DE2314644C3 - Vorrichtung zur Sauerstoffbeladung und Temperierung von Blut - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Sauer-Stoffbeladung und Temperierung von Blut außerhalb des Körpers eines Patienten, mit einer Anzahl parallel angeordneter dünner Austauschrohre, die an ihren Enden in Stirnplatten eingesetzt sind, mit einem die Austauschrohre fluiddicht umgebenden Rohr, mit je einem in den freien Raum zwischen Rohr und Austauschrohren mündenden Einlaß und Auslaß, mit einem die eine Stirnplatte als Begrenzung umfassenden Einlaßraum für venöses Blut und mit einem die zweite Stirnplatte als Begrenzung umfassenden Sammelraum to für arterielles Blut.

Bei einer bekannten derartigen Vorrichtung (DE-AS 63 319) sind die Austauschrohre lediglich von Blut durchflossen, und die Wandungen der Austauschrohre sind porös. Der freie Raum zwischen dem Rohr und den Austauschrohren ist mit öl gefüllt, und durch dieses wird sauerstoffreiches Druckgas geblasen. Der Sauerstoff gelangt durch die Austauschrohre mit dem Blut in Berührung, Eine derartige Vorrichtung hat eine begrenzte Beladungsgeschwindigkeit und läßt sich schwer säubern.

Es ist ferner bereits eine Blutbehandlungsvorricbtung bekannt (DE-AS 14 91 658), bei der in einer von venösem Blut durchflossenen Kammer eine perforierte Sonde angeordnet ist, durch die Sauerstoff in die Kammer gesprudelt wird, welcher dann mit dem Blut in Berührung kommt Es ist auch schon eine Entschäumkammer vorgesehen, so daß der Vorrichtung praktisch entschäumtes Blut entnommen werden kann. Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß die Beladungsgeschwindigkeit begrenzt ist daß also für eine ausreichende Beladung des Blutes ein verhältnismäßig großes Blutvolumen vorhanden sein muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine schnelle Sauerstoffbeladung mit hoher Genauigkeit ermöglicht und welche das Auftreten von zu Embolien führenden Gasblasen vermeidet

Die Lösung dieser Aufgabe ist darin zu sehen, daß der Raum zwischen den Austauschrohren und dem diese umgebenden Rohr lediglich von einem Wärmeübertragungsfluid durchflossen ist daß der Einlaßraum durch eine gasdurchlässige Platte in zwei Kammern unterteilt ist von denen lediglich eine die Stirnplatte als Begrenzung umfaßt, ääß jede dieser beiden Kammern mit einem Einlaß versehen ist daß der Einlaß der an die eine Stirnpiatte angrenzenden Kammer zum Zuführen von venösem Blut dient und daß dem Einlaß der anderen Kammer Sauerstoff zugeführt wird.

Bei einer derartigen Vorrichtung steigen die Sauerstoffgasblasen in den einzelnen Austauschrohren auf und erreichen eine Relativgeschwindigkeit gegenüber dem Blut welches durch die Gasblasen in einer dünnen Schicht gegen die Wand der Austauschrohre verdrängt wird. Es hat sich gezeigt daß diese dünnen Schichten verhältnismäßig schnell und vollständig mit Sauerstoff beladen werden und daß die Beschaffenheit des Blutes nicht beeinträchtigt wird.

Die Temperierung des Blutes erfolgt auf einfache Weise mit einem Wärmebehandlungsfluid, welches in an sich bekannter Weise (US-PS 30 64 649) in dem Raum zwischen Rohrund Austauschrohren fließt

Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel ergänzend beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung, F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 von F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 von F i g. 1, F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 von F i g. 1, F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 von F i g. 1, Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 von F i g. 1, F i g. 7 einen Schnitt längs der Linie 7-7 von F i g. 1, F i g. 8 einen der F i g. 2 entsprechenden Schnitt einer abgeänderten Ausführungsform.

