funktion einer Blutflußrate und eines wirksamen Durchmessers des Katheters für eine beispielhafte Anwendung dargestellt, die die Abgabe von oxygeniertem Blut an einen Patienten involviert, der einen mittleren arteriellen Druck von 100 mm Hg und einen 38% Hämatokrit aufweist, und in 13 als eine Funktion des wirksamen Innendurchmessers des Katheters und Hämatokrit für eine beispielhafte Anwendung dargestellt, die die Abgabe von oxygeniertem Blut bei 75 ml/min an einen Patienten involviert, der einen mittleren arteriellen Druck von 100 mm Hg aufweist. Wie in 12 und 13 gezeigt, nimmt für eine konstante Blutflußrate Q_blood, wenn der effektive Innendurchmesser des Katheters zunimmt, der Blutdruck P_fluid(gauge) an der Oxygenierungsanordnung 920 ab.
In Kenntnis der vereinfachten und angenäherten blasenfreien Abgabebeziehung ΔP_fluid > pO_2(out), kann ein Betreuer, der einen Katheter hat, der durch den effektiven Innendurchmesser gekennzeichnet ist, eine Karte, wie beispielsweise 12, verwenden, um zu bestimmen, ob ein geeigneter Bereich an Blutflußraten erzielbar ist, wenn der Betreuer einen Fluidabgabeapparat verwenden würde, der den Katheter beinhaltet, um Blut abzugeben, das einen gewünschten pO₂ aufweist. Alternativ kann ein Betreuer, der einen gewünschten pO₂ von oxygeniertem Blut und Flußratenbereich von oxygeniertem Blut spezifiziert, eine Karte wie die in 12 gezeigte als eine Hilfe verwenden, um einen Katheter zur Verwendung in einem Fluidabgabeapparat für eine spezielle Anwendung auszuwählen. Ähnlich können andere derartige Karten (beispielsweise 13) durch den Betreuer oder andere in anderen Anwendungen zur Unterstützung beim Bereitstellen eines(r) Fluidabgabeapparats bzw. -vorrichtung für oxygeniertes Blut verwendet werden.

Claims

Vorrichtung zur Blutoxygenierung bzw. zur Sauerstoffanreicherung von Blut und zum Abgeben des oxygenierten Bluts an einen Patienten, wobei das System umfaßt: eine Blutpumpenanordnung (20), die mit einer Blutzufuhr gekoppelt ist; eine Blutoxygenierungsanordnung (30), die mit der Blutpumpenanordnung (20) gekoppelt ist, wobei die Blutoxygenierungsanordnung (30) das Blut von der Blutpumpenanordnung (20) erhält und das Blut oxygeniert bzw. mit Sauerstoff anreichert, wobei die Blutoxygenierungsanordnung (30) umfaßt: – einen Oxygenator bzw. eine Sauerstoffanreicherungsvorrichtung, der bzw. die einen ersten Einlaß, einen zweiten Einlaß und einen Auslaß aufweist, wobei die Blutpumpe (20) adaptiert ist, um das Blut zu dem ersten Einlaß des Oxygenators zu liefern; und – eine Gas-Fluid-Zufuhranordnung umfassend: – eine Fluidzufuhr (350); – eine Kammer (300), die einen ersten Einlaß, einen zweiten Einlaß und einen Auslaß aufweist; – eine Pumpe (340), die gekoppelt ist, um Fluid von der Fluidzufuhr (350) zu empfangen und das Fluid zu dem ersten Einlaß der Kammer (300) abzugeben; – eine Sauerstoffgaszufuhr (310), die gekoppelt ist, um Sauerstoffgas zu dem zweiten Einlaß der Kammer (300) abzugeben; und – eine Zerstäuberdüse (320), die mit dem ersten Einlaß der Kammer (300) gekoppelt ist, wobei die Zerstäuberdüse (320) ein Tröpfchenmuster des Fluids in dem Sauerstoffgas innerhalb der Kammer (300) erzeugt, um das Sauerstoffgas in das Fluid zu diffundieren, um ein an Sauerstoff übersättigtes Fluid zu erzeugen, wobei das an Sauerstoff übersättigte Fluid innerhalb der Kammer (300) unter der Zerstäuberdüse (320) gesammelt wird und von der Kammer (300) über den Auslaß der Kammer (300) entfernbar ist, wobei der Auslaß der Kammer (300) mit dem zweiten Einlaß des Oxygenators gekoppelt ist, um das an Gas übersättigte Fluid in Kontakt mit dem Blut abzugeben, um das oxygenierte Blut zu bilden; und eine Liefer- bzw. Abgabevorrichtung (40), die mit dem Auslaß des Oxygenators gekoppelt ist, wobei die Abgabeanordnung (40) adaptiert ist, um das oxygenierte Blut zu dem Patienten abzugeben bzw. zu liefern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sauerstoffgaszufuhr (310) adaptiert ist, um einen Druck in der Kammer auf einem vorbestimmten Niveau aufrecht zu erhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Fluid von der Fluidzufuhr (350) ein physiologisches Fluid umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das physiologische Fluid Kochsalzlösung umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Tröpfchenmuster einen Konus bzw. Kegel (330) umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Konus (330) einen Winkel von etwa 20 Grad aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das an Sauerstoff übersättigte Fluid ein Gehalt an gelöstem Gas aufweist, welcher ein Volumen von zwischen etwa 0,5 und etwa 3,0 mal dem Volumen des Fluids von der Fluidzufuhr, normalisiert auf Standardtemperatur und Druck einnehmen würde.
