NO743005L - - Google Patents

Description

Beskyttelsessystem for masseoverforinge-anordninger

Foreliggende oppfinnelse angår en sikkerhetsanordning

for et masseoverforingssystem, og nærmere bestemt et system til å forhindre en for stor mengde gass fra å overfores til en væske på den motsatte side av en membranavsperring.

Systemet ifolge oppfinnelsen er' spesielt nyttig som gassembolibeskyttelsessystem for ekstrakorpora1 blodoxygenator hvor både oxygen og carbondioxyd overfores over en membranavsperring som separerer blodet og oxygenet. En oxygenator med hvilken foreliggende oppfinnelse effektivt kan utnyttes er beskrevet i US patent soknad nr. 170.163, innlevert 9.august 1971 av Ronald J. Leonard.

Det skal imidlertid forståes at foreliggende oppfinnelse kan anvendes med mange forskjellige typer av masseoverforingsanordninger, særlig de som anvender en poros hydrofob membranavsperring som separerer en væske og en gass.

Oppdagelsen av de mikroporose, ikke-fuktende membraner med regulert pores torreise har muliggjort konstruksjonen av raerabranoxy-genatorer med hoy overføringshastighet. Membranene har åpne porer som tillater relativt hurtig overforing av oxygen, likesom de ikke-fuktende egenskaper forhindrer blodtap fra systemet. Under drift av oxygenatoren er det viktig at blodtrykket overskrider oxygentryk-ket, fordi en ombytning på grunn av uhell av oxygen og blodtrykk ville kunne resultere i at store mengder oxygen hurtig kom inn i blodet i oxygenatoren. I oxygenatorer med hoy stromningshastighet vil hurtig oxygenakkumulering kunne overflomme et hvilket som helst reservoar eller boblefelle og tillate at gass ble fort inn i pasien-ten. Storrelsen av reservoarene eller boblefellene er begrenset som et resultat av nodvendigheten av å begrense begynnelsesvolumet.

Ekstrakorporale oxygenatorer krever vanligvis en relativt hoy volumet risk gasstromningshastighet, og det er viktig at gass-rommet er tett med., god blanding for å sikre en effektiv gassoverfor-ing over den mikroporose membran. Da dette resulterer i et visst gasstrykkfa 11 i oxygenatoren, er gassarbeidstrykket vanligvis storre enn atmosfæretrykk. Hvis blodtrykket ble redusert til null, ville gasstrykket være storre enn blodtrykket. En slik ombytning' av gass- og blodtrykk ville lett kunne skje ved tomgang når der ik-ke er noen blodstrom, i oxygenatoren.

Det er uhyre vanskelig, om ikke umulig, for en operator å opprettholde de variable trykk i en oxygenator i den rette stilling. Det er således et mål med oppfinnelsen å tilveiebringe et automatisk system for trykkregulering av et masseoverforingssystem slik som en oxygenator.

Et annet mål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et system for å forhindre tilfeldig ombytning av gass- og væsketrykk i et masseoverforingssystem uten anvendelse av anordninger som har beve-1 gelige deler, fjærer, små åpninger eller membraner som kan odeleg-ges eller gjentettes og derved fremkalle feil på systemet.

Andre mål og fordeler ved oppfinnelsen fremgår av den ef-terfolgende beskrivelse.

Ifolge oppfinnelsen er der skaffet et sikkerhetssystem for et masseoverforingssystem av den type hvor en membranavsperring separerer en væske og en gass, og som innbefatter et væskeinn-lop, et væskeutlop og et gassinnlop og -utlop. Forbedringen omfatter midler til å opprettholde hele tiden et væsketrykk som er hoye re enn gasstrykket. En gasstrykk-d.etektoranordning er koblet til gassinnlopet, og hvor gasstrykk-detektoranordningen omfatter midler ti 1 å utlufte gassen for å forhindre at gasstrykket overskrider væsketrykket .

I en utforelsesform av oppfinnelsen omfatter de væsketrykk-vedlikeholdende midler et væskereservoar anbragt ved et høyere horisontalt plan enn væskeinnlopet, hvorved væsketrykket opprettholdes på grunn av tyngdekraften. En forste pumpe er lokalisert nedstrøms i reservoaret fort å trekke væske derfra, og hvor reservoaret er sammenbrytbart for å forhindre et negativt trykk på masseoverforings-anordningen hvis pumpevirkningen er for stor.