Die Vorrichtung IO zur Sauerstoffbeladung und Temperierung von Blut ist in F i g. 1 im Schnitt dargestellt. Sie dient zum schnellen Absorbieren von Sauerstoff durch das Blut und zum Austauschen des Kohlendioxids. Die Vorrichtung umfaßt eine Anzahl Austauschrohre 11, die eine gleiche Länge 12 haben und einen geringen Durchmesser 13. Sämtliche Austauschrohre sind in einer parallelen Anordnung 14 angeordnet und liegen mit ihren Enden in einer Basisebene 15 bzw. einer Kopfebene 16. Die Austauschrohre sind unten in

eine erste, untere Stirnplatte 17 eingesetzt. Pie oberen Enden sind in gleicher Weise in eine zweite, obere Stirnplatte 18 eingesetzt Das ganze Gebilde ist von einem Rohr 19 umgeben, welches die erste Stirnplatte 17 und die zweite Stimplatte 18 fest umgibt. Diese Baueinheit bildet einen Austauscher 20,

Das Rohr 19 weist mindestens einen Fluidanschluß 21 auf, der nahe der unteren Stimplatte 17 liegt, sowie einen weiteren Fhiidanschluß 22, der einen Verteilerkopf 23 umfaßt, in den eine Rohranordnung 24 eingesetzt ist, die sich bis in den Bereich der oberen Stimplatte 18 erstreckt Aufgrund dieser Anordnung kann ein Wärmeübertragungsfluid 64 von dem Fluidanschluß 21 über den Innenraum des Austauschers 20 bis zum Fluidanschluß 22 fließen, oder umgekehrt Wie in F i g. 1 und in Einzelheiten in F i g. 7 dargestellt ist weist der Verteilerkopf 23 Fittings auf zum Aufnehmen der Rohranordnung 24, die das Wärmeübertragungsleitungssystem 25 bildet

Im unteren Teil der Vorrichtung liegt ein Bluteinlaßverteiler 26, der mit seinem Verteilerende 27 koaxial an das Rohr 19 angesetzt ist und zwar im Bereich der unteren Stimplatte 17. Gemäß F i g. 1 sitzt der Bluteinlaßverteiler 26 mit Paßsitz an dem Rohr 19, und das Verteilerende 27 hat einen Innendurchmesser 28, der einen Paßsitz um das Rohr 19 ergibt Der Bluteinlaßverteiler 26 umfaßt eine Platte 29, die das andere Ende des Verteilers bildet Die Platte 29 bildet den Ort 36 für eine Anzahl Gas-Injektoröffnungen 30, die sich durch diese Platte erstrecken, wie im einzelnen in Fi g. 2 dargestellt ist Die Vorrichtung umfaßt ferner noch ein Rohrstück 31, welches konzentrisch zu dem Verteilerende 27 an dem Rohrende 32 des Rohres 19 anliegt Das Rohrstück 31 liegt mit seinem zweiten Rohrende 33 einen geringen Abstand 34 von der Platte 29 entfernt und bildet mit dieser einen Ringspalt 63 und hat einen Innendurchmesser 35, der wenigstens die Orte

36 aller Injektoröffnungen 30 in der Platte 29 umfaßt Der Abstand 34, also die lichte Weite des Ringspaltes 63, beträgt typisciierweise 0,5 mm.

