NO163262B - Pumpe. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en pumpe for pumping av biologiske fluider, særlig blod.

Pumpen ifølge oppfinnelsen er først og fremst bestemt for bruk som en utvortes blodpumpe i forbindelse med eksempelvis kirurgiske operasjoner, dialyse, oksyderingsprosesser osv. En pumpe ifølge oppfinnelsen kan imidlertid også være slik konstruert at den vil kunne implanteres, som et kunstig hjerte, i en pasient.

De blodpumper for utvortes bruk som benyttes i dag i forbindelse med kirurgiske prosesser, dialyse, blodoksydering osv., er nesten utelukkende i form av peristaltiske rullepumper. Peristaltiske pumper for anvendelse i den foreliggende forbindelse er imidlertid beheftet med flere alvorlige mangler. Ved pumping av blod med en rulledrevet, peristaltisk pumpe er det eksempelvis vanskelig å forebygge beskadigelse av blodlegemer i det pumpede blod, når slangen hvorigjennom blodet ledes utsettes for trykket fra rullene. Det lar seg derfor vanskelig unngå at en del av de tilstedeværende blodlegemer blir knust og ødelagt når slangen sammenpresses under påvirkning av rullene. Selv om kompresjonsrullene ikke stenger slangen fullstendig, men lar det gjenstå en trang, gjennomgående kanal, blir strømningshastig-hetene i denne trange kanal tilstrekkelig høye til å forårsake beskadigelse av blodlegemene i blodet som pumpes gjennom kanalen. Et annet alvorlig problem oppstår ved anvendelse av slike pumper når blodstrømmen til pumpens innløpsside avtar radikalt eller opphører fullstendig, f.eks. som følge av en blokkering i enden av det kateter som forbinder pumpen med et blodkar. Slike blokkeringer kan oppstå relativt lett, f.eks.

som følge av at katetermunningen ligger an mot veggen av det ovennevnte blodkar. I slike tilfeller vil en peristaltisk pumpe fortsette sin pumpebevegelse, hvorved det på pumpens innløpsside dannes undertrykk av slik størrelse at pasienten som er forbundet med pumpen, vil påføres alvorlig skade. Det er dessuten vanskelig å tilpasse en peristaltisk pumpes strømnings- og trykk-karakteristika til det som kan betraktes som egnede karakteristika fra et fysiologisk synspunkt. Det

har også i viss utstrekning vært forsøkt å bruke spesial-konstruerte sentrifugalpumper som utvortes blodpumper. Slike pumper utsetter det pumpede blod for ekstremt store skyvekrefter som har tendens til å ødelegge blodlegemene. For å oppnå høye trykk, vil det kreves ytterst høye rotasjonshastigheter.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er derfor å frembringe en forbedret blodpumpe som hovedsakelig er bestemt for utvortes bruk, men som også kan konstrueres som et kunstig hjerte for implantering.

De karakteristiske trekk ved en pumpe ifølge oppfinnelsen er angitt i det etterfølgende krav 1. Særlig foretrukne utførelsesformer fremgår av kravene 2-12.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende i tilknytning til et antall utførelseseksempler som er vist skjematisk og i aksialsnitt i fig. 1-3 i den medfølgende tegning.

Det er i fig. 1 vist en pumpe ifølge oppfinnelsen som omfatter en sylinder 1 av egnet materiale med en innløpsende la og en utløpsende lb. Sylinderen 1 har uforandret tverrsnitt i hele sin lengde. Sylinderen 1 opptar to aksialt adskilte skiver eller plater 2 og 3 som stort sett dekker hele sylinderens tverrsnittsflate. Hver av skivene 2 og 3 er forbundet med en respektiv spindel 4 og 5 som hver for seg er opplagret for aksialbevegelse i stasjonære holdere, henholdsvis 6 og 7, som er slik utformet og slik anordet i sylinderen 1 at de to skiver kan beveges i frem- og tilbakegående retning over en forutbestemt strekning i sylinderen 1. Skivene kan med fordel påvirkes i den ene av sine bevegelsesretninger ved hjelp av fjærer, henholdsvis 8 og 9, og forflyttes i sine motsatte bevegelsesretninger av ikke viste drivanordninger. Disse drivanordninger er plassert utenfor sylinderen 1, og kan drives elektromagnetisk eller med permanent-magneter. Hvis skivene 2 og 3 delvis består av et magnetiserbart materiale eller et permanent magetisk materiale, kan de utvendige drivmidler innbefatte elektromagneter eller bevegelige permanent-magneter, slik at de to skiver 2 og 3 kan drives bakover og forover i sylinderen 1 ved drivende, magnetisk samvirkning gjennom sylinderveggen. Det bør imidlertid bemerkes at skivene kan drives på annen måte, f.eks. mekanisk eller pneumatisk, ved hjelp av egnede drivmidler utenfor sylinderen 1. Skivedriv-anordningen er fortrinnsvis slik konstruert at de to skiver 2 og 3 kan drives uavhengig av hverandre, slik at skivenes innbyrdes bevegelsesmønster kan endres etter ønske.

