DE69111664T2

DE69111664T2 - Blutpumpe und Apparat für die extracorporale Blutzirkulation.

Info

Publication number: DE69111664T2
Application number: DE69111664T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Aizawa; Kazuyuki Ito; Makoto Tsuneda
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 1990-04-16
Filing date: 1991-04-12
Publication date: 1996-04-04
Anticipated expiration: 2011-04-13
Also published as: EP0452827B1; EP0452827A2; US5147187A; DE69111664D1; EP0452827A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

(Technisches Gebiet der Erfindung)

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Blutpumpe und spezieller die Blutpumpe. die kompakt, leicht und einfach herzustellen ist und für eine wesentlich längere Zeitdauer wesentlich sicher betrieben werden kann, ohne daß dies von wesentlicher Hämolyse begleitet ist, wobei die Pumpe eine günstige Förderleistung bietet.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Apparat zur extracorporalen Blutzirkulation, der die Blutpumpe des oben genannten Typs verwendet.

(Beschreibung des Standes der Technik)

Es ist bekannt, daß eine Blutpumpe in weitem Umfang in einem extracorporalen Blutkreislauf eingesetzt wird, wie er beispielsweise in einem künstlichen Herz-Lungen-System oder einem im Anschluß an die Herz-Lungen-Operation verwendeten Kreislaufunterstützungssystem für die Herzfunktion eingesetzt wird. Es wird nun in weitem Umfang versucht, eine Zentrifugalpumpe als Blutpumpe für die Verwendung in dem extracorporalen Blutkreislauf einzusetzen.
Die allgemein in dem extracorporalen Blutkreislauf verwendete Zentrifugalblutpumpe hat einen Aufbau mit einer Pumpenkammer, die einerseits mit einer Einströmöffnung und andererseits mit einer Ausströmöffnung in Verbindung steht, und einer Rotationsflügelanordnung, die so in der Pumpenkammer untergebracht ist, daß sie in einer Richtung drehbar ist. Diese extracorporale Blutpumpe des Zentrifugaltyps ist betreibbar, um das Blut mit einem kontrollierten Durchsatz zu fördern, der entsprechend der Drehzahl der Flügelanordnung und entsprechend der Differenz zwischen dem Druck des zur Einströmöffnung der extracorporalen Blutpumpe zugeführien Blutes und dem Druck des von der Ausströmöffnung der extracorporalen Blutpumpe abgegebenen Blutes. das heißt, einer Druckdifferenz über der extracorporalen Blutpumpe, bestimmt ist.
Die extracorporale Blutpumpe des Zentrifugaltyps wurde insofern als vorteilhaft erkannt, als sie weder die Verwendung künstlicher Klappen noch eine Synchronisiereinrichtung erfordert, die beide in einer extracorporalen Blutpumpe vom Pulsationstyp erforderlich sind, und als sie deshalb kompakt und leichtgewichtig und zu beträchtlich verringerten Kosten hergestellt werden kann. Im Gegensatz zu einer peristaltischen Blutpumpe mit einem Rotor, der eine Vielzahl sich radial auswärts erstreckender Arme aufweist, an deren freien Ende jeweils eine Rolle drehbar montiert ist, und die so betreibbar ist, daß sie das in einem flexiblem Schlauch fließende Blut nacheinander verdrängt, wenn die Rollen aufeinanderfolgende Abschnitte des Schlauches während der Drehung des Rotors quetschen. ist von der extracorporalen Zentrifugalblutpumpe außerdem bekannt, daß sie keine Probleme aufweist, die mit ermüdungsbedingtem Ausfall des flexiblen Schlauches zusammenhängen, und daß sie deshalb einer verlängerten Gebrauchsdauer standhält.
Einige Beispiele der extracorporalen Zentrifugalblutpumpen nach dem Stand der Technik sind jeweils in schematischen Längsschnittdarstellungen in Figuren 1 und 2 der beigefügten Zeichnungen gezeigt, auf die nunmehr für eine nähere Erörterung Bezug genommen wird.
Die in Figur 1 gezeigte extracorporale Zentrifugalblutpumpe besitzt ein Pumpengehäuse 16, das im Inneren eine Pumpenkammer bildet und in dem ein Blut-Einlaß ausgebildet ist, und eine drehbar in der Pumpenkammer gelagerte Flügelradanordnung mit einem allgemein scheibenförmigen Sockel 11, der eine allgemein zylindrische Oberfläche, eine flache Basisfläche an einem Ende und eine der Basisfläche entgegengesetzte, allgemein konische obere Oberfläche aufweist, und mit einer Vielzahl von Flügeln 12, die starr auf einem Umfangsrand des scheibenförmigen Sockels 11 angrenzend an die konische obere Oberfläche montiert sind, so daß sie sich von dort aus radial nach außen erstrecken. Die Flügelradanordnung ist antriebsmäßig mit einem Antriebsmotor (nicht gezeigt) gekoppelt, der eine mitdrehbar mit dem scheibenförmigen Sockel 11 verbundene Antriebswelle 14 aufweist. Diese in Figur 1 gezeigte herkömmliche extracorporale Zentrifugalblutpumpe ist so betreibbar, daß während der durch den Antriebsmotor angetriebenen Rotation der Flügelradanordnung in einer Richtung das Blut, das durch den Einlaß eintritt, der allgemein mit dem Scheitel der konischen Form der oberen Oberfläche des Sockels 11 ausgerichtet ist, in die Pumpenkammer eingesogen wird, so daß es innerhalb der Pumpenkammer radial nach außen fließt, wie durch 13 angegeben wird.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß in dem in der Pumpenkammer fließenden Blut die Tendenz zur Bildung von Wirbeln in der Nähe des äußeren Umfangs des Sockels 1 1 besteht, was die Blutzellen relativ starken Belastungen aussetzt, in solchem Ausmaß daß die Blutzellen zerstört werden können, was zur Hämolyse führt.
Andererseits besitzt eine in Figur 2 gezeigte andere herkömmliche extracorporale Zentrifugalblutpumpe ein Pumpengehäuse 19. das im Inneren eine Pumpenkammer bildet und in dem ein Blut-Einlaß ausgebildet ist, und eine drehbar in der Pumpenkammer gelagerte Flügelradanordnung mit einem allgemein scheibenförmigen Sockel 17, der eine flache Basisfläche und eine der Basisfläche entgegengesetzte allgemein konische obere Oberfläche aufweist, und mit einer Vielzahl von Flügeln 18. die starr an einem Umfangsbereich des scheibenförmigen Sockels 17 montiert sind, der in einem Abstand radial außerhalb des Scheitels der konischen Form der oberen Oberfläche liegt. so daß sie sich von dort aus radial nach außen erstrecken. Die Flügelradanordnung ist antriebsmäßig mit einem Antriebsmotor (nicht gezeigt) gekoppelt, der eine mitdrehbar mit dem scheibenförmigen Sockel 11 verbundene Antriebswelle 20 aufweist. Diese herkömmliche extracorporale Zentrifugalblutpumpe, die in Figur 2 gezeigt ist, ist so betreibbar, daß während der Rotation der Flügelradanordnung in einer Richtung, angetrieben durch den Antriebsmotor, das Blut, das durch den Einlaß eintritt, der allgemein mit dem Scheitel der konischen Form der oberen Oberfläche des Sockels 17 ausgerichtet ist, in die Pumpenkammer eingesogen wird, so daß es in der Pumpenkammer radial nach außen fließt, wie durch 21 angegeben wird.