Die F tg. 2 und 3 zeigen ein Paar Bluteinlaßöffnungen

37 in Draufsicht während diese öffnungen in F i g. I im Schnitt dargestellt sind. Es sind mehrere Bluteinlaßöffnungen 37 vorgesehen, um beim Verstopfen einer Leitung den Blutfluß von einem Patienten nicht zu unterbrechen. Die Leitungen sind an dem Bluteinlaßverteiler 26 befestigt Konzentrisch zu dem Verteilerende und angrenzend an die Platte 29 liegen ein Sauerstoff verteiler 38, der einen Sauerstoffeinlaß 39 aufweist und eine Anzahl Stützrippen 40 innerhalb einer Kammer 62, um die Festigkeit des Verteilers zu erhöhen, wenn die Vorrichtung 10 in vertikaler Lage betrieben wird. Die F i g. 1 bis 3 zeigen, daß das einströmende Blut 41 durch die Bluteinlaßöffnungen 37 fließt und daß die Sauerstoffströmung 42 durch den Sauerstoffeinlaß 39 hereinge- vs langt

Man erkennt ferner, daß ein an die Bluteinlaßöffnungen angrenzender Ringkanal 43 sich mit Blut füllt, welches durch den Ringspalt 63 in die als Blut-Sauerstoffmischvorrichtung dienende Kammer 44 fließt Die bo Sauerstoffströmung 42 gelangt durch die Kammer 62 und die Injektoröffnungen 30 in der Platte 29 hindurch in die Kammer 44, welche einen Zweiphasenmischer für Sauerstoff und Blut bildet. Das Zweiphasen-Blut-Sauerstoff- Kohlendioxidga3f»emisch, das seine Zusammenset- 6Γ zung ändert, wird durch die vielen Austauschrohre 11 der parallelen Anordnung IA nach oben gefördert und tritt in der Kopfebene 16 als sauerstoffbeladener Blut-Gassehaum 45 aus. Gleichzeitig mit der Sauerstoffaufnahme und der entsprechenden Abgabe von Kohlendioxid in den Austauschrohren erfolgt ein Wärmeaustausch, Der sauerstoffbeladene Blut-Gasschaum 45 und die Vorstufen dieses Schaumes in den Austauschrohren 11 kommen in Wärmeaustausch mit dem Wärmeübertragungsfluid 64, welches außerhalb der Austauschrohre 1 ί in dem Austauscher 20 fließt Das Wärmeübertragungsfluid tritt oben in die Rohranordnung 24 ein, gelangt in den Verteilerkopf 23 und fließt durch den Fluidanschluß 22 ab. Fig.4 und 7 zeigen im einzelnen die Anordnung des Leitungssystems 25 mit den vorstehend erwähnten Teilen sowie die Anordnung der Austauschrohre 11.

Oberhalb des Austauschers 20 liegt eine Blutentschäumungskammer 47, in der der aus den Austauschrohren 11 austretende Blut-Gasschaum in sich zusammenfällt, sobald er mit einer Schwammhülle 48 in Berührung kommt die die Blutentschäumungskammer 47 umgibt Die Schwammhülle 48 ist -,r*t einem dünnen Film einer Silikonverbindung belegt, die dafür bekannt ist daß sie Blutschaum zusammenfallen läßt ohne chemische Bestandteile an das Blut abzugeben. Die Schwammhülle 48 ist durch ein Paar Kragenteile 49 und ein Paar Druckringe 50 gegen das Rohr 19 abgedichtet, so daß der Blut-Gasschaum 45 in die Schwammhülle 48 eindringen muß und dort entgast wird. Das entgaste Blut wird in einem Sammelraum 65 gesammelt. Die Außenwand der Vorrichtung ist durch ein Gehäuserohr 51 gebildet welches auf einem Basisteil 52 sitzt, an dem ein Paar Blut-Auslaßöffnungen 53 für sauerstoffbeladenes Blut angebracht sind. Beim Betrieb der Vorrichtung in aufrechter Stellung sammelt sich das Blut in dem Sammelraum 65 und tritt durch eine oder beide Blut-Auslaßöffnungen 53 aus, wie durch den Pfeil 54 dargestellt ist