I en utforelsesform av oppfinnelsen omfatter gasstrykk-detektoranordningen et manometer med et væskenivå som'forhindrer gass fra å utluftes medmindre gasstrykket overskrider et på forhånd maksimalt gasstrykk. Manometrets væskenivå er slik at det tillater gass å utluftes hvis gasstrykket overskrider det maksimale gasstrykk, hvor det maksimale gasstrykk er et trykk som er lavere enn det minimale trykk av væsken i oxygenatoren.

I en utforelsesform av oppfinnelsen er der anbragt et annet manometer, og som er opererbart som svar på et trykk av væsken for variabelt å justere det førstnevnte manometer.

En detaljert forklaring av oppfinnelsen gis i den efter-folgende beskrivelse under henvisning til de vedfoyede tegninger, hvor

Fig. 1 er et skjematisk stromningsdiagram over et væskestromnings-sikkerhetssystem for masseoverforingsanordninger ifolge oppfinnelsen. Fig. 2 er et skjematisk stromningsdiagram for et modifisert væskestromnings-sikkerhetssystem f or masseoverforingsanordninger ifolge en annen utforelsesform av oppfinnelsen. I fig. 1 er der vist et masseoverforingssystem i form av et ekstrakorporalt oxygenatorsystem innbefattende et hovedkonsoll 10 til hvilket et venereservoar 12 og et arteriereservoar 14 er forbundet. Konsoll 10 har et oxygenutlop 15 til hvilket en ledning 16 er forbundet for å mate en regulert strømning av oxygen til inn-løpet 18 av en oxygenator 20. Efter å ha passert gjennom oxygenator 20 fjernes brukt gass via utlop 19. Hovedkonsoll 10 inneholder e t gasstromningsrotometer, en oxygenatormellomtrykkskontroll, en. temperaturmåler, og de nødvendige' velgerknapper og brytere, hvilket

er velkjent innen faget. Konsoll 10 'er lokalisert innen operatorens rekkevidde, men utenfor området for mulig væskeforurensning.

Oxygenator 20 er en typisk oxygenator hvor oxygen og carbondioxyd overfores i motsatte retninger over en membranavsperring som separerer blodet og oxygenet. Slike oxygenatorer er beskrevet i US patentsoknad nr. 170.163, innlevert 3.august 1971 av Ronald J. Leonard.

Det skal forståes at systemet ifolge foreliggende oppfinnelse er spesielt egnet for bruk med en hvilken som helst oxygenator som anvender en mikroporos, hydrofob membran. Et typisk egnet membranmateriale er polytetrafluorethylenark med en porestorrelse mindre enn 0,5 mikron og med tykkelse på 0,0127 cm. En annen mulig membran er formet av polypropylenark med en tykkelse på 0,00254 cm og en porestorrelse på 0,1 mikron. Membranene kan lamineres til en sikt for å styrke underlaget.

En blodledning 22 er koblet fra et utlop 24 på vené-reservoar 12 til blodinnlop 26 på oxygenator 20. Blodet og oxygenet st.roramer gjennom oxygenator 20 på motsatte sider av membranen inne-holdt deri, pg blodet fjernes gjennom ledning 28 til en varmeveksler 30 som regulerer blodtemperaturen. En typisk varmeveksler som kan anvendes med systemet ifolge oppfinnelsen er beskrevet i US patentskrift 3.640.340, bevilget 8.februar 1972. Blodet fores derefter gjennom ledning 32 til et innlop 34 på arterie-reservoaret 14.

En arteriepumpe 36 anvendes for å pumpe oxygenert blod fra arterie-reservoar 14 gjennom ledning 38 inn i pasientens arterie. En venepumpe 40 anvendes for å pumpe blodet fra vene-reservoar 12 til blodinnlop 26. Ledningen 43 forer blodet fra pasientens vene til vene-reservoaret 12. De to pumper (venepumpe 40 og arteriepumpe 36) tjener til å beskytte oxygenatoren og varmeveksleren fra å overkomprimeres. Venepumpe 40 trekker, blodet fra vene-reservoaret 12 og driver det gjennom oxygenator 20 og varmeveksler 30, og inn i arterie-reservoar 14. Arteriepumpe 36 trekker blodet fra arterie-reservoar 14 og driver dette tilbake til en arterie i det perfuser-te organ.

