NO750398L - - Google Patents

Description

Roterbar peristaltisk pumpe.

Foreliggende oppfinnelse angår en roterbar peristaltisk pumpe uten stator, hvilken pumpe har et dobbelt pumpehus og kun en motor, og er anvendbar spesielt i en utenfor kroppen beliggende blodkrets f.eks. i en anordning for oksygenbehandling av blod.

Pumper av denne type er allerede beskrevet i de amerikanske patenter nr. 3.172.367 og 3.502.03^- De beskrevene pumper er doseringspumper og de er altså av volumetrisk type.

Peristaltiske pumper regner seg vanligvis ikke for utenfor kroppen beliggende blodkretser,. da den. volumetriske karakter er forbundet med en sugekraft som kan være farlig for pasienten. Det er derfor man har vært tvunget til å anvende selvregulerende peristaltiske pumper, noe som spesielt er beskrevet i fransk patent nr. 2.063.677.

I visse utenfor kroppen beliggende blodkretser, hvilke skal beskrives nærmere lenger frem, er det nødvendig å holde blodtrykket på en nøyaktig bestemt verdi i en apparatur for behandling av blod, f.eks. i en oksygenbehandlingsapparatur^

For dette formål kan man anbringe en første pumpe mellom et kateter for uttaging av blod og apparatets innløp, og en andre pumpe mellom apparatets utløp og gjeninjiseringsanordningen.

I de amerikanske patenter nr. 2.927.582 og 3.017.885 beskrives den slags anordninger der strømningen gjennom pumpene reguleres ved-hjelp av inviklede organer som både er ømfintlige og besværlige å anvende.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å frembringe en kompakt, enkel, robust og sikker pumpeanordning.

Oppfinnelsen angår således en roterbar peristaltis pumpe uten stator, hvilken pumpe har et dobbelt pumpehus og kun en drivaksel, hvorved hvert pumpehus består av et bøyelig rør som und-. er spenning er bøyet rundt sin rotor og hvis tverrsnitt ved bøynin- gen av rørveggen varierer regelmessig mellom en maksimumsverdie og en minimumsverdi innenfor et på forhånd bestemt intervall for det indre trykk. Pumpen karakteriseres ved at det første rørets tverrsnitt er omtrent ved sin. maksimalverdi og det andre rørets tverrsnitt er omtrent ved sin minimumsverdi når det indre trykk i det vesentlige e»r likt atmosfærisk trykk.

Motorens hastighet kan være fast eller regulerbar.: For at det gjenomsnitlige blodtrykk mellom de to pumpehusene skal for-bli innen et på forhånd bestemt intervall er det nødvendig at det andre pumpehus har en større maksimal strømningskapasitet enn det første pumpehus. For å oppnå dette kan man for det andre pumpehus anvende en rotor hvis ruller beskriver en sirkel med større diameter enn det første pumpehusets rotor, mens de to pumpehus har omtrent like stor indre omkrets. Man kan også anvende identiske rotorer eller kun en rotor som er felles for de to pumpehus, og i dette tilfelle velger man et andre pumpehus som har større indre omkrets enn det første pumpehus. Naturligvis kan man kombinere, disse to muligheter med hverandre.

Det er også nødvendig at det andre pumpehus har en mindre minimal nyttig strømningskapasitet enn det første pumpehus. For å oppnå dette kan man gi det andre pumpehuset en mere bøyelig vegg (vanligvis tynnere vegg) enn det første pumpehus. Man kan gi det andre pumpehusets kanal et tverrsnitt med mindre areal enn det førsteipumpehusets kanal, og man kan f.eks. for det andre pumpehus anvende et rør som er betydelig tilflatet i fravær av påkjenninger, og for det første pumpehus et rør med sirkulært tverrsnitt. Man kan også når det gjelder det andre pumpehus kombinere en tilflatet form og bøyeligere rørvegg.