Hver av skivene 2 og 3 er forsynt med en gjennomgående åpning, henholdsvis 10 og 11, hver med en innmontert énveis-ventil som i det viste eksempel har form av en klaff-ventil 12 og 13 som tillater fluidumsinnstrømning gjennom skivene 2 og 3, stort sett bare i én retning, fra innløpsenden la av sylinderen 1 til sylinderens utløpsende lb.

Skivene 2 og 3 har fortrinnsvis slik diameter at ytterkanten eller randen av de respektive skiver ender i kort avstand fra innerveggen av sylinderen 1 uten å avtette mot.denne, hvorved den gjenstående klaring mellom skiveranden og innerveggen er tilstrekkelig til å sikre at blodlegemer ikke vil knuses under skivens frem- og tilbakegående bevegelse i sylinderen.

Innløpsenden la av sylinderen 1 er fortrinnsvis forbundet med en fluidumsbeholder av variabelt volum, eksempelvis bestående av en slangekopling 14 med en fritt fleksibel slangevegg. Sideveggen av slangekoplingen 14 kan fordelaktig være "slapt" fleksibel og ikke elastisk, slik at slangekoplingens 14 inner-volum kan variere fritt innen visse grenser, uten at slangeveggen utøver et vesentlig trykk på fluidumsinnholdet.

Utløpsenden lb av sylinderen 1 er fordelaktig forbundet med en fluidumsbeholder med elastisk varierbart innerrom, eksempelvis en beholder i form av en slangekopling 15 med en elastisk sidevegg som, i avhengighet av slangens strekningsgrad, utøver et variabelt trykk på fluidumsinnholdet i slangen.

I det viste eksempel er en ubøyelig ring, henholdsvis 16 og 17, innmontert i de respektive ytterender av slangekoplingene 14 og 15. Ringene 16 og 17 er stasjonært montert, i likhet med sylinderen 1, og kan forbindes med den fluidumskrets hvori pumpen skal virke.

Slangekoplingen eller beholderen 14 fungerer som et volum-utjevnings- eller kompenseringskar for utjevning av pulseringer 1 fluidumsstrømmen som leveres av pumpen, slik at det opprettes en jevn og mer ensartet fluidumsstrøm gjennom ledningskretsen som er forbundet med pumpen. Likeledes vil slangekoplingen eller beholderen 15 også fungere som et trykkutjevnings- eller -kompenseringskar for opptakelse av pulserende trykkvariasjoner som forårsakes av pumpen, slik at det stort sett bare vil forekomme mindre pulseringer i kretsen som er forbundet med pumpen.

Pumpens fluidums-transporteringsegenskper kan varieres i utstrakt grad ved endring av bevegelsesmønstret for de to skiver 2 og 3.

En maksimal og praktisk talt kontinuerlig fluidumsstrøm gjennom pumpen, fra pumpeinnløpssiden til -utløpssiden, kan opprettes ved at de to skiver 2 og 3 drives samtidig i innbyrdes motsatte retninger, dvs. vekselvis mot og fra hverandre.

