DK165482B - Pumpe - Google Patents

Description

i

DK 165482B

Den foreliggende opfindelse angår en pumpe, der er beregnet til at pumpe biologiske fluider, navnlig blod.

Pumpen ifølge den foreliggende opfindelse er primært udviklet til brug 5 som en ekstrakorporal blodpumpe, for eksempel i forbindelse med kirurgiske operationer, dialyse, iltningsprocesser osv. Det er imidlertid også tænkeligt, at en pumpe ifølge den foreliggende opfindelse kan konstrueres på en måde, som vil gøre det muligt for den at blive im-planteret i en patient som et kunstigt hjerte.

10

De ekstrakorporale blodpumper, som anvendes i dag i forbindelse med kirurgiske procedurer, dialyse, blodiltning osv., er næsten udelukkende tilvejebragt i form af peristaltiske rullepumper. Når peristaltiske pumper anvendes i den foreliggende sammenhæng, er de imidlertid for-15 bundet med et antal alvorlige ulemper. Når der pumpes blod ved hjælp af en rulleaktiveret peristal ti sk pumpe, er det for eksempel vanskeligt at forhindre skade på blodlegemer i det pumpede blod, når slangen, hvor igennem blodet ledes, udsættes for rullernes tryk. Det er således vanskeligt at undgå, at en del af de tilstedeværende blodlegemer bliver 20 knust og ødelagt, når slangen sammenpresses af rullerne, som virker derpå. Selv om kompressionsrullerne ikke lukker slangen totalt, men efterlader en smal gennemgående passage, vil de strømningshastigheder, der optræder i denne smalle passage, være så høje, at de vil forårsage en skade på blodlegemerne i det blod, som pumpes derigennem. Et andet 25 alvorligt problem er forbundet med anvendelsen af sådanne pumper, når strømmen af blod til pumpens indløbsside radikalt formindskes eller ophører totalt, for eksempel som følge af en blokering ved enden af det kateter, som forbinder pumpen med et blodkar. Sådanne blokeringer er tilbøjelige til at optræde relativt let, for eksempel som følge af 30 kateteråbningens anlæg mod blodkarrets væg. 1 sådanne tilfælde vil en peristalti sk pumpe fortsat udføre en pumpeaktion og vil herved på pumpens indløbsside danne undertryk af en sådan størrelse, at der forvoldes alvorlig skade på den patient, som er forbundet med pumpen. Det er endvidere vanskeligt at tilpasse en peristaltisk pumpes strømnings- og 35 trykkarakteristikker til det, der kan betragtes som passende karakteristikker ud fra et fysiologisk aspekt. Brugen af specielt udformede centrifugalpumper som ekstrakorporale blodpumper er også forsøgt i nogen udstrækning. Sådanne pumper udsætter det pumpede blod for ekstremt høje forskydningskræfter, som er tilbøjelige til at skade blod-

DK 165482 B

2 legemerne. For at opnå høje tryk er det nødvendigt at anvende ekstremt høje omdrejningshastigheder.

US-patentskrift nr. 3.919.722 beskriver et implantérbart kunstigt 5 hjerte, der ligesom et naturligt hjerte, omfatter en højre del og en venstre del, der hver omfatter et forkammer og et ventrikkelkammer med variable volumener. Hvert ventrikkelkammer er adskilt fra dets tilhørende forkammer af en fast, stationær væg, der er forsynet med envejs-ventilorganer. Ydermere har hvert ventrikkelkammer et udløb, der er 10 forsynet med stationære envejsventilorganer. Voluminae af ventrikkel-kamrene varieres jævnligt under indvirkning af det kunstige hjertes drivorganer.