Wiederum hat sich gezeigt, daß die herkömmliche Zentrifugalblutpumpe mit dem in Figur 2 gezeigten Aufbau den folgenden Nachteil hat. Da die flache Basisfläche des scheibenförmigen Sockels 17 eine so große Oberfläche hat, daß sie im wesentlichen die gesamte Bodenfläche des Pumpengehäuses 19 abdeckt die der flachen Basisfläche des scheibenförmigen Sockels 17 gegenüberliegt, werden in der Strömung des gepumpten Blutes keine Wirbel hervorgerufen, wie sie in der in Figur 1 gezeigten und anhand der Figur 1 beschriebenen extracorporalen Blutpumpe auftreten. jedoch ist auch die in Figur 2 gezeigte extracorporale Blutpumpe nicht nur mehr oder weniger unfähig, ein mögliches Auftreten von Hämolyse auf einen zufriedenstellenden oder geforderten Wert zu minimieren, sondern sie neigt auch dazu, eine unzureichende Blut-Förderleistung zu zeigen.
Außerdem verwendet die in Figur 2 gezeigte extracorporale Blutpumpe die Flügel 18, die jeweils vom oberen Ende des Sockels 17 aus gesehen die Form einer gekrümmten Platte haben, und es war deshalb schwierig für die Flügelanordnung eines Typs, bei dem der Sockel 17 einstückig mit den Flügeln 18 ausgebildet ist.
Andererseits wird eine extracorporale Blutzirkulationseinrichtung häufig während einer medizinischen Behandlung eines Patienten, beispielsweise während einer Herzoperation oder einer Blut-Dialyse eingesetzt. Die herkömmliche extracorporale Blutzirkulationseinrichtung hat die folgenden Probleme, weil die Antriebswelle der extracorporalen Blutpumpe direkt mit der Antriebswelle des Motors gekoppelt ist.
(I) Die extracorporale Blutzirkulationseinrichtung muß allgemein so kompakt und so leicht sein, daß sie neben und dicht an einem in einem Bett liegenden Patienten installiert werden kann und leise genug ist, damit der Patient nicht durch Geräusche gestört wird. Die herkömmliche extracorporale Blutzirkulationseinrichtung ist jedoch sperrig und schwer und ist deshalb unhandlich beim Transport von einem Aufbewahrungsraum zum Krankenbett. Außerdem neigen der Antriebsmotor und die beweglichen Teile der herkömmlichen extracorporalen Blutzirkulationseinrichtung zur Emission von aggressiven Geräuschen, und es ist deshalb empfohlen worden, die Aufstellung der extracorporalen Blutzirkulationseinrichtung am Krankenbett zu vermeiden.
Wo die Aufstellung der extracorporalen Blutzirkulationseinrichtung am Krankenbett unvermeidlich ist, erfordert die extracorporale Blutzirkulationseinrichtung Schallschutzplatten oder -materialien, die an der Einrichtung anzubringen sind, was dazu führt, daß ein genügend vergrößertes Gehäuse verwendet werden muß, um das Schallschutzsyste aufzunehmen. Dies wiederum führt zu einer Erhöhung der Größe und des Gewichts des extracorporalen Blutzirkulationssystems insgesamt.
(II) Es wurde häufig beobachtet, daß die Wärme, die von dem in der extracorporalen Blutpumpe verwendeten Antriebsmotor erzeugt wird, leicht von der Antriebswelle des Motors über die Antriebswelle der extracorporalen Blutpumpe zu dem in der Pumpenkammer fließenden Blut weitergeleitet wird. Wenn das in der Pumpenkammer fiießende Blut einmal erhitzt worden ist, ist das Blut empfindlich für Hämolyse unter dem Einfluß der Wärme.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist geschaffen worden, um die oben erörterten Probleme wesentlich zu beseitigen oder zu minimieren, und hat den Zweck, eine verbesserte extracorporale Blutpumpe zu schaffen, die kompakt und leicht und einfach herzustellen ist und die für eine wesentlich verlängerte Zeitdauer wesentlich sicher betrieben werden kann, ohne daß dies von Hämolyse begleitet ist, während sie eine günstige Förderleistung aufweist.
Eine weitere wichtige Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte extracorporale Blutzirkulationseinrichtung zu schaffen, die im wesentlichen keine den Patienten störenden Geräusche emittiert, bei der die Gefahr der Hämolyse minimiert ist und die sehr leichtgewichtig ist.
Zu diesem Zweck schafft die vorliegende Erfindung gemäß einem ihrer Aspekte eine extracorporale Blutpumpe mit einem Pumpengehäuse mit einer darin gebildeten Pumpenkammer sowie mit darin gebildeten Blut-Einlässen und -Auslässen, die mit der Pumpenkammer in Verbindung stehen, und einer drehbar in der Pumpenkammer untergebrachten Flügelradanordnung, die einen im wesentlichen konischen Rotations-Sockel mit einer Basisfläche und einer der Basisfläche entgegengesetzten konischen Oberfläche, mehrere allgemein längliche plattenförmige Flügel mit jeweiligen einander entgegengesetzten inneren und äußeren Enden und eine angetriebene Welle einschließt, die an einem Ende mit der Basisfläche des Rotations-Sockels verbunden ist. Die plattenförmigen Flügel sind so auf der konischen Oberfläche des Rotations-Sockels montiert, daß sie sich radial von einer Drehachse des Rotations-Sockels nach außen erstrecken, wobei die radial inneren Enden der jeweiligen Flügel einen vorgegebenen Abstand zum Scheitel der konischen Kontur des Rotations-Sockels aufweisen, während sie im wesentlichen einen mit der Drehachse des Rotations-Sockels koaxialen Kreis bilden, und wobei die jeweils zueinander benachbarten plattenförmigen Flügel in Umfangsrichtung des Rotations-Sockels in gleichmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind.
Die Basisfläche des Rotations-Sockels hat eine kreisförmige Gestalt mit einem Durchmesser im Bereich von 30 bis 55 mm, so daß sie im wesentlichen den Oberflächenbereich einer Bodenwand abdeckt, die die Pumpenkammer begrenzt und der Basisfläche des Rotations-Sockels gegenüberliegt, während jeder der plattenförmigen Flügel die Form einer geraden, allgemein viereckigen Platte hat und so auf der konischen Oberfläche des Rotations-Sockels montiert ist, daß er unter einem Winkel im Bereich von 20 bis 50º relativ zu einer gedachten Linie geneigt ist, die tangential zu dem durch die radial inneren Enden der einzelnen plattenförmigen Flügel gebildeten Kreis verläuft.
Weiterhin ist jeder der plattenförmigen Flügel so dimensioniert, daß das Verhältnis L/H der kleinsten vertikalen Höhe H des radial äußeren Endes jedes plattenförmigen Flügels, in einer Richtung parallel zur Drehachse des Rotations-Sockels gemessen, in bezug auf die Länge L eines der gegenüberliegenden Seitenränder eines solchen plattenförmigen Flügels, der mit der konischen Oberfläche des Rotations-Sockels in Berührung steht, im Bereich zwischen 2,5 und 6 gewählt ist.
Der Rotations-Sockel hat mehrere Blut-Strömungskanäle, die sich jeweils von der Basisfläche aus vollständig durch den Rotations-Sockel hindurch zu dessen konischer Oberfläche erstrecken.
Vorzugsweise erfüllen das Verhältnis L/H und der Durchmesser R des Rotations-Sockels die folgenden Beziehungen:
L/H ≥ 0,133R - 2,33, und
L/H ≤ 0,133R + 0,51.
Vorzugsweise kann der Rotations-Sockel mehrere Blut-Strömungskanäle haben, die sich jeweils von der Basisfläche aus vollständig durch den Rotations-Sockel hindurch zu dessen konischer Oberfläche erstrecken.