Hvis, derimot, de to skiver 2 og 3 drives i samme retning samtidig med hverandre, dvs. slik at begge skiver alltid beveges i én og samme retning, blir pumpeeffekten, dvs. nettostrømmen gjennom pumpen, stort sett lik null, selv om det fremdeles forekommer en viss bevegelse av blodet frem og tilbake i kretsen som er forbundet med pumpen, og dette er en fordel fysiologisk sett. Det bør i denne forbindelse bemerkes at når pumpen er forbundet med en lukket krets, f.eks. blodsirkulasjonssystemet hos en pasient, vil det rådende trykk på pumpens utløpsside alltid være høyere enn på innløpssiden, og av den grunn vil ventilklaffene 12 og 13 alltid være lukket når de to skiver 2 og 3 beveges samtidig mot innløpsenden.

Både størrelsen av fluidumsstrømmen gjennom pumpen og strømningspulseringene kan således varieres ved at det felles bevegelsesmønster for de to skiver varieres mellom de to ovennevnte yttertilfeller, dvs. de tilfeller hvori skivene beveges enten i innbyrdes motsatte retninger eller i samme retning. Det påpekes i denne forbindelse at skivene 2 og 3 ikke nødvendigvis skal forflyttes med samme hastighet i begge bevegelsesretninger. Returtakten kan f.eks. foregå hurtigere enn arbeidstakten.

Ved hensiktsmessig tilpasning av egenskapene hos volum-utjevningskaret 14 og trykkutjevningskaret 15 og ved passende innstilling av bevegelsesmønstret for de to skiver 2 og 3, kan det gjennom pumpen transporteres en fluidumsstrøm med ønskede strømnings- og trykk-karakteristika. En pumpe som er konstruert i overensstemmelse med oppfinnelsen, kan således både motta og avlevere en kontinuerlig og/eller pulserende fluidumsstrøm. Det er derfor mulig å oppnå strømnings- og trykk-karakteristika som er mer gunstig, fysiologisk sett.

En annen og viktig fordel ved pumpen ifølge oppfinnelsen er at det ikke vil kunne oppstå undertrykk på pumpens innløpsside.

Pumpen kan innstilles for et minimums-driftstrykk på innløpssiden ved at kreftene som påvirker ventilklaffene 12 og 13, justeres i overensstemmelse med hverandre. Dette minimums-driftstrykk kan imidlertid ikke være mindre enn null. Når pumpen er justert på denne måte, vil det ikke fremføres fluidum dersom trykket på pumpens innløpsside begynner å synke under den innstilte verdi. Hvis fluidumsstrømmen til pumpens innløpsside avtar, vil pumpen således justeres automatisk i motsvarighet til den tilgjengelige fluidumsstrøm, hvorved enhver risiko for at pasienten som er forbundet med pumpen skal skades, bortfaller. Pumpen er følgelig selvregulerende og vil ikke tilstrebe pumping av større fluidumsmengder enn de tilgjengelige.

Da en pumpe som er konstruert i overensstemmelse med oppfinnelsen er innrettet for kontinuerlig levering av en stort sett konstant fluidumsstrøm, vil det bare kreves liten energi for drift av pumpen, særlig fordi det ikke er nødvendig å akselerere eller bremse den gjennomstrømmende fluidumsmengde. Det er i fig. 2 vist en utførelsesform av pumpen ifølge oppfinnelsen som adskiller seg fra den tidligere beskrevne versjon ifølge fig.