Oppfinnelsen beskrives nærmere nedenfor under henvisning til de ledsagende tegninger der figur 1 skjematisk viser en utenfor kroppen beliggende blodkrets inneholdende en pumpe ifølge oppfinnelsen, figur 2 viser en karakteristisk kurve for strømningen som funksjon av trykket i et pumpehus som kan anvendes i pumpen ifølge oppfinnelsen, og figur 3 viser karakteristiske kurver for strømningen som funksjon av t-rykket i de to pumpehusene i en pumpe ifølge oppfinnelsen.

I figur 1 kan man se en 'utenfor kroppen beliggende blodkrets som forbinder et apparat 1 av kjent type for oksygenbehand-ling■av blod, hvilket apparat inneholder minst et membran 2, med et

vene-arterie-system hos en pasient.

En kanyle 3 er innført i den nedre hulvene via lår-venen 4 som for dette formål er skåret av. Kanylen har en ikke til-sluttende utvidelse ved sin ende. Denne utvidelsen består av tre elastiske, radielle forgreninger 5, hvilke trykker mot veneveggene og holder disse lokalt utsperret slik at kanylens åpning blir fri-lagt.

Kanylen 3 er forenet med oksygenbehandlingsapparaturens 1 innløp gjennom en bøyelig ledning 7, f.eks. av en silikonelastomer, på hvilken det første pumpehus 6 er anbragt.

En bøyelig ledning 11, likeledes av silikonelastomer, forbinder oksygenbehandlingsapparaturens 1 utløp med en kanyle forbundet med en utvidet protese 8 som er sydd fast på ' lårarterien 9. På ledningen 11 er det andre pumpehus 10 anbragt. Pumpehusene 6 og 10 er forenet med rotorer som drives av en motor 12 ved hjelp av en felles' aksel.

En peristaltisk hjelpepumpe 13 som er tilsluttet til ledningen 7 oppstrøms pumpehuset 6 gjør det mulig å drenere den gjenværende del av venen 4, og innføre ekstra blod i den utenfor kroppen beliggende blodkrets fra en blodkilde 16 for å kompansere eventuelle blodtap, og for eventuelt å kunne innføre legemidler i flytende form, f. eks-, heparin.

Ettersom den som eksempel viste blodkrets utenfor kroppen er av vene-arterie-typen, er det nødvendig å regulere tre forskjellige trykk, nemlig blodtrykket ved innløpet til pumpehuset 6, trykket i oksygenbehandlingsapparaturen sa.mt pasientens arterietrykk, for å holde disse trykk på de ønskede verdier.

Et manometer 17 er anbragt på ledningen 7 umiddelbart intill pumpehusets 6 innløp. Ved kjennskap til blodtrykket ved intrednen 1 pumpehuset 6 er det mulig å beregne blodstrømmen slik det skal vises nedenfor.

Et manometer 14 gjør det mulig å kontrollere blodtrykket i oksygenbehandlingsapparaturen. Et manometer 21 som måler pasientens arterietrykk gjør det dessuten mulig å holde dette trykk på ønsket nivå ved ved behov enten å påvirke blodvolumet ved hjelp av flasken 16 og pumpen 13 eller å påvirke pasientens karmotstand.

Blodet hør innføres i pasienten med en temperatur nær 37°C. For dette formål kan man utstyre ledningen 11 med organer for gjenoppvarming av blodet, f.eks. en elektrisk motstand 18 lagt

inn i ledningens vegg.

To temperaturmålere 19 og 20 av kjent type er plassert nedstrøms henholdsvis i nivå med varmeelementet 18. Måleren 19 gjør det mulig å kontrollere (og eventuelt å regulere) blodets gjenoppvarming. Måleren 20 gjør det mulig å unngå lokal overopp-varming av blodet, noe som kunne inntreffe ved en reduksjon eller en tilfeldig stans i blodstrømmen.

Blodkretsen fungerer sjematisk på følgende måte. Vene-blod strømmer fra den nedre hulvene der det har et trykk nær atmosfærestrykket gjennom kanylen 3 og ledningen 7 frem til det første pumpehus 6. Dette pumpehus 6 pumper blodet inn i oksygenbehandlingsapparaturen 1 med et trykk som er tilstrekkelig til å overvinne trykkfallet i apparaturen. Oksygenbehandlingsapparaturens blod-kammere holdes fylte og blodfilmenes .tykkelse holdes i det vesentlige konstant, hvorved blodtrykket av det andre pumpehus holdes innen et på forhånd bestemt intervall angitt på manometeret 14.

