DE68917532T2 - Vorrichtung zur Behandlung von Blut. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Behandlung von Blut.
• Es ist bekannt, daß Kreisläufe außerhalb des Körpers, durch die während einer Operation Blut fließt, eine Einrichtung zum Anreichern mit Sauerstoff (Oxygenator), die dazu dient, um Sauerstoff an das Blut abzugeben und gleichzeitig Kohlendioxid zu entfernen, sowie einen Wärmetauscher besitzen, in dem die Temperatur des Blutes durch den Austausch von Wärme mit einem Fluid, normalerweise Wasser, geregelt wird.
• Sowohl die Oxygenatoren als auch die Wärmetauscher gemäß dem Stand der Technik werden in vielen Bauarten hergestellt, wobei es aber keine gibt, die keine Nachteile besitzt, die die Vorrichtung gemäß der Erfindung zu beseitigen beabsichtigt.
• Im besonderen betrifft diese Erfindung eine Vorrichtung für die Behandlung von Blut, die jene Eigenschaften besitzt, die im Oberbegriff des Anspruchs 1 dargelegt sind, der beispielsweise aus US-A-4,622.206 bekannt ist.
• Im besonderen besteht der Gegenstand dieser Erfindung darin, eine Vorrichtung für die Behandlung von Blut zu liefern, wie sie oben beschrieben wurde, wobei sie durch die geeignete Auswahl von Hohlfasern, die sie enthält, als Oxygenator oder Wärmetauscher wirken kann, die das Blut mit einem minimalen Druckverlust durchströmt, um den Kreislauf nur durch die Schwerkraft zu ermöglichen sowie optimale Betriebsbedingungen zu schaffen, beispielsweise einen vernachlässigbaren hämolytischen Schaden.
• Der vorgeschlagene Gegenstand wird durch eine Blutbehandlungsvorrichtung erreicht, die jene Merkmale besitzt, die im Anspruch 1 dargelegt sind.
• Weitere Eigenschaften und Vorteile werden aus der Beschreibung von zwei bevorzugten, jedoch nicht ausschließlichen Ausführungsformen der Erfindung deutlicher, die anhand eines nichteinschränkenden Beispiels in den beiliegenden Zeichnungen erläutert wird, in denen zeigt:
• Fig. 1 einen durchsichtigen, aufgeschnittenen Schrägriß der Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform;
• Fig. 2 ein Detail von Fig. 1 in verkleinertem Maßstab; und
• Fig. 3 eine erste Variante der Erfindung.
• Im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 ist in einem Gehäuse, das mit der Bezugsziffer 1 versehen ist, eine Vielzahl von übereinanderliegenden Schichten von Hohlfasern untergebracht, die allgemein mit der Bezugsziffer 2 versehen sind, wobei die Enden der Hohlfasern in zwei Wänden 3 und 4 aus Harz oder Keramik untergebracht sind und sich in zwei gegenüberliegende Zwischenräume 5 und 6 öffnen, die entsprechende Anschlußstücke 5a und 6a für den Einlaß und Auslaß des Fluids besitzen, das; wie später ausführlicher beschrieben wird, in den Hohlfasern geführt werden soll. Die Fasern sind in den verschiedenen Schichten in versetzten Richtungen angeordnet, d.h., daß abwechselnde Schichten unter verschiedenen Winkeln zur Längsachse der Vorrichtung geneigt sind, auf der die Anschlußstücke 5a und 6a angeordnet sind, wobei dieser Aufbau sehr einfach auf bekannte Art erreicht wird, indem ein Paar von Bändern, die in Fig. 2 mit den Bezugsziffern 8 und 9 versehen sind, mehrere Male in Berührung miteinander um einen Rahmen 7 geschlungen wird, wobei die Fasern in den Bändern so vereinigt sind, daß sie in Richtungen angeordnet werden, die von einem Band zum anderen etwas versetzt sind.
• Der beschriebene Aufbau der Hohlfasern in den verschiedenen Schichten, die so ausgebildet werden, daß ihre Lagen der Lage des Rahmens 7 entsprechen, liefert einen sehr gleichförmigen Widerstand gegen den Durchlaß des Blutes, das durch das Anschlußstück 10 eintritt, sich über die Kaniuer 10a neben der oberen Endschicht aus Hohlfasern der Vielzahl 2 ausbreitet, wie dies in Fig. 1 mit Pfeilen dargestellt ist, und dann durch die Vielzahl von Schichten in einer Richtung im wesentlichen senkrecht dazu läuft, um die Fasern außen zu benetzen, ohne irgendeinen merklichen Widerstand vorzufinden, der durch das Vorhandensein des Rahmens 7 auftritt, der die maximale Strömung zuläßt, wobei das Blut in einer Auslaßkammer neben der unteren Endschicht austritt, die ein Auslaß-Anschlußstück 11 besitzt. Die gleichmäßige Verteilung des Blutstroms, der in der beschriebenen Vorrichtung die Hohlfasern benetzt, ohne daß irgendwelche verstopfte Bereiche oder bevorzugte Durchlässe vorhanden sind, ermöglicht eine Verminderung von Druckverlusten auf ein Minimum, so daß die Blutströmung im Betrieb nur durch die Schwerkraft mit allen daraus resultierenden Vorteilen erreicht werden kann.
• Die Hohlfasern in der Vielzahl von Schichten 2 können Sauerstoff oder ein Gemisch von Sauerstoff und Stickstoff führen, wobei sie aus einer bekannten Art eines mikroporösen, hydrophoben Kunststoffs hergestellt werden, durch den der Sauerstoff zum Blut und das Kohlendioxid vom Blut in die entgegengesetzte Richtung durch jene Diffusion strömen, die infolge von Konzentrationsunterschieden entsteht. Obwohl die Vorrichtung in diesem Fall das Blut mit Sauerstoff anreichert, können die Hohlfasern weiters aus einem undurchlässigen Kunststoff bestehen, um Wasser zu führen, um Wärme mit dem Blut auszutauschen und damit dessen Temperatur zu regeln, wobei die Vorrichtung gemäß der Erfindung als Wärmetauscher arbeitet.