1, hovedsakelig ved at de to pumpeskiver 2' og 3'som er vist i fig. 2, ikke er aksialt bevegelige i en omsluttende, stasjonær pumpesylinder, men i stedet er fast forbundet med sylinderen og kan sies å utgjøre seksjoner av sylinderveggen, og disse veggseksjoner kan beveges frem og tilbake sammen med skivene 2' og 3'. Slik det f.eks. er vist skjematisk i fig. 2, kan skivene 2' og 3' styres for aksialbevegelse i ytre, stasjonære føringer,- henholdsvis 18 og 19, og være forbundet med en egnet drivanordning 2 0 som kan bevege de to skiver 2' og 3' bakover og forover, uavhengig av hverandre, i overensstemmelse med et foretrukket, fortrinnsvis variabelt justerbart bevegelsesmønster. Pumpesylinderens 1' midtre del som forbinder de to skiver 2' og 3' med hverandre, er i dette tilfelle slik konstruert at sylinderdelens lengde, og det derav avgrensede volum, vil variere med avstanden mellom de to bevegelige skiver 2' og 3'. Ved versjonen ifølge fig. 2 er dette oppnådd ved anvendelse av en pumpesylinder 1' av en teleskopisk og belg-lignende kon-struksjon. Det bør imidlertid bemerkes at pumpesylinderen 1' som forbinder skivene 2' og 3' med hverandre, kan være konstruert på mange forskjellige måter som samtlige tillater sylinderens aksiallengde å variere i avhengighet av pumpebevegelsene som fremkalles av skivene 2' og 3', med motsvarende variasjon i effektivt sylindervolum. Det vil innses at selv om virkemåten av en pumpe av denne utførelsesform sammmenfaller fullstendig med virkemåten av den pumpe som er beskrevet tidligere i tilknytning til fig. 1, vil pumpeversjonen ifølge fig. 2 fremby viktige, praktiske fordeler vedrørende driften av de to skiver 2' og 3', da skivene i dette tilfelle kan være mekanisk forbundet direkte med den drivanordning 2 0 som er plassert utenfor pumpesylinderen.

En annen og viktig fordel ved pumpen ifølge fig. 2 er at aksialavstanden mellom midtposisjonene for de to bevegelige skiver 2' og 3', dvs. midtlengden og følgelig midtvolumet av pumpesylinderen 1'som forbinder de to skiver 2' og 3' med hverandre, kan varieres. Volumet av gjennomløpskretsen, med innbefatning av pumpen, kan derved varieres, hvilket er meget ønskelig når pumpen er forbundet med blodsirkulasjonssystemet hos en pasient. I sistnevnte tilfelle er det nemlig ønskelig å kunne innvirke på blodtrykket i pasientens sirkulasjonssystem ved å variere volumet av kretsen. Dette kan lettvint gjennomføres med pumpen ifølge fig. 2, uten at det derved kreves en statisk blodhjelpekilde som ved de blodpumper som for tiden er i bruk.

Fig. 3 viser skjematisk en pumpe som adskiller seg fra pumpen i fig. 2 ved at pumpesylinderen 1'' som forbinder de to bevegelige pumpeskiver 2' og 3' med hverandre, i dette tilfelle er slik konstruert at sylinderen kan bøyes stort sett til U-form, hvorved skivene 2' og 3' plasseres side om side i de respektive U-grener. Det er for enkelhetens skyld ikke vist hvordan de to pumpeskiver 2' og 3' er montert og drevet, da midlene for dette kan være av forskjellig art og vil være åpenbare for vanlig fagkyndige som har lest den ovenstående beskrivelse av utførel-sesformen ifølge fig. 2. Versjonen ifølge fig. 3 fungerer på samme måte som utførelsesformen ifølge fig. 2, og frembyr de samme fordeler. Utførelsesformen ifølge fig. 3 har imidlertid den ytterligere fordel at pumpens totale ytterdimensjoner kan tilpasses varierende, praktiske behov, f.eks. hvis pumpen ifølge oppfinnelsen skal.konstrueres som et kunstig hjerte for implantering.

Det fremgår av det ovenstående at også ved versjonen ifølge fig. 1, hvor pumpeskivene 2 og 3 er anordnet for aksialbevegelse i og i forhold til en omsluttende, stasjonær pumpesylinder, kan den del av sylinderen 1 som befinner seg mellom de respektive bevegelsesbaner for de to skiver, være konstruert i overensstemmelse med fig. 2 og fig. 3, dvs. på slik måte at aksial-lengden, og følgelig volumet, av den sammenføyende sylinderdel kan varieres med henblikkk på motsvarende variasjon av pumpe-kretsens totalvolum, eller på slik måte at den sammenføyende sylinderdel vil kunne bøyes, eksempelvis i U-form, for justering civ pumpens totale ytterdimensjoner i tilpasning til de rådende forhold.