Det kunstige hjerte, der er beskrevet i ovennævnte US-patentskrift, 15 bygger på et kompliceret reguleringssystem, medens pumpen ifølge den foreliggende opfindelse ved sin konstruktion er selvregulerende og styres af fyldningstrykket, hvilket fører til en væsentlig enklere og billigere teknisk løsning. Pumpen ifølge den foreliggende opfindelse er udformet som en enkel pumpe primært beregnet til ekstrakorporal 20 anvendelse og til forskel fra implantationspumpen ifølge US-patent-skriftet, som er beregnet til total aflastning af hjertet, muliggør pumpen ifølge opfindelsen såvel delvis som total aflastning afhængigt af, om patienten tilsluttes en eller to pumper.

25 Det er følgeligt formålet med den foreliggende opfindelse at tilvejebringe en forbedret blodpumpe, der primært er beregnet til ekstrakorporal brug, men som også kan tænkes fremstillet som et kunstigt hjerte til implantering, og som ikke er behæftet med ovenfor nævnte ulemper.

30 Dette formål opnås ifølge opfindelsen ved en pumpe af den i krav l's indledning angivne art og ved de i krav l's kendetegnende del angivne ejendommeligheder. Yderligere udførelseseksempler for opfindelsen fremgår af de uselvstændige krav.

35 Opfindelsen vil herefter beskrives mere detaljeret under henvisning til et antal eksempler på udførelsesformer for pumpen, illustreret skematisk i aksialt snit i den medfølgende tegnings fig. 1-3.

Den pumpe, der er fremstillet ifølge den foreliggende opfindelse, og

DK 165482B

3 som er illustreret i fig. 1, omfatter en cylinder 1, der er fremstillet af et egnet materiale, og som har en indløbsende la og en udløbsende lb. Cylinderen 1 har et konstant tværsnit over hele sin længde.

Med en aksi al adskillelse er der i cylinderen 1 anbragt to skiver el-5 ler plader 2 og 3, som dækker stort set hele cylinderens tværsnitsareal. Hver af skiverne 2,3 er understøttet af en tilhørende spindel 4 og 5, der hver styres for aksi al bevægelse i en tilhørende stationær holder 6 og 7, der er udformet og arrangeret i cylinderen 1 på en sådan måde, at det er muligt for de to skiver at bevæge sig reciprokerende 10 over en forudbestemt afstand i cylinderen 1. Skiverne kan fordelagtigt påvirkes i deres ene bevægelsesretning ved hjælp af tilhørende fjedre 8 og 9 og drives i deres modsatte bevægelsesretninger ved hjælp af passende drivorganer (ikke vist). Disse drivorganer er anbragt uden for cylinderen 1 og kan betjenes elektronmagnetisk eller ved hjælp af 15 permanente magneter. Når skiverne 2 og 3 omfatter dele, der udgøres af et magnetiserbart materiale eller et permanent magnetisk materiale, kan de udvendigt anbragte drivorganer omfatte elektronmagneter eller bevægelige permanente magneter, således at de to skiver 2 og 3 kan drives bagud og fremefter i cylinderen 1 ved hjælp af en magnetisk 20 drivende samvirkning gennem cylindervæggen. Det er imidlertid underforstået, at skiverne kan drives på en anden måde, for eksempel mekanisk eller pneumatisk ved hjælp af hensigtsmæssige drivorganer, som er anbragt uden for cylinderen 1. Skivens drivorganer er fortrinsvis fremstillet for således at gøre det muligt for de to skiver 2 og 3 at bl i -25 ve drevet uafhængigt af hinanden for således at gøre det muligt at ændre det gensidige bevægelsesmønster for skiverne, når det ønskes.

Skiverne 2 og 3 er hver forsynet med en tilhørende gennemgående port 10 og 11, som hver er forsynet med en tilhørende kontraventil, som i 30 den illustrerede udførelsesform er tilvejebragt som en klapventil 12 og 13, der stort set kun gør det muligt for fluid at strømme gennem skiverne 2 og 3 i én retning fra cylinderen l's indløbsende la til cylinderens udløbsende lb.