• Tatsächlich ist es für Oxygenatoren und Wärmetauscher, die von Vorrichtungen gemäß der Erfindung gebildet werden, besonders von Vorteil, daß sie in einem Kreislauf außerhalb des Körpers in Serie geschaltet sind.
• Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist eine große Anzahl von Hohlfasern vorhanden, die, weil sie in den Bändern 8 und 9 vorhanden sind, die um den Rahmen 7 nach unten gebogen werden, nicht in der Vielzahl jener Schichten liegen, deren Lage der Lage des Rahmens entspricht. Wenn dieser Kanteneffekt so herabgesetzt werden muß, daß er vernachläßigbar ist, muß die Ausführungsform von Fig. 3 gewählt werden.
• Gemäß dieser Ausführungsform ist wiederum ein Gehäuse 12 vorgesehen, um eine Vielzahl von übereinanderliegenden Schichten, die allgemein mit der Bezugsziffer 13 versehen sind, von Hohlfasern aufzunehmen, deren Enden in Keramik 14, 15 aufgenommen werden und sich in Zwischenräume 16 und 17 mit entsprechenden Anschlußstücken 16a, 17a für den Einlaß und Auslaß des Fluids öffnen, das durch die Hohlfasern geleitet werden soll, wobei wiederum ins Auge gefaßt ist, daß das Blut durch das Anschlußstück 18 eintritt, über die Kammer 18a neben der oberen Endschicht von Hohlfasern verteilt wird und dann durch die verschiedenen Schichten im wesentlichen senkrecht dazu läuft und in eine darunterliegende Auslaßkammer austritt, die mit einem Auslaß-Anschlußstück 19 versehen ist.
• Im Gegensatz zur ersten beschriebenen Ausführungsform sind jedoch die Schichten von Hohlfasern in drei benachbarten Blöcken vereinigt, die durch das Wickeln von Bändernpaaren, ähnlich wie bei 8 und 9, um entsprechende Rahmen 20, 21 und 22 gebildet werden, von denen alle den gleichen Aufbau besitzen, um sicherzustellen, daß die maximale Blutströmung in jenen Richtungen erfolgt, die in der Zeichnung mit Pfeilen dargestellt sind.
• Bei dieser Ausführungsform, die auch einen Aufbau einschließt, der aus dünnen Elementen 23 besteht, um die Schichten von Hohlfasern kompakt zu halten, ist die Anzahl von Fasern, die nicht in flachen Schichten parallel zu den Rahmen liegen, offensichtlich kleiner als bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform.
• Die beschriebene Erfindung kann abgewandelt und auf verschiedene Arten variiert werden, die alle in das Gebiet des erfinderischen Konzepts fallen: beispielsweise können die verschiedenen Schichten von Hohlfasern ohne Rahmen ausgebildet werden, oder es kann irgendeine gewünschte Anzahl von Rahmen vorhanden sein, falls diese vorgesehen sind.
• In Fig. 1 (wobei die gleiche Lösung auch bei der Variante von Fig. 3 verwendet werden kann) verläuft ein weiterer Kanal, der allgemein mit der Bezugsziffer 25 versehen ist, von der Wand des Gehäuses 1 nahe dem Auslaß-Anschlußstück 11, wobei er dazu vorgesehen ist, daß er dann, wenn sich die Vorrichtung in ihrer normalen Betriebslage befindet, wobei die Bereiche 5 und 6 übereinanderliegen, am unteren Ende der Vorrichtung angeordnet ist.
• Die Anschlußstücke 26 und 27 verzweigen sich vom Kanal 25, wobei sie durch die Drehung einer Steuernase 28 abwechselnd in Betrieb gesetzt oder beiderseits abgesperrt werden können.
• Das Anschlußstück 26 dient dazu, um eine bestimmte arterialisierte Blutströmung (d.h. nach dem Sauerstoffaustausch) in irgendeinem Betriebszustand abzuzapfen, auch wenn es nicht ausdrücklich vorgesehen ist.
• Dadurch ist es beispielsweise möglich, eine sogenannte "koronale Blutperfusion" mit Hilfe eines Schlauchs durchzuführen, der am Anschlußstück 26 mit einer schnellen und sicheren Kupplung angeschlossen wird.
• Das Anschlußstück 27 besitzt eine Doppelfunktion:
• - den Zufluß einer Füllflüssigkeit (Blut, physiologische Lösungen usw.) aus einem darüberliegenden Behälter (nicht dargestellt) am Beginn des Betriebszustands der Vorrichtung (Anfahren) zu ermöglichen, um die Ausbildung und das Weiterbestehen von Blasen oder Luft darin zu verhindern; und
• - in jedem Fall das Blut durch die Vorrichtung selbst wieder in Umlauf versetzen zu können, falls dies notwendig ist.
• Zwei Streifen oder ähnliche längliche Elemente, die mit der Bezugsziffer 30 versehen sind (wobei sie möglicherweise von Rippen gebildet werden, die von den Wänden der Vorrichtung vorspringen), sind entlang der Seiten des Pakets von Fasern 2 angeordnet, wobei sie die Aufgabe besitzen, den Raum, in dem das Blut außerhalb des Pakets von Fasern 2 fließt, theoretisch in einen Bereich, der dem Anschlußstück 10 für den Einlaß des Bluts, das mit Sauerstoff angereichert werden soll, gegenüberliegt, sowie einen Bereich zu teilen, der dem Anschlußstück 11 gegenüberliegt, das für den Auslaß des mit Sauerstoff angereicherten Blutes dient.
• Im oberen Teil der Vorrichtung befindet sich eine Kammer 31, die mit der Außenseite der Vorrichtung über ein Anschlußstück 32 in Verbindung steht und vom Innenhohlraum, in dem die Fasern 2 angeordnet sind, durch zwei Rückschlagventile 33 und 34 getrennt ist, die an entgegengesetzten Seiten des Streifens 30 so angeordnet sind, daß sie dem Bluteinlaßbereich bzw. dem Blutauslaßbereich gegenüberliegen.
• Die beiden Ventile arbeiten gemeinsam, damit während des Füllens und während des Betriebs der Vorrichtung Luft und irgendwelche Blasen aus der Vorrichtung über das Anschlußstück 32 abgelassen werden können. Der Durchlaß von nicht mit Sauerstoff angereichertem Blut vom Einlaßbereich zum Auslaßbereich wird damit verhindert, während die beiden Bereiche gleichzeitig abgelassen werden.