Hvis det er ønskelig å øke blodsirkulasjonen så vel i det store som i det lille blodomløpssystem hos en pasient, kan det benyttes to pumper som er konstruert i overensstemmelse med oppfinnelsen, hvorav én for hvert omløpssystem. Disse pumper kan enten anvendes individuelt eller kombineres til én pumpeenhet hvori de drives separat eller i fellesskap. De to pumper kan derved lettvint tilpasses for ønsket gjennomstrømning og trykk i hvert av de to omløpssystemer.

En slik enhet, omfattende to pumper med tilhørende drivmidler, kan uten vanskelighet gis små dimensjoner og vil forbruke såvidt lite energi at den kan implanteres som et kunstig hjerte.

Selv om pumpen ifølge oppfinnelsen er bestemt først og fremst for anvendelse som blodpumpe og er beskrevet i det ovenstående hovedsakelig med tanke på slik bruk, vil det fremgå at pumpen kan benyttes for pumping av andre biologiske fluider som inneholder celler eller organismer som lett kan beskadiges, f.eks. ved bruk av en peristaltisk pumpe. Det er åpenbart at en pumpe som er konstruert i overensstemmelse med oppfinnelsen, som definert i de etterfølgende krav, kan være utformet på mange andre måter enn som vist og beskrevet.

Claims (12)

1. Pumpe for biologiske væsker, spesielt blod, karakterisert ved at den innbefatter et pumperør (1; 1'; 1"), to med avstand fra hverandre sett i nevnte pumperørs lengderetning anordnede skiver (2, 3, 2', 3') som i det vesentlige dekker pumperørets tverrsnittsområde og er aksialt bevegelig frem og tilbake over en begrenset strekning, i nevnte skiver anordnede tilbakeslagsventiler (10, 12; 11, 13) som tillater en væskestrømning gjennom skivene hovedsakelig bare i den ønskede væsketransportens retning, samt drivorgan (20) for forskyvning av de to skivene frem og tilbake.

2. Pumpe ifølge krav 1, karakterisert ved at de to skivene (2, 3) er bevegelige i forhold til det stasjonære pumperør (1) som omgir skivene.

3. Pumpe ifølge krav 1, karakterisert ved at de to skivene (2', 3') er fast forbundet med det omgivende pumperørets vegg samt at en del av pumperøret (1') som befinner seg mellom de to skivene (1', 2') har en avhengig av de to skivenes bevegelse variabel lengde og et dertil svarende variabelt volum.

4. Pumpe ifølge hvert av kravene 1-3, karakterisert ved at den del av pumperøret (1; 1'; 1'') som befinner seg mellom de to skivene (2, 3;

2',3') har et variabelt innstillbart middelvolum.

5. Pumpe ifølge hvert av kravene 1-4, karakterisert ved at den delen av pumperøret (1; 1'; 1'') som befinner seg mellom de to skivene (2, 3; 2', 3') er bøyelig, slik at dets utstrekning kan varieres mellom å være hovedsakelig rett og å være hovedsakelig u-formet.

6. Pumpe ifølge hvert av kravene 1-5, karakterisert ved at drivorganene er anordnet for individuell forskyvning av de to skivene (2, 3; 2', 3') uavhengig åv hverandre.

7. Pumpe ifølge hvert av kravene 1-6, karakterisert ved at nevnte tilbakeslagsventil består av gjennomgående åpninger (10, 11) i skivene (2, 3; 2',

3') utstyrt med fjærbelastede ventilklaffer (12, 13).

8. Pumpe ifølge hvert av kravene 1-7, karakterisert ved at skivene (2, 3) er fjærbelastede (8,9) i sin ene bevegelsesretning.

9. Pumpe ifølge hvert av kravene 1-8, karakterisert ved at det til pumperørets inn-løpsende ( la) er koplet en væskebeholder (14) med variabelt volum og vesentlig uten trykkutøvende vegger.

10. Pumpe ifølge krav 9, karakterisert ved at nevnte beholder utgjøres av en slangeledning (14) med fleksible, løse vegger.

11. Pumpe ifølge hvert av kravene 1-10, karakterisert ved at det til pumperørets utløpsende (lb) er koplet en væskebeholder (15) med variabelt volum og trykkutøvende vegger.

12. Pumpe ifølge krav 11, karakterisert ved at nevnte beholder utgjøres av en slangeledning (15) med fleksible, elastiske vegger.