RU2017503C1

RU2017503C1 - Mass exchange apparatus

Info

Publication number: RU2017503C1
Authority: RU
Inventors: А.М. Эфендиев; В.В. Петраш
Original assignee: Эфендиев Алексей Мамедович
Priority date: 1992-04-08
Filing date: 1992-04-08
Publication date: 1994-08-15

Abstract

FIELD: medical engineering. SUBSTANCE: apparatus includes alternating blood chambers and exchange medium. Blood chambers incorporate packs connected in parallel and including semi-permeable membranes, screens and support members having coaxial identical inlets and outlets, two lids having inlet and outlet connections to admit and discharge blood and exchange medium and communicating with respective through holes, and sealing member. Apparatus further incorporates tightening and pressing members. Each chamber is provided with three support members enclosed in blood chamber and positioned in between two semi-permeable membranes. Support members enclosed in exchange medium chamber are located in between two screens. Each inlet and outlet in central support member communicates with several narrow through grooves, remaining two support members in each chamber being positioned for contacting central support member and having through closed-type ports to laterally restrict blood and exchange medium flows. Sealing member is flexible edging disposed around periphery of members of packs and inlets and outlets. Packs are pressed against one another by pressing member and secured in between lids by tightening member. EFFECT: more sophisticated design. 7 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к мембранным массообменным устройствам - оксигенаторам, диализаторам. The invention relates to medical equipment, in particular to membrane mass transfer devices - oxygenators, dialyzers.

Известно массообменное устройство, содержащее изолированные капиллярные системы, состоящие из набора полупроницаемых пластин с отверстиями и пазами клиновидной формы (авт. св. N 613758, кл. А 61 М 1/22). Однако полупроницаемые пластины с нанесенными на них капиллярными бороздками сложны в изготовлении, недостаточно проницаемы (из-за значительной толщины) для обменной среды. Кроме того, указанное устройство значительно травмирует форменные элементы крови и плохо поддается герметизации. Known mass transfer device containing isolated capillary systems consisting of a set of semi-permeable plates with holes and wedge-shaped grooves (ed. St. N 613758, class A 61 M 1/22). However, semipermeable plates with capillary grooves deposited on them are difficult to manufacture, not sufficiently permeable (due to their considerable thickness) for the exchange medium. In addition, this device significantly injures the formed elements of the blood and is difficult to seal.

Известен оксигенатор крови, который содержит параллельно соединенные пакеты, выполненные из двух газопроницаемых мембран, расположенных между опорными пластинами и две крышки со штуцерами для ввода и вывода газа и крови. Для повышения герметичности и исключения контакта крови с опорными пластинами он дополнительно снабжен пористыми втулками для ввода и вывода газа, расположенными между мембранами, причем участки мембран каждого пакета между пористыми втулками, а также участки мембран для ввода и вывода крови смежных пакетов герметично соединены между собой. Known blood oxygenator, which contains parallel-connected packages made of two gas-permeable membranes located between the support plates and two covers with fittings for input and output of gas and blood. To increase the tightness and prevent blood contact with the support plates, it is additionally equipped with porous bushings for gas inlet and outlet located between the membranes, and the membrane portions of each package between the porous bushings, as well as sections of the membrane for blood inlet and outlet of adjacent packets are hermetically interconnected.

В этом оксигенаторе в камеру крови, образованную двумя мембранами, помещена мелкоячеистая полимерная сетка, которая травмирует форменные элементы крови в большей степени, чем опорные пластины. Кроме того, использование в газовой камере дополнительной пористой втулки, а в камере крови - распределительной втулки из полимера усложняет конструкцию оксигенатора и повышают его себестоимость. Наличие клеевых соединений не позволяет осуществлять изготовление оксигенатора в условиях массового производства, снижает его герметичность и, как следствие, надежность в работе. In this oxygenator, a fine-meshed polymer network is placed in the blood chamber formed by two membranes, which injures the formed blood elements to a greater extent than the support plates. In addition, the use of an additional porous sleeve in the gas chamber, and a polymer distribution sleeve in the blood chamber complicates the design of the oxygenator and increases its cost. The presence of adhesive joints does not allow the manufacture of oxygenator in mass production, reduces its tightness and, as a result, reliability.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является массообменное устройство, содержащее набор опорных элементов, расположенные между ними пары мембран, приспособление для стяжки опорных элементов, причем опорные элементы и мембраны имеют соосные отверстия равного размера для ввода и вывода жидкости, а опорные элементы выполнены с выемками вокруг отверстий и отношение диаметров выемок и отверстий 1,5:2,0 и отношение диаметра отверстий и глубина выемок меньше величины 2(n-1), где n - количество опорных элементов в наборе (авт.св. N 1063417, кл. А 61 М 1/22). The closest in technical essence to the claimed invention is a mass transfer device containing a set of supporting elements, pairs of membranes located between them, a device for tightening the supporting elements, the supporting elements and membranes having coaxial holes of equal size for liquid inlet and outlet, and the supporting elements are made with the grooves around the holes and the ratio of the diameters of the grooves and holes is 1.5: 2.0 and the ratio of the diameter of the holes and the depth of the grooves is less than 2 (n-1), where n is the number of support elements in D (SU, N 1063417, cl. A 61 M 1/22).