35 Diameteren for skiverne 2,3 er fortrinsvis tilvejebragt således, at omkredskanten eller -randen af de respektive skiver ender kort før cylinderen l's indre vægflade for således ikke at tætne derimod, og der efterlades således en tilstrækkelig lysning mellem skivens rand og vægfladen til at sikre, at blodlegemer ikke vil have tilbøjelighed til

DK 165482B

4 at blive knust ved skivernes reciprokerende bevægelse inden i cylinderen.

Cylinderen l's indløbsende la er fortrinsvis forbundet med en fluidbe-5 holder med variabel volumen, for eksempel en beholder i form af en slangeforbindelse 14, der har en fri fleksibel slangevæg. En fordel opnås, når slangeforbindelsen 14's væg er "slapt" fleksibel uden at være elastisk, således at slangeforbindelsen 14's indre volumen frit kan variere inden for visse grænser, uden slangens væg udøver mærkbare 10 tryk på det omsluttende fluid.

Cylinderen l's udløbsende lb er fordelagtigt forbundet med en fluidbeholder, der har et elastisk variabelt volumen, for eksempel en beholder i form af en slangeforbindelse 15 med en elastisk slangevæg, som 15 udøver et variabelt tryk på det fluid, som er omsluttet i slangen, afhængigt af i hvilken udstrækning slangen er udspændt.

I tilfældet med den illustrerede udførelsesform er en ufleksibel ring 16 og 17 anbragt i en tilhørende ydre ende af slangeforbindelserne 14 20 og 15. Ringene 16,17 er monteret stationært, ligesom det også er tilfældet med cylinderen 1 og kan forbindes med en fluidkreds, hvori pumpen skal operere.

Slangeforbindelsen eller beholderen 14 virker som et volumenudiignings-25 eller kompenseringskar, som kompenserer for pulseringer i strømmen af et fluid, som pumpes af pumpen for således at opnå en jævn og mere ensartet fluidstrømning gennem den kreds, der er forbundet med pumpen.

På tilsvarende måde virker slangeforbindelsen eller beholderen 15 også som et trykudlignings- eller kompenseringskar, der optager pulserende 30 uregelmæssigheder i det tryk, som er genereret af pumpen, således at der stort set kun optræder mindre pulseringer i den kreds, der er forbundet med pumpen.

Pumpens fluidtransporterende egenskaber kan varieres inden for vide 35 grænser ved at variere bevægelsesmønstret for de to skiver 2,3.

En maksimal og stort set kontinuerlig fluidstrømning gennem pumpen fra dennes indløbsside til dens udløbsside kan opnås ved at drive de to skiver 2,3 samtidigt i indbyrdes modsatte retninger, dvs. skiftevis 5 mod hinanden og væk fra hinanden. .

Når de to skiver 2,3 på den anden side drives i samme retning unisont med hinanden, dvs. således at begge skiver altid bevæger sig i en og 5 samme retning, vil pumpens effekt, dvs. nettostrømningen gennem pumpen, stort set være nul, selv om nogen blodbevægelse frem og tilbage stadig genereres i den kreds, der er forbundet med pumpen, hvilket ud fra et fysiologisk aspekt er en fordel. Det bemærkes her, at når pumpen er forbundet med en lukket kreds, som for eksempel en patients 10 blodkredsløbssystem, vil det herskende tryk på pumpens udløbsside altid være større end det på indløbssiden, og således vil ventil klapperne 12, 13 forblive lukkede, når de to skiver 2,3 bevæges samtidigt mod indløbsenden.

15 Således kan både størrelsen af strømningen gennem pumpen og strømningens pulseringer varieres ved at variere det indbyrdes bevægelsesmønster for de to skiver mellem ovennævnte to ekstreme tilfælde, dvs, de tilfælde, hvori skiverne enten bevæger sig gensidigt i modsatte retninger eller gensidigt i samme retning. I denne sammenhæng skal det 20 bemærkes, at skiverne 2,3 ikke behøver at bevæge sig med samme hastighed i begge bevægelsesretninger. For eksempel kan returslaget være hurtigere end arbejdsslaget.