Das Gehäuserohr 51 ist durch einen Deckel 55 abgedeckt (F i g. 6), der eine Anzahl Gasabla3öffnungen 56 hat, durch die das ausgetauschte Kohlendioxidgas und überschüssiger Sauerstoff sowie Wasserdampf abziehen können. An der Innenseite des Deckels 55 befinden sich Haltezapfen 57, die die Schwammhülle 48 zentrisch halten, in dem Deckel 55, dem Basisteil 52 und dem Bluteinlaßverteiler 26 sind jeweils Öffnungen 59,60 bzw. 61 angebracht, die so gestaltet und so groß sind, daß sie einen Luer-Fitting für eine Injektionsspritze aufnehmen können, um irgendwelche Medikamente in die Vorrichtung einspritzen zu können. Diese Öffnungen sind durch übliche Gummistopfen verschlossen.

F i g. 8 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform mit einer ringförmigen, gezahnten Blut-Einlaßöffnung, wobei die Zahnung an der unteren Stirnfläche eines Diffus'cnsrohres 80 angebracht ist, dessen oberes Ende 81 an die untere Stimplatte 17 angesetzt ist und dessen unteres Ende 82 in einem Abstand 83 von der Platte 29 liegt Der Abstand 83 zwischen dem unteren Ende 82 und der Platte 29 kann so bemessen sein, daß eine passend gezahnte Durchlaßöffnung 84 zwischen dem Blutdiffusionsrohr H und der Platte 29 gebildet ist Die Durchlaßöffnung 84 dient als zusätzliche Einrichtung zum Verteilen des einströmenden Blutes 41 Der Abstand 23 beträgt typischerweise 0,5 bis 0,65 mm.

Die Einzelteile der Vorrichtung 10 können aus Kunststoff, insbesondere aus Kunststoffrohren und Kunststoffgußteilen, hergestellt sein aus einem physiologisch gegenüber Blut verträglichen Material, etwa aus einem Polykarbonat, Polypropylen, Polyäthylen oder ausgewählten plastifizierten Polyvinylchloriden. Gewis-

se Bauteile, etwa der Deckel SS, das Basisteil 52, die untere Stirnplatte 17 und die obere Stirnplatte 18 sowie der Bluteinlaßverteiler 26 und der Sauerstoffverteiler 38 können aus Spritzformteilen hergestellt sein. Das Gehäuserohr Sl, das Rohr 19 und die Austauschrohre 11 können extrudierte Rohre sein. Aus Sicherheitsgründen für die Patienten ist es erforderlich, daß die Bauteile der Vorrichtung durch fluiddichte Verbindungen zusammengebaut werden. Die Bauteile können etwa verklebt werden mit einem geeigneten Klebstoff, durch Ultraschallbehandlung ode- durch eine elektrische Behandlung. Es ist wichtig, daß nur chemisch und physikalisch kompatible Kunststoffe für die gesamte Vorrichtung verwendet werden, um die Lagerfähigkeit und die Betriebssicherheit zu erhöhen.

Polykarbonate lassen sich aufgrund ihrer Biegefestigkeit für die Herstellung des Austauschers 20 verwenden einschließlich der Austauschrohre 11, des Rohres 19 und der Siirnpiatien i/und iö. Poiykarbonai-Ausiauschrohre 11 haben typischerweise einen Innendurchmesser 13 von etwa 7 mm, eine Wandstärke von 0,37 mm und eine Länge von 36 cm, wobei der Berstdruck 6,2 bar beträgt. Bei einem ähnlichen Polypropylenrohr mit einem Innendurchmesser von 7,2 mm und einer Wandstärke von 0,23 mm sowie einer Länge von 36 cm beträgt der Berstdruck etwa 0,84 bar. Da Polypropylen etwa 60% der Wärmeleitfähigkeit von Polykarbonat hat, hat also ein Polykarbonatrohr mit einer Wandstärke von 0,37 mm die gleiche Wärmedurchgangszahl wie ein 0,23 mm dickes Polypropylenrohr. Es ist günstig, ein dickeres Polykarbonataustauschrohr zu verwenden, um die Sicherheit gegen ein Bersten der Rohre aufgrund des Druckes der Wärmeübertragungsflüssigkeit in dem Austauscher 20 zu vermeiden.