Da in der die vorliegenden Erfindung verkörpernden extracorporalen Blutpumpe die Basisfläche des Rotations-Sockels eine im wesentlichen vollständige Bodenfläche abdeckt, die die Pumpenkammer in dem Pumpengehäuse begrenzt, kann jede mögliche Bildung von Wirbeln des durch die Pumpenkammer strömenden Blutes in vorteilhafter Weise im wesentlichen beseitigt oder minimiert werden, was folglich zu einer minimierten Ausübung von Beanspruchungen auf die Strömung des Blutes führt.
Da außerdem der Rotations-Sockel eine im wesentlichen kreisförmige Gestalt hat und die als Flügel dienenden geraden Platten auf der konischen Oberfläche des Rotations-Sockels montiert sind, kann eine gleichmäßige Strömung des Blutes erleichtert werden, und folglich wirken auf die Strömung des Blutes in der Pumpenkammer keine wesentlichen Beanspruchungen, die sich andernfalls beispielsweise aus einer Scherkraft oder den Wirbeln ergeben würden.
Da weiterhin die Basisfläche des Rotations-Sockels eine kreisförmige Gestalt und einen Durchmesser im Bereich von 30 bis 55 mm hat, kann jegliches mögliche Auftreten von Hämolyse vorteilhaft unterdrückt werden.
Die Auswahl des Verhältnisses L/H der minimalen Höhe H relativ zur Länge L desj enigen Seitenrandes eines solchen plattenförmigen Flügels innerhalb des Bereichs von 2,5 bis 6 ist insofern vorteilhaft, als die Blutpumpe eine günstige Förderleistung aufweisen kann.
Die Montage jedes der plattenförmigen Flügel auf der konischen Oberfläche des Rotations-Sockels in der Weise, daß er unter einem Winkel im Bereich von 20 bis 50º relativ zu einer gedachten Linie tangential zu dem durch die radial inneren Enden der jeweiligen plattenförmigen Flügel begrenzten Kreis geneigt ist, ist wiederum wirksam zur Unterdrückung des Auftretens von Hämolyse, während sie es der Blutpumpe gestattet, eine günstige Förderleistung zu zeigen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine extracorporale Blutzirkulationseinrichtung geschaffen, die eine extracorporale Blutpumpe des oben genannten Typs aufweist. Diese extracorporale Blutzirkulationseinrichtung kann einen Antriebsmotor mit einer Antriebswelle aufweisen, die entfernt zu der extracorporalen Blutpumpe angeordnet ist und eine Antriebswelle hat, und eine flexible Welle, die sich zwischen der starr mit dem Rotations-Sockel verbundenen angetriebenen Welle und der Antriebswelle des Antriebsmotors erstreckt.
Vorzugsweise ist eine Kombination aus einer lösbaren Kupplung und einer flexiblen Kupplung, die eine etwaige Winkelverstellung und eine exzentrische Bewegung der flexiblen Welle ausgleicht, zwischen der Antriebswelle und der flexiblen Welle sowie zwischen der flexiblen Welle und der angetriebenen Welle angeordnet.
Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung ist die starr mit dem Rotations-Sockel verbundene angetriebene Welle nicht direkt mit der Antriebswelle des Antriebsmotors verbunden. Statt dessen ist der Antriebsmotor in einer Steuerkonsole untergebracht, während der mit der starr mit dem Rotations-Sockel verbundenen angetriebenen Welle mit Hilfe einer flexiblen Welle verbunden ist.
Anders als in dem Fall, in dem die Antriebswelle des Antriebsmotors direkt mit der angetriebenen, starr mit dem Rotations-Sockel ausgebildeten Welle verbunden ist, hat die Verwendung eines indirekten Kupplungssystems, in dem die Antriebswelle des Antriebsmotors mit der starr mit dem Rotations- Sockel ausgebildeten angetriebenen Welle mit Hilfe einer flexiblen Welle verbunden ist, im wesentlichen die Wirkung, eine Herstellung des Systems zu erreichen, das insgesamt kompakt und leichtgewichtig ist.
Folglich kann die extracorporale Zentrifugalblutpumpe einfach transportiert und, weil sie kompakt und leicht ist, am Krankenbett des zu behandelnden Patienten installiert werden.
Da außerdem die Steuerkonsole so ausgelegt und aufgebaut ist, daß sie die vom Motor erzeugten Geräusche gegen Emission nach außen abschirmt, kann dennoch die Steuerkonsole entfernt vom Bett des Patienten aufgestellt werden, so daß der Patient nicht wie bisher durch die vom Motor stammenden Geräusche gestört wird.
Es ist zu bemerken, daß der Antriebsmotor, der leicht eine Wärmequelle bildet, entfernt von der Zentrifugalblutpumpe angeordnet ist, und deshalb ein mögliches Auftreten der Hämolyse, das andernfalls unter dem Einfluß der erhitzungsbedingt erhöhten Temperatur stattfinden würde, in vorteilhafter Weise beträchtlich minimiert werden kann.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In jedem Fall wird die vorliegende Erfindung besser verständlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Die Ausführungsformen und die Zeichnungen dienen jedoch lediglich zur Illustration und Erläuterung und sind nicht als Beschränkungen des Umfangs der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise zu verstehen, welcher Umfang ausschließlich durch die nachfolgenden Ansprüche bestimmt wird. In den beigefügten Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Bauform der herkömmlichen extracorporalen Blutpumpe;
Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine andere Bauform der herkömmlichen extracorporalen Blutpumpe;
Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt einer extracorporalen Blutpumpe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine schematische Ansicht der in der Blutpumpe nach Figur 3 verwendeten Flügelradanordnung in der Draufsicht;
Fig. 5 eine schematische, vergrößerte Draufsicht auf einen der Flügel in der Flügelradanordnung;
Fig. 6 einen schematischen Längsschnitt durch einen Teil der in Figur 3 gezeigten extracorporalen Blutpumpe;
Fig. 7 eine schematische Seitenansicht einer modifizierten Form eines Sockels, der Teil der Flügelradanordnung ist;
Fig. 8 eine graphische Darstellung der Ergebnisse von Hämolyse- Tests, die mit der herkömmlichen extracorporalen Blutpumpe und derjenigen gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden;
Fig. 9 eine Graphik der Fördercharakteristik der extracorporalen Blutpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 eine Graphik der Fördercharakteristik der im Vergleichsbeispiel 1 verwendeten herkömmlichen extracorporalen Blutpumpe;
Fig. 11 eine Graphik der Fördercharakteristik der im Vergleichsbeispiel 2 verwendeten herkömmlichen extracorporalen Blutpumpe;
Fig. 12 eine Graphik der Fördercharakteristik der extracorporalen Blutpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 eine schematische Teil-Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer extracorporalen Blutzirkulationseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 14 einen vergrößerten Längsschnitt der Zentrifugalblutpumpe, die in der extracorporalen Blutzirkulationseinrichtung nach Figur 13 verwendet wird.

DETALLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Mit Bezug auf Figur 3, die eine die vorliegende Erfindung verkörpernde extracorporale Blutpumpe im Lähgsschnitt zeigt, wird die dort gezeigte Blutpumpe als Zentrifugal-Modell bezeichnet.
Die in Figur 3 gezeigte Zentrifugal-Blutpumpe besitzt ein Pumpengehäuse 1 mit einer darin gebildeten Pumpenkammer 2 und auch mit einem Blut-Einlaß 3 und einem Blut-Auslaß 4, die darin ausgebildet sind und mit der Pumpenkammer 2 in Verbindung stehen. Die Blutpumpe weist außerdem eine Flügelradanordnung auf, die einen im wesentlichen konischen Rotations- Sockel 5 mit einer Basisfläche und einer der Basisfläche entgegengesetzten konischen Fläche und mehrere Flügel 6 einschließt, die auf der konischen Fläche des Sockels 5 montiert sind, so daß sie sich von dort aus in bezug auf eine Drehachse des Sockels 5 radial nach außen erstrecken, wobei jeder der Flügel 6 in der Form einer geraden Platte gezeigt ist. Eine angetriebene Welle 7, deren eines Ende antriebsmäßig mit einem Antriebsmotor (nicht gezeigt) verbunden ist und an deren entgegengesetztem Ende der Rotations-Sockel 5 mitdrehbar montiert ist, ist drehbar in einer Lageranordnung 8 gelagert und erstreckt sich durch einen Dichtring 9 mit allgemein V-förmigem Querschnitt, der zur Abdichtung der Pumpenkammer 2 dient. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet einen O-Ring.
Bei diesem Aufbau wird während des Betriebs der extracorporalen Blutpumpe, das heißt, während der Rotation der Flügelradanordnung in einer Richtung, das von einem Patienten über einen extracorporalen Blutkreislauf zu dem Patienten zurückzupumpende Blut durch den Blut-Einlaß 3 in die Pumpenkammer 2 eingeleitet und dann von dem Blut-Auslaß 4 zurück zum Patienten gefördert.
Wie am besten in Figur 4 gezeigt ist, sind die Flügel 6, die jeweils die Form einer im wesentlichen langgestreckten flachen Platte haben, in der Weise starr auf der konischen Fläche des im wesentlichen konischen Rotations- Sockels 5 montiert, daß ihre Längsachsen sich von der Drehachse des Rotations-Sockels 5, d.h., der Längsachse der angetriebenen Welle 7 aus, radial nach außen erstrecken. Speziell ist jeder der Flügel 6 so auf der konischen Fläche des Rotations-Sockels 5 montiert, daß sein inneres Ende 6a (Figuren 4 und 5) um eine vorgegebene Entfernung d radial auswärts zu dem Scheitel der konischen Fläche des Sockels 5 beabstandet ist und sein äußeres Ende bündig mit dem Umfangsrand des Sockels 5 abschließt.
Jeder der Flügel 6 kann aus irgendeinem geeigneten Material hergestellt sein, vorausgesetzt, daß es leicht ist, eine ausreichende Festigkeit hat und die Hämolyse wirksam minimiert. Zum Beispiel kann jeder der Flügel 6 aus irgendeinem Hartplastik hergestellt sein wie beispielsweise Polycarbonat- Harz, Polyvinylharz und Polypropylenharz. Hierunter ist die Verwendung von Polycarbonat-Harz als ein Material für jeden Flügel 6 bevorzugt.
Vorzugsweise sind die Flügel 6 durch Verwendung irgendeiner bekannten Kunststofformtechnik einstückig mit dem Sockel 5 ausgebildet, und in diesem Fall besteht der Sockel 5 aus demselben Material wie jeder Flügel 6.
Zwar wird Acrylharz als eine Form von Hartplastik angesehen, und es wird allgemein in der herkömmlichen extracorporalen Blutpumpe verwendet, doch ist bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung die Verwendung von Acrylharz als ein Material für jeden Flügel oder für die Flügelradanordnung insgesamt unerwünscht, weil jeder Flügel oder die Flügelradanordnung aus Acrylharz leicht bricht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der konische Sockel 5 von einer Bauart mit einem Durchmesser, speziell einem Durchmesser seiner Basisfläche, innerhalb eines Bereichs von 30 bis 55 mm, groß genug, damit seine Basisfläche im wesentlichen die gesamte Oberfläche einer der Basisfläche des Sockels 5 gegenüberliegenden inneren Bodenwand des Gehäuses 1 abdeckt Wenn der konische Rotations-Sockel 5 so hergestellt wird, daß der Durchmesser innerhalb des oben genannten Bereichs liegt kann die Menge an Blut, das hämolysiert werden kann, auf einen Wert von weniger als 0,1 g pro 100 Liter behandelten Blutes oder gelegentlich auf einen Wert von unter 0,05 g pro 100 Liter behandelten Blutes herabgesetzt werden.
Wenn der Durchmesser des Sockels 5 kleiner ist als der untere Grenzwert von 30 mm, wird das gepumpte Blut leicht hämolysiert. Wenn zum Beispiel der Durchmesser des Sockels 5 26 mm beträgt, erhöht sich die Menge an Blut, das hämolysiert werden kann, auf 0,109 g pro 100 Liter Blut.
Wenn andererseits der Sockel 5 einen Durchmesser oberhalb des oberen Grenzwertes von 55 mm hat, benötigt die erhaltene Blutpumpe ein größeres Erstbefüllvolumen beim Anlaufen der Blutpumpe.
Wie oben beschrieben wurde, hat der Sockel 5 eine Form ähnlich oder im wesentlichen ähnlich der Form eines geraden Kreiskegels, dessen Grundfläche die Basisfläche der Kegelform bildet. Dieser konische Sockel 5 hat einen Scheitelwinkel α, der vorzugsweise im Bereich von 120 bis 160º liegt. Wenn dieser Scheitelwinkel α größer ist als der obere Grenzwert von 160º, werden in der Pumpenkammer 2 unerwünschte Wirbel erzeugt, während das Blut durch die Blutpumpe gepumpt wird.
Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung erfüllt jeder der Flügel 6 die folgenden Anforderungen.
In erster Linie hat jeder Flügel 6 die Form einer allgemein langgestreckten geraden Platte. Die Verwendung der allgemein langgestreckten geraden Platte für jeden Flügel 6 hat den Vorteil. daß nicht nur die einstückige Ausbildung des Sockels 5 mit den Flügeln 6 erleichtert wird, ohne daß eine wesentliche Nachbearbeitung erforderlich ist, sondern sich auch ein gleichmäßiger Blutfluß in der Pumpenkammer ausbilden kann.
Die mehreren Flügel 6 sind vorzugsweise in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen längs der konischen Oberfläche des Sockels 5 angeordnet. Die Anzahl der Flügel 6 ist nicht beschränkt, sofern sie größer ist als 1, doch ist die Verwendung von etwa sechs Flügeln bevorzugt.
An zweiter Stelle ist, wie am besten in Figur 4 gezeigt ist, das innere Ende 6a jedes Flügels 6, das benachbart zu dem Blut-Einlaß 3 liegt. um eine bestimmte Entfernung d radial nach außen von dem Scheitel der konlschen Fläche des Sockels 5 beabstandet, wobei die inneren Enden 6a der betreffenden Flügel 6 zusammen einen Kreis bilden (in Figur 4 gestrichelt eingezeichnet), dessen Radius gleich dem Abstand d ist. Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung ist jeder der Flügel 6 so auf der konischen Fläche des Sockels 5 montiert, daß er um einen Winkel relativ zu einer gedachten Linie geneigt ist, die tangential zu dem durch die inneren Enden 6a der betreffenden Flügel 6 begrenzten Kreis verläuft, welcher Winkel notwendigerweise so gewählt ist, daß er im Bereich von 20 bis 50º, vorzugsweise im Bereich von 20 bis 30º liegt.
Wenn der Neigungswinkel β jedes Flügels 6 relativ zu der gedachten Linie tangential zu dem durch die inneren Enden 6a der betreffenden Flügel 6 begrenzten Kreis innerhalb des oben beschriebenen Bereichs liegt, wird durch die resultierende Blutpumpe die Hämolyse wirksam minimiert, während die Pumpe eine günstige Förderwirkung entfaltet. Sollte der Neigungswinkel β kleiner sein als der untere Grenzwert von 20º, nimmt die Förderleistung ab, und wenn er andererseits größer sein sollte als der obere Grenzwert von 50º, nimmt die Menge an Blut zu, die hämolysiert werden kann.