Ved en hensigtsmæssig tilpasning af egenskaberne for volumenudlignings-25 karret 14 og trykudligningskarret 15 og ved en hensigtsmæssig indstilling af bevægelsesmønstret for de to skiver 2,3 er det muligt gennem pumpen at transportere en fluidstrøm med ønsket strømnings- og trykkarakteristik. Således kan en pumpe, der er fremstillet i overensstemmelse med opfindelsen både modtage og afgive en kontinuerlig og/eller en 30 pulserende fluidstrøm. Det er følgelig muligt at opnå en strømnings-og trykkarakteristik, som er mere fordelagtig ud fra et fysiologisk aspekt.

En anden væsentlig fordel, der gives af pumpen ifølge den foreliggende 35 opfindelse, er, at det er umuligt, at der dannes undertryk på pumpens indløbsside.

Pumpen kan indstilles til et mindste driftstryk på indløbssiden ved tilsvarende indstilling af forspændingskraften på ventil klapperne

DK 165482 B

6 12,13.

Dette mindste driftstryk kan imidlertid ikke blive mindre end nul. Med pumpen indstillet på denne måde vil der ikke transporteres noget fluid, 5 hvis trykket på pumpens indløbsside har en tendens til at falde under den indstillede værdi. Såfremt fluidstrømningen til pumpens indløbsside falder, vil pumpen automatisk indstille den tilgængelige strømning, og dermed undgå enhver risiko for at beskadige den patient, som er forbundet med pumpen. Pumpen er således selvregulerende og vil ikke 10 forsøge at pumpe større mængde fluid end de, som er tilgængelige.

Da en pumpe fremstillet i overensstemmelse med den foreliggende opfindelse er i stand til kontinuerligt at afgive en stort set konstant strømning, kræver det kun lille energi at drive pumpen, navnlig da det 15 ikke er nødvendigt at accelerere eller eller decelerere det fluidlegeme, som pumpes derigennem.

Den udførelsesform for en pumpe ifølge opfindelsen, der er illustreret skematisk i fig. 2, adskiller sig primært fra den ovenfor beskrevne 20 udførelsesform, der er illustreret i fig. 1, ved at den i fig. 2 viste udførelsesform har to pumpeskiver V og 3', som ikke er aksialt bevægelige i en omsluttende stationær pumpecylinder, men i stedet er fast forbundet med cylinderen og kan siges at udgøre sektioner af cylindervæggen, idet disse vægsektioner således er reciprokerende bevægelige 25 med skiverne 27,37. Således som illustreret skematisk i fig. 2 kan skiverne 2', 37, for eksempel styres for aksial bevægelse i respektive ydre stationære styreorganer 18 og 19 og være forbundet med passende drivorganer 20, der virker for at drive de to skiver 27,37 bagud og fremefter uafhængigt af hinanden i overensstemmelse med et ønsket, 30 fortrinsvis variabelt indstilleligt bevægelsesmønster. I denne udførelsesform er den mellemliggende del af pumpecylinderen 1', som indbyrdes forbinder de to skiver 27,37, fremstillet på en måde, som gør det muligt at variere længden af nævnte cylinderdel og det volumen, som er repræsenteret deraf, afhængigt af afstanden mellem de to bevægelige 35 skiver 27,37. I den udførelsesform, der er illustreret i fig. 2, opnås dette ved at tilvejebringe pumpecylinderen l7 med en teleskopisk bælglignende konstruktion. Det er imidlertid underforstået, at der er mange andre måder, hvorpå pumpecylinderen l7, der forbinder skiverne 27,37, kan fremstilles for at gøre det muligt for cylinderens aksi ale

DK 165482 B

7 længde at variere som følge af de pumpebevægelser, der udføres af skiverne 2',3', med en tilsvarende varation i det effektive cylindervolumen. Det er imidlertid underforstået, at den funktionsmæssige driftsmåde for denne udførelsesform for en pumpe ifølge den foreliggende 5 opfindelse fuldt ud falder sammen med driftsmåden for den pumpe, der er beskrevet ovenfor under henvisning til fig. 1, og at den i fig. 2 viste udførelsesform for pumpen giver væsentlige praktiske fordele med henblik på drevet af de to skiver 2',3', da skiverne i denne udførelsesform mekanisk kan forbindes direkte med drivorganerne 20, som er 10 anbragt uden for pumpecylinderen.