Da eksakt tilpasning av pumpehastigheten på de to pumper er vanskelig, om ikke umulig, er venepumpe 40 tilpasset til å pumpe ved en litt hoyere hastighet enn arteriepumpe 14. En resirkula-sjonsledning 42 mellom arterie-reservoar 14 og vene-reservoar 12 tillater at den ekstrastromning som dannes av venepumpe 40 fores tilbake til venereservoaret. Dette sikrer at arteriereservoaret 14 bar blod til alle tider, mens det beskytter oxygenatoren 20 fra å overkomprimeres på grunn av blodakkuarulering.

Venereservoar 12 og arteriereservoar 14 er fortrinnsvis formet av et polyvinylkloridplastmateriale av medisinkvalitet eller silicongummi, og er sammenbrytbare. I tilfelle av at kapasiteten av enten venepumpe 40 eller arteriepumpe 36 overskrider kapasiteten inn i et reservoar, vil det respektive reservoar sammenbryte og begrense utstrømningen, og derved forhindre et redusert trykk fra å dannes i oppstromsretning av reservoaret. Dette er spesielt viktig med hensyn til arteriereservoaret 14 fordi det er nødvendig å opprettholde et minimalt blodtrykk på oxygenatoren sålenge der er blod i systemet ved å opprettholde en blodtrykkssoyle i ledninger 2 2, 32 og 28.

Det er viktig at reservoar 14, og fortrinnsvis også reservoar 12 er understøttet slik at dets nedre kanter er minst 7,62 cm over den ovre åpning av oxygenatoren. På denne måte vil en tyngde-fremkaldt væsketrykksoyle alltid utvises på oxygenatoren av blodet i reservoaret. Tyngdesoylen av blodet ordnes som nedenfor beskre-. vet til alltid å være storre enn gasstrykket i oxygenatoren, for å sikre mot muligheten for at gassbobler kan passere gjennom den mikroporose membran.

En sikker og direkte metode for trykkontroll er skaffet ved at der til oxygeninnlopet 18 er koblet en gasstrykk-detektoranordning 60. Gasstrykk-detektoranordning 60 omfatter et manometer innbefattet en åpen beholder 62 med en væske 64, slik som vann, fyllt opp til et på forhånd bestemt nivå. En utluftningsledning 66 er koblet fra oxygeninnldp 18 til innsiden av beholder 62, idet den passerer nedover gjennom toppen av beholder 62 .under dannelse av manometerkonstruksjonen. Væske 64 er fyllt til det nivå som krever nok baktrykk i utluftningsledning 66 for således å forhindre gass fra å utluftes medmindre gasstrykket overskrides av det på forhånd bestemte maksimale gasstrykk, og som tillater gassen å utluftes hvis gasstrykket overskrider et slikt maksimalt gasstrykk. Det maksimale gasstrykk velges til å være et trykk som er lavere enn trykket av blodet i oxygenatoren, dannet ved trykksoylen i ledning 34, dvs. lavere enn trykket av blodet i oxygenatoren ved det verti-kalt hoyeste punkt av blodstrdmningsveien deri. Således må den. vertikale avstand mellom utlopet 34 på reservoar 14 og oxygeninnlo pet 18 på oxygenator 20 være storre enn den vertikale avstand mellom den nedre ende 68 av ledning 66 og overflaten 70 på væske 64. På denne måte må gasstrykket alltid være lavere enn blodsoylen, hvilken vanligvis er minimum 45 - 50 cm ved innlop 26. Således kan gassen ikke boble gjennom membranen inn i blodet. Vanligvis vil der fore-ligge en vann-trykksoyle på 35,6 cm i manometer 60 når gasstrykket er tilstrekkelig ti 1 å bevirke strømninger gjennom ledning 66. Når gass ikke strommer, er trykksoylen noe mindre siden vannet da befin-ner seg innen ledning 66, og således senker væskenivået i beholder 62.

Systemet er feilsikkert fordi at hvis væsken 64 skulle for-dampes, ville gassen utluftes ved et lavere trykk enn for fordampning. Således vil fordampning av væsken 64 bare fore til at gassen utluftes ved et lavere trykk, og oxygenatoren forblir sikker fra muligheten for at en gassemboli skjer gjennom membranen.