Det oksygenbehandlede blod fjernes fra oksygenbehandlingsapparaturen ved hjelp av det andre pumpehus 10 som forhøyer blodtrykket til en verdi som muliggjør blodets innføring i pasientens arteriesystem gjennom protesen 8 etter en egnet gjenoppvarming i ledningen 11.

Det blod som i tur og orden strømmer gjennom de 2 pumpehus leveres av pasientens vener. Den gjenomsnittelige pumpestrøm bør kunne variere på en slik måte at en hver økning av venetrykket forhindres ettersom dette kan fremkalle problemer for pasienten (spesielt akutt lungeødem). For å unngå slike problemer er det hensiktsmessig å øke strømmen gjennom pumpehusene 6 og 10. Hvis venetrykket blir alt for lavt bør derimot denne strøm reduseres

for at man skal unngå venekollaps.

Pumpen ifølge oppfinnelsen gjør det mulig å oppnå dette resultat. Ved konstant hastighet er strømmen gjennom vært pumpehus en funksjon av blodtrykket ved innløpet, noe som tydlig frem-går av den i figur 2 viste karakteristiske kurve og strømmen som funksjon av sugetrykket.

For et driftstrykk pA ved innløpet til det rør som danner pumpehuset, mellom to grenseverdier pm og p^, kan man se at pumpen gir en strøm Q. mellom to grenseverider Qmog Q^. Strømmen QAer i dette intervall i det vesentlige proposjonalt med innløps-trykket pA.

I den følgende beskrivelse angis med pm og p^det mini male nyttetrykk henholdsvis det maksimale nyttetrykk ved pumpehus-innløpet. På samme måte betegner<Q>mog Q M tilsvarende minimale henholdsvis maksimale nyttestrømmer.

Den minimale nyttestrøm Qm oppnås når innløpstrykket er tilstrekkelig lavt til at røret skal trykkes sammen, hvorved rørets motstående vegger presses mot hverandre slik at rørets tverrsnitt får formen av eri manual. Går man ut over dette, flates røret ytterligere av, men under påvirkning av et meget mindre sugetrykk ved pumpehusinnløpet, noe som tilsvarer en hurtig forandring av kurvens helling.

Den maksimale nyttestrøm Q M oppnås når innløpstrykket er tilstrekkelig høyt til at røret skal få et sirkulært tverrsnitt. Går man ut over dette kan røret kun utvide seg, noe som krever betydelig høyere trykk og som likeledes tilsvarer en hurtig forandring av kurvens helling.

I den i gifur 1 viste blodkrets varierer strømmen i pumpehuset 6 med venetrykket for et gitt nivå for pumpehuset 6 i forhold til kanylen 3. Ettersom venetrykket i nivå med kanylen 3 er nær det atmosfæriske og ettersom blodtrykket ved inntrednen i pumpehuset 6 skiller seg fra venetrykket med verdien av trykktapene i de mellomliggende ledninger 7, delvis kompansert av nivåforskjel-len mellom kanylen 3 og pumpehuset 6, der blodtrykket ved pumpehus-innløpet vanligvis lavere enn atmosfærestrykket. Man velger for-delaktig- et pumpehus 6 viss karakteristiske strømning-trykk-kurve strekker seg i en sone som fortrinnsvis går fra et trykk under atmosfærestrykket opp til atmosfærestrykk. i figur 3 vises den karakteristiske kurve for pumpehuset 6. Den nyttige sone av kur-ven er mellom punktene Bm og B^, hvorved grensetrykket pmg og p^g i det viste tilfelle begge to er lavere enn atmosfærestrykket som er ved verdien 0 på abscissen (punktet 0). Strømmen er proposjonal med trykket og med rotasjonshastigheten for den rotor som er forbundet med pumpehuset 6.