En yderligere væsentlig fordel, der gives af den i fig. 2 viste pumpe, er, at den aksi ale afstand mellem middel stillingerne for de to bevægelige skiver 2',3' kan varieres, dvs. middellængden og dermed middelvo-15 lumenet for pumpecylinderen 1', som forbinder de to skiver 2',3'. Dette gør det muligt at variere volumenet i den kreds, som indeholder pumpen, hvilket er yderst ønskeligt, når pumpen er forbundet med en patients blodkredsløbssystem. Det er nemlig i sidstnævnte tilfælde ønskeligt at være i stand til at påvirke blodtrykket i patientens 20 kredsløbssystem ved at variere kredsens volumen. Dette kan let opnås med den i fig. 2 viste pumpe, uden der kræves en statisk ydre forsyning af blod, således som det er tilfældet i de hidtil anvendte blodpumper.

25 Den pumpe, der er illustreret skematisk i fig. 3, adskiller sig fra den i fig. 2 viste pumpe, ved at pumpecylinderen 1", der indbyrdes forbinder de to bevægelige pumpeskiver 2,,3/, i dette tilfælde er fremstillet på en måde, som gør det muligt for cylinderen at blive bøjet stort set til en U-formet konfiguration for således at anbringe 30 skiverne 2,,3/ sidestillet i deres respektive ben af U'et. Den måde, hvorpå de to pumpeskiver 2',3' styres og drives, er ikke vist af hensyn til overskueligheden, da de organer, der anvendes hertil, kan være tilvejebragt i mange forskellige udførelsesformer og vil være indlysende for en fagmand på området, som har læst ovenstående beskrivelse 35 af den i fig. 2 viste udførelsesform. Den i fig. 3 viste udførelsesform virker på samme måde, som den udførelsesform, der er vist i fig.

2, og giver de samme fordele som denne. En yderligere fordel, der gives af den i fig. 3 viste udførelsesform, er imidlertid, at de totale ydre dimensioner for pumpen kan tilpasses for at passe til varierende prak

DK 165482 B

8 tiske krav, for eksempel hvis pumpen ifølge opfindelsen skal konstrueres som et kunstigt hjerte for implentering.

Fra det foregående vil det indses, at også i tilfældet med den i fig.

5 1 viste udførelsesform, hvor pumpeskiverne 2,3 er arrangeret for aksi- al bevægelse inden i og i forhold til en omgivende stationær pumpecylinder, kan den del af cylinderen 1, som er anbragt mellem de respektive bevægelsesbaner for de to skiver, være fremstillet i overensstemmelse med de i fig. 2 og 3 viste udformninger, dvs. på en måde, som 10 gør det muligt at variere den aksiale længde af den indbyrdes forbindende cylinderdel og dermed dennes volumen, for derved at tilvejebringe en tilsvarende variation af pumpekredsens totale volumen eller på en måde, som gør det muligt for den indbyrdes forbindende cylinderdel at bøje, for eksempel til en U-form for at tilpasse de totale ydre 15 dimensioner for pumpen, så de passer til de herskende omstændigheder.

Hvis det ønskes at fremme blodcirkulationen både i det større og det mindre kredsløbssystem i en patient, kan der anvendes to pumper, fremstillet i overensstemmelse med den foreliggende opfindelse, en til 20 hver kredsløbssystem. Disse pumper kan enten anvendes individuelt eller de kan kombineres for at danne en pumpesammenstilling, der drives af adskilte eller fælles drivorganer. De to pumper kan dermed let tilpasses den strømning, som ønskes i hver af de to kredsløbssystemer.