Данное устройство в связи с уменьшением местных сопротивлений при входе крови с камеру крови из коллекторных отверстий действительно снижает ее травму, однако использование в конструкции устройства клеевых соединений делает его ненадежным (в смысле герметизации) в работе. Кроме того, использование для формирования полостей входа и выхода растворимых в жидкости таблеток приводит к значительному повышению трудоемкости изготовления устройства и к безвозвратной потере ценных веществ - крахмала и глюкозы. This device, due to the decrease in local resistances when blood enters the blood chamber from the collector openings, really reduces its injury, however, the use of adhesive joints in the design of the device makes it unreliable (in the sense of sealing) in operation. In addition, the use of liquid-soluble tablets for forming the inlet and outlet cavities leads to a significant increase in the laboriousness of manufacturing the device and to an irretrievable loss of valuable substances - starch and glucose.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в том, чтобы уменьшить травму форменных элементов крови, повысить герметичность массообменного устройства и значительно упростить его конструкцию. The technical problem to which the invention is directed is to reduce the trauma of blood cells, increase the tightness of the mass transfer device and greatly simplify its design.

Решение указанной задачи достигается тем, что в массообменном устройстве, содержащем камеры крови и камеры обменной среды, состоящие из набора опорных элементов и полупроницаемых мембран с соосными сквозными отверстиями равного размера для ввода и вывода жидкости, приспособление для стяжки опорных элементов и приспособление для герметизации, камеры крови и камеры обменной среды содержат по три опорных элемента, заключенных в камере крови между двумя полупроницаемыми мембранами, а в камере обменной среды - между двумя сетками, чем каждое вводное и выводное отверстия центрального элемента выполнены соединяющимися с несколькими сквозными узкими пазами, два других элемента, контактирующие с центральным, имеют сквозные замкнутые окна, предназначенные для бокового ограничения потока жидкости, все элементы камер крови и обменной среды имеют одностороннее герметизирующее обрамление вдоль периметра и вокруг отверстий вводы и вывода, выполненное из эластичного материала и прижаты друг к другу с помощью нажимного элемента. The solution to this problem is achieved by the fact that in a mass transfer device containing blood chambers and chambers of an exchange medium, consisting of a set of support elements and semipermeable membranes with coaxial through holes of equal size for fluid inlet and outlet, a device for supporting the couplers and a device for sealing, cameras blood and the exchange medium chamber contain three supporting elements enclosed in the blood chamber between two semipermeable membranes, and in the exchange medium chamber - between two nets than each The inlet and outlet openings of the central element are made connecting with several through narrow grooves, the other two elements in contact with the central have through closed windows designed for lateral restriction of fluid flow, all elements of the blood chambers and the exchange medium have a one-way sealing frame along the perimeter and around openings inlets and outlets made of elastic material and pressed against each other using a pressure element.

Сравнение известных технических решений с заявленным показывает, что существенными отличительными признаками предложенного устройства является наличие в заявленном устройстве совокупности новых узлов, новых конструктивных элементов и функциональных связей. A comparison of the known technical solutions with the claimed one shows that the essential distinguishing features of the proposed device is the presence in the claimed device of a combination of new nodes, new structural elements and functional connections.

Новый узел - три контактирующих друг с другом опорных элемента, содержащие герметизирующее обрамление из эластичного материала. The new unit is three supporting elements in contact with each other, containing a sealing frame of elastic material.

Новые конструктивные элементы - центральный опорный элемент, содержащий два отверстия для ввода и вывода жидкости, выполненные соединяющимися с узкими сквозными пазами, два крайних элемента, имеющие сквозные замкнутые окна, предназначенные для бокового ограничения потока жидкости, резиновый буфер, создающий сдавливающее усилие на все элементы устройства. New structural elements - a central support element, containing two holes for fluid inlet and outlet, made by connecting with narrow through grooves, two extreme elements having through closed windows, designed for lateral restriction of fluid flow, a rubber buffer that creates a compressive force on all elements of the device .

Новые функциональные связи - расположение контактирующих друг с другом трех опорных элементов между двумя мембранами. New functional connections are the arrangement of three supporting elements in contact with each other between two membranes.