Det er hensiktsmessig at det maksimale nyttetrykk p^g er noe lavere enn atmosfærestrykket, vanligvis mindre enn 20 mm Hg og fortrinnsvis mindre en .10 mm Hg under atmosfærestrykket. Man oppnår denne tilstand med et pumpehus som dannes av et. rør med tynne vegger og som "i hvile har et sirkulært tverrsnitt. Dette tverrsnitt er maksimalt og tillater en maksimal nyttestrøm QMg• Ved et blodtrykk p^ved inntrednen i pumpehuset 6, mellom grense- verdiene p^g og p^g og under atmosfærestrykk, har røret et omtrent eliptisk tverrsnitt med mindre flate enn flaten av det sirkulære tverrsnitt med samme omkrets, og den tilsvarende strøm er Qg. Når trykket pg blir lik'det minimale nyttetrykk Pmg > avflates røret ytterligere og flaten av tverrsnittet blir nær 0, hvorved strømmen reduseres tijL den minimale nyttestrøm Qmg •

Det 'andre pumpehuset 10 som er montert i serie med det første pumphuset 6, leverer nøyaktig samme gjennomsnittelige strøm. Strømmen i pumpehuset 10 bestemmes altså av strømningen 6 som i sin tur avhenger av venetrykket.

Pumpen 6, 12, 10 er vanligvis anordnet på i det vesentlige samme nivå som oksygenbehandlingsapparaturen. Aggregatet av pumpen og oksygenbehandlingsapparaturen er vanligvis plassert under pasienten på et'regulerbart nivå slik at man delvis skal kunne kompansere trykktapene oppstrøms pumpehuset 6 og således innstille blodstrømmen på en ønsket middelverdi..

Det er nødvendig å holde blodtrykket i oksygenbehandlingsapparaturen innenfor et på forhånd bestemt trykkintervall for at blodfilmen skal beholde en i det vesentlige konstant tykkelse ved kontakt med membranet, og for å muliggjøre en regulert trykk-gradient gjennom tykkelsen av membranet.

I en oksygenbehandlingsapparatur bestående av en sta-bel av omvekslende membraner og mellomleggsplater kan man således velge.å opprettholde det relative blodtrykk, målt ved hjelp av manometeret 14, til innenfor et på forhånd bestemt intervall, f.eks. mellom 0 og 200 mm Hg over atmosfærestrykket.

Om man i denne oksygenbehandlingsapparatur holder oksygentrykket under atmosfærestrykket, er trykkdifferansen mellom blodet og oksygenet alltid positiv, noe som muliggjør anvendelse av mikroporøse membraner med stor gasspermeabilitet. De i det franske patent nr. 1.568.130 beskrevne membraner egner seg spesielt godt for dette formål. Opprettholdelse av denne positive trykk-differanse gjør det dessuten mulig å unngå at membranet tilfeldig-vis kleber seg fast ved hverandre, en slik fastklebing er nemlig meget bestandig.

Hvis derimot blodtrykket er alt for meget høyere enn oksygentrykket, f.eks. av størrelsesorden 800 mm Hg, vil blodet kunne sprenge membranet eller overvinne membranets hydrofobe egen-skaper og trenge gjennom dette.

Blodtrykket i oksygenbehandlingsapparaturen kan holdes innenfor et valgt intervall ved hjelp av pumpehuset 10 viss karakteristiske strømnings-trykk-kurve strekker seg i en trykksone som i det vesentlige ligger over atmosfærestrykket. I figur 3 vises den karakteristiske kurve for pumpehuset 19. Kurvens nyttige sone er mellom punktene cm og C^, og de tilsvarende grensetrykkPml0 og ]?M10 er i dette 'tilfelle begge høyere enn atmosfærestrykket.