En ledning 43 koblet til pasientens vene forer blod til ve~nereservoaret 12.

Systemet kan også innbefatte et kardiotomireservoar 44, slik som vist i US patentskrift 3.507.395, hvis innlop er koblet til pasientens snittsted via sugeledning 46. ■ Det blod som tapes i pasientens snittsted, suges ved hjelp av sugepumpe 48 til hvilken ledning 46 er koblet. Ledning 50 forbinder utlopet av kardiotomireservoaret 44 til venereservoar 12 gjennom et eventuelt hje lpe.fi 1-ter 5.2 som filtrerer ut eventuelt gjenværende stivnede blodklumper og andre store partikler i blodet, og forer derefter blodet til venereservoaret. Kardiotomireservoaret er vanligvis også lokalisert over vene- og arteriereservoarene for således å hjelpe til å tilveiebringe en blod-tyngdesoyle.

Hvis koronarperfusjon eller annen lokalisert perfusjon av et organ er onsket, er en perfusjons ledning 54 koblet til et utlop på arteriereservoar 14, og væsken pumpes gjennom ledning 54 ved hjelp av en perfusjonspumpe 56.

En modifisert gasstrykk-detektoranordning er illustrert i fig. 2. Da resten av systemet er identisk med det system som er vist i fig. 1, er de samme nummerangiveIser anvendt for den samme konstruksjon. Gasstrykk-detektoranordningen 60' i fig. 2 omfatter et manometer dannet av beholder 62', og som har en åpen topp og bunn. Beholder 62' inneholder væske, slik som vann.64', og har oxygenledning 66 innfort deri på lignende måte som den tidligere utforelsesform. Manometret som er dannet av beholder 62', væske 64' og ledning 66 drives på lignende måte som gass-detektoranordning 60 i fig. 1. Imidlertid tillater gass-detektoranordning 60'

i fig. 2 at det maksimale gasstrykk heves hvis blodtrykket heves,

på grunn av en forandring i blodstromningshastigheten eller lignende. Imidlertid er det fremdeles nodvendig at gasstrykket begrenses og holdes mindre enn blodtrykket. For dette formål er der anordnet et lukket blodmanometer 70. Manometer 70 inneholder en mengde av blodet 72 som er avhengig av trykket i ledning 22, til hvilket dei-er forbundet. Dette bevirker et variabelt gasstrykk i rommet 74 over blodet 72 som også avhenger av trykket i ledning 22. Således er hoyden av væsken 64' derved avhengig av trykket i rom 74, ledning 76 og ledning 22. Utldpet av ledning 76 står i forbindelse med forseglet beholder 78 inn i hvilken beholder 62' er anbragt.

En mikroporos plugg 77 forhindrer blodet fra å fores inn i kontroll-manometer 60' og utgjor en steril avsperring gjennom hvilken bare gassen i rom 74. og beholder 78 kan passere. Plugg 77 kan være frem-stillet av samme porose, hydrofobe membranmateriale som anvendes i oxygenator 20.

En forandring i blodnivå 72 vil fremkalle en trykkforan-dring i rom 74 og ledning 76 og derved skape en væskeforandring med hensyn til væsken 64'. Antar man at blodtrykket i ledning 22 okes av' en Sket stromningshastighet eller av en annen grunn, vil blodnivået 72 stige, hvorved trykket i den lukkede beholder 78 vil oke. Dette vil bevirke at væsken 64 vil stige i beholder 62', og derved tillate et hoyere oxygentrykk for utluftning fra ledning 66 vil skje. Hvis blodtrykket i ledning 22 på den annen side nedsettes, vil blodnivået 72 i manometer 70 nedsettes og derved nedsette trykket på væsken 64 og bevirke et fall i hoyden av væske 64' innen beholder 62'. Således vil gassen utluftes ved et lavere trykk enn nodvendig.

Det ovenfor angitte system tilveiebringer ytterligere ef-fektivitet koblet med sikkerhet, idet hoyere gasstrykk kan anvendes når hoyere blodtrykk foreligger, men ved et plutselig fall i blodtrykket vil det begrensende maksimale gasstrykk også falle til et sikkert nivå.