Наличие в камерах трех опорных элементов, центральный из которых имеет отверстия ввода-вывода, соединяющиеся с узкими сквозными пазами, позволяет оформить каналы для потока жидкости из коллекторных отверстий в камеру и обратно. Кровь при этом, не испытывая высоких местных сопротивлений, травмируется минимально. Отсутствие разделительных капилляров и сеток в камере крови также способствует уменьшению травмы форменных элементов крови. The presence of three supporting elements in the chambers, the central of which has I / O openings connected to narrow through grooves, allows you to design channels for fluid flow from the collector openings to the chamber and vice versa. At the same time, blood, without experiencing high local resistance, is injured minimally. The absence of dividing capillaries and nets in the blood chamber also helps to reduce the trauma of blood cells.

Наличие плотного эластичного обрамления вокруг отверстий ввода-вывода и вдоль периметра элементов позволяет сделать камеры и устройство в целом герметичными. The presence of a dense elastic frame around the I / O holes and along the perimeter of the elements allows you to make the camera and the device as a whole tight.

Все элементы камер могут быть выполнены высокопроизводительным методом вырубной штамповки из одного и того же (кроме мембран) материала, например, рулонного поливинилхлорида. All elements of the chambers can be made by the high-performance method of cutting stamping from the same material (except membranes), for example, rolled polyvinyl chloride.

Заявленное изобретение удовлетворяет критериям новизны и изобретательского уровня. The claimed invention meets the criteria of novelty and inventive step.

На фиг.1 показан общий вид массообменного устройства; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - все элементы камеры крови с герметизирующим обрамлением; на фиг.4 - все элементы камеры обменной среды (герметизирующее обрамление условно не показано); на фи г.5 - крупным планом опорные элементы камер и разрез Б-Б; на фиг.6 - движение потока обменной среды в камере обменной среды; на фиг.7 - движение потока крови в камере крови. Figure 1 shows a General view of the mass transfer device; figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 - all the elements of the blood chamber with a sealing frame; figure 4 - all the elements of the chamber of the exchange medium (sealing frame conditionally not shown); on fi g. 5 - close-up of the supporting elements of the chambers and section BB; figure 6 - movement of the flow of the exchange medium in the chamber of the exchange medium; Fig.7 - the movement of blood flow in the blood chamber.

Массообменное устройство состоит из камер обменной среды 1, камер крови 2, верхней крышки 3 и нижней 4, запорных устройств 5 и нажимного элемента в виде резинового буфера 6. Верхняя крышка 3 содержит два штуцера для подвода 7 и отвода 8 обменной среды, а также два штуцера для подвода 9 и отвода 10 крови. The mass transfer device consists of chambers of the exchange medium 1, blood chambers 2, the top cover 3 and the bottom 4, the locking devices 5 and the pressure element in the form of a rubber buffer 6. The top cover 3 contains two fittings for supplying 7 and the outlet 8 of the exchange medium, as well as two nipple for supplying 9 and bleeding 10 blood.

Каждая камера крови 2 содержит (см.фиг.2 и 3) центральный элемент 11, два крайних элемента 12 и две мембраны 13. Все элементы камеры крови, включая мембраны, имеют по четыре сквозных отверстия одного размера, два из которых 15 и 16 (фиг.5), предназначенные для ввода и вывода жидкости из камеры, в центральном элементе 11 выполнены соединяющимися со сквозными узкими пазами 17 и 18, через которые подводится в камеру и отводится из нее в жидкость. Крайние элементы 12 имеют сквозное замкнутое окно 19, ограничивающее и формирующее поток жидкости. Each blood chamber 2 contains (see Fig. 2 and 3) a central element 11, two extreme elements 12 and two membranes 13. All elements of the blood chamber, including membranes, have four through holes of the same size, two of which are 15 and 16 ( 5), intended for input and output of liquid from the chamber, in the central element 11 is made connecting with through narrow grooves 17 and 18, through which it is brought into the chamber and discharged from it into the liquid. The end elements 12 have a through closed window 19, limiting and forming a fluid flow.

Радиусные элементы контура окна 19, расположенные вокруг сквозных отверстий 15 и 16, имеют возможность лишь частично закрывать сквозные пазы 17 и 18. Через незакрытые участки пазов жидкость имеет возможность проникать в камеры и покидать их. The radius elements of the contour of the window 19, located around the through holes 15 and 16, have the ability to only partially close the through grooves 17 and 18. Through unclosed sections of the grooves, the liquid has the ability to penetrate into the chambers and leave them.