Det er hensiktsmessig at det minimale nyttetrykk Pm-]_Q

er likt eller noe høyere.enn atmosfærestrykket, vanligvis mindre enn 20 mm Hg og fortrinnsvis mindre enn 10 mm Hg over atmosfærestrykket. Man oppnår dette ved hjelp av et pumpehus bestående av et rør som i ro har et avflatet tverrsnitt. Dette tverrsnitt er kvasiminimalt og tillater en minimal nyttestrøm QmlQ• Røret 10 har ganske tynne vegger for at at den maksimale nyttestrøm Qp^g skal oppnås ved et maksimalt nyttetrykkPjvqqjsom vanligvis er mindre enn 200 mm Hg og fortrinnsvis ca. 50 mm Hg over atmosfærestrykket. Por hver strøm som påtvinges av pumpehuset 6 får således pumpehuset 10 et mer eller mindre avflatet tverrsnitt, tilsvarende trykk ved oksygenbehandlingsapparaturens utløp på mellom 0 og f.eks. 50 mm Hg over atmosfærestrykket,. Det maksimale trykk ved oksygenbehandlingsapparaturens innløp avhenger av trykktapene i apparatet, vanligvis under 100 mm Hg for blodstrømmer av størrelsesorden 600 ml/min. i en oksygenbehandlingsapparatur med en flate på 0,5 m<2>.

i Oppfinnelsen skal illustreres ved følgende eksempel.

Eksempel

En pumpe med dobbelt pumpehus omfatter en motor 12 viss hastighet er regulerbar mellom 0 og 40 omdreininger pr. minutt. Denne motor driver en aksel på hvilken det er montert to rotorer. Hver og en av disse rotorer bærer tre ruller viss periferi beskriver en sirkel med en diameter på 190 mm. Den første rotoren påvirker et første pumpehus 6 bestående avet rør av silikonelastomer med et sirkulært tverrsnitt med en ytre diameter på 20 mm og en indre diameter på 15,8 mm. Den andre rotor påvirker et andre pumpehus 10 bestående av et rør med elliptisk tverrsnitt når det ikke er utsatt for påkjenninger. Ellipsens indre storaksel og lilleaksel er 24 mm hen^holdsvis 4 mm. Omkretsen er like stor som hos et rør med et sirkulært tverrsnitt med eh indre diameter på 16,8 mm og en ytre diameter på 20 mm.

Denne pumpe kobles inn på den måte som er vist i figur 1.

Oksygenbehandlingsapparaturen 1 har en membranflate på 3 m 2. Man regulerer blodstrømmen til en middelverdi på 2 l/min. hv-rved blodtrykket i oksygenbehandlingsapparaturen ved hjelp av pumpen holdes innen intervallet 50-150.mm Hg. Denne anordning gjør det mulig å oppnå en gjennomsnittelig oksygenoverføring på 130 ml/min. og en gjennomsnittelig karbondioksydoverføring på 150 ml/min. Når man med denne utrustning delvis har erstattet hjerte-.lunge-virksomheten hos en voksen pasient i. 52 timer, har man observert en hemolysegrad som er mindre enn 0, 5%.

Claims (5)

1. Roterbar peristaltisk pumpe uten stator, hvilken pumpe har dobbelt pumpehus og kun en drivaksel, hvorved hvert pumpehus består at et bøyelig rør som er bøyet under spenning rundt sin rotor og viss tverrsnitt ved bøyning av rørveggen varierer regelmessig mellom en maksimalverdi og en minimalverdi innenfor et på forhånd bestemt intervall for det indre trykk, karakterisert ved at det første rørets tverrsnitt er omtrent ved sin maksimalverdi og det andre rørets tverrsnitt er, omtrent ved sin minimalverdi når det indre trykket er i det vesentlige likt med atmosfærestrykket. ••

2. Pumpe ifølge krav 1,. karakterisert ved at det første rørets tverrsnitt er ved sin maksimalverdi og det i andre rørets tverrsnitt ved sin minimalverdi innenfor intervallet - 20 mm Hg i forhold til atmosfærestrykket.

3. Pumpe ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det andre rørets maksimale strømningskapasitet er større enn det første rørets maksimale strømningskapasitet.

4. Pumpe ifølge et hvilket som helst av kravene l-33karakterisert ved at det andre rørets minimale strømningskapasitet er mindre enn det første rørets minimale strømningskapasitet.

5. Pumpe ifølge krav 3} der de to rørene er spendt rundt identiske rotorer, karakterisert ved at det andre .rørets indre omkrets er større enn det første rørets indre omkrets. c