Wie am besten in Figur 6 gezeigt ist, ist außerdem jeder Flügel 6 so geformt und dimensioniert, daß er ein Verhältnis L/H der kleinsten vertikalen Höhe H, gemessen am jeweiligen Äußeren, an den Umfangsrand des Sockels 5 angrenzenden Ende in einer Richtung parallel zur Längsachse der angetriebenen Welle 7, relativ zur Länge L eines der gegenüberliegenden Seitenränder des betreffenden Flügels 6, der mit der konischen Fläche des Sockels 5 in Berührung steht, aufweist, das notwendigerweise im Bereich von 2,5 bis 6 gewählt ist. Wenn diese Anforderung erfüllt ist, kann die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung aufgebaute Blutpumpe eine günstige Förderwirkung entfalten und aufrechterhalten. Wenn jedoch das Verhältnis L/H kleiner ist als der untere Grenzwert von 2,5, nimmt die Menge an Blut zu, die hämolysiert werden kann, aber wenn das Verhältnis L/H größer ist als der obere Grenzwert von 6, nimmt die Pumpwirkung ab.
Weiterhin ist eine bevorzugtere Form jedes Flügels 6 so ausgelegt, daß der Durchmesser R des Sockels (in Einheiten mm) und das oben erörterte Verhältnis L/H die folgenden Beziehungen erfüllen, um sowohl die Förderwirkung weiter zu steigern als auch die Hämolyse zu minimieren.
30 ≤ R ≤ 55,
2,5 ≤ L/H ≤ 6
L/H ≥ 0,133R - 2,33, und
L/H ≤ 0,133R + 0,51.
Zusätzlich zu den vorgenannten Anforderungen erfüllt die effindungsgemäße Blutpumpe vorzugsweise die folgenden zusätzlichen Anforderungen.
Um die Scherkraft zu minimieren, die auf den Blutstrom in der Blutpumpe wirken kann, und dadurch die Hämolyse zu minimieren, Ist das innere Ende 6a jedes Flügels 6 vorzugsweise nicht spitz, sondern abgerundet, so daß es einen Krümmungsradius gleich der Hälfte der maximalen Dicke des Flügels am inneren Ende 6a hat, und auch sein äußeres, dem Blut-Auslaß 4 gegenüberliegendes Ende 6b ist ähnlich abgerundet, während ein Teil B einer der gegenüberliegenden Seitenflächen jedes Flügels 6, der sich auf einer vorauslaufenden Seite in bezug auf die Drehrichtung der Flügelradanordnung wie durch den Pfeil A angegeben befindet, leicht gekrümmt ist, um in das abgerundete äußere Ende 6b überzugehen, wobei die Dicke jedes Flügels 6 fortschreitend von der maximalen Dicke T auf eine minimale Dicke abnimmt. Es ist zu bemerken, daß der Teil B der Seitenfläche jedes Flügels 6, der in der oben beschriebenen Weise leicht gekrümmt ist und in dem gerundeten äußeren Ende 6b endet, ein Bereich des betreffenden Flügels 6 ist, wo der betreffende Flügel 6 heftig mit dem gepumpten Blut in Berührung kommt.
Mit den soeben spezifizierten Konstruktionsabmessungen der Flügelradanordnung einschließlich des Durchmessers des Sockels 5 zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, eine kompakte Blutpumpe zu schaffen.
Soweit dieses Ziel der vorliegenden Erfindung erreicht wird, sind die Abmessungen der Bauteile der Blutpumpe nicht auf die gezeigten und beschriebenen beschränkt Wenn jedoch die kompakte Blutpumpe in der Lage sein soll, einen maximalen Blutdurchfluß von beispielsweise 10 Liter pro Minute zu ergeben, empfiehlt es sich, etwa 10 mm für den Durchmesser C des Blut- Einlasses 3 von etwa 10 mm zu verwenden; 4 bis 8 mm für den Durchmesser D des Blut-Auslasses 4; 6 bis 12 mm für die Höhe h des konischen Sockels 5; 0,8 bis 1,5 mm für einen Abstand 1 zwischen dem anderen, von der konischen Fläche des Sockels 5 abgewandten der gegenüberliegenden Seitenränder jedes Flügels 6 und einer inneren Wandoberfläche des Pumpengehäuses 1, die den Flügeln 6 gegenüberliegt; und 30º für einen Neigungswinkel γ dieser inneren Wandoberfläche des Pumpengehäuses 1.
Wenn der Durchmesser C des Blut-Einlasses 3 größer ist als der obere Grenzwert von 13 mm, tritt insofern ein Problem auf, als der Blut-Einlaß nicht fest mit einer Leitung in dem Blutkreislauf verbunden werden kann, die in allgemeinen extracorporalen Blutzirkulationsapparaten verwendet wird, und wenn andererseits der Durchmesser C kleiner ist als der untere Grenzwert von 8 mm, erfährt der Blutstrom einen hohen Widerstand und verursacht eine beträchtliche Hämolyse in der Nähe der Stelle des Blut-Einlasses 3 und eine Abnahme der Pumpleistung. Ähnlich, wenn der Durchmesser D des Blut-Auslasses 4 kleiner ist als der untere Grenzwert von 4 mm, tritt insofern ein Problem auf, als der Widerstand des strömenden Blutes zunimmt und die Pumpleistung abnimmt.
Auch wenn die Höhe h des Sockels 5 kleiner ist als der untere Grenzwert von 6 mm in dem Fall, daß der Durchmesser des Sockels 5 etwa 50 mm beträgt, tritt insofern ein Problem auf, als die Pumplelstung abnimmt, und wenn die Höhe h größer ist als der obere Grenzwert von 12 mm, tritt insofern ein Problem auf, als die Pumpleistung abnimmt. In beiden Fällen nimmt die Hämolyse tendenziell zu.
Wenn der Abstand 1 zwischen dem anderen, von der konischen Fläche des Sockels 5 abgewandten der gegenüberliegenden Seitenränder jedes Flügels 6 und der inneren Wandoberfläche des Pumpengehäuses 1, die den Flügeln 6 gegenüberliegt, kleiner ist als der untere Grenzwert von 0,8 mm, tritt wiederum insofern ein Problem auf, als Scherspannungen an einer Blutzelle zunehmen, und wenn andererseits der Abstand 1 größer ist als der obere Grenzwert von 1,5 mm, tritt insofern ein Problem auf, als die Pumpleistung abnimmt.
Wenn schließlich der Neigungswinkel γ dieser inneren Wandoberfläche des Pumpengehäuses 1, die zusammen mit dem anderen, von der konischen Fläche des Sockels 5 abgewandten der gegenüberliegenden Seitenränder jedes Flügels 6 den Abstand 1 definiert, kleiner ist als der untere Grenzwert von 20º, tritt insofern ein Problem auf, als die Pumpleistung abnimmt, und wenn er größer ist als 40º, tritt insofern ein Problem auf, als Wirbel in der Pumpenkammer 2 erzeugt werden.
Der Sockel 5 kann eine beliebig gewählte Anzahl von Blut-Strömungskanälen haben, die so darin ausgebildet sind, daß sie von der Basisfläche vollständig durch seine Höhe zu seiner konischen Fläche verlaufen. So lange die Flügelradanordnung von der Art ist, die die oben erörterten bevorzugten Abmessungen erfüllt, ist die Anzahl der in dem Sockel 5 zu bildenden Blut-Strömungskanäle gleich 6, wobei jeder der Blut-Strömungskanäle einen Durchmesser im Bereich von 2 bis 4 mm hat.
Ein Beispiel der modifizierten Form des Rotations-Sockels 5 ist in Figur 7 gezeigt, wo zwei Blut-Strömungskanäle verwendet werden, die allgemein mit 5a bezeichnet sind.
Außerdem kann das Pumpengehäuse 1 eine zweiteillge Konstruktion haben, mit einem oberen Gehäuseteil 1a, das die Flügelradanordnung umgibt, und einem unteren Gehäuseteil 1b, das die angetriebene Welle 7 trägt wobei der obere Gehäuseteil 1a als eine Kappe dient, die lösbar auf dem unteren Gehäuseteil 1b montied ist, um dazwischen die Pumpenkammer 2 zu bilden.
Anstelle der Verwendung des Dichtrings 9 mit allgemein V-förmigem Querschnitt und des O-Rings 10, können irgendwelche geeigneten Dlchtungssysteme verwendet werden, wie etwa eine Öldichtung, eine mechanische Dichtung und/oder eine modifizierte Form hiervon.
Um die Überlegenheit der Blutpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung gegenüber vergleichbaren herkömmlichen Blutpumpen zu demonstrieren, wird die vorliegende Erfindung nunmehr anhand nicht beschränkender Beispiele beschrieben, die lediglich zu Illustrationszwecken dienen.