25 En sådan sammenstilling omfattende to pumper med tilknyttede drivorganer kan let gives små dimensioner og vil forbruge så lidt energi, at det er muligt at anvende den som et implanteret kunstigt hjerte.

Selv om pumpen ifølge den foreliggende opfindelse primært er udviklet 30 til brug som blodpumpe og er blevet beskrevet i det foregående primært ud fra denne anvendelse, er det underforstået, at pumpen kan anvendes til at pumpe andre biologiske fluider, som 'indeholder celler eller organismer, som let kan beskadiges, når de pumpes, for eksempel ved hjælp af en peristal ti sk pumpe. Det er underforstået, at en pumpe 35 fremstillet i overensstemmelse med opfindelsen, således som defineret i de følgende krav, kan være tilvejebragt i mange forskellige udformninger, der er forskellige fra de, der er illustreret og beskrevet.

Claims (11)

1. Pumpe til biologiske væsker, navnlig blod, og omfattende to kontraventiler (2,3;2',3'), kendetegnet ved, at den omfatter et 5 langstrakt pumperør (Ι,Γ,Γ7), at hver kontraventil mindst omfatter en ventilenhed, at kontraventilerne er anbragt med indbyrdes afstand i pumperørets længderetning, og som hver kun muliggør en væskegennemstrømning i en og samme ønskede strømningsretning, samt drivorganer (20) til forskydning af de to kontraventiler (2,3;2',3') frem og til -10 bage i forhold til hinanden for periodisk at variere det mellem kontraventilerne tilvejebragte volumen i pumperøret (Ι,Γ,Γ7).

2. Pumpe ifølge krav 1, kendetegnet ved, at pumperøret (1) er stationært, og at kontraventilerne (2,3) er bevægelige inden i det- 15 te.

3. Pumpe ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de to kontraventiler (27,37) er fast forbundet med pumperørets (Γ,Γ7) omgivende væg, og at den mellem de to kontraventiler (2',3') beliggende del af 20 pumperøret (Γ,Γ7) har en variabel længde, der afhænger af de to kontraventilers indbyrdes bevægelse samt et hertil svarende variabelt volumen.

4. Pumpe ifølge et hvilket som helst af kravene 1-3, kendeteg-25 n e t ved, at den del af pumperøret (Γ,Γ'), der er beliggende mellem de to kontraventiler (2,,3/), har et variabelt, indstilleligt middelvolumen.

5. Pumpe ifølge et hvilket som helst af kravene 1-4, kendeteg-30 n e t ved, at den del af pumperøret (Γ,Γ7), der er anbragt mellem de to kontraventiler (27,37), er fleksibel, således at dets udstrækning kan varieres mellem en stort set retlinet udstrækning og en stort set U-formet udstrækning.

6. Pumpe ifølge et hvilket som helst af kraven 1-5, kendeteg net ved, at drivorganerne (20) er indrettet for individuel forskydning af de to kontraventiler (27,37) frem og tilbage i pumperørets (l7) længderetning uafhængigt af hinanden. DK 165482 B

7. Pumpe ifølge krav 6, kendetegnet ved, at de to kontraventilers (2',3'J indbyrdes bevægelsesmønster er variabelt indstilleligt.

8. Pumpe ifølge et hvilket som helst af kravene 1-7, kendeteg-5 net ved, at en væskebeholder (14) med variabelt volumen og stort set uden trykudøvende vægge er forbundet med pumperørets indløbsende (la).

9. Pumpe ifølge krav 8, kendetegnet ved, at beholderen udgøres af en slangeforbindelse (14) med fleksible, slappe vægge.

10. Pumpe ifølge et hvilket som helst af kravene 1-9, kendetegnet ved, at en væskebeholder (15) med variabelt volumen og trykudøvende vægge er forbundet med pumperørets udløbsende (lb).

11. Pumpe ifølge krav 10, kendetegnet ved, at beholderen ud gøres af en slangeforbindelse (15), der har fleksible, elastiske vægge. 20 25 30 35