Claims (10)

1. Vorrichtung für die Behandlung von Blut, wobei die Vorrichtung ein Gehäuse (1) aufweist, das eine Längsachse sowie Hohlfasern (2, 13) besitzt, die im Gehäuse (1) untergebracht sind, um ein Fluid zu führen, wobei die Fasern in einer Vielzahl von übereinanderliegenden Schichten in Richtungen angeordnet sind, die von Schicht zu Schicht versetzt sind, um eine gleichförmige Blutströmung von einer Einlaßkammer (10; 18) neben einer Endschicht der Vielzahl von übereinanderliegenden Schichten zu einer Auslaßkammer (11, 19) neben der anderen Endschicht zu erzeugen, wobei das Blut die Schichten im wesentlichen senkrecht dazu durchläuft und die Außenflächen der Hohlfasern (2, 13) benetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die abwechselnden Schichten von Hohlfasern (2) dadurch unter verschiedenen Winkeln zur Längsachse des Gehäuses (1) geneigt sind, daß ein Paar von Bändern (8, 9) mehrmals um einen Rahmen (7) geschlungen wird, wobei die Fasern (2) in den Bändern so vereinigt sind, daß sie in Richtungen angeordnet werden, die von einem Band zum anderen versetzt sind.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfasern (2, 13), die ein Fluid führen können, an ihren Enden in Massen (3, 4; 14, 15) aus Keramik aufgenommen werden, die im Gehäuse (1) enthalten sind, das zwei gegenüberliegende Zwischenräume (5, 6; 16, 17) bildet, in die sich die Fasern öffnen, und die mit Anschlußstücken (5a, 6a; 16a, 17a) zur Außenseite versehen sind, wobei zwei Kammern neben den entsprechenden Endschichten der Vielzahl der übereinanderliegenden Schichten von Hohlfasern gebildet werden und entsprechende Anschlußstücke (10, 18; 11, 19) für den Einlaß und den Auslaß des Blutes besitzen.