Beispiel 1

Unter Verwendung der Blutpumpe mit dem anhand der Figuren 3 bis 6 gezeigten und beschriebenen Aufbau wurde ein Hämolyse-Test durchgeführt, um die Menge an hämolysiertem Blut zu bestimmen.
Einzelheiten der in der für den Test verwendeten Blutpumpe eingesetzten Flügelradanordnung sind die folgenden: Material: Sockeldurchmesser R: Sockelhöhe h: Neigungswinkel β der Flügel: Längen/Höhenverhältnis der Flügel (L/H): Anzahl der Flügel: Polycarbonat-Harz Grad
Der Hämolysetest wurde unter den folgenden Bedingungen durchgeführt.
(a) Die Druckdifferenz zwischen dem Blut-Einlaß und dem Blut-Auslaß der Blutpumpe, das heißt, die Druckdifferenz über der Blutpumpe wurde auf 100 mm Hg festgelegt.
(b) Die bei dem Hämolysetest verwendeten Blut-Pumpdurchsätze waren 1, 2, 3, 4 bzw. 5 Liter pro Minute.
Es ist zu bemerken, daß dieser Bereich von Blut-Pumpdurchsätzen der Bereich ist, der häufig für die Menge an durch einen extracorporalen Blutkreislauf geleitetem Blut in Verbindung mit einer postoperativen Gefäßunterstützungseinrichtung verwendet wird.
(c) Während eines fünfstündigen Dauerbetriebs der Blutpumpe wurden Proben in Intervallen von 30 Minuten entnommen und untersucht, um die Menge an freiem Hämoglobin in dem Plasma gemäß der SLS-Hämoglobin- Messung zu bestimmen und dadurch den Hämolyse-Index (I.H.) zu berechnen.
Es ist zu bemerken, daß der Hämolyse-Index eine Änderung der Menge an freiem Hämoglobin für jeden Pumpen-Förderdurchsatz von 100 Litern repräsentiert und der Hämolyse-Index von nicht mehr als 0, 1 g als tolerierbar für biologische Anwendungen angesehen wird.
Resultate des Hämolysetests sind in der Graphik in Figur 8 gezeigt.
Auch die Leistungsmerkmale der Blutpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung, einschließlich des Pumpendurchsatzes und der Druckdifferenz über der Blutpumpe wurden durch Antrieb der Blutpumpe untersucht, und die Resultate sind in der Graphik in Figur 9 gezeigt.

Vergleichsbeispiel 1

Bei Verwendung einer herkömmlichen Blutpumpe mit dem anhand der Figur 1 gezeigten und beschriebenen Aufbau wurde nicht nur der Hämolysetest unter denselben Bedingungen wie in dem obigen Beispiel 1 durchgeführt, sondern auch die Leistungsmerkmale der herkömmlichen Blutpumpe wurden untersucht. Es ist zu bemerken. daß die Abmessungen der in der herkömmlichen Blutpumpe verwendeten Flügelradanordnung und die Art des für den Aufbau einer solchen Flügelradanordnung verwendeten Materials mit denen bei der Flügelradanordnung in der in Beispiel 1 verwendeten Blutpumpe identisch waren
Die Resultate des Hämolysetests und die gemessenen Leistungsmerkmale für die herkömmliche Blutpumpe sind jeweils in den Graphiken in Figuren 8 und 10 gezeigt.

Vergleichsbeispiel 2

Bei Verwendung einer herkömmlichen Blutpumpe mit dem anhand der Figur 2 gezeigten und beschriebenen Aufbau wurde nicht nur der Hämolysetest unter denselben Bedingungen wie in dem obigen Beispiel 1 durchgeführt. sondern auch die Leistungsmerkmale der herkömmlichen Blutpumpe wurden untersucht. Es ist zu bemerken, daß die Abmessungen der in der herkömmlichen Blutpumpe verwendeten Flügelradanordnung und die Art des für den Aufbau einer solchen Flügelradanordnung verwendeten Materials mit denen bei der Flügelradanordnung in der in Beispiel 1 verwendeten Blutpumpe identisch waren.
Die Resultate des Hämolysetests und die gemessenen Leistungsmerkmale für die herkömmliche Blutpumpe sind jeweils in den Graphiken in Figuren 8 und 11 gezeigt.