Камеры обменной среды 1 состоят из тех же элементов 11 и 12, что и камеры крови 2, однако вместо мембран 13 они имеют сетки 14. Кроме того, элементы камер крови в собранном устройстве развернуты относительно элементов камер обменной среды на 180^о.The chambers of the exchange medium 1 consist of the same elements 11 and 12 as the blood chambers 2, however, instead of the membranes 13 they have grids 14. In addition, the elements of the blood chambers in the assembled device are rotated relative to the elements of the chambers of the exchange medium by 180 ^° .

Все элементы камер крови и обменной среды имеют герметизирующее обрамление 20 вдоль периметра элементов и вокруг отверстий ввода и вывода жидкости. Обрамление выполнено из плотного эластичного материала, например "Эластосила", с последующей вулканизацией, выполненной до сборки устройства. All elements of the blood chambers and the exchange medium have a sealing frame 20 along the perimeter of the elements and around the fluid inlet and outlet openings. The frame is made of a dense elastic material, for example, "Elastosil", followed by vulcanization, performed before the assembly of the device.

Работает массообменное устройство следующим образом. Кровь подается перфузионным насосом на штуцер 9 устройства, а на штуцер 7 - обменная среда. Пройдя через отверстие 15, сквозные узкие пазы 17 (фиг.5), кровь, разделившись на два потока - верхний и нижний (фиг.2), протекает по камере крови и через пазы 18 и отверстие 16, штуцер 10 выходит из устройства. Аналогичное движение имеет по своим камерам обменная среда. Works mass transfer device as follows. Blood is supplied by a perfusion pump to the nozzle 9 of the device, and to the nozzle 7 - the exchange medium. After passing through the hole 15, through the narrow narrow grooves 17 (figure 5), the blood, having divided into two streams - the upper and lower (figure 2), flows through the blood chamber and through the grooves 18 and the hole 16, the nozzle 10 leaves the device. The exchange medium in its chambers has a similar movement.

Сетки 14, ограничивающие камеры обменной среды и контактирующие с мембранами 13 (мембраны выполнены из тонкой пленки марки "Карбосил-АС") не позволяют последним под давлением крови "прилипнуть" к поверхности средней части центральных элементов 11 камер обменной среды и, тем самым, перекрыть ее поток. Вместе с тем, мембраны 13, облегая под давлением крови отверстия сеток 14,создают кавитационные зоны в камерах крови, что способствует интенсивному перемешиванию крови, необходимому для эффективной работы массообменного устройства. The grids 14, which limit the chambers of the exchange medium and are in contact with the membranes 13 (the membranes are made of a thin film of the Karbosil-AS brand) do not allow the latter to “stick” to the surface of the middle part of the central elements 11 of the chambers of the exchange medium under blood pressure her flow. At the same time, the membranes 13, encircling the openings of the nets 14 under pressure of the blood, create cavitation zones in the blood chambers, which contributes to the intensive mixing of blood necessary for the efficient operation of the mass transfer device.

В качестве нажимного элемента в предлагаемом массообменном устройстве использован резиновый буфер 6, который, получив при сборке устройства под прессом потенциальную энергию, создает сдавливающее усилие на все элементы устройства и, тем самым, способствует лучшей его герметизации. As a pressing element in the proposed mass transfer device, a rubber buffer 6 is used, which, having received potential energy during assembly of the device under a press, creates a compressive force on all elements of the device and, thereby, contributes to its better sealing.

Испытания опытных образцов массообменного устройства (в качестве оксигенатора) на животных в Государственном институте усовершенствования врачей (г. С-Петербург) показали оптимальное насыщение крови кислородом (рО₂ = 120 - 150 мм рт.ст.), минимальную травму форменных элементов крови (6-8 мг/% за 8 ч работы) и абсолютную герметичность.Tests of prototypes of the mass transfer device (as an oxygenator) in animals at the State Institute of Advanced Medical Studies (St. Petersburg) showed optimal oxygen saturation of the blood (pO ₂ = 120 - 150 mm Hg), minimal trauma of blood cells (6 -8 mg /% for 8 hours of work) and absolute tightness.

Claims

MASS-EXCHANGE DEVICE containing alternating chambers for blood and exchange medium, consisting of parallel-connected packages, including semipermeable membranes, grids and support elements with coaxial equal inlet and outlet openings, two covers with fittings for input and output of blood and exchange medium, connected to corresponding through holes, and a means for sealing, characterized in that it introduced a device for screed and pressure element, each chamber includes three support elements enclosed in for blood between two semipermeable membranes, and between two grids in the exchange medium chamber, each inlet and outlet opening of the central support element is connected to several through narrow grooves, two other support elements of each chamber are installed with the possibility of contact with the central one and have through closed windows for lateral restriction of blood flow and the exchange medium, the means for sealing is made in the form of an elastic frame along the perimeter of the package elements and around the inlet and outlet openings, and p chum pressed together by the pressing member and the covers are clamped by means for the screed.