Vorrichtung nach Anspruch 3 umfassend eine zweite Pumpe (370), die mit dem Auslaß der Kammer (300) gekoppelt ist, um das an Gas übersättigte Fluid von der Kammer (300) zu entfernen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei – die Kammer einen dritten Einlaß aufweist; – die Pumpe gekoppelt ist, um Fluid von der Fluidzufuhr zu empfangen und das Fluid zu dem dritten Einlaß und dem ersten Einlaß der Kammer abzugeben; – die Düse das Fluid von der Pumpe zu der Kammer abgibt, – ein erstes Ventil (430) mit dem Auslaß der Kammer gekoppelt ist, wobei das erste Ventil (430) mit einer Betätigungsanordnung (432) gekoppelt ist, um eine Abgabe des an Gas übersättigten Fluids von der Kammer zu steuern bzw. zu regeln; und – ein zweites Ventil (426) mit dem dritten Einlaß gekoppelt ist, wobei das zweite Ventil (426) mit einer Betätigungsanordnung (432) gekoppelt ist, um eine Verdünnung während der Ausbildung bzw. Erzeugung von an Gas übersättigtem Fluid innerhalb der Kammer (410) zu steuern bzw. zu regeln.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Pumpe eine Kolbenanordnung (416) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei das vorbestimmte Niveau wenigstens 3,45 × 10⁶ Pa (wenigstens 500 psi) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Kolbenanordnung (416) eine Spritze umfaßt, die einen Kolben (418) aufweist und weiterhin einen Motor umfaßt, der mit dem Kolben (418) der Spritze gekoppelt ist, um Fluid von der Fluidzufuhr vor einer Abgabe des Fluids zu dem ersten Einlaß der Kammer unter Druck zu setzen.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei das zweite Ventil (426) geschlossen ist, um eine Zerstäubung des Fluids durch die Düse zu erleichtern.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei das zweite Ventil (426) offen ist, um eine Fluidverdünnung zu erleichtern.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Betätigungsanordnung (432) das erste Ventil (430) einstellt, um eine Entfernung des an Gas übersättigten Fluids von der Kammer zu steuern bzw. zu regeln.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, umfassend eine Steuer- bzw. Regelanordnung (436), die mit der Betätigungsanordnung (432) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, umfassend eine Anzeige bzw. ein Display (440), die bzw. das mit der Steuer- bzw. Regelanordnung (436) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Kolbenanordnung (416) das Fluid zu dem ersten Einlaß der Kammer kontinuierlich abgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Kolbenanordnung (416) das Fluid zu dem ersten Einlaß der Kammer intermittierend abgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, umfassend ein erstes Rückschlagventil (422), das zwischen der Kolbenanordnung (416) und der Kammer gekoppelt ist, um einen Fluidverlust von der Kammer während einer Abgabe von Fluid von der Fluidzufuhr zu der Kolbenanordnung (416) zu verhindern.
Vorrichtung nach Anspruch 20, umfassend ein zweites Rückschlagventil (424), das zwischen der Kolbenanordnung (416) und der Fluidzufuhr gekoppelt ist, um einen Fluidstrom bzw. -fluß zu der Fluidzufuhr während einer Abgabe von Fluid zur Kammer durch die Kolbenanordnung (416) zu verhindern.
Vorrichtung nach Anspruch 21, umfassend ein drittes Rückschlagventil (434), das mit der Düse gekoppelt ist, um einen Fluid- und Gasstrom von der Kammer durch die Düse zu verhindern.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Betätigungsanordnung (432) ein erstes Solenoid, das mit dem ersten Ventil (430) gekoppelt ist, ein zweites Solenoid, das mit dem zweiten Ventil (426) gekoppelt ist, und ein drittes Solenoid umfaßt, das mit einem dritten Ventil (428) gekoppelt ist, wobei jedes entsprechende Solenoid ad aptiert ist, um sein entsprechendes Ventil zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position zu bewegen.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Kammer ein wegwertbares Gehäuse (415) umfaßt, das an eine Kappe (417) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, umfassend eine Schutzgehäuseanordnung (438), die um die Kammer angeordnet ist.