Beispiel 2

Unter Verwendung der Blutpumpe mit dem anhand der Figuren 3 bis 6 gezeigten und beschriebenen Aufbau wurde ein weiterer Hämolysetest ausgeführt, um die Menge an hämolysiertem Blut zu bestimmen.
Einzelheiten der in der für den Test verwendeten Blutpumpe eingesetzten Flügelradanordnung sind die folgenden: Material: Sockeldurchmesser R: Sockelhöhe h: Neigungswinkel β der Flügel: Längen/Höhenverhältnis der Flügel (L/H): Anzahl der Flügel: Polycarbonat-Harz Grad
Der Hämolysetest wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 durchgeführt. und die Leistungsmerkmale der Blutpumpe wurden ebenfalls untersucht. Die jeweiligen Ergebnisse des Hämolysetests und der Untersuchung der Leistungsmerkmale der Pumpe sind in den jeweiligen Graphiken in Figuren 8 und 12 gezeigt.
Aus der Graphik in Figur 8 wird deutlich, daß bei den herkömmlichen Blutpumpen die Menge an hämolysiertem Blut mit einer Abnahme des Blut- Pumpdurchsatzes zunimmt. während bei den Blutpumpen gemäß der vorliegenden Erfindung der Hämolyse-Index auf dem gesamten Bereich von 1 bis 5 Liter pro Minute unter dem biologischen Toleranzwert von 0,1 g pro 100 Liter liegt.
Insbesondere bei einem relativ kleinen Strömungsdurchsatz von 2 Liter pro Minute oder weniger zeigt die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaute Blutpumpe eine beträchtliche Verringerung der Menge an hämolysiertem Blut im Vergleich zu der vergleichbaren Blutpumpe nach dem Stand der Technik.
Somit ist nunmehr deutlich, daß im Vergleich zu der vergleichbaren Blutpumpe nach dem Stand der Technik die Blutpumpe gemaß der vorliegenden Erfindung eine zufriedenstellende Verringerung der Menge an Blut, das hämolysiert werden kann, bewirkt und über einen relativ weiten Bereich von Durchsätzen sicher betrieben werden kann.
Auch zeigen die jeweiligen Graphen in Figuren 9 bis 12. daß die Blutpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung hinsichtlich der Pumpen-Förderlelstung der vergleichbaren Blutpumpe nach dem Stand der Technik überlegen ist.
Die Blutpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung kann zahlreiche Vorteile bieten: (1) da die Blutpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung vom Zentrifugaltyp ist, kann sie kompakt und leichtgewichtig und zu verringerten Kosten hergestellt und für eine beträchtlich verlängerte Zeit mit beträchtlich verringerter Gefahr der Fehlfunktion sicher betrieben werden, (2) da die Blutpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung im wesentlichen frei von Wirbeln ist, während sie eine gleichmäßige Blutströmung gestattet, kann die Menge an Blut, das hämolysiert werden könnte, zufriedenstellend und wirksam verringert werden, (3) die Flügelradanordnung kann einfach zusammengebaut oder hergestellt werden und (4) die Blutpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine ausgezeichnete Pumpen-Förderleistung zeigen.
Folglich kann die Blutpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung mit Vorteil in einem extracorporalen Blutzirkulationssystem verwendet werden, wie es in der postoperativen Gefäßunterstützungseinrichtung oder einem künstlichen Herz-Lungen-System eingesetzt wird.
Eine Ausführungsform der extracorporalen Blutzirkulationseinrichtung, in der gemäß der vorliegenden Erfindung die oben beschriebene Zentrifugalblutpumpe eingesetzt wird, wird nunmehr unter besonderer Bezugnahme auf Figuren 13 bis 14 beschrieben.
Figuren 13 und 14 zeigen das extracorporale Blutzirkulationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Blutpumpe des zuvor beschriebenen Typs mit 30 bezeichnet ist, einen Blut-Einlaß 30a koaxial zur Längsachse der Blutpumpe 30 und einen Blut-Auslaß 30b aufweist, der sich in einer Richtung generell senkrecht zur Längsachse der Blutpumpe 30 öffnet.
Das Bezugszeichen 31 bezeichnet eine Steuerkonsole mit einem Gehäuse 33, in dem ein Antriebsmotor 32 untergebracht ist, der eine Antriebswelle 36 besitzt. Zwischen der Steuerkonsole 31 und der Zentrifugalblutpumpe 30 ist eine flexible Welle 34 vorgesehen, deren eines Ende mit der Antriebswelle 36 des Antriebsmotors 32 und deren entgegengesetztes Ende mit einer angetriebenen Welle 35 der Zentrifugalblutpumpe 30 gekoppelt ist.
Die flexible Welle 34 ist von einer Bauart mit einer flexiblen äußeren Schutzhülle und einer inneren flexiblen Antriebsübertragungslinie, beispielsweise einem gewendelten Draht, und ist in alle Richtungen frei biegbar. Diese flexible Welle 34 kann eine solche Länge haben, daß die Antriebswelle 36 des Antriebsmotors 32 in der Steuerkonsole auch dann antriebsmäßig mit der angetriebenen Welle 35 der Blutpumpe 30 gekoppelt werden kann, wenn sich das Bett des Patienten entfernt von der Stelle befindet, an der die Steuerkonsole 31 installiert ist.
Wie am besten in Figur 14 gezeigt ist, ist eine Flügelradanordnung mit einem generell konischen Sockel 37, der eine Basisfläche und eine der Basisfläche entgegengesetzte konische Fläche sowie mehrere Flügel 38 aufweist, die starr auf der konischen Fläche montiert sind, so daß sie sich in bezug auf die Längsachse der angetriebenen Welle 35 radial nach außen erstrecken, drehbar in der Zentrifugalblutpumpe 30 angeordnet, so daß während der Drehung der Flügelradanordnung um und zusammen mit der angetriebenen Welle 35 das in den Blut-Einlaß 30a eintretende Blut zu dem Blut-Auslaß 30b gepumpt und dann nach außen abgegeben werden kann.
Die angetriebene Welle 35 der Blutpumpe 30 ist mit der Drehachse der Flügelradanordnung koaxial.
Ein von der Flügelradanordnung abgewandtes freies Ende der angetriebenen Welle 35 ist gegabelt und hat zwei Arme, zwischen denen ein Hohlraum B gebildet wird, und ist antriebsmäßlg mit einem allgemein länglichen Kupplungselement 41 verbunden, das in den Hohlraum B eingefügt und mit Hilfe eines lösbaren Querverbindungsstiftes 42 lösbar mit den gegabelten Armen verbunden ist. Das Kupplungselement 41 ist seinerseits im Preßsitz in einer dickwandigen rohrförmigen Kupplung 43 angeordnet. Ein allgemein mittlerer Teil der angetriebenen Welle 35 zwischen der Flügelradanordnung und den gegabelten Armen am freien Ende der Welle erstreckt sich durch mehrere, beispielsweise zwei, beabstandete Lager 40, die im Preßsitz in einem Hohlraum A in einem allgemein rohrförmigen, mit Flanschen versehenen Halter 39 gehalten sein können, der in dem Pumpengehäuse unbeweglich an einer Stelle auf der dem Blut-Einlaß 30a entgegengesetzten Seite der Flügelradanordnung gehalten ist,
Damit die oben genannte dickwandige rohrförmige Kupplung 43 genügend biegsam ist, um sowohl eine mögliche Winkelverdrehung als auch eine exzentrische Bewegung der flexiblen Welle 34 während der Antriebskraftübertragung vom Antriebsmotor 32 auf die Flügelradanordnung in der Blutpumpe 30 auszugleichen, besteht die rohrförmige Kupplung 43 nicht nur aus flexiblem Material von einer Art, daß der rohrförmigen Kupplung 43 eine Flexibilität verleihen kann, sondern ist auch an wenigstens einer äußeren Umfangsfläche mit einer Vielzahl ringförmiger Nuten versehen.
Die rohrförmige flexible Kupplung 43 hat eine offenendige Konstruktion mit Lageröffnungen an ihren entgegengesetzten Enden und hat einen allgemein mittleren Abschnitt ihrer Höhlung mit einem Durchmesser, der größer ist als der jeder der Lageröffnungen an ihren entgegengesetzten Enden, um eine allgemein radial auswärts vergrößerte Höhlung C zu bilden. Während das Kupplungselement 41 im Preßsitz in die Lageröffnung an einem Ende der rohrförmigen flexiblen Kupplung 43 eingesetzt ist, ist ein freies Ende der flexiblen Welle 34, insbesondere das der inneren flexiblen Antriebsübertragungslinie, durch die Lageröffnung am entgegengesetzten Ende der rohrförmigen flexiblen Kupplung 43 hindurchgeführt, so daß es in der radial auswärts vergrößerten Höhlung C endet.
Obwohl nicht gezeigt, muß man sich vorstellen, daß eine Kombination von Kupplungen ähnlich den Kupplungen 43 und 41 zwischen der Antriebswelle 36 des Antriebsmotors 32 und dem angrenzenden Ende der flexiblen Welle 34, insbesondere dem der inneren flexiblen Antriebsübertragungslinie, eingefügt ist.
So ist unmittelbar einzusehen, daß, wenn und solange der Antriebsmotor 32 in der Steuerkonsole 31 in Betrieb ist, die Antriebskraft des Antriebsmotors 32 durch die flexible Welle 34 auf die Zentrifugalblutpumpe 30 übertragen werden kann, um diese anzutreiben. Wenn umgekehrt der Antriebsmotor 32 angehalten wird, überträgt die flexible Welle 34 keine Antriebskraft mehr, und deshalb kommt auch die Zentrifugalblutpumpe 30 zum Stillstand.
Gemäß der oben erörterten Ausführungsform der extracorporalen Blutzirkulationseinrichtung sind die kompakte Zentrifugalblutpumpe 30 und der Antriebsmotor 32 dafür in Abstand zueinander angeordnet, obgleich sie durch die flexible Welle 34 verbunden sind, die extracorporale Blutzirkulationseinrichtung kann insgesamt auf einfache Weise kompakt und leicht gemacht werden, im Vergleich zu diejenigen, in der die Blutpumpe und der Antriebsmotor dafür miteinander integriert sind und die Antriebswelle des Antriebsmotors direkt mit der angetriebenen Welle der Blutpumpe gekoppelt ist.
Da außerdem der Antriebsmotor 32 in der Steuerkonsole 31 eingeschlossen ist, die so konstruiert und aufgebaut ist, daß die Geräuschemission nach außen minimiert wird, ist kein Dämpfungssystem wie etwa Schallschutzplatten oder sonstiges geeignetes schalldämmendes Material erforderlich, und deshalb trägt dieses Merkmal zur Herstellung der extracorporalen Blutzirkulationseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bei, die kompakt und leichtgewichtig ist.
Folglich kann die extracorporale Blutzirkulationseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einfach gehandhabt und einfach von Ort zu Ort transportiert und problemlos am Krankenbett des Patienten installiert werden.
Der mit der extracorporalen Blutzirkulationseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zu behandelnde Patient kann in einem Behandlungsraum bleiben, der von der Stelle entfernt ist, an der die den Antriebsmotor aufnehmende Steuerkonsole installiert ist. Da die Steuerkonsole so ausgelegt und konstruiert ist und deshalb im wesentlichen wirksam ist, das nach außen dringende Motorgeräusch abzuschirmen, wird der Patient nicht durch das bisher vorhandene Motorgeräusch gestört.
Unter den zahlreichen Merkmalen, die durch die vorliegende Erfindung erreicht werden, besteht ein wichtiges Merkmal darin, daß der Antriebsmotor 32, der eine Wärmequelle bilden kann, sich entfernt von der Zentrifugalblutpumpe 30 befindet. Dies bedeutet, daß die Hämolyse in vorteilhafter Weise beträchtlich minimiert werden kann, die andernfalls unter dem Einfluß der erhitzungsbedingt erhöhten Temperatur auftreten würde.
Obgleich die vorliegende Erfindung vollständig beschrieben worden ist in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen derselben anhand der beigefügten Zeichnungen, die nur zum Zweck der Illustration verwendet werden, erkennt der fachkundige Leser ohne weiteres zahlreiche Änderungen und Abwandlungen innerhalb des Rahmens der Offenslchtllchkelt beim lesen der hier gegebenen Beschreibung der vorliegenden Erfindung. Zum Beispiel, soweit die extracorporale Blutzirkulationseinrichtung betroffen ist, obgleich Bezug genommen worden ist auf die bevorzugte Verwendung einer Kombination aus der lösbaren Kupplung 41 und der flexiblen rohrförmigen Kupplung 43, die wirksam ist zum Ausgleichen einer möglichen Winkelverdrehung und/oder exzentrischen Bewegung der flexiblen Welle 34, können sie fortgelassen werden, wenn dies gewünscht ist, und/oder, wenn eine direkte Kopplung zwischen der angetriebenen Welle 35 mit der flexiblen Welle 34 den Zweck erfüllt. Auch bei der praktischen Realisierung irgendeiner der vorstehenden bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind zahlreiche modifizierte Formen der Zentrifugalblutpumpe entwickelt worden, und die Details von, beispielsweise, der Flügelradanordnung mögen nicht immer auf diejenigen beschränkt sein, die hier zum Zweck der Illustration der vorliegenden Erfindung offenbart worden sind.

