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DE3923692A1 - Medizinisches geraet fuer den stoff- und/oder waermeaustausch - Google Patents

Medizinisches geraet fuer den stoff- und/oder waermeaustausch

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Publication number
DE3923692A1
DE3923692A1 DE3923692A DE3923692A DE3923692A1 DE 3923692 A1 DE3923692 A1 DE 3923692A1 DE 3923692 A DE3923692 A DE 3923692A DE 3923692 A DE3923692 A DE 3923692A DE 3923692 A1 DE3923692 A1 DE 3923692A1
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Germany
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pump
medical device
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housing
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DE3923692A
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Inventor
Helmut Prof Dr Ing Reul
Guenter Prof Dr Rer Nat Rau
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Individual
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Publication date
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Description

Die Erfindung betrifft ein medizinisches Gerät der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
In der Medizintechnik werden Stoffaustauschmodule und Wärmeaustauschmodule für verschiedene medizinische An­ wendungen benutzt. Beispiele sind Oxygenatoren zur An­ reicherung des Blutes eines Patienten mit Sauerstoff, Wärmetauscher zur Herabsetzung der Bluttemperatur eines Patienten bei Operationen, Dialysatoren und Ultra­ filtrationsmodule zur Blutreinigung, Detoxikations­ module zur Entfernung giftiger Substanzen aus dem Blut­ strom, Plasmapheresemodule zur Abfilterung von Blut­ plasma und Gasaustauschmodule für die extracorporale Oxygenation (ECMO) oder zum Eliminieren von CO2 (ECCOR).
Beim Stoff- und/oder Wärmeaustausch mit Blut sind das Blut und das gasförmige oder flüssige Behandlungsmedium durch eine Wand voneinander getrennt. Infolge von Rei­ bung und anderen Strömungsverlusten tritt in dem Blut­ system ein Druckverlust auf, der den Einsatz von Pumpen zur Blutförderung erforderlich macht. Ein Stoffaus­ tauschsystem besteht daher immer aus einer Pumpe und der Behandlungseinheit. Dabei ist die Pumpe durch eine Schlauchleitung mit der Behandlungseinheit verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein medizi­ nisches Gerät der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, das ein kleines Füll­ volumen hat und bei dem die Fremdkörperoberfläche, mit der die zu behandelnde Flüssigkeit (Blut) in Kontakt kommt, möglichst klein ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 ange­ gebenen Merkmalen.
Bei dem erfindungsgemäßen medizinischen Gerät ist die Pumpe in die Behandlungseinheit integriert. Dies be­ deutet, daß Pumpe und Behandlungseinheit in demselben Gehäuse unmittelbar hintereinander angeordnet sind, so daß keine Leitungsverbindung zwischen Pumpe und Behand­ lungseinheit erforderlich ist. Bei der extracorporalen Blutbehandlung, bei der die zu behandelnde Flüssigkeit das Blut eines Patienten ist, wird das extracorporale Blutvolumen so klein wie möglich gehalten, so daß die dem Patienten vorübergehend entzogene Blutmenge gering ist. Dies ist insbesondere im pädiatrischen Bereich, also bei der Behandlung von Kindern, deren Körper nur eine geringe Blutmenge hat, vorteilhaft. Das erfin­ dungsgemäße Gerät bietet wegen des Verzichts auf eine Schlauchleitung zwischen Pumpe und Behandlungseinheit ferner den Vorteil, daß die Fremdoberflächen, mit denen die zu behandelnde Flüssigkeit in Kontakt kommt, redu­ ziert werden. Bei einem Kontakt von Blut mit Fremdober­ flächen besteht die Gefahr der Ablagerung von Thromben. Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, daß das medi­ zinische Gerät für die Behandlung der Flüssigkeit so kompakt und klein wie möglich ausgebildet werden sollte und daß die benötigten Schlauchleitungen auf ein Mindestmaß reduziert werden sollten, damit die extracorporale Blutmenge und der Fremdoberflächen­ kontakt der Flüssigkeit so gering wie möglich sind.