3. Vorrichtung gemäß irgendeinem der bisherigen Ansprüche, die als Einrichtung arbeitet, um das Blut mit Sauerstoff anzureichern, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfasern (2, 13) Sauerstoff führen und aus einem mikroporösen, hydrophoben Kunststoff bestehen, um die Strömung von Sauerstoff und Kohlendioxid durch jene Diffusion zu ermöglichen, die infolge der Konzentrationsunterschiede entsteht.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und 2, die als Wärmetauscher arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfasern (2, 13) aus einem undurchlässigen Kunststoff bestehen und ein Fluid, normalerweise Wasser, führen, um Wärme mit dem Blut auszutauschen, um dessen Temperatur zu regeln.

5. Vorrichtung gemäß irgendeinem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufbau (23) neben den entsprechenden Endschichten der Vielzahl von übereinanderliegenden Schichten von Hohlfasern vorhanden ist, um die Fasern eng gepackt zu halten, wobei der Aufbau aus dünnen Elementen besteht, um dem Blutdurchlaß einen minimalen Widerstand zu bieten.

6. Vorrichtung gemäß irgendeinem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar von Bändern (8, 9) in Berührung miteinander um den flachen Rahmen (7) geschlungen wird, der so geformt ist, um eine maximale Blutmenge durch die Schichten von Fasern fließen zu lassen, wobei die Fasern in den beiden Bändern (8, 9) in Richtungen vereinigt sind, die relativ zueinander versetzt sind.

7. Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfasern (13) in einem Paar von Bändern (8, 9) vereinigt sind, die dazu dienen, um in Berührung miteinander um eine Vielzahl von flachen Rahmen (20, 21, 22) geschlungen zu werden, die so ausgebildet sind, daß durch die Blöcke von Schichten aus Fasern eine maximale Blutmenge mit einer vernachlässigbaren Kantenwirkung fließen kann, wobei die Fasern in den beiden Bändern (8, 9) in Richtungen vereinigt sind, die relativ zueinander versetzt sind.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei weitere Kanäle (25, 26; 25, 27) für die Flüssigkeit nahe dem Blutauslaß-Anschlußstück (11) vorgesehen sind und wahlweise und abwechselnd geöffnet (28) werden können.

9. Vorrichtung gemäß irgendeinem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventileinrichtung (33, 34) vorgesehen ist, um die Vorrichtung zu entlüften, wobei sie so vorgesehen ist, daß sie im Betrieb im oberen Teil der Vorrichtung liegt.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß

- eine Trenneinrichtung (30) vorgesehen ist, um den Zwischenraum, in dem das Blut strömt, in zwei Bereiche zu teilen, einen Einlaßbereich (10) bzw. einen Auslaßbereich (11), und

- die Ventileinrichtung getrennte Ventilelemente (33, 34) enthält, die mit dem Einlaßbereich (10) bzw. dem Auslaßbereich in Verbindung stehen.