Claims

1. Extracorporale Blutpumpe mit:

einem Pumpengehäuse (1) mit einer darin gebildeten Pumpenkammer (2) sowie mit darin gebildeten Blut-Einlässen und Auslässen (3, 4; 30a, 30b), die mit der Pumpenkammer in Verbindung stehen,

einer drehbar in der Pumpenkammer untergebrachten Flügelradanordnung, die einen im wesentlichen konischen Rotations-Sockel (5; 37) mit einer Basisfläche und einer der Basisfläche entgegengesetzten konischen Oberfläche, mehrere allgemein längliche plattenförmige Flügel (6; 38) mit jeweiligen einander entgegengesetzten inneren und äußeren Enden (6a, 6b) und eine angetriebene Welle (7; 35) einschließt, die an einem Ende mit der Basisfläche des Rotations-Sockels verbunden ist,

wobei die plattenförmigen Flügel (6; 38) so auf der konischen Oberfläche des Rotations-Sockels (5; 37) montiert sind, daß sie sich radial von einer Drehachse des Rotations-Sockels nach außen erstrecken, wobei die radial inneren Enden (6a) der jeweiligen Flügel einen vorgegebenen Abstand (d) zum Scheitel der konischen Kontur des Rotations-Sockels aufweisen, während sie im wesentlichen einen mit der Drehachse des Rotations-Sockels koaxialen Kreis bilden, und wobei die jeweils zueinander benachbarten plattenförmigen Flügel (6; 38) in Umfangsrichtung des Rotations-Sockels in gleichmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind,

wobei die Basisfläche des Rotations-Sockels (5; 37) eine kreisförmige Gestalt hat, so daß sie im wesentlichen den Oberflächenbereich einer Bodenwand abdeckt, die die Pumpenkammer (3) begrenzt und der Basisfläche des Rotations-Sockels gegenüberliegt,

wobei jeder der plattenförmigen Flügel (6; 38) die Form einer geraden, allgemein viereckigen Platte hat und so auf der konischen Oberfläche des Rotations-Sockels montiert ist, daß sie unter einem Winkel (13) relativ zu einer gedachten Linie geneigt ist, die tangential zu dem durch die radial inneren Enden (6d) der einzelnen plattenförmigen Flügel gebildeten Kreis verläuft,

dadurch gekennzeichnet, daß die Basisfläche des Rotations-Sockels (5; 37) einen Durchmesser im Bereich von 30 bis 55 mm hat,

der Neigungswinkel (13) der plattenförmigen Flügel (6; 38) im Bereich von 20 bis 50º, liegt.

jeder der plattenförmigen Flügel (6) so dimensioniert ist, daß das Verhältnis L/H der kleinsten vertikalen Höhe H des radial äußeren Endes (6b) jedes plattenförmigen Flügels, in einer Richtung parallel zur Drehachse des Rotations-Sockels gemessen, in Bezug auf die Länge L der gegenüberliegenden Seitenränder eines solchen plattenförmlgen Flügels, der mit der konischen Oberfläche des Rotations-Sockels in Berührung steht, im Bereich zwischen 2,5 und 6 gewählt ist und

der Rotations-Sockel mehrere Blut-Strömungskanäle (5a) hat, die sich jeweils von der Basisfläche aus vollständig durch den Rotations-Sockel hindurch zu dessen konischer Oberfläche erstrecken.

2. Extracorporale Blutpumpe nach Anspruch 1, bei der das Verhältnis L/H und ein Durchmesser R des Rotations-Sockels die folgenden Beziehen erfüllen:

L/H ≥ 0,133R - 2,33, und

L/H ≤ 0,133R + 0,51.

3. Extracorporale Blutzirkulationseinrichtung mit einer extracorporalen Blutpumpe nach Anspruch 1, einem entfernt von der extracorporalen Blutpumpe (30) angeordneten Antriebsmotor (32), der eine Antrlebswelle (36) besitzt und einer flexiblen Welle (34), die sich zwischen der starr mit dem Rotations-Sockel (37) verbundenen angetriebenen Welle (35) und der Antriebswelle (36) des Antriebsmotors (32) erstreckt.

4. Extracorporale Blutzirkulationseinrichtung nach Anspruch 3, bei der eine Kombination aus einer lösbaren Kupplung (41) und einer flexiblen Kupplung (43), die eine etwaige Winkelverstellung und eine exzentrische Bewegung der flexiblen Welle (34) ausgleicht, zwischen der Antriebswelle (36) und der flexiblen Welle (34) sowie zwischen der flexiblen Welle (34) und der angetriebenen Welle (35) angeordnet ist.