Die extrakorporale Zirkulation des Blutes eines '■> Patienten kann schwerwiegende Kolgen haben, etwa, falls die Zirkulation wenige Sekunden lang unterbrochen wird. Das Blut eines Patienten sollte daher nur während einer geringen Zeit außerhalb dessen Körper verlaufen und durch geeignete Maßnahmen auf der

to richtigen Temperatur gehalten werden. Durch gleichzeitiges Ausbalancieren des Sauerstoffverbrauchs und der Kohlendioxidgasentwicklung bei einer genau eingehaltenen Bluttemperatur kann die Möglichkeit ausgeschaltet werden, das Blut mit Sauerstoff und

η Kohlendioxid bei einer niedrigeren als der für einen Eingriff erforderlichen Temperatur zu sättigen. Das Beseitigen eines übermäßigen Sauerstoffverbrauchs und einer übermäßigen Kohlendioxidgasentwicklung schaliei außerdem die Möglichkeit uner wüiiM.iiicr Biaseiiuiidung bei höheren Temperaturen aus, die zu einer Embolie führen kann.

Die dargestellte Ausführungsform umfaßt 33 Austauschrohrc 11 mit einem Durchmesser von etwa 7 mm, einer Länge von 36 cm und einer Blutströmungsstärke

j-) von 7500 ml/min, bei der eine Sauerstoffbeladung möglich ist, wobei typischerweise ein Verhältnis der Strömungsstärken von Sauerstoff zu Blut von I : I zu 4:1 verwendet wird. Durch Abstöpseln eines oder mehrerer Austauschrohre 11 läßt sich die Vorrichtung

»ι für unterschiedlich große Patienten herrichten, etwa für Jugendliche und Erwachsene.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche;

1. Vorrichtung zur Sauerstoffbeladung und Temperierung von Blut außerhalb des Körpers eines Patienten, mit einer Anzahl parallel angeordneter dünner Austauschrohre, die an ihren Enden in Stirnplatten eingesetzt sind, mit einem die Austauschrohre fluiddicht umgebenden Rohr, mit je einem in den freien Raum zwischen Rohr und Austauschrohren mündenden Einlaß und Auslaß, mit einem die eine Stirnplatte als Begrenzung umfassenden Einlaßraum für venöses Blut und mit einem die zweite Stirnplatte als Begrenzung umfassenden Sammelraum für arterielles Blut, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen den Austauschrohren (11) und dem diese umgebenden Rohr (19) lediglich von einem Wärmeübertragungsfluid durchflossen ist, daß der Einlaßraum durch eine gasdurchlässige Platte (29) in zwei Kammern (44,62) unterteilt ist, von denen lediglich eine (44) die Stirnplane (17) als Begrenzung umfaßt, daß jede dieser beiden Kammern (44, 62) mit einem Einlaß versehen ist, daß der Einlaß (37) der an die eine Stirnplatte (17) angrenzenden Kammer (44) zum Zuführen von venösem Blut dient und daß beim Einlaß (39) der anderen Kammer (62) Sauerstoff zugeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Sammelraum (65) für arterielles Blut bildendes Gehäuse (51,55) das Rohr so (19) unter Freilassung des unteren Stirnplattenbereichs umgibt

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelraum durch eine Schwammhülle (48) in eine die zweite, obere Stirnplatte (18) umgebende Blutentschäumungskammer (47) und in einen Sammelraum (65) für entgastes Blut unterteilt ist

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß der Einlaß (28) und der Auslaß (22) für das Wärmeübertra?ungsfluid in der Nähe der ersten Stirnplatte (17) liegen und daß einer derselben an eine im Innenraum des Rohres (19) bis

in die Nähe der zweiten, oberen Stirnplatte (18) führende Rohranordnung (24) angeschlossen ist