Das medizinische Gerät eignet sich insbesondere für die Blutbehandlung, kann aber auch für die Behandlung anderer Flüssigkeiten eingesetzt werden, beispielsweise für die Behandlung von Infusionsflüssigkeiten, bevor diese dem Körper des Patienten zugeführt werden. Bei den auszutauschenden Stoffen kann es sich um gas­ förmige, flüssige oder gelöste Stoffe handeln. Der Stoffaustauschmechanismus kann sowohl auf Diffusion als auch auf konvektivem Stofftransport (Filtration) basieren. Die Behandlungseinheit kann auch ein Wärme­ tauscher sein. Wärmetauscher werden hauptsächlich bei Herz-Lungen-Maschinen eingesetzt, um den Patienten bei der Operation zu kühlen, damit ein niedriger Sauer­ stoffverbrauch des Patienten auftritt, oder um den Patienten postoperativ wieder auf Normaltemperatur zu erwärmen.
Das Gehäuse, das die Behandlungseinheit und mindestens das Pumpenrad der Pumpe enthält, ist vorzugsweise eine mit geringen Kosten hergestellte Einmal-Einheit, die nach Gebrauch fortgeworfen wird. Auf diese Einmal-Einheit kann die Antriebseinheit der Pumpe aufgesteckt werden, um das Pumpenrad durch magnetische Kopplung anzutreiben. Die Antriebseinheit kann daher mehrfach verwendet werden, während das Gehäuse mit der Behand­ lungseinheit und dem Pumpenrad ein Wegwerfartikel bildet.
Die Behandlungseinheit ermöglicht einen Stoffaustausch und/oder einen Wärmeaustausch zwischen der zu behan­ delnden Flüssigkeit und dem Behandlungsmedium. Dabei kann es sich um jede der eingangs angegebenen unter­ schiedlichen Behandlungsarten handeln. Die Behandlungs­ einheit kann daher mit Filterwänden, Membranwänden oder Wärmeaustauschwänden versehen sein. Zweckmäßigerweise ist sie als Rohr- oder Hohlfaserbündel ausgebildet. Im Falle eines Wärmetauschers kann dieser eine übliche Rohrspirale anstelle eines Rohrbündels enthalten.
Das die Pumpe und die Behandlungseinheit enthaltende Gehäuse ist zweckmäßigerweise an einem stirnseitigen Ende mit einem Flüssigkeitszulauf und an der entgegen­ gesetzten Stirnseite mit einem Flüssigkeitsauslaß ver­ sehen, so daß die zu behandelnde Flüssigkeit das Ge­ häuse und die Behandlungseinheit in Längsrichtung durchströmt. Das Behandlungsmedium wird einem Zulauf­ anschluß zugeführt, der am Gehäuseumfang angeordnet ist, und über einen Ablaufanschluß entnommen, der eben­ falls am Gehäuseumfang angeordnet ist.
In dem Gehäuse können auch mehrere Behandlungseinheiten untergebracht werden, die von der Flüssigkeit nach­ einander durchströmt werden, beispielsweise ein Wärme­ tauscher zum Kühlen von Blut und ein Oxygenator zur Anreicherung des gekühlten Blutes mit Sauerstoff.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungs­ form des medizinischen Gerätes, und
Fig. 2 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungs­ form mit zwei hintereinander angeordneten Be­ handlungseinheiten.
Das in Fig. 1 dargestellte medizinische Gerät weist ein längliches Gehäuse 10 auf, dessen eine Stirnseite mit einem Deckel 11 verschlossen ist. Im Deckel 11 ist der Pumpenraum 12 ausgebildet, in dem das rotierende Pumpenrad 13 untergebracht ist.
Der rohrförmige Körper 14 des Gehäuses 10 enthält die Behandlungseinheit 15, bei der es sich um ein Hohl­ faserbündel handelt. Die Hohlfasern 16 verlaufen in Längsrichtung des Körpers 14 und ihre einen Enden bilden die Begrenzung des Pumpenraumes 12. Am pumpen­ seitigen Ende sind die Hohlfasern 16 in eine Dichtungs­ schicht 17 eingebettet, die den Pumpenraum 12 gegen die Umfangsflächen der Hohlfasern abdichtet, so daß Flüssigkeit den Pumpenraum nur durch die Hohlfasern 16 hindurch verlassen kann.
Am entgegengesetzten Ende ist der Körper 14 mit einem Deckel 18 verschlossen, in dem sich die die Hohlfasern 16 verlassende Flüssigkeit sammelt und der mit dem Flüssigkeitsauslaß 19 versehen ist.
Die Behandlungseinheit 15 enthält koaxial zum Körper 14 ein Rohr 20, in welchem mit Lagern 21 die Welle 22 des Pumpenrades 13 gelagert ist.
Der Flüssigkeitszulauf 23 befindet sich an einem rüsselförmigen Ansatz 24 des Deckels 11. Dieser Ansatz 24 enthält einen Diffusorkanal 25, der auf das Zentrum des Pumpenrades 13 gerichtet ist. Das rotierende Pumpenrad 13 wirkt nach Art einer Zentrifugalpumpe, indem es die Flüssigkeit radial nach außen treibt. Durch die Umfangswand des Deckels 11 wird die Flüssig­ keit axial in die Behandlungseinheit 15 hinein umge­ lenkt.
Auf den Ansatz 24 des Deckels 11 ist die Antriebs­ einheit 26 der Pumpe aufgesteckt. Diese Antriebseinheit ist ein ringförmiger Motor, der einen ebenfalls ring­ förmigen Rotor 27 in Drehung versetzt. Der Rotor 27 ist mit den Primärmagneten 28 einer Magnetkupplung 30 ver­ bunden. Die Sekundärmagnete 29 der Magnetkupplung 30 sind an einem ringförmigen Ansatz des Pumpenrades 13 befestigt und befinden sich somit im Inneren des Deckels 11. Bei rotierendem Rotor 27 nehmen die Primär­ magnete 28 die Sekundärmagnete 29 mit, so daß die An­ triebskraft durch die Wand des Deckels 11 hindurch auf das Pumpenrad 13 übertragen wird. Die Antriebseinheit 26 bildet zusammen mit den Primärmagneten 28 eine sepa­ rate Einheit, die beliebig oft auf den Ansatz des Deckels eines Gehäuses aufgesteckt werden kann, um das im Gehäuse befindliche Pumpenrad anzutreiben.
Der Zulaufanschluß 31 und der Ablaufanschluß 32 für das Behandlungsmedium befinden sich an entgegengesetzten Enden der Umfangsfläche des Körpers 14 und diese An­ schlüsse sind so angeordnet, daß das Behandlungsmedium die Behandlungseinheit 15 im Gegenstrom zu der zu be­ handelnden Flüssigkeit durchströmt. Das Behandlungs­ medium strömt außen an den Hohlfasern 16 entlang, während im Inneren der Hohlfasern die zu behandelnde Flüssigkeit fließt.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung kann beispiels­ weise als Oxygenator benutzt werden. Hierbei besteht das Material der Hohlfasern 16 beispielsweise aus Poly­ propylen, Silicon oder PTFE. Bei einer Behandlungs­ einheit, die für die Dialyse geeignet ist, kann als Hohlfasermaterial Cuprophan verwendet werden.
Durch geeignete Wahl des Materials der Behandlungs­ einheit und des Behandlungsmediums können unterschied­ liche Stoffaustauschmechanismen realisiert werden, bei­ spielsweise Diffusion oder Filtration. Durch geeignete Druckerhöhung in der Pumpe können auch Diffusion und Filtration kombiniert werden.
Das Ausführungsbeispiel von Fig. 2 entspricht weit­ gehend dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1, so daß die nachfolgende Erläuterung sich auf die zusätzlich vor­ handenen Komponenten beschränkt. Das Gehäuse 14a ist gemäß Fig. 2 so ausgebildet, daß es zwei unterschied­ liche Behandlungseinheiten 15 und 15a hintereinander enthält, die sich an den Pumpenraum 12 unmittelbar an­ schließende Behandlungseinheit 15a ist ein Wärme­ tauscher aus zahlreichen Wärmetauscherrohren aus gut wärmeleitendem Material, beispielsweise Aluminium, Stahl, Nickel oder auch Kunststoff. Diese Wärmetauscher­ rohre 16 werden von dem Blut durchströmt und gelangen in einen zwischen den Behandlungseinheiten 15a und 15 vorgesehenen ringförmigen Sammelraum 34. Die Außen­ seiten der Wärmetauscherrohre 16a werden von einem Be­ handlungsmedium durchströmt, das dem Zulaufanschluß 31a der Behandlungseinheit 15a zugeführt wird und durch den Ablaufanschluß 32a abgeführt wird. Die Behandlungs­ medien der beiden Behandlungseinheiten 15a und 15 sind voneinander getrennt, während die zu behandelnde Flüssigkeit von dem Inneren der Wärmetauscherrohre 16a über den Sammelraum 34 in die Hohlfasern 17 der nach­ folgenden Behandlungseinheit 15 strömen kann. Diese Behandlungseinheit 15 ist in gleicher Weise ausge­ bildet, wie die in Fig. 1 dargestellte Behandlungs­ einheit 15.
Die in Fig. 2 dargestellte Doppeleinheit eignet sich in erster Linie als Herz-Lungen-Maschine, wenn die Behand­ lungseinheit 15 als Oxygenator ausgebildet ist. Die Kapillaren der Wärmetauscherrohre sind im Durchmesser größer als diejenigen des Oxygenators, um den zusätz­ lichen Druckverlust gering zu halten. Dadurch, daß beide Behandlungseinheiten 15 und 15a zusammen mit dem Pumpenlaufrad in einem einzigen Gehäuse untergebracht sind, entsteht eine Herz-Lungen-Maschine mit kleinst­ möglichen Abmessungen, die als Wegwerfartikel ausge­ bildet ist und mit der aufsteckbaren Antriebseinheit 26 versehen werden kann.

Claims (13)

1. Medizinisches Gerät für den Stoff- und/oder Wärme­ austausch zwischen einer Flüssigkeit und einem Behandlungsmedium, mit einer Behandlungseinheit (15), die getrennte Kanäle für die Flüssigkeit und das Behandlungsmedium aufweist, und mit einer die Flüssigkeit durch die Behandlungseinheit (15) treibenden Pumpe, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungseinheit (15) und die Pumpe ge­ meinsam in einem langgestreckten Gehäuse (10) hintereinander angeordnet sind.
2. Medizinisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an dem pumpenseitigen Ende des Gehäuses (10) ein Pumpenraum (12) vorgesehen ist, welcher durch die Behandlungseinheit (15) begrenzt ist.
3. Medizinisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Pumpe ein in einem Pumpenraum (12) des Gehäuses (10) drehbares Pumpenrad (13) aufweist.
4. Medizinisches Gerät nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Pumpenrad (13) über eine Magnetkupplung (30) mit einem angetriebenen Rotor (27) gekuppelt ist.
5. Medizinisches Gerät nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Rotor (27) Bestandteil einer von dem Gehäuse (10) abnehmbaren separaten An­ triebseinheit (26) ist.
6. Medizinisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungs­ einheit ein Dialysator ist.
7. Medizinisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungs­ einheit ein Filter ist.
8. Medizinisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungs­ einheit eine Gasaustauschvorrichtung ist.
9. Medizinisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Behand­ lungseinheit ein Wärmetauscher ist.
10. Medizinisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Behand­ lungseinheiten (15, 15a) in demselben Gehäuse hintereinander angeordnet sind, wobei jede Behand­ lungseinheit am Gehäuseumfang einen Zulaufanschluß (31, 31a) und einen Ablaufanschluß (32, 32a) für das Behandlungsmedium aufweist.
11. Medizinisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungs­ einheit (15, 15a) aus einem Rohr- oder Hohlfaser­ bündel besteht.
12. Medizinisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an der pumpen­ seitigen Stirnseite des Gehäuses (10) ein Flüssig­ keitszulauf (23) und an der entgegengesetzten Stirnseite ein Flüssigkeitsauslaß (19) angeordnet ist.
13. Medizinisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenrad (13) der Pumpe in einer rohrförmigen Halterung (20) der Behandlungseinheit (15) gelagert ist.
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