Et automatisk system for trykkontroll er folgelig tilveie-bragt for et masseoverforingssystem slik som en oxygenator. Syste met kan drives for å forhindre tilfeldig ombytning av gass- og væsketrykk i et masseoverforingssystem uten'anvendelse av anordninger med bevegelige deler, fjærer, små åpninger eller membraner. Oppfinnelsen tilveiebringer ikke bare et sikkerhetssystem, men tillater også effektiv drift av et oxygeneringssystem ved store hoyder, da manometrene 60, 60' tillater den sikre bruk av gasstrykk i en oxygenator som kan overskride det omgivende atmosfæretrykk.

Ennvidere tillater anvendelse av manometrene 60, 60' kontinuerlig livreddende oxygenering av en pasient selv i det tilfelle hvor der foreligger skade på gassventilen eller lignende som bevirker okende trykk, da okende gasstrykk enkelt slippes ut av manometrene 60, 60', mens oxygenatoren forblir ved det maksimale gasstrykk som på forhånd er valgt.

Selvom to utforeIsesformer av oppfinnelsen er illustrert og beskrevet, skal det forståes at forskjellige modifikasjoner kan gjores uten å avvike fra oppfinnelsens ramme.

Claims (1)

1. !• Masseoverforingssystem hvori en membranavsperring separerer en væskestrdmningsvei og en gasstrb mningsvei, og innbefattende en masseoverfbringsanordning med et væskeinniop, et væskeutlop og et gass-innlop og -utlop, karakterisert ved at det omfatter i kombinasjon midler for å opprettholde et på forhånd bestemt minimalt væsketrykk nær avsperringen, gass-trykkbegrensende midler, midler for kobling av de gass-trykkbegrensende midler til gasstrd m-ningsveien, hvilke gass-trykkbegrensende midler omfatter midler for utluftning av gassen for å forhindre gasstrykket i å overskride det minimale trykk på væsken ved membranavsperringen.

   20 Masseoverforingssystem ifolge krav 1, karakterisert ved at de væsketrykkopprettholdende midler omfatter et væskereservoar anbragt ved et hoyere horisontalt nivå enn membranavsperringen hvorved et væskevekttrykk opprettholdes mot avsperringene 3» Masseoverforingssystem ifolge krav 2, karakterisert ved at det omfatter en forste pumpe lokalisert i nedstromsretning av reservoaret for å trekke væske fra reservoaret, hvilket reservoar er sammenbrytbart for å forhindre et negativt trykk på masseoverforings-

   anordningen hvis pumpevirkningen blir for stor.

   4o Masseoverforingssystem ifolge krav 3, karakterisert ved at det omfatter en annen pumpe for å drive væske til væskeinnldpet,

   hvilken annen pumpe drives til å pumpe ved en storre stromningshastighet enn forste pumpe, og midler for å resirkulere den ekstra stromning av væske fra nedstromssiden av forste pumpe til oppstromssiden av annen pumpe.

   5. Masseoverforingssystem ifolge krav 1, karakterisert ved at de gasstrykkbegrensende midler omfatter en beholder inneholdende væske, og hvor koblingsmidlene omfatter en gassledning som står i forbindelse med væsken, og som har et utlbp under overflaten av væsken, hvilken væske har en trykksbyle ved gassledningsutlopet som forhindrer gass fra å utluftes gjennom ledningen medmindre gasstrykket overskrider et på forhånd bestemt gasstrykk, hvilken væske har en trykksoyle ved gassledningsutlopet som tillater gass å utluftes via ledningen hvis gasstrykket overskrider det på forhånd bestemte gasstrykk, hvilket på forhånd bestemt gasstrykk er lavere enn det laveste trykk mot merabranavsperringeno

   6. Masseoverforingssystem ifolge krav 5, karakterisert ved at væsken omfatter en væske-med et nivå som'er valgt slik at der tilveiebringes den briskede væske trykk s by le ved gassledningsutlopet.

   7. Masseoverforingssystem ifolge krav 1, karakterisert ved at gasstrykk-detektoranordninger omfatter et manometer omfattende en gassledning med en ende neddyppet i en væske, og som står i forbindelse med gasstromningsveien, hvilken væske har et nivå som forhindrer gass fra å utluftes gjennom gassledningen medmindre gasstrykket overskrider et på forhånd bestemt gasstrykk, og som tillater gass å utluftes hvis gasstrykket overskrider det på forhånd bestemte gasstrykk, hvilket på forhånd bestemt gasstrykk er et trykk som er lavere enn det laveste trykk på væsken ved membranavsperringen.

   8. Masseoverforingssystem ifolge krav 7, karakterisert ved at det omfatter midler som reagerer på et trykk av væsken for variabelt å justere gasstrykk-detektoranordningen.

   9. Masseoverforingssystem ifolge krav 8, - karakterisert ved at justeringsanordningen omfatter et manometer som er istand til å reagere på et trykk av væsken, og anordninger som forbinder manometerutlopet til gasstrykk-detektoranordningene for å justere væskenivået svarende til trykket.

   10. Masseoverforingssystem ifolge krav 5, karakterisert ved at det innbefatter anordninger som reagerer på et trykk av væsken for variabelt å justere trykket av væsken.

   11. Masseoverforingssystem ifolge krav 10, karakterisert ved at justeringsanordningen omfatter et manometer som kan reagere på et trykk av væsken, og midler for kobling av manometerutlopet til væskebeholderen.

   12. Masseoverforingssystem ifolge krav 9, karakterisert ved at manometret inneholder en væske, og at midler er anordnet for å forhindre væsken i manometret fra å strbmme til gasstrykk-detektoran-o rdningen.

   13. Ekstrakorporalt oxygenatorsystem hvor oxygen og carbondioxyd overfores over en membranavsperring som separerer blodet og oxygenet, hvilken oxygenator har et blodinnlop, et blodutlop, et oxygeninnlop og -utlop, karakterisert ved at' det omfatter et blodreservoar koblet til blodutlbpet på nedstrbmssiden derav, hvilket blodreservoar er anbragt ved et hoyere nivå enn blodutlopet for å gi blodet nær membranavsperringen, et på forhånd bestemt minimalt trykk; væske i en beholder; oxygenledning koblet til oxygeninnlopet,

   hvor oxygen ledningen står i forbindelse m,ed væsken og med utlop deri,

   hvilken væske har et nivå som er slik valgt at der tilveiebringes et

   trykk ved oxygenledningsutlbpet at det tillater utluftning av oxygenet for å forhindre trykket på oxygenet å overskride det minimale trykk på blodet.

   14. Ekstrakorporaltoxygenatorsystem ifolge krav 13, karakterisert ved at det innbefatter en forste pumpe lokalisert på nedstromssiden av blodreservoaret for å trekke blod fra reservoaret, hvilket blodreservoar er sammenbrytbart for å forhindre et negativt trykk på oxygenatoren hvis pumpevirkningen blir for stor, og en annen pumpe lokalisert på oppstromssiden av blodinnlopet for å drive blod til blodinnlbpet, hvilken annen pumpe drives til å pumpe med en storre strbmningshastighet enn forste pumpe, og midler for resirkulering av den ekstra strbmning av blod fra nedstrbmssiden av forste pumpe til oppstromssiden av annen pumpe.

   15. Ekstrakorporalt system ifolge krav 13, karakterisert ved at det omfatter'et manometer koblet til blodinnlopsledningen, og som er reaktivt overfor blodtrykket i blodinnlbpsledningen for auto-

   . matisk å justere nivået på væsken i væskebeholderen.

   16. Oxygen- og.blodutleveringssystem for anvendelse i forbindelse med en blodoxygenator av membrantypen, karakterisert ved at det omfatter blod- og gassledningsanordninger for fraktning av slike materialer til og. fra oxygenatoren, beholderanordninger til å inneholde en væske, en oxygenledning med den ene ende anbragt innen beholderen, for neddypning i væsken for å skape en på forhånd be-, stemt trykksoyle ved den ene ende, hvilken oxygenledning står i forbindelse med gassledningsanordninger hvorved gasstrykket i lednin-

   gen er begrenset, avhengig av det på forhånd bestemte trykk.

   17. System ifolge krav 16, karakterisert ved at der er anord- " net midler for å sikre et kontinuerlig minimalt blodtrykk, i oxygenatoren .

   18. System ifolge krav 17, karakterisert ved at oxygenlednin-gen står i forbindelse med gassledningen på oppstromssiden fra